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1. 열처리
1)불림(Normalzing)
: 철강의 前 加工의 영향을 제거하고 결정립을 미세화하여 기계적성질을 개선하기 위하여 AC3점 또는 A㎝점 이상의 적당한 온도로 가열한 후 통상은 공기줄 에서 냉각하는 조작.
2)풀림(Annealing)
: 철강을 적당한 온도로 가열하고 그 온도에서 유지한 후 서냉하는 조작.
그 목적은 내부응력의 제거, 경도저하, 피삭성의 향상, 냉간가공성의 개선 결정립의 조정, 소요의 기계적, 물리적 또는 기타의 성질을 얻는 것이다.
3)담금질(Quenching) : 오스테나이트(Austenite)」化 온도에서 급냉하여 경화하는 조작 또는 급속하게 냉각하는 조작.
4)담금질 조직
가)마르텐사이트(Martensite) : Austenite를 급냉한 경우에 Ms점 이하의 온도에서 변태하여 생긴 침상조직 원래의 Austenite와 동일한 화학조성을 가진 체심 정방정 또는 체심 입방정의 고용체 Martensite는 Austenite의 소성변형에 의하여 생긴 것도 있다.
나)오오스테나이트(Austenite) : γ철의 고용체에 붙여진 조직상의 명칭으로 고온에서 안정한 조직이며 탄소강 에서는 가장 소입효과를 얻었을 때 나타나는 조직이다. 보통 탄소강에서는 여 하히 소입하여도 이 조직을 얻을 수 없다. 그러나 특수강에서는 그렇게 급냉시키지 않아도 이 조직을 얻을 수 없다. 그러나 특수강에서는 그렇게 급냉시키지 않아도 이 조직을 얻을 수 있다. 가열하면 용이하게 Martensite로 된다.
다)트루우스타이트(Troostite) : Martensite을 燒戾 했을 때 생긴 조직으로 광학현미경으로 식별할 수 없을만큼 미세한 Ferrite와 탄화물로 되어 있다. 극히 부식되기 쉬운 조직이다.
라)소르바이트(Sorbite) : Martensite을 약간 고온도로 燒戾하여 탄화물이 粒狀으로 석출 성장한 Ferrite와 탄화물의 혼합조직, 이 경우의 탄화물은 약 400배의 광학현미경으로 알아볼 수 있다.
5)뜨임(Tempering) : 燒入하여 생긴 조직을 변태 또는 석출을 진행시켜 안정한 조직에 가깝게 하고 소요의 성질 및 상태를 부여하기 위하여 AC1점 이하의 적당한 온도로 가열 냉각하는 조작 燒俊뒤에 이용하는 일도 있다.
※조직의 경도순위
Cementite → Martensite → Troostite → Sorbite → Pearlite → Austenite → Ferrite
← 경도높다 경도낮다 →
2.표면경화법
- 침탄(浸炭)이란 탄소 함유량이 적은 연철이나 저탄소강의 표면에 탄소를 흡수시켜서 고탄소강으로 만드는 방법이다. 숯에다 가열된 철을 넣는 전통적인 고체침탄 외에 액체침탄법, 가스 침탄법이 있다. 가열 침탄을 하면 철의 표면은 마텐사이트 조직이 되어 높은 경도를 갖지만 그 내부는 여전히 연철이나 저탄소 강으로 남게 된다. 고부하가 걸리는 기어등에 침탄 열처리를 사용한다.
1)고체침탄법 : 침탄제인 목탄이나 코크스 분말과 침탄 촉진제(BaCO₃, 적혈염, 소금 등)를 소재와 함께 침탄 상자에서 900∼950℃로 3∼4시간 가열하여 표면에서 0.5∼ 2mm의 침탄층을 얻는 방법이다.
2)액체침탄법 : 침탄제(NaCN, KCN)에 염화물(NaCl, KCl, CaCl₂등)과 탄화염(Na₂CO₃, K₂CO₃등)을 40∼ 50% 첨가하고 600∼900℃에서 용해하여 C와 N가 동시에 소재의 표면에 침투하게 하여 표면을 경화시키는 방법. 침탄 질화법이라고도 하며, 침탄과 질화가 동시에 된다.
3)가스침탄법 : gas 침탄제에는 CO2, CO, CH4, C2H6, C3H8, CmHn 등이 있으며,이들 gas가 고온의 강재에 접촉되면 활성탄소가 석출되어 γ 철 중에 고용(固溶)된다.
4)질화법 : 질소가 고온의 강에 작용하여 경도가 큰 질화철을 형성하며, 표면에만 작용시 키면 표면은 내마모성이 크고, 내부는 원소재의 성질을 갖게 된다. 이 방법은 담금질할 필요가 없이 질화층이 생기는 것만으로 큰 경도가 얻어진다. 강을 NH3 gas 분위기에서 500℃ 정도로 50 ~ 100 시간 정도 장시간 가열하면 Fe2N 및 Fe4N의 질화층이 형성된다. 질화법의 특징을 나열하면 다음과 같다.
1. 경도는 침탄경화에 의한 것보다 크고 경화층은 얕다.
부분적으로 질화를 방지하기 위해서는 동도금 또는 아연도금한다. 질화에 사용 되는 강을 질화강(nitriding steel)이라 하며 C: 0.3~0.4%, Mn: 0.4~0.7%, Cr: 1.2~1.8%, Al: 0.6~1.5%, Mo: 0.15~0.3%의 성분 범위가 좋다.
3.고급주철
-보통주철의 인장강도는 10~20kg/mm²인데 반하여, 고급주철의 인장강도는 30~40kg/mm²정도이다. 제조법은 기지(基地)의 조직을 개선하는 방법과 흑연 상태를 개선하는 방법이 있다.
1)란츠법(Lanz process) : T.C.(total carbon; 全炭素量)=2.5%~ 3.5%, Si=0.5~1.5%, T.C.+Si=4.2% 를 표준 성분으로 하고, 주형을 예열하여 냉각속도를 느리게 함으로써 백선화 (白銑化)를 방지한 pearlite 조직을 얻는다. 이를 일명 pearlite 주철이라고도 한다.
