열처리 공정 중 발생할 수 있는 현상

1. 용융현상(melting)

알루미늄 주물이 응고될 때, 결정입계(grain boundary) 조직이 형성됩니다. 여기서 결정입계란, “용융 금속이 응고해서 결정이 성장할 때 인접한 것끼리의 성장면이 서로 충돌하면 여기에 경계면이 형성되는데 이 경계면 결정의 경계를 말한다. 경계면 부근은 마지막에 응고한 부분이므로 융점이 낮은 공정이나 불순물 등이 모이게 된다.

이 때문에 결정입계는 다른 부분보다도 부식되기 쉬워지고 현미경으로 보았을 때 검은 선으로 나타난다.” 로 정의됩니다. 따라서, 주첨가원소의 공정성분 이외에 불순물로 함유되는 다량의 성분이 집중하기 때문에 평형상태 대비 응고온도가 현저하게 떨어지게 되며, 재가열시 용융시작점 또한 현저하게 저하됩니다. 용체화 공정시 온도상승폭이 빠르고 결정입계 조직에 집중된 성분의 확산이 불충분한 상태에서 승온을 계속해 용융시작점온도 이상이 되면 이 부분이 녹아 나오므로 공정 중 용융현상이 발생합니다.

이러한 현상이 일어나면, 재응고시 냉각속도가 지연되므로 서랭 공정응고조직이 형성됨과 동시에 이 부분의 응고수축에 따른 다공성 발생, 수소가스의 집중 등이 일어나며 알루미늄 조직에서 결함을 발견할 수 있습니다. 기계적 성질 측면에서는 연신율, 혹은 충격값 등이 현저히 저하될 수 있습니다.

 2. 기포현상(blister)

알루미늄 합금의 주조시 내부에 유입되어 고압에서 압축된 공기 등의 가스 혹은 다량으로 고용해 있는 수소가스가 결정입계 등에 국부적으로 집중하고 고온에서의 가열에 따른 재료의 연화에 의해 제품표면에 기포가 발생하는 팽창 변형상태를 말하는 것이며, 용융현상에 부수적으로 발생하는 경우가 많습니다.

보통은 편석(segregation) − 합금을 만들기 위해 성분금속을 액체상태로 모두 녹여 응고시킬 때 처음 응고한 부분과 나중에 응고한 부분은 조성이 다른 것이 보통이며, 그 결과 합금조성에 불균일성이 생기는 것을 응고편석이라고 한다. − 이 많은 경우, 주물 중 가스함유량이 현저하게 많은 경우 등에 발생합니다. 보통 다이캐스팅 기법에서 200℃ 정도의 저온에서도 발생할 수 있는데, 통상 450℃ 이상의 경우가 많습니다.

3. 변형(strain)

용체화 과정 중 500℃ 전후의 고온이 되므로 주물의 기계적 성질이 현저하게 낮아지게 됩니다. 이러한 이유로 주물의 형상 및 수치에 있어서 자체적으로 변형이 발생하는 경우가 있습니다. 용체화 과정 중 잔류응력개방에 의한 변형도 있지만, 일반적으로 담금질(quenching)시 변형이 발생할 확률이 높습니다. 보통은 담금질 물의 온도를 높임으로써 이러한 변형 현상을 방지할 수 있습니다.

4. 담금질 균열(quenching crack)

담금질시 변형이 현저하게 발생하기 쉬운 조건하에서 재료특성상 연신율이 낮은 경우 혹은 응력집중이 일어나기 쉬운 경우에는 균열이 발생합니다. 이러한 문제가 발생할 시에는 연신율을 향상시킬 수 있는 재료의 조합으로 주물을 설계하거나, 혹은 부품설계에 있어서의 응력집중의 완화 등을 고려하여야 합니다.

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