공업 재료의 가공 - 처리공정의 종류와 변형공정의 종류

공업 재료는 금속, 세라믹, 폴리머, 복합 재료 4가지로 나눌 수 있는데, 이러한 재료를 적절한 필요조건에 맞게

재료의 성분을 조절하거나, 공정을 거쳐 여러가지 재료의 특성을 조절해야 합니다.

항복, 파괴, 피로, 크리프에 대해 강도, 수명, 변형량 등을 조절해야 할 것입니다.

 

우선 합금의 가공에 대해 생각해 보도록 하겠습니다. 합금 조성이 주어졌을때 그 재료의 물성은 열처리, 변형, 주조, 등의 처리 공정의 영향을 받게 됩니다.

처리공정의 종류로는 주조공정, 소성가공 공정(변형공정), 절삭공정, 분말 공정이 있습니다.

1. 주조 공정은 용융 금속을 주형에 단순히 부어서 응고시 주형의 형상을 얻는 방법이고,

2. 절삭 공정은 말 그대로, 금속을 자르거나 깎는 공정을 의미합니다.

3. 분말 공정은 분말 야금공정이라고도 하며, 분말로 만든 금속을 마치 녹인 것 처럼 원하는 모양을 만드는 공정입니다.

4. 변형 공정은 소성가공 공정이라고도 하며 이 공정의 종류로는 단조, 압연, 압출, 인발이 있습니다.

하나 하나 알아보도록 하겠습니다.

단조 (forging)은 가열된 재료를 기계적으로 변형시키는 방법으로, 재료를 가압하여 모양을 잡는 공정입니다.

단조품은 결정립 구조가 탁월하며 기계적 특성이 우수합니다. 그림으로 보도록 하겠습니다.

 

압연 (rolling)은 재료를 두 롤 사이에 지나가게 하여 변형시키는 공정으로, 냉간 압연의 경우에는 결정립계가 정렬되어 인장 강도가 증가합니다. 그림으로 보도록 하겠습니다.

압출 (extrusion) 은 재료를 구멍을 통해 밀어 내서 성형을 합니다. 제품의 단면적이 감소하게 됩니다.

다음과 같이 성형하게 됩니다.

인발(drawing)은 압출과 상당히 비슷한데, 압출과 반대로 재료를 구멍을 통해 잡아당겨 성형을 하는 공정입니다. 제품의 단면적이 감소하며, 길이가 증가하게 됩니다.

여기서 냉간가공에 대해 알아보도록 하겠습니다.

냉간 가공은 금속을 고온이 아닌 실온과 상온에서 인발이나 압연 등으로 전위 밀도를 증가시켜 항복강도를 증가시키는데, 이때 고온이 아닌 실온이나 상온에서 하는 이유는, 고온의 경우 회복이 함께 일어나게 됩니다. 그 경우 강도는 다시 낮아지고 연성이 증가하게 되므로, 원하는 물성에서 벗어날 수 있습니다. 반대로 연성을 얻고 싶을때는 열간 가공을 수행하는 것입니다.

 

이렇게 4가지가 대표적인 소성가공공정 (변형공정)에 해당하고, 처리공정에 속합니다. 처리공정의 4가지 주조공정,절삭공정,분말공정,변형공정에 더불어 열처리 공정이 있는데, 열처리 공정은 금속이나 합금을 미리 정해둔 순서로 가열, 고온유지, 냉각을 거치게 함으로써 원하는 물리적 또는 화학적 변화를 주는 것입니다.