2)에멜법(Emmel process) : 용선로에 50% 이상의 강철 scrap와 선철을 용해하여 T.C.를 3% 이하로 저하시켜 제조하며, 조직은 흑연이 미세하고 균일하게 분포된 기지의 pearlite 이다.
3)피보바르스키법(Pivowarsky process) : 주입온도를 높게하면 흑연이 미세하고 균일하게 되는 경향을 이용하여 용선 로에서 용탕을 전기로에 옮겨 1500~1600℃까지 가열하여 주입함으로써 강도가 큰 주철을 얻는 방법이며, 일명 고온주철이라고도 한다.
4)데세즈너법(Deschesne process) : 용융상태의 주철에 진동을 주어 비중이 작은 불순물 같은 것을 뜨게 하고, 흑연의 성장을 방해하여 흑연이 완전히 용입(熔入)되며 미세하게 된다. 압탕구가 있는 주형에 이 방법을 사용하면 흑연이 생긴다하여도 S와 같은 불순물과 함께 위로 부상(浮上)하여 제거되기 때문에 일명 진동탈황주철(振動脫黃鑄鐵)이라고 도 한다.
5)미하나이트 주철(Meehanite casting) : 미국의 Meehan 회사가 개발한 것으로 선철에 많은 강 scrap을 배합한 저탄소 주철에 Ca-Si, Fe-Si 등으로 접종하여 균일 미세화 시킨 고급주철의 일종이 다. 열처리 경화가 가능하고, 내마모성이 우수하여 cylinder, cam, crank, 축, 치차, press die 등에 사용된다.
6)구상흑연주철 : 보통 주철이 강에 비하여 강도와 인성이 나쁜 이유는 흑연이 주로 편상으로 되어 있기 때문이다. 가단 주철은 괴상 흑연으로 되어 어느 정도 이 결점을 제 거할 수 있지만, 제조 공정상 열처리하는 데에 시간과 경비가 많이 드는 문제가 따른다. 구상 흑연 주철은 용융 상태의 주철에 Mg, Ce 또는 Ca를 첨가함으로써 흑연의 모양을 편상이 아닌 구상으로 한 것이다. 강도는 별 변화가 없이 인성 및 연성을 현저하게 개선시킨 주철로서, 노듈러 주철 (nodular castiton) 흑은 덕타일 주철 (ductile cast iron)이라고도 불린다. 내마멸성, 내열성, 내식성 등이 우수하므로 크랭크축, 캠축 등의 기계 부품, 주철관, 내열 부품 등에 쓰인다.
7)칠드주철(Chilled casting) : 주조할 때, 모래 주형에 필요한 부분만 열전도성이 좋은 금형을 이용하여 용 융 금속을 금형에 주입하면, 금형에 접촉한 부분만이 급랭되어 흑연의 석출을 저지함으로써 주물 표면이 단단하고, 내부는 보통 주철의 연한 조직이 되는 주 철을 칠드 주철이라 한다. 표면이 단단하여 내마멸성이 좋고, 인성이 좋으며, 내충격성 이 요구되는 압연용 롤러, 차량, 각종 파쇄기의 부품 등에 쓰인다.
용접용어
용가재(filler metal): 용착부를 만들기 위하여 녹여서 첨가하는 금속, 따라서 용접봉은 용가재에 속한다.
용극(consumable electrode) : 각종 아크 용접 및 아크 절단에서 아크중에서 아크 중에서 용융하여 소모되는 전극
용접금속(weld metal) : 용접부의 일부이며, 용접하는 동안 용융되었다가 응고된 금속
용접부(weld zone) : 용접 금속 및 그 근처를 포함한 부분의 총칭
용착부(weld metal zone) : 용접부안에서 용접하는 동안에 용융 응고한 부분
용착금속(deposited metal) : 용접 작업에 의하여 용가재로부터 모재에 용착한 금속
용착비드(weld bead) : 용접을 할 때 1회의 패스(지나감)에 의하여 나타난 용착금속
용융(fusion) : 두 개의 금속을 용융하여 완전히 하나게 되게 하는 것
용융지(molten weld pool, puddle) : 아크 또는 불꽃 등의 열원 부근에서 금속의 일부가 용해하여 만들어진, 용융 금속이 고여 있는 곳으로 용가재(즉 용접봉)의 금속과 용접하고자 하는 모재가 같이 녹아 용융지를 형성한다.
용제(welding flux) : 용접을 할 때 산화물, 기타 해로운 물질을 용융 금속에서 분리하고 제거하기 위하여 쓰이는 것
용제 함유 와이어 전극(flux cored wire electrode) : 용접용 와이어나 파이프 모양으로 되어 있어 그내부에 아크의 안정화, 탈산등의 목적으로 용제가 가득차 있는 것
스페터(spatter)현상 : 아크용접에서 용접봉 또는 용융지에서 작은 입자의 용적들이 비산되는 현상으로 이것이 지나치면 용착손실과 용접상태 불량, 청소작업이 필요하다.
슬랙(slag) :용착부에 나타난 비금속 물질
◆ 단조다이 설계?제작시 고려사항
1. 플래쉬
- 길이/ 높이가 크므로 높은 압력을 받고 있고, 마찰저항 또한 크기 때문에 재료에
높은 압력을 가하여 금형 공동부를 충만 시키는데 중요한 역할을 수행
- 플래쉬가 형성되면서부터 단조하중이 급격히 상승
? Land and gutter 유동의 구속력을 일정하게
? flash 두께 = 단조품 최대두께의 3% (or h = 0.015(A)1/2)
? Land부의길이 = flash 두께의5배 (or 3~5배)
? 단조가 되는 동안 재료의 일부가 밖으로 유동되어 형성되는것
? 높은 압력을 가하여 금형공동부를 충저시킬수 있게 해줌(고
? 플레쉬는 몸체부보다 빨리 냉각되므로 변형에 대한 저항이 커져서 금형공 동부를 잘 채울 수 있게함)
? 재료의 유동에 있어서 매우 중요한 역할
2. 분리선
- 제품의 형상, 금속유동, 하중의 평형, flash 등을 고려하여 설정 두 개의 금형이 서로 만나는 선
3. 드래프트 각
- 고온의 금속은 점착력이 크며 형면도 매끄럽지 못함.
