세 가지 기본 어닐링 공정은 강철을 임계 변태점과 관련하여 가열하는 온도에 따라 정의됩니다. 이들은 강철을 상부 임계 온도(Ac3) 이상으로 가열하는 임계점 이상(또는 전체) 어닐링, 하부(Ac1) 및 상부(Ac3) 임계 온도 사이에서 가열하는 임계점 사이 어닐링, 그리고 하부 임계 온도(Ac1) 바로 아래로 가열하는 임계점 이하 어닐링입니다.
선택하는 특정 어닐링 공정은 임의적이지 않습니다. 이는 한 가지 주요 요소, 즉 온도에 따른 정밀한 결정입니다. 강철을 임계 변태점 위, 사이 또는 아래로 가열하는지는 내부 미세 구조의 변화, 따라서 최종적인 연성, 가공성 및 기계적 특성을 직접적으로 결정합니다.
기초: 강철의 임계 온도
어닐링을 이해하려면 먼저 강철 내부의 열적 "기준점"을 이해해야 합니다. 이것들은 차트 위의 숫자가 아니라 강철의 결정 구조가 근본적으로 재구성되는 온도입니다.
하부 임계 온도(Ac1)
일반적인 탄소강을 가열할 때, Ac1은 페라이트와 시멘타이트(펄라이트)의 초기 구조가 오스테나이트라는 새로운 결정 구조로 변태하기 시작하는 온도입니다.
상부 임계 온도(Ac3)
Ac1을 지나 계속 가열하면 강철의 더 많은 부분이 변태합니다. Ac3은 이 변태가 완료되어 전체 미세 구조가 100% 오스테나이트로 구성되는 온도입니다.
이러한 온도가 중요한 이유
이러한 온도 경계를 넘는 것이 어닐링의 전체 메커니즘입니다. 이 공정은 강철의 기존 미세 구조(주조로 인한 거칠고 취약한 구조 또는 가공 경화로 인한 경화된 구조)를 지우고 서서히 냉각될 때 더 바람직한 새로운 구조를 형성함으로써 작동합니다.
세 가지 핵심 공정에 대한 자세한 분석
세 가지 기본 공정 각각은 이러한 임계 온도를 사용하여 다른 결과를 얻습니다.
임계점 이상(전체) 어닐링
이 공정은 강철을 Ac3 온도 이상으로 가열하고, 부품 전체가 균일한 오스테나이트 구조로 변태할 때까지 충분히 유지하는 것을 포함합니다.
이후의 느린 냉각은 페라이트와 펄라이트의 완전히 새롭고 정제되고 균일한 결정 구조를 형성할 수 있도록 합니다. 이는 가능한 가장 부드럽고, 가장 연성이 있으며, 응력이 없는 상태를 제공하여 강철의 가공성을 높입니다. 엔지니어가 단순히 "어닐링"이라고 말할 때, 그들은 일반적으로 전체 어닐링을 참조하는 것입니다.
임계점 사이 어닐링
이름에서 알 수 있듯이, 이 공정은 강철을 Ac1과 Ac3 사이의 온도로 가열하는 것을 포함합니다.
이는 부분적인 변태를 초래하여 새로운 오스테나이트와 일부 기존 페라이트의 혼합된 미세 구조를 생성합니다. 이 공정은 덜 일반적이지만 전체 어닐링만큼 부드럽지 않은 특정 중간 특성을 달성하는 데 사용될 수 있습니다.
임계점 이하 어닐링
이 공정은 강철을 Ac1 지점 바로 아래의 온도로 가열하는 것을 포함합니다.
온도가 첫 번째 임계점에 도달하지 않기 때문에 오스테나이트가 형성되지 않습니다. 여기서 주요 목표는 새로운 결정 구조를 만드는 것이 아니라 내부 응력을 완화하고 냉간 가공 중에 왜곡된 페라이트 결정의 재결정화를 허용하는 것입니다. 이는 종종 공정 어닐링 또는 응력 제거 어닐링이라고 불립니다.
상충 관계 이해
공정을 선택하는 것은 야금학적 목표와 시간 및 비용과 같은 실제적인 제약 사이의 균형을 맞추는 것을 요구합니다.
시간 및 에너지 비용
전체(임계점 이상) 어닐링은 가장 높은 온도와 종종 가장 길고 가장 제어된 냉각 주기를 필요로 합니다. 이로 인해 세 가지 기본 유형 중에서 가장 시간이 많이 걸리고 에너지 집약적입니다. 임계점 이하 어닐링은 훨씬 빠르고 저렴합니다.
최종 경도 대 연성
주요 상충 관계는 부드러움과 강도 사이입니다. 전체 어닐링은 가능한 가장 부드러운 상태를 생성합니다. 임계점 이하 어닐링은 가공 경화된 부품의 연성을 복원하지만 전체 어닐링에 비해 원래 경도의 더 많은 부분을 유지합니다.
"명명된" 공정의 혼란
상자(Box), 밝은(Bright), 주기(Cycle) 또는 구상화(Spheroidizing)와 같은 수십 가지의 특정 어닐링 이름을 접하게 될 것입니다. 이러한 것들이 근본적으로 다른 공정이 아니라는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 이들은 사용된 용광로(Box), 결과로 나타나는 마감(Bright) 또는 목표로 하는 특정 미세 구조(Spheroidizing)로 이름이 지정된 세 가지 핵심 열 사이클의 실제 응용 또는 변형입니다.
목표에 맞는 공정 선택
귀하의 선택은 항상 재료의 원하는 최종 상태에 의해 주도되어야 합니다.
- 최대 연성, 가공성 및 부드러움이 주요 초점인 경우: 강철의 미세 구조를 완전히 정제하고 재설정하기 위해 전체(임계점 이상) 어닐링을 사용하십시오.
- 제조 단계 사이에 냉간 가공된 부품의 성형성을 복원하는 것이 주요 초점인 경우: 응력을 완화하고 효율적으로 연성을 개선하기 위해 임계점 이하(공정) 어닐링을 사용하십시오.
- 특정 합금강에 대한 특성의 특수 균형을 달성하는 것이 주요 초점인 경우: 임계점 사이 어닐링은 특정 요구 사항을 충족하기 위한 부분 변태 경로를 제공합니다.
어닐링을 마스터한다는 것은 온도를 사용하여 강철의 내부 구조를 의도적으로 제어하는 방법을 이해하는 것을 의미합니다.
요약표:
| 공정 | 임계점 대비 가열 온도 | 주요 목표 | 주요 결과 |
|---|---|---|---|
| 임계점 이상(전체) 어닐링 | Ac3(상부 임계점) 이상 | 최대 연성 및 부드러움 | 완전히 새롭고 정제된 결정 구조 |
| 임계점 사이 어닐링 | Ac1과 Ac3 사이 | 특수 특성 균형 | 부분 변태; 혼합된 미세 구조 |
| 임계점 이하 어닐링 | Ac1(하부 임계점) 미만 | 응력 완화 및 성형성 복원 | 상변태 없는 재결정화 |
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