알루미늄의 특성

[유형민]

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제목 : 알루미늄

[뽀그리]

05/08/19 (금) 오후 1:20

 

	경 량  성	Al의 비중은 2.7로 Fe의 7.87, Cu의 8.9에 비해 약 1/3
	내 식  성	Al은 대기중의 산소와 반응하여 표면에 얇고 치밀한 산화 피막을 형성
	가 공  성	압출, 압연, 단조,성형 등의 소성가공이 용이

	열, 전기 전 도  성	열 전달은 Fe의 5배, 전기 전도도는 Cu의 약 60%
	비 자  성	자장의 영향을 받지 않으므로 초정밀 전자제품, 안테나 등에 적용

	저온강도	저온 취성파괴를 일으키지 않아 LNG탱크, 우주개발분야 등에 적용
	진공특성	다른 금속에 비해 가스 방출이 특히 작아 직공관련 부품에 적용
	표면처리	양극산화에 의한 다양한 칼라, 경도, 내시성 등의 목적에 적용

	반 사  성	빛, 열, 전파를 잘 반사하여 반사판, 우주복, 전자부품 Case등에 적용
	보호특성	비타민등을 보호하는 특성이 있어 식품 및 의약품 포장재료로 적용
	재활용성	재생에 필요한 네너지는 원석으로부터 신지금을 제조하는 에너지의 3%

 

은백색의 부드러운 금속, 전성, 연성이 풍부하여 박이나 철사로 만들 수 있다. 시중에도 판매되는 알루미늄은 8.0- 99.85% 정도의 순도이며. 주요 불순물은 규소와 철 이다. 성질은 순도에 따라 상당히 다르다. 전기의 양도체로, 비저항은 구리의 약 1.6배이다. 또, 비중으로 보아 전형적인 경금속이다. 공기 속에 방치되면 산화물의 박막을 생성하여 광택을 잃지만, 내부까지는 침식되지 않는다. 공기속에서 녹는점 가까이 가열하면 흰 빛을 내며 타서 산화알루미늄이 된다. 이 때 높은 온도가 되므로, 분말을 써서 금속의 야금이나 용접을 한다. 질소, 황, 탄소 등과도 직접 화합하여 질화물, 황화물, 탄화물이 되며, 할로겐과도 작용하여 염화물, 브롬화물 등을 만든다.
산에 녹아 염을 만드나, 진한 질산에는 잘 침식되지 않는다. 알칼리에 녹아 수소를 발생하여 알루민산염이 된다.
1)물리적 성질
  Al의 물리적 성질을 표에 표시한다. 전도율은 Cu의 도전율의 60% 이상이며, 가볍고 내식성이 있으므로 전선용에 상당히 이용된다. 지금 중의 Si, Fe, Cu, Ti, Mn 등은 도전율을 해치므로 억제하여야 한다. 순알루미늄보다는 강도가 큰 합금선이 송전선 등에 이용하기도 한다.

성       질	알루미늄의 순도(%)
	99.996
비중(20'C)	2.6989
용융점('C)	660.2
비열(100'C)(cal/g 'C)	0.2226
잠열(cal/g)	96.4
전기전도도(%)	69.94
전기저항온도계수	0.00429
열팽창계수(20~100'C)	23.86*10 -6
결정계, 격자정수	면심입방 a=4.0413A

2) 기계적 성질
  Al의 기계적 성질은 그 재료의 순도·가공도·열처리조건·시험온도 등에 따라 달라진다. 순도가 높을수록 연질이 되며, 불순물 중 문제가 되는 Fe, Si, Cu 등의 함량에 따라서 성질이 변화한다. 알루미늄 전신재의 판·조 및 원판의 기계적 성질을 표에 표시한다.

기    호	질    별	인장강도(kgf/㎟)	내력(kgf/㎟)	연신율(%)
A1080P A1070P	0	5.5~9.5	1.5이상	15~35
	H12	7.0~11	5.5이상	2~8
	H14	8.5~12	6.5이상	1~6
	H16	10~14	7.5이상	1~4
	H18	12이상	-	1~4
	H112	7.5~5.5	3.5~1.5	13~25

3) 화학적 성질
  Al은 그 표면에 생기는 산화피막의 보호작용 때문에 내식성이 좋다. 대기 중에서는 일반적으로 내식성이 좋으나 부식률은 대기 중의 습도와 불순물량·질 등에 관계한다. 전원지방에서 0.001mm/year, 해상에서 0.11mm/year, 중성수용액에서는 내식성이 좋으나 염화물 용액 중에서는 나빠진다. 산성용액 중에서는 수소이온농도의 증가에 따라 부식이 증가하고, 황산·회질산·인산 중에서는 침식되고 특히 염산 중에서는 속히 침식된다. 그러나 80%이상의 질산에는 잘 견딘다. 질산이나 기타 유기산에는 내식성이 좋다. 암모니아수중에서는 잘견디나 기타의 알칼리수용액 중에서는 침식된다. 