- 제품을 금형으로부터 제거가 쉽게 하기 위해 3°- 10°정도부여
- 제품의 외측보다는 내측은 형면과 밀착되기 때문에 큰 구배를 부여함
- 제품을 금형으로부터 쉽게 뽑아내게 내측: ~7~10 , 외측:3~5
4.라운딩.
- 금속의 유동을 부드럽게 하고 금형의 수명을 연장하기 위해 적절한 반경을 부여.
- 주물의 구석이나 모서리 부분이 예리하면 원형을 주형에서 뽑아 낼 주형이 파손되기 쉬울뿐 아니라 주입 후 쇳물이 응고할 때 결정 입자는 주물 표면의 직각 방향으로 성장하는 경향이 있으므로, 결정립의 경계가 생기며, 그 부 분에 불순물이 모여 편석이나 수축 현상이 일어나 약한 경계면과 수축공이 생기기 쉽다.
이와 같은 결합현상을 없애기 위하여 구석과 모서리 부분을 둥글게 하는 데, 이것을 라운딩이라고 한다.
5.안내장치
◆ 압출에 영향을 미치는 인자
1. 압출방식
1)직접압출(전방압출)
- 소재의 외주가 콘테이너의 내벽과 마찰되면서 이동 ==> 압출력의 상승
빌렛은 용기의 벽면에 대하여 상대운동을 하므로 벽면과 마찰로 인하여 램하주 이 매우크다.(b)
2)간접압출(후방압출)
- 마찰이 크게 줄고 소비동력이 적어 硬한 재료의 압출에 적합하나 제품의 표면 에 s cale이 같이 압출되어 나오는 결점과 조작이 불편함.
컨테이너의 내압설계가 중요.
다이가 빌렛쪽으로 움직이므로 빌렛과 용기의 벽면에서의 마찰은 없다.(a)
3)정수압 압출
- 챔버를 유체로 채우고 이를 통하여 빌렛이 압력을 전달하여 다이를 통과시켜 압출 되도록 한다.
4) 충격압출
2. 압출온도
? 압출온도, 마찰, 속도등이 너무 높을 경우 표면온도의 급격한 증가
→표면균열 및 터짐(Fir-tree crack or speed crack)
→주로 적열취성(Hot shortness)에 기인하며 결정립계를 따라 균열 발 생
→온도, 압출속도 등을 낮추어 방지
? 낮은 온도의 경우에도 다이 랜드부에서의 주기적 부착.
→주기적 결함발생.
3. 압출속도
- 압출속도가 너무 높으면 표면온도 급증.
- 너무 낮으면 주기적 결함발생.
4. 윤활
? 열간압출 : 유리 다이 입구에 원형 유리 패드 설치
용기나 다이에 잘 달라붙는 소재 압출할 때 jecketting, raming
소재보다 강도가 낮은 재료로 소재를 씌운다
Al, Cu , Pb , Zn : 열간에서 무윤활 압출
Mg : 등유, 실린더유 + 흑연분말로 윤활
? Ugine- Sejournet법 : 강의 열간압출시 윤활제로 유리분말을 사용
jacketing 또는 canning
점착력이 강한 재료의 압출시 소재보다 강도가 낮고 연한 재료로 된 용 기에 넣고 압출
? 유리(glass pad)를 많이 사용하며 흑연,MoS2 등도 사용
5.압출다이 각
(a) 다이각이 작을수록: 빌렛-다이강의 접촉 길이가 길게 되어 마찰일은 증가 한다.
(b) 다이각이 클수록 : 불균질 변형에 따른 과잉일은 증가한다.
예) 알루미늄 직각다이 사용
◆ 기타 특수용접
1) 레이저 빔 용접 (laser beam welding)
- laser는 빛의 증폭기(增幅器; light amplifier)를 말하며, 정확한 어원은 유도방사(誘導放射)에 의한 빛의 증폭기(light amplification by stimulated emission of radiation)이다. 그림과 같이 크세논 섬광관(xenon flash tube)에서 발생하는 섬광(flash)이 rubby 결정(結晶, Al2O3+15% Cr) 중의 Cr 원자에 의하여 자려발진(自勵發振)이 일어나고, 결정을 지나는 중에 증폭되어져 아주 격렬한 빛으로 된다. 이 빛을 lens를 통하여 집중시킨 열 energy를 이용한 용접을 laser 용접이라 한다. 이 용접의 특징은 다음과 같다.
? 진공실이 필요없다.
? 좁고 깊은 접합에 적합하며, 특히 얇은 부품의 용접에 유리하다.
? 변형과 수축이 적다.
? 용접속도가 크고, CNC 등에 의한 자동화가 쉽다.
? 가까이 접근할 수 없는 부재(部材)의 용접을 할 수 있다.
? 다양한 재료의 용접이 가능하며, 용접재가 부도체인 경우도 용접이 가능하다.
? 미세정밀(微細精密)용접을 할 수 있다.
? 대부분 용가재를 사용하지 않고 모재의 합금화에 의한다.
? 이종재료의 용접도 성공적으로 수행할 수 있다.
2) 전착용접
3) 원자수소 용접(atomic hydrogen arc welding)
- 2개의 텅스텐 전극 사이에 아크를 발생시키고 이것에 수소를 공급하여 분자 상태의 수소가 아크열로서 원자 상태의 수소로 분해 된 후 다시 용접면에서 분자 상태의 수소로 환원할 때 발산하는 열로써 용접부가 가열된다. 불활성 가스 아크 접법, 전기 저항 용접법, 기타 용접법이 발전되어 널리 채용됨에 따라 토오치 구조의 복잡성, 기술적인 난점 비용의 과다 등으로 차차 응용 범위가 축소되고 있다.
4) 초음파 용접(ultrasonic welding)
- 그림과 같이 tip과 anvil 사이의 접합하고자 하는 소재면에 정하중을 가하면서 10~75 kHz 이상의 초음파진동을 1~7sec 동안 주어 진동마찰열을 발생시켜 압접 하는 방법이다.
