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Hot working
금속의 고온 작업을 위한 단조화

고온작업은 금속이 재분할 온도 이상으로 탄력적으로 변형되는 공정을 말한다. 재분배 온도보다 높으면 재료가 변형 중에 재분배할 수 있다. 재분할을 하면 재료가 변형 경화되지 않기 때문에 이는 궁극적으로 항복 강도와 경도를 낮게 유지하고 연성도 높게 유지되기 때문이다.[1] 이것은 냉철한 작업과 대비된다.

롤링, 단조, 압출, 그림 그리기 등 많은 종류의 작업은 뜨거운 금속으로 할 수 있다.

온도

고온 작업 온도의 하한은 재분배 온도에 의해 결정된다. 지침으로서 재료의 고온 작업 온도의 하한은 용해 온도 60%(절대 온도 척도 기준)이다. 고온 작업의 상한은 과도한 산화, 곡물 성장 또는 바람직하지 않은 위상 변환과 같은 다양한 요인에 의해 결정된다. 연습에서 재료는 가능한 한 낮게 힘을 형성하고 공작물을 가열할 수 있는 시간을 최대화하기 위해 보통 상한까지 가열된다.[1]

모든 고온 작업 공정에서 가장 중요한 측면은 공작물의 온도를 조절하는 것이다. 공작물에 전달되는 에너지의 90%가 열로 변환된다. 따라서 변형 공정이 충분히 빠른 경우에는 공작물의 온도가 상승해야 하지만, 실제로는 그렇지 않다. 대부분의 열은 공작물의 표면을 통해 쿨러 공구로 손실된다. 이는 공작물의 온도 구배를 유발하는데, 일반적으로 얇은 단면이 두꺼운 단면보다 시원한 균일하지 않은 단면으로 인해 발생한다. 궁극적으로, 이것은 더 시원하고 덜 연성 표면에 균열을 초래할 수 있다. 문제를 최소화하는 한 가지 방법은 공구를 가열하는 것이다. 툴링이 뜨거울수록 열이 덜 손실되지만 툴링 온도가 상승할수록 툴 수명은 감소한다. 따라서 공구 온도가 저하되어야 한다. 일반적으로 고온 작업 공구는 500–850 °F(325–450 °C)까지 가열된다.[2]

다양한 금속의[1] 고온 작업 온도 하한
금속 온도
주석 실온
강철 2,000°F(1,090°C)
텅스텐 4000 °F(2,200 °C)

장단점

장점은 다음과 같다.[1]

  • 수율 강도의 감소, 따라서 작업하기가 더 쉽고 에너지나 힘을 덜 사용한다.
  • 연성 증가
  • 온도가 상승하면 확산이 증가하여 화학적 불균형을 제거하거나 감소시킬 수 있음
  • 변형 시 모공 크기가 감소하거나 완전히 닫힐 수 있음
  • 강철에서는 낮은 온도에서 발견되는 강한 신체 중심적 큐빅 페라이트 미세구조 대신 약하고 연성적이며 얼굴 중심적인 큐빅 오스테나이트 미세구조가 변형된다.

보통 뜨겁게 작동하는 초기 공작물은 원래 주조되었다. 주조품목의 미세구조는 미세구조의 관점에서 공학적 특성을 최적화하지 않는다. 열공법은 미세구조를 미세한 구형 알갱이로 대체하기 때문에 공작물의 공학적 특성을 개선한다. 이 알갱이들은 재료의 강도, 연성, 견고성을 높인다.[2]

또한 포함 요소(불가능성)의 방향을 변경하여 엔지니어링 특성을 개선할 수 있다. 주조 상태에서는 포함 위치가 무작위로 지정되며, 표면과 교차할 때 균열의 전파 지점이 될 수 있다. 재료가 고온으로 작업될 때 포함물이 표면의 윤곽과 함께 흐르면서 스트링거를 생성하는 경향이 있다. 전체적으로 문자열은 흐름 구조를 생성하며, 여기서 특성은 비등방성(방향에 따라 다름)이다. 표면과 평행한 스트링거로 공작물을 강화하며, 특히 파쇄에 관해서도 그러하다. 그 균열은 그 균열을 따라가지 않고 스트링거를 통해 전파되길 원할 것이기 때문에 스트링거들은 "크랙-아레스터" 역할을 한다.[2]

단점은 다음과 같다.[1]

  • 금속과 주변 대기 사이의 바람직하지 않은 반응(공작품의 비늘링 또는 빠른 산화)
  • 불균일한 냉각으로 인한 열 수축 및 뒤틀림으로 인한 정밀 공차 감소
  • 곡물 구조는 다양한 이유로 금속 전체에 걸쳐 달라질 수 있다.
  • 가스 또는 디젤 용해로 또는 유도 히터와 같은 어떤 종류의 난방 장치가 필요하며, 이것은 매우 비쌀 수 있다.

과정

참조

메모들

  1. ^ a b c d e 데가모, 373페이지.
  2. ^ a b c 데가모, 374페이지

참고 문헌 목록

  • Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.