 

 전성, 연성이 풍부하고 비중이 작으며, 열 진기의 전도성이 크고 대기 속에서의 내식성이 강하기 때문에 판재, 박재, 봉재, 선재, 관재, 형재 등 모든 형태로 가공되어 이용되고 있다. 어떤 뜻에서는 현대를 알루미늄 시대라고 해도 과언이 아니다. 그 가벼운 점을 이용하여 항공기, 자동차 ,선박, 철도에 사용되고, 전기의 양도체인 점을 이용하여 송전선 등에 사용된다.
또, 식품공업, 식기류 등에서의 알루미늄 이용은 내식성과 인체에 해가 없는 점 때문이다. 이밖에 페인트, 알루미늄박에 의한 포장이나 건축 재료 및 원자재 등 현재까지 많은 용도가 알려져 있다.

가공용 알루미늄합금을 크게 나누면 duralumin계의 Al-Cu-Mg계, Al-Zn-Mg계를 주체로하는 고강도합금계와 Al-Mn계, Al-Mg-Si계를 주체로 하는 내식성 합금계로 나눌 수 있다. 합금의 명칭과 질별기호 합금의 명칭은 미국의 Alcoa사의 합금명이 널리 사용되고 있는데, 이것은 가공용 합금은 모두 S를 붙이고, 그 앞의 둘째자리 숫자로 합금의 계통을 나타낸다. 예를 들면 50대의 합금은 Al-Mg계, 70대는 Zn을 가한 합금계이다. 또 이 합금명 다음에 열처리 또는 가공과 같은 처리의 종류·정도를 나타내는 부호를 붙이는 것이 보통이며, 이 부호는 주조용 합금에도 붙이는 일이 많다. 그런데 1954년 미국 알루미늄협회(Aluminum Association)에서 그 합금번호(AA number)를 통일하여 사용하게 되었다. 이 합금번호는 네자리숫자로 되어 있으며, 왼편에서 첫 자리숫자는 다음과 같은 합금계를 나타낸다.

1000 계열 알루미늄	(99.00% 이상)
2000계열	Al-Cu계 합금
3000계열	Al-Mn계 합금
4000계열	Al-Si계 합금
5000계열	Al-Mg계 합금
6000계열	Al-Mg-Si계 합금
7000계열	Al-Zn계 합금
8000계열	기타
9000계열	예비

 알루미늄에 다른 원소를 첨가했을 때 내식성은 별로 악화되지 않고 강도를 개선하는 원소는 소량의 Mn, Mg, Si 등이고 Cr도 응력부식균열을 방지하는 효과가 있다. 내식성을 악화하는 원소는 전기화학적으로 Al보다 귀한 금속 즉 Cu, Ni, Fe등이다. 따라서 내식성 알루미늄합금으로는 Al-Mn계, Al-Mg계, Al-Mg2Si계가 주요한 것들이다. KS규격(D 6711)에는 주로 건축에 사용하는 알루미늄 및 알루미늄합금의 도장판 및 조에 대하여 규정하고 있다. 주요한 내식성 실용합금을 다음에 설명한다.
1) Al-Mn합금
실용합금으로는 2%Mn 이하의 것이 사용되며 Al-1.5%Mn의 3003(3S)합금은 가공성·용접성이 좋다. Al에 Mn을 넣으면 재결정온도가 상승하므로 완전히 소둔하려면 410℃로 2hr 정도 가열해야 한다. 이 합금은 입자가 커지는 일이 있는데, 이것은 주괴를 가공 전에 예열하면 방지된다. 그 이유는 주괴가 수냉주조되면 Mn이 과포화하게 고용된 상태에 있고 예열하면 β상의 석출을 촉진하여 결정립의 조대화를 방지하기 때문이라고 생각되고 있다.
2) Al-Mg합금
이 계의 합금이 주조용으로 사용되기도 하지만 가공용으로도 사용된다. 2-3% Mg합금은 주괴에서 용이하게 가공할 수 있으나 3%이상이 되면 결정편석이 증가하여 예비가공을 적당한 온도에서 하지 않으면 깨지기 쉽다. 실용합금은 6% Mg까지가 보통이나 특수 목적에는 10% Mg의 것도 실용된다. 이 합금은 내해수성이 좋고 강도 특히 피로강도의 온도에 따른 변화가 적고 또 용접도 가능하다.
3) Al-Mg-Si합금
Mg2Si상을 석출하고 595℃ 공정온도에서 그 고용도는 약 1.85%이나 온도의 강하에 따라 감소한다. 따라서 이 합금에는 Mg2Si상의 석출과정에 의한 시효경화성이 있다. Mg2Si의 조성보다도 규소량이 많으면 규소석출에 의한 경화도 일어나서 더욱 강도는 높아진다. 이 합금은 용체화상태에서 가공하는 편이 강도가 높아진다. 이 종류의 합금은 강한 가공에 견디며 복잡한 모양의 부품을 주조하는데 적합하고 용접성·내식성이 좋으며 전기저항이 낮다. 실용합금에는 0.45-1.5%Mg, 0.2-1.2%Si를 함유하는 6000계열대의 합금과 개량품이 있다.