발생열의 온도는 보통 융점의 1/3~1/2 정도로 용접부의 열영향이 적고, 필요 energy는 접합재의 두께와 경도에 따라 증가한다. 초음파용접은 금속 및 비금속 을 비롯한 이종재료에까지 그 적용범위가 넓다. 진동과 열에 의하여 용접재의 계 면에 있는 산화막 및 오염막이 파괴되어 금속간의 접촉상태에서 강력한 결합이 이루어진다. tip과 cone(transducer)간의 coupling의 선택이 능률적인 작업에 중 요하다. Al, Al-Cu 등의 금속에는 0.01mm~2mm, plastics 에는 1~5mm의 얇은 제품 의 용접에 이용된다.
5) 확산용접
- 접합 면을 가압·밀착시켜 재결정 온도부근으로 가열하여 금속원자를 확산시킴으 로써 접합하는 방법이다. 일반적으로 공중에서 하므로 텅스텐·몰리브덴·지르코늄 등 활성이 높은 고융점금속의 접합도 가능하다. 이 방법은 접합부의 형상을 변화 시키지 않고 접합할 수 있어서 정밀접합이 가능하다. 또한 용융응고조직이 생기 지 않고 접합온도가 낮기 때문에 복합재료·소결합금(燒結合金)·이종(異種) 금속 간의 접합이 가능하다
6) 폭발용접( explosive pressure welding)
- 화약의 폭발압력에 의하여 2개의 금속판을 접합하는 방법이며, 다 른 고상용접에서와 같이 이종재(異種材)도 용접이 된다. 일반적으로 부식저항이 큰 판을 base metal에 접합하거나, 큰 면적의 접합을 요할 때 적용되며, 접합부 에 있던 표면막은 액체가 되어 밀려 나온다. 이 용접법에는 경사법(傾斜法)과 평행법(平行法)이 있으며, 경사법에서는 상판(上板)을 3~30°로 경사시키고 그 위에 있는 폭약을 뇌관을 통해 점화시키면 폭발압력에 의한 충격에 의하여 소성변형을 하면서 압접된다. 평행법에서는 2판의 적당한 간격에서 경사법과 같은 방법으로 폭발시키면 된다.
폭발용접의 특징은 다음과 같다.
▷ 장점
? 이종금속을 포함한 다른 방법으로 용접이 어려운 재료의 용접을 할 수 있다.
? 접합강도가 크다.
? 6m ×2m 정도의 큰 면적의 용접도 할 수 있다.
▷ 단점
? 취급에 위험이 따르므로 훈련된 기술자가 필요하다.
7) 마찰 용접(friction welding)
그림과 같이 접합면을 맞대고 압력을 가한 상태에서 회전을 시켜 접합부가 적당한 온도에 달했을 때 회전을 멈추고 가압력을 증가시켜 압접하며, 일명 마찰압접(摩擦壓接)이라고도 한다.
마찰용접의 특징은 용접부에 있는 산화물 등의 불순물이 마찰 중 밀려 나가기 때문에 접합강도가 크며 강과 동, 강과 aluminum, 강과 plastics, 동과 aluminum 등 이종금속(異種金屬)의 용접도 가능하다. 이 용접법은 자동차 valve, drill 등과 같이 고급 소재를 절약하거나별
도로 제작하여 용접하는 것이 편리할 때 이용한다. 별도로 제작하여 용접하는 것이 편리할 때 이용한다.
8) 고주파 유도용접(high frequency induction welding)
9) 고주파 저항용접(high frequency resistance welding)
고주파용접은 450kHz 정도까지의 높은 주파수를 이용한다는 것 외에는 전기저항용접의 seam 용접과 같다. 관의 맞대기 용접을 위하여 개발된 것으로 그림(a)에서와 같이 2개의 접촉자(contacts)를 통하여 성형된 관의 가장자리에 전류를 보내어 저항열로 가열시키고 roller로 압착함으로써 용접을 완료하는 고주파저항용접법과 그림(b)와 같이 성형된 관의 가장자리를 고주파유도열로 가열한 후 roller로 가압하여 용접을 완료하는 고주파유도용접법이 있다.
10) 저온 용접(low temperature welding)
- 공정이란 2개 이상의 금속이 용융상태에서는 균일한 융액(融液)이 되나 냉각시 에는 어느 일정온도에서 부터 2종 이상의 결정이 생겨 응고점 이하의 고체에서 2 개 이상의 결정립(結晶粒)이 혼합된 조직이 된다. 이 때 공정이 생기는 온도를 공정점(共晶點)이라 한다. 이와 같이 공정합금의 용융점이 공정합금이 아닌 금속 에 비하여 낮다는 성질을 이용한 용접을 저온용접(低溫熔接; low temperature w elding) 또는 공정저온용접(共晶低溫熔接)이라 한다. 이 용접에서는 모재를 예열 하고 공정합금인 용접봉을 사용하여 직류 또는 교류의 arc 용접 또는 gas 용접을 한다. 이 용접은 용가재인 용접봉의 용융온도가 모재의 용융온도보다 낮으므로 일종의 납접이라고도 할 수 있다. 모재의 용융온도보다 낮은 온도에서 용접하기 때문에 전력 및 gas의 소비량이 적고, 모재의 변형과 변질이 적다. 또한 공정합 금은 유동성이 좋고, 결정이 치밀하여 용접강도가 크다.
11) 가스압접(gas pressure welding)
12) 고주파 압접(induction pressure welding)
- 철근보다 낮은 융점의 아모르화스(비정질) 얇은 금속을 녹여 철근접합면에 확신 시켜서 접합하는 방법이다.
일반적으로 니켈계의 것을 사용해서, 그 접합장치는 철근을 가열하는 고주파 유 도장치, 가압장치, 가열장치를 냉각하는 냉각수 순화장치 및 철근접합면의 산화 를 방지하는 가스실드장치와 이들 장치를 콘트롤하는 제어장치로 구성된다
13) 냉간용접(cold pressure welding)
- 특수한 용접봉을 사용하여 일반 가스 용접 및 아크 용접보다도 낮은 온도에서 하는 용접법을 말한다. 용접봉르 모재와 같은 계통의 공정합금을 사용한다. 이 공정 합금은 용융점이 모재보다 낮으므로 용접봉으로소 첨가제의 역할을 한다. 일반적으로 모재의 용융점보다 낮은 온도에서 용접할 수 있으므로 모재의 변질과 변형이 작고 또한 가스 및 전력의 소비량이 적게 된다. 공정 합금은 유동성이 크 고 결정이 치밀하여 강도가 큰 장점을 갖고 있다. 이 용접에서는 용접봉의 선택 이 중요하다. 모재에 적합한 용접봉을 선택하고 모재를 예열한 후에 작업한다. 가스 용접 토오치를 사용하여 모재를 가열하고 용접봉을 용해시킨후 접합한다. 이 때에 플럭스를 첨가하여 산화를 방치하면서 모재와 잘 접착되도록 한다.
