어닐링이란?- 정의, 프로세스 및 단계

금속의 화학적 조성이 기계적 성질의 많은 부분을 결정하는 반면, 많은 금속의 기계적 성질은 열처리에 의해 변할 수 있습니다. 오늘날 사용할 수 있는 열처리 유형은 다양하며 가장 인기 있는 방법 중 하나는 어닐링입니다.

 

어닐링이란?

어닐링은 주로 재료의 연성을 높이고 경도를 줄이기 위해 사용되는 열처리 공정입니다. 경도와 연성의 이러한 변화는 어닐링되는 재료의 결정 구조에서 전위가 감소한 결과입니다.

어닐링은 취성 실패를 방지하거나 후속 작업을 위해 더 가단성을 만들기 위해 재료가 경화 또는 냉간 가공 공정을 거친 후에 수행되는 경우가 많습니다.

 

금속은 왜 열처리됩니까?

위에서 언급했듯이 소둔은 경도를 낮추고 연성을 높이기 위해 사용됩니다. 어닐링을 통해 이러한 기계적 특성을 변경하는 것은 여러 가지 이유로 중요합니다.

어닐링은 재료의 성형성을 향상시킵니다. 단단하고 부서지기 쉬운 재료는 재료를 부수지 않고 구부리거나 누르기가 어려울 수 있습니다. 어닐링은 이러한 위험을 제거합니다.
어닐링은 또한 가공성을 향상시킬 수 있습니다. 매우 부서지기 쉬운 재료는 과도한 공구 마모를 유발할 수 있습니다. 어닐링으로 재료의 경도를 낮추어 사용하는 도구의 마모를 줄일 수 있습니다.
어닐링은 잔류 응력을 제거합니다. 잔류 응력은 균열 및 기타 기계적 합병증을 유발할 수 있으며 가능하면 이를 제거하는 것이 가장 좋습니다.
자세한 내용은 재료의 기계적 특성을 참조하십시오.

 

어떤 금속을 열처리할 수 있습니까?

열처리를 하기 위해서는 열처리에 의해 변형될 수 있는 재료를 사용해야 한다. 예는 많은 유형의 강철 및 주철입니다. 일부 유형의 알루미늄, 구리, 황동 및 기타 재료도 어닐링 공정에 반응할 수 있습니다.

 

 

어닐링 공정

어닐링은 연성을 높이고 경도를 낮추어 작업성을 높이기 위해 재료의 물리적 및 때로는 화학적 특성을 변경하는 열처리 프로세스입니다.

어닐링 퍼니스는 재결정 온도 이상으로 재료를 가열한 다음 적절한 시간 동안 원하는 온도에서 유지되면 재료를 냉각하는 방식으로 작동합니다. 재료는 냉각될 때 재결정화되며, 가열 프로세스로 인해 원자 운동이 재분배되고 공작물의 전위가 제거됩니다.

회복 단계
회복 단계에서 용광로 또는 기타 유형의 가열 장치를 사용하여 내부 응력이 완화되는 온도로 재료를 올립니다.


재결정화 단계
재결정화 단계에서 재료는 재결정화 온도보다 높지만 용융 온도보다 낮게 가열됩니다. 이로 인해 기존의 장력 없이 새로운 입자가 형성됩니다.

곡물 성장 단계
곡물이 자라면서 새로운 곡물이 완전히 발달합니다. 이 성장은 재료가 특정 속도로 냉각되도록 하여 제어됩니다. 이 3단계를 완료한 결과 연성은 증가하고 경도는 감소한 재료입니다. 기계적 성질을 더욱 변화시킬 수 있는 후속 공정은 때때로 어닐링 공정 후에 수행된다.

 

어닐링은 언제 필요하며 왜 중요한가요?

어닐링은 굽힘, 냉간 성형 또는 드로잉과 같은 공정에서 발생할 수 있는 가공 경화의 영향을 반전시키는 데 사용됩니다. 재료가 너무 딱딱해지면 작업이 불가능하거나 균열이 발생할 수 있습니다.

재결정 온도 이상으로 재료를 가열하면 재료가 더 연성이 되므로 다시 작업할 수 있습니다. 어닐링은 또한 용접이 응고될 때 발생할 수 있는 응력을 제거합니다. 열간 압연 강은 또한 재결정 온도 이상으로 가열하여 성형 및 성형합니다. 강철 및 합금강을 어닐링하는 것이 일반적이지만 알루미늄, 황동 및 구리와 같은 다른 금속도 이 공정의 이점을 얻을 수 있습니다.

금속 가공업자는 어닐링을 사용하여 복잡한 부품을 만들고 사전 가공된 상태로 되돌려 재료를 작업 가능한 상태로 유지합니다. 냉간 가공 후 연성을 유지하고 경도를 낮추기 위해서는 공정이 중요합니다. 또한 일부 금속은 전기 전도성을 높이기 위해 열처리됩니다.

 

어닐링은 합금과 함께 사용할 수 있습니까?

어닐링은 합금에 대해 수행할 수 있으며 부분 또는 전체 어닐링은 열처리할 수 없는 합금에 사용되는 유일한 방법입니다. 저온에서 안정화될 수 있는 5000 시리즈의 합금은 예외입니다.

합금은 합금에 따라 300~410°C의 온도에서 어닐링되며 가열 시간은 공작물의 크기와 합금 유형에 따라 0.5~3시간입니다. 합금은 온도가 290°C로 떨어질 때까지 시간당 최대 20°C의 속도로 냉각되어야 합니다. 그 이후에는 냉각 속도가 더 이상 중요하지 않습니다.

 

어닐링의 장점
어닐링의 주요 이점은 공정이 재료의 가공성을 개선하고, 인성을 증가시키고, 경도를 감소시키고, 금속의 연성과 기계 가공성을 증가시키는 방법입니다.
가열 및 냉각 공정은 또한 금속의 취성을 감소시키면서 자기 특성과 전기 전도성을 향상시킵니다.

어닐링의 단점
어닐링의 주요 단점은 어닐링되는 재료에 따라 시간 소모적인 프로세스가 될 수 있다는 것입니다. 고온 요구 사항이 있는 재료는 특히 어닐링 용광로에서 자연적으로 냉각되는 경우 충분히 냉각하는 데 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다. 

 

어닐링의 응용

어닐링은 금속을 복잡한 구조로 가공하거나 여러 번 가공해야 하는 다양한 산업 분야에서 사용됩니다.

어닐링의 주요 용도 중 하나는 가공 경화의 효과를 반전시키는 것입니다. 유사한 방식으로, 용접이 응고될 때 발생하는 내부 응력을 제거하기 위해 어닐링이 활용됩니다. 강철 외에도 구리, 알루미늄 및 황동과 같은 다른 금속도 어닐링의 이점을 얻을 수 있습니다.