Duralumin을 원조로 하여 발달한 시효경화성 합금이다. 이러한 합금은 Al-Cu-Mg계와 Al-Zn-Mg계로 나눌 수 있으며, 이 외에 단조용으로 Al-Cu계, 내열용으로 Al-Cr-Ni-Mg계의 합금도 있다. 이 종류의 합금성분과 기계적 성질은 KS규격(D 6701)에 알루미늄 및 알루미늄합금판 및 조에 포함시켜 규정하고 있다.
1) Al-Cu-Mg계 합금
이 계의 합금은 용체화처리 후 급냉하여 상온에 방치하면 시효경화한다. 시효에 기여하는 화합물은 CuAl2, S화합물이며 불순물로 Si가 들어가면 Mg2Si도 경화에 관계한다. S화합물은 Al5Cu2Mg2 또는 Al2CuMg라고 생각되고 있다. 이 계의 실용합금에는 2017, 2014, 2024의 합금이 있다.
. Duralumin
2017합금(Al-4Cu-0.5Mg-0.5Mn)에 해당하며 500-510℃에서 용체화처리 후 수냉하여 상온시효경화시키면 기계적 성질이 개선된다. 강도가 크고 성형성도 좋다. 가공은 용체화처리 후 시효경화 전에 하는 것이 보통이나 이와 같은 용체화처리 후의 냉간가공은 처음의 시효경화속도를 크게 하지만 가공 후의 경화량은 가공도가 클수록 적어진다. 시효 후 다시 냉각가공하면 시효경화는 더욱 진행한다. 2024합금(Al-4.4Cu-0.8Si-0.8Mn-0.4Mg)은 강도·성형성·경도가 높고 T4처리재는 2024합금보다 강도가 적으나 T6처리하면 2024합금과 같은 강도를 갖는다. T6처리는 170℃, 10hr가 좋다.
. 초 Duralumin(super duralumin, SD)
2024합금(Al-4.5Cu-1.5Mg-0.6Mn)이며 T4처리하면 약 48kg/mm2의 강도를 갖고 항공재료로 사용된다. T6처리하면 T4처리한 것에 비하여 강도는 같으나 내력(σ0.2)이 상승하고 연신이 감소한다. 그러나 연신이 낮아도 실용상 지장이 없으므로 T6재로 이용된다. T6처리는 190℃로 10∼12hr 실시한다. 이러한 합금들은 내식성이 별로 좋지 않으므로 부식의 염려가 있는 곳에서는 판재의 표면에 순 Al을 피복한 clad재를 사용한다.
2) Al-Zn-Mg계 합금
이 계에 속하는 것에 초초 duralumin(Extra Super Duralumin, ESD)이라 하여 항공기재로 쓰이는 것, 또는 clad 재나 압출재로 쓰이는 75S합금 등이 있다. ESD 합금(7075합금)은 1.5-2.5%Cu, 7-9%Zn, 1.2-1.8%Mg, 0.3-1.5%Mn, 0.1-0.4Cr을 품는다. 이 계의 합금은 약 5% 이상의 MgZn2를 함유하는 합금은 시효경화성이 현저하므로 고강도합금으로 주목되고 있다. 그러나 응력부식균열성이 있어 자연균열(season cracking)을 일으키는 경향이 있으므로 0.2-0.3%Cr 또는 Mn을 첨가해서 자연균열을 억제하고 있다. 열처리는 450℃에서 용체화하여 약 120℃로 24hr 인공시효 경화시킨다. 시효재의 인장강도는 약 60kgf/mm2이고 Al합금 중 최고의 강도를 갖는다. 이 외에 HD합금(5.5%Zn, 1.2-2%Mg, 0.7-0.8%Mn, 0.25-0.3%Cr)이 있으며, 이것은 고온변형저항이 낮은 특징이 있고 420℃에서 용체화하여 20일 상온시효시키면 σB50kg/mm2, σ0.228kg/mm2, δ15%정도의 인장특성을 갖는다.