14) 공기아세틸렌용접
15) 해머단접(hammer forge welding)
- 노안에서 고온으로 가열된 소재를 서로 겹쳐 놓거나 맞대어 놓고 해머로 타격하 여 접합시키는 방법이다.
16) 다이용접(단접)
- 노 안에서 고온으로 가열된 소재를 인발다이의 작은 구멍으로 통과시켜 접합하 는 방법으로 관(pipe)제작에 이용된다.
17) 로울러 용접(단접)
- 노 안에서 고온으로 가열된 모재를 회전하는 롤(roll) 사이에 통과시켜 접합.
18) 퍼어커션 용접
19) 열 플라스틱용접(thermoplastic welding)
20) 납접(soldering, brazing)
- 납접은 모재의 용융온도보다 낮은 땜납(solder)을 용가재(熔加材; filler metal)로 사용하는 용접이며, 땜납은 용융온도에 따라 대체로 450℃ 이하인 연납 (軟납; soft solder)과 450℃ 이상인 경납(硬납; hard solder)으로 분류하고, 미 국에서는 427℃를 기준으로 택한다.
납접의 장·단점을 들면 다음과 같다.
▷ 장점
? 거의 모든 금속을 납접할 수 있다.
? 융점이 다른 이종금속을 납접할 수 있다.
? 가열온도가 낮기 때문에 접합시간이 짧고, energy 소비가 적으며, 열영향의 정도와 범위가 적다.
? 자동화가 용이하다.
? 접합부를 재가열하여 납을 용융시키면 접합부의 분리가 가능하다.
▷ 단점
? 용가재인 납의 강도가 모재의 것보다 낮기 때문에 접합강도가 낮다
? 가열에 의하여 접합부가 약화되거나 파손되는 경우가 있다. ?
○ 인두납땜(soldering iron brazing)
일반적으로 저온의 연납땜에 널리 사용되는 가장 간단한 장치며, 가열된 인두에서의 열전도에 의해 모재를 가열하고 땜납을 용융하여 납땜하는 방법이다. 납땜 온도가 높은 경납땜이나 열용량이 너무 큰 피용접물 등에는 부적당하다.
땜인두는 대부분 순동을 사용하며, 특수한 것은 소량의 티타늄(Ti), 규소(Si)를 함유한 동합금 또는 니켈(Ni)나 철(Fe) 등으로 도금하여 내식성 내구성을 좋게 한 것도 사용된다.
○ 가스납땜(gas brazing)
토치 램프, 산소-아세틸렌 불꽃, 산소-프로판 불꽃 등으로 가열하여 납땜하는 방법이다. 일반적으로 가스 불꽃은 약간 환원성의 것이 좋으며, 용제는 이음면과 땜납의 양쪽에 도포하여 사용된다. 이음에는 불꽃의 외측을 대고 속불꽃은 닿지 않게 한다.
또 부품의 치수, 형상 및 열용량에 따라서 예열도 한다. 너무 과열하면 납땜의 확산 및 산화를 초래하기 쉬우며, 용제의 녹는 정도를 보고 이음의 온도를 추정할 수 있다.
○ 저항납땜(resistance brazing)
납땜할 이음부에 용제를 바르고, 납땜재를 삽입하여 저항열로 가열하는 방법이다. 구조상 두 종류가 있으며 하나는 전극에 탄소 또는 흑연을 사용하여, 전극에 발생한 저항열로 납땜부를 가열하는 간접가열법과 전극에 텅스텐, 동합금 등을 사용하여 납땜부의 저항열을이용하여 납땜하는 직접가열법이 있다. 이 방법에서는 스폿 용접이 곤란한 금속의 납땜에 적당하다.
○ 노중납땜(furnace brazing)
전열이나 가스 불꽃 등으로 가열된 로내에서 납땜하는 방법이다. 이 방법은 온도 조절이 균일하므로, 정밀 이음이 가능하며, 납땜재는 미리 이음면에 삽입하여 로내에 넣는다. 비교적 작은 부품의 대량 생산에 적합하며, 또 분위기는 수소와 해리 암모니아 가스를 사용할 때가 많다.
○ 침지납땜(dip brazing)
이음면에 땜납을 삽입하여, 미리 가열된 염욕(salt bath)에 침지하여 가열하는 방법과 납땜부를 용제가 들어 있는 용융땜 조에 침지하여 납땜하는 두 방법이 있다
○ 고주파납땜(induction brazing)
땜납과 용제를 삽입한 틈을 고주파 전류를 이용하여 가열하는 납땜법이다. 자성이 있는 금속에서는 유도전류에 의한 가열이 주가 되며, 비자성의 금속에서는 과전류에 의한 가열이 주가 된다. 가열 코일은 부품에 다라서 적당한 형상과 용량이 사용된다. 이 방법은 가열 시간이 짧고 작업이 용이하나, 국부 가열에 의한 변형이 다르기 쉽다.
○ 진공납땜
○ 유도납땜
1)탄소강의 조직
①Austenite
담금질한 강 조직의 하나이다. 철은 녹을 때까지 두 번 결정형을 바꾸는데, 900 ℃ 이하와 1,400~1,528 ℃(녹는점)까지 범위에서는 체심입방 결정형이지만, 900~1,400 ℃에서는 면심입방 결정형이 된다. 순철은 웬만큼 급히 냉각시켜도 900 ℃를 경계로 하는 면심입방 →체심입방의 결정형 변화는 막을 수가 없어 체심입방형으로 되지만, 철에 탄소가 알맞게 들어간 강에서는 급랭함으로써 이 변화가 도중에 정지한다. 이것을 다시 탄소 이외의 다른 원소를 하나 더 첨가한 합금강으로 하면, 첨가하는 원소에 따라서 이 변화가 완전히 멈추어 면심입방의 철이 상온까지 가져올 수 있다. 니켈 ·크롬을 많이 첨가한 18-8 스테인리스강 , 망간을 첨가한 망간강 등이 대표적인 예이다. 이와 같은 합금원소가 녹아든 면심입방정의 철을 철강학자인 R.오스텐의 이름을 따서 오스테나이트라 한다. 상온에서 안정된 체심입방의 철보다도 탄소가 더 많이 녹아들며, 마모에 강한 특색이 있으므로 철도레일의 포인트, 무한궤도의 벨트 등에는 망간강의 오스테나이트가 사용된다.
②Ferrite
900℃이하에서 안정한 체심입방결정의 철에 합금원소 또는불순물이 녹아서 된 고용체이다.
철강의 금속조직학상의 용어로서, α철을 바탕으로 한 고용체이므로, 외관은 순철과 같으나, 고용된 원소의 이름을 붙여 실리콘 페라이트 또는 규소철이라고도 한다. 현미경으로 보면 단상이며, 탄소가 조금 녹아 있는 페라이트의 흰 부분과 펄라이트의 검게 보이는 부분이 섞여 나타난다. 910℃ 이상으로 가열하면 오스테나이트로 변화한다.
③Pearlite
탄소 0.76%의 강을 약 750℃ 이상의 고온에서 서서히 냉각하면, 650~600℃에서 변태를 일으켜(이 변태를 A1 변태라고 한다) 펄라이트 조직이 나타난다. 사광선을 이용하여 현미경으로 검사하면, 진주와 같은 광택이 나타나 펄라이트라 한다. 이것은 α철(페라이트)과 탄화철 Fe3C(시멘타이트)가 서로 번갈아 층을 이루는 것이다. 즉 A1 변태의 내용은
이다. 고온으로부터의 냉각속도가 커짐에 따라서 Ar1 점(냉각 때의 A1)은 내려가 펄라이트층은 미세해진다. 탄소가 0.76% 이하의 강에서 그 상온의 조직은 펄라이트와 페라이트, 탄소 0.76% 이상의 강 또는 주철에서는 펄라이트와 시멘타이트로 된다.
④Cementite
철과 탄소가 결합한 탄소물이다. 금속합금 내에 존재하는 탄소는 금속원자와 결합하여 카바이드(탄화물)을 형성하며, 금속합금이 철강재료인 경우에는 철금속이 탄소와 결합하여 시멘타이트를 형성하여 합금의 내열·내마모 특성을 증가시킨다. 대부분의 탄소강에서는 250∼700℃ 근처에서 시멘타이트가 형성되며 이보다 고온에서는 구형의 입자상으로 조대화(粗大化)한다. 조성은 Fe3C 혹은 합금내 카바이드 형성 촉진원소 M이 포함된 경우에는 (Fe,M)3C로 표시된다. 철강재료 중 백주철과 같은 재료는 탄소가 거의 시멘타이트의 형태로 존재하며, 내마모성이 뛰어나서 볼밀(ball mill)과 같은 마모가 심한 부분에 사용된다.
⑤Ledeburite
실용적으로는 주철에 나타나는 오스테나이트와 시멘타이트와의 공정조직을 말한다. 철-탄소 2원계의 공정조성은 탄소 4.32%, 공정온도는 1,147℃이다. 약 2%의 탄소를 함유한 오스테나이트와 시멘타이트가 48:52의 양비로 혼합한 조직을 나타낸다. 상온까지 냉각하면 오스테나이트는 페라이트와 시멘타이트로 분해되나, 공정의 형상은 그대로 남으므로 판별할 수 있다. 백주철에 뚜렷하게 나타난다.
2)탄소강의 열처리
①불림(소준)
강을 표준상태로 만들기 위한 열처리중의 하나이다. 강을 단련한 후, 오스트나이트의 단상이 되는 온도범위에서 가열하여 대기 속에 방치하여 자연냉각 한다.
? 불림의 목적 ① 주조 또는 과열 조직을 미세화하고,
② 냉간가공·단조 등에 의한 내부응력을 제거하며,
③ 결정조직, 기계적·물리적 성질 등을 표준화시키는 데 있다.
②풀림(소둔)
충분히 확산할 수 있을 정도의 온도로 가열한 다음 서서히 냉각하는 처리하는것을 말한다.
재료를 평형상태도에 나타난 그대로의 안정상태로 만들기 위한 처리방법이다. ‘어닐링’이라고도 하는데, 이전에는 ‘소둔’이라고 하였다. 상변화가 온도의 오르내림에 따라 일어나는 재료에서는 충분한 시간에 걸쳐서 천천히 냉각시킴으로서 상태도에 나타난 것만큼의 변화를 전부 완료시켜서 안정된 평형상태로 한다. 고온상태에서 천천히 식혀서 확산에 의해 각 온도에서 평형상태를 그 때마다 잡으면서 냉각될 수 있는 시간을 준다. 이 밖에 가공 ·주조 ·조사 등에 의해 변형이 생기거나 격자결함이 생겨서 굳은 결정고체에서는 그 속에서 주체가 되는 성분의 원자가 충분히 확산해서 움직일 수 있는 온도, 즉 재결정 온도 이상으로 적당한 시간 가열해서 목적을 달성한다.
풀림하여 얻을 수 있는 상태는 그 재료에 있어서 가장 부드러운 상태일 때가 많으므로, 풀림이라는 말에는 가장 연한 상태를 얻는 열처리 조작이라는 느낌이 내포되어 있다. 이 때문에 석출경화형 합금인 베릴륨구리에서는 완전히 고용되는 온도까지 가열해서 급랭하여, 과포화고용체를 얻으면, 그 합금에서의 가장 연한 상태가 되기 때문에, 이 조작을 용체화, 담금질, 또는 용체화 풀림(solution annealing)이라고도 한다.
③담금질
금속가공 방법중의 하나이다.
급랭함으로써 금속이나 합금의 내부에서 일어나는 변화를 저지하여, 고온에서의 안정상태 또는 중간상태를 저온 ·온실에서 유지하는 조작으로 과거에는 소입이라고도 하였다.
영어로 quenching은 그 뜻이 광범위하여 냉각뿐만 아니라 승온에 수반되어 일어나는 변화를 급열함으로써 저지하는 경우에도 사용한다. 이 말은 원래 강철을 오스테나이트(y상)의 상태로 가열하고 물 속 또는 기름 속에서 급랭하여 펄라이트로의 변화를 저지해서 담금질 조직을 얻는 조작을 말했으나, 오늘날에는 널리 ‘냉각에 의한 변화의 저지’라는 뜻으로 사용되고 있다. 따라서는 과히 급랭하지 않아도 변화가 저지되어 경화되므로, 넓은 뜻의 담금질에서는 반드시 급랭하지 않아도 된다. 또, 강철에서는 담금질을 함으로써 고온에서 저온으로의 변화가 일부 저지되어 매우 단단한 마텐자이트 등의 조직이 되기 때문에, 다른 합금에서도 담금질에 의해 항상 단단한 상태가 된다고 생각하기 쉬우나, 반드시 그렇지도 않다.
저온으로의 변화가 완전히 저지되는 시효경화성 합금 등에서는 담금질 상태는 그 합금에서 가장 연한 상태가 되는데, 두랄루민 ·베릴륨구리 등이 그 예이다.
④담금질조직
⒜Martensite
강철을 담금질하면 생기는 조직이다.
강철의 조직 중에서 가장 단단한 조직이다. 강철을 담금질하면 고온에서 안정된 오스테나이트로부터 실온에서 안정한 α철과 시멘타이트로 구성되는 조직으로 변화하는 변태가 일부 저지되어 단단한 조직으로 되는데, 이것이 마텐자이트이다. 독일 철강학자 A.마르텐스의 이름을 따서 명명되었다.
마텐자이트는 현미경으로 보면 가는 침상조직으로 되어 있다. α와 β의 두 가지가 있는데, 담금질한 강철에 나타나는 α마텐자이트는 저온에서 뜨임처리하면 β로 변한다. α는 축비가 1.03~1.07인 입방결정이며, β는 이것에서 시멘타이트로서 과잉의 탄소를 석출하는 과정에서 생긴 것이다.
마텐자이트 변태가 시작되는 온도는 탄소량에 의해 결정되므로 마텐자이트 온도(Ms점)라 하는데, 마텐자이트 변태는 이 온도 이하로 떨어질수록 진척되며, 다시 가열해도 원상태로 돌아오지 않는다. 그러나 일정 온도 이하가 되면 오스테나이트에서 마텐자이트로의 변화가 일어나지 않게 된다. 이 온도를 Mf점이라고 한다. 탄소량 0.3%인 강에서는 Ms점이 약 350℃이고, 탄소량이 많아지고 합금원소가 가해지면 Ms점은 낮아진다.
마텐자이트 변태의 메커니즘에 관해서는 많은 연구가 있으나, 침상 조직의 성장이 천만분의 1초대에서 일어난다는 점에서 확산을 수반하지 않는 변태에 의하는 것으로 생각되며, 가는 침상 결정 속의 전위밀도가 극히 높은 것이 그 경도의 원인이라고 생각된다.
바이트 ·드릴 ·끌 ·다이스 등 다른 금속재료를 자르거나 깎는 공구의 재료로 쓰이는 강철은 대부분 이 조직이 되도록 열처리된다.
⒝austenite
이조직은 공석강이상의 고탄소강을 냉각할 때 빠른냉각속도로 고용하고 있는 탄소가 결정립계로 석출하지 못하고 불완전 오스테나이트 조직으로 남는 것을 말합니다.. 이조직은 매우 불안정하므로 뜨임을 빨리진행해주어 안정적인 오스테나이트로 만들어 주던지..아니면 서브제로 처리를 통해 마르텐사이트화 시켜 주어야 합니다
⒞troostite
철강을 어느 정도 느린 냉각속도로 담금질하였을 때 나타나는 세립상의 집합에서 보이는 금속조직이다.
철과 탄소의 화합물인 시멘타이트와 α철과 혼합물이라는 점에서는 펄라이트와 같지만, 층상으로 되지 않고 미립상을 나타낸다. 탄소강에서는 큰 덩어리를 물담금질하였을 때 중심부에 나타나거나 또는 강재를 기름 또는 온수 속에서 담금질하였을 때 나타나는데, 매우 단단하지만 부서지지 않기 때문에 칼날과 같은 것에 적합하다
⒟sorbite
소르바이트조직은 마르텐사이트를 500도 이상 가열시 생성되는 조직으로서 시멘타이트 입자가 크게 성장하여 석출한 조직이다. 투루스타이트와 솔바이트드도 함께 페라이트와 시멘타이트의 혼합물인데 다만 그 응집된 양상을 달리하는 것으로 500℃ 이상에서 템퍼링하면 응집된 시멘타이트는 응결, 입상화 한다. 솔바이트는 투루스타이트에 비해서 경도는 낮지만, 인성이 월등하고, 펄라이트에 비교해도 높은 경도와 강도를 지니고 있다
⑤뜨임(tempering)
담금질강은 대단히 단단하고 메져서, 여기에 적당한 점도를 가지도록 하기 위하여 A1 변태점 이하의 온도로 가열하여 천천히 냉각하는 조작을 뜨임(ternpering)이라 한다. 뜨임한 강을 가열하게 되면 조직은 다음과 같이 변화한다. 잔류 오스테나이트는 l00℃ 부근에서 마텐자이트로 변하기 시작하고, 마텐자이트는 250℃에서 급격히 트루스타이트로 변화하여 350℃에서 끝난다. 400℃ 이상에서는 소르바이트로 변하기 시작하여 600℃에서 완료하고, 650℃까지 가열하면 완전히 펄라이트로 되고 만다. 따라서, 뜨임 온도가 높을수록 경도를 감소시키고 연성을 증가시키므로 어느 범위 내에서 기계적 성질을 가감할 수 있다. 공구나 칼날 등은 마텐자이트 또는 트루스타이트, 기계 부품은 일반적으로 소르바이트가 적합하다. 뜨임할 때 표면에 생기는 산화 피막의 색깔에 의해 그 정도를 알 수 있다. 이 색깔을 뜨임 색깔(tempering color)이라 한다
3)강의 표면 강화법
①고체침탄법
침탄제인 목탄이나 코크스 분말과 침탄 촉진제(BaCO₃, 적혈염, 소금 등)를 소재와 함께 침탄 상자에서 900∼950℃로 3∼4시간 가열하여 표면에서 0.5∼2mm의 침탄층을 얻는 방법이다.
장점- 1.대형부품 처리가능
2.소량 생산에 적합
3.설비비의 저렴
단점- 1.대량생산 부적합
2. 작업환경의 열악
3. 탄소농도의 조절 곤란
②액체침탄법
침탄제(NaCN, KCN)에 염화물(NaCl, KCl, CaCl₂등)과 탄화염(Na₂CO₃,K₂CO₃등)을 40∼ 50% 첨가하고 600∼900℃에서 용해하여 C와 N가 동시에 소재의 표면에 침투하게 하여 표면을 경화시키는 방법. 침탄 질화법이라고도 하며, 침탄과 질화가 동시에 된다
③가스침탄법
침탄성 가스를 가스타이트로 한 침탄 가열로로 보내 침탄 처리를 하는 방법으로, 특히 대량 생산에는 최적이다. 장점으로서는 침탄 농도의 조절이 용이하며 침탄이 균일하게 이루어지고 또 침탄후 직접 담금질이 가능하다는 점이다. 침탄성 가스는 메탄(CH4), 프로판(C3H3), 부탄(C4H10) 등이 있으며, 일반 조성으로서는 CO 10~40%, CH4 3~30%, H2 30% 이상, CO2 0.2% 이하, H2O 0.5% 이하이고 나머지는 N2이다
④질화법
질화처리는 500∼590℃ 범위온도의 페라이트상에 질소원자를 침투시켜 실온까지 냉각할 때 아무런 상변태가 수반되지 않는 페라이트계 화학열처리이다.
질화법은 침탄경화와 달리담금질에 의한 경화가 아니므로 변형이 대단히 적고, 또 가열도 저온의 α-철계역에서 실시되므로 열처리변형이나 모재의 결정립 성장도 없으며 경도는 침탄경화층에 비해 훨씬 높고 내마모성 내식성이 우수합니다. 또한 뜨임에 대해서도 강한 저항성을 나타내는 특징을 가지고 있습니다. 그래서 옛날부터 항공기선박기관 부품의 표면경화법으로 채용되었지만 결점으로 처리온도가 낮기 때문에 희망하는 경화층을 얻는데 장시간을 필요로 한다. 또 처리강재도 특수강을 사용해야 한다
4)고급주철
① 란츠법 (lanz process)
T.C.(total carbon=2.5%~ 3.5%, Si=0.5~1.5%, T.C.+Si=4.2%를 표준 성분으로 하고, 주형을 예열하여 냉각속도를 느리게 함으로써 백선화를 방지한 pearlite 조직을 얻는다. 이를 일명 pearlite 주철이라고도 한다
② 에멜법(emmel process)
Emmel법은 흑연상태를 개선하는 방법으로 용선로에 50% 이상의 강철 scrap와 선철을 용해하여 T.C.를 3% 이하로 저하시켜 제조하며, 조직은 흑연이 미세하고 균일하게 분포된 기지의 pearlite 이다.
⑤ 피보바르키법
주입온도를 높게하면 흑연이 미세하고 균일하게 되는 경향을 이용하여 용선로에서 용탕을 전기로에 옮겨 1500~1600℃까지 가열하여 주입함으로써 강도가 큰 주철을 얻는 방법이며, 일명 고온주철이라고도 한다.
④ 데세즈네법
용융상태의 주철에 진동을 주어 비중이 작은 불순물 같은 것을 뜨게 하고, 흑연의 성장을 방해하여 흑연이 완전히 용입(熔入)되며 미세하게 된다. 압탕구가 있는 주형에 이 방법을 사용하면 흑연이 생긴다하여도 S와 같은 불순물과 함께 위로 부상(浮上)하여 제거되기 때문에 일명 진동탈황주철이라고도 한다
⑤ 미하나이트주철
강인 주철이라고도 하며, 백선에 규소화칼슘(CaSi)을 0.3% 정도 첨가함으로써 응 고와 동시에 백선화를 방지하고, 흑연을 미세화시켜 펄라이트 주철로 한 것으로, 인 장 강도가 35∼45 kg/mm2로 높고, 제품의 신뢰성이 높으며, 인성이 큰 주철이다
⑥ 구상흑연주철
보통 주철이 강에 비하여 강도와 인성이 나쁜 이유는 흑연이 주로 편상으로 되어 있 기 때문이다. 가단 주철은 괴상 흑연으로 되어 어느 정도 이 결점을 제거할 수 있지 만, 제조 공정상 열처리하는 데에 시간과 경비가 많이 드는 문제가 따른다. 구상 흑 연 주철은 용융 상태의 주철에 Mg, Ce 또는 Ca를 첨가함으로써 흑연의 모양을 편상 이 아닌 구상으로 한 것이다. 강도는 별 변화가 없이 인성 및 연성을 현저하게 개선 시킨 주철로서, 노듈러 주철 (nodular cast iton) 흑은 덕타일 주철 (ductile cast iron)이라고도 불린다. 내마멸성, 내열성, 내식성 등이 우수하므로 크랭고축, 캠축등 의 기계 부품, 주철관, 내열 부품 등에 쓰인다.
⑦칠드주철
주조할 때, 모래 주형에 필요한 부분만 열전도성이 좋은 금형을 이용하여 용융 금속을 금형에 주입하면, 금형에 접촉한 부분만이 급랭되어 흑연의 석출을 저지함으로써 주물 표면이 단단하고, 내부는 보통 주철의 연한 조직이 되는 주철을 칠드 주철이라 한다. 표면이 단단하여 내마멸성이 좋고, 인성이 좋으며, 내충격성 이 요구되는 압연용 롤러, 차량, 각종 파쇄기의 부품 등에 쓰인다