1) 합금판
고강도합금의 결점은 내식성이 나쁜 것이므로 판재의 표면에 모재보다도 전기화학적으로 안정한, 내식성이 좋은 순알루미늄 또는 알루미늄합금으로 피복한 합판(alclad)이 제조되고 있다. 합판의 열처리 때에는 내판에서 외판으로 Cu가 확산하여 외판의 내식성을 해치므로 용체화처리는 두께 3mm 미만은 1회, 3mm 이상은 2-3회 이내로 제한한다. 내판-외판 합금 예를 들면 2014(내)-6003(외), 2017-1230, 2024-1230, 7075-7072 등이 있다.
2) 리벳재 합금
이 목적에는 2117합금(Al-2.6Cu-0.35Mg)이 주로 사용된다. 리벳(rivet)은 용체화처리 후 시효경화 전에 체결작업을 끝내야 한다. 따라서 리벳재는 시효경화가 늦게 일어나는 합금이 좋다. Al-Cu-Mg계 고강도합금에서는 Cu%가 많을수록 용체화처리 후 시효경화가 일어나기까지의 잠복기간(incubation period)과 시효경화가 포화할 때까지의 기간이 단축되므로 Cu%를 2.6%정도로 저하시킨 것이 2117합금이다. 그러나 Cu%가 낮으므로 강도는 2017합금보다 낮다. 강도를 요하는 부분에는 2017, 2024합금 등도 이용되나 이러한 합금은 잠복기간이 짧으므로 시간적인 관리를 엄중히 해야 한다. 또한 잠복기간은 시효온도가 낮으면 길게되므로 -5℃이하로 리벳을 저장하면 경질상태를 오랫동안 보존할 수 있다. 또 고강도 합금에 Sn을 넣어 Mg2Sn화합물을 0.5%이상 함유하게 하면 잠복기간이 연장되며, 이 종류의 리벳이 항공기용에 이용된다. KS규격(D 6757)에 Al 및 Al 합금 리벳재가 규정되어 있다.
3) 내열알루미늄합금
Y합금에 해당하는 2218합금(Al-4Cu-2Ni-1.5Mg)은 단조성은 불량하나 강도와 열전도성이 좋으므로 실린더헤드·피스톤 등의 내열단조부품에 이용된다. 열처리에 있어서 완전소둔은 410℃에서 2-3hr 가열후 공냉하고 용체화가열은 505-515℃로 약 4hr 보존하여 작은 것은 물에, 큰 것은 열수(熱水) 중에 급냉한다. 인공시효는 230-240℃에서 5-8hr 가열한다. 4032합금(Al-12.5Si-1.0Mg-0.9Mn-0.9Ni)도 단조성이 좋고, 팽창계수가 적으므로(19.4X10-6, 20-100℃)단조피스톤에 적합하다.
4) 단조용 합금
Mg를 함유하지 않는 2025합금(Al-4.5Cu-0.8Mn-0.8Si)이 단조성이 좋으므로 항공기용 프로펠러 등에 이용된다. 2025-T6은 σB41kg/mm2, σ0.226kg/mm2,δ19%, Brenell 경도 110, 피로강도(5X108∞)25kg/mm2이다.
5) 알루미늄분말소결체(SAP)
Al에 산화막을 증가시키기 위하여 산소분위기 내에서 분쇄하여 알루미나 8-15%를 함유한 알루미늄분말을 가압형성, 소결 후 압출한 것을 SAP(Sintered Aluminum Powder) 또는 APMP(Aluminum Powder Metallurgy Product)제품이라 말하며, 알루미늄-알루미나계 입자분산강화합금이다. 이러한 합금은 절삭가공·냉간가공이 가능하며 알루미나는 생지금알루미늄의 소성유동성을 방해하고 결정립의 성장을 저지하므로 500℃정도까지의 고온강도가 우수하다. 또한 비중·열팽창계수가 작고 전기전도도·내식성·피로강도가 양호하다. 알루미늄 분말야금의 새로운 기술로서 급냉응고분말을 사용하면 평형상태로는 얻을 수 없는 조성의 Al-Fe, Al-Cr, Al-Mn, Al-Zr, Al-Si합금의 제조가 가능하게 된다. 또 결정립의 크기가 석출물이 아닌 미세혼합물을 조절할 수 있어 내열성·내마모성·피로강도가 우수한 신재료를 얻을 수 있다.
6) 알루미늄 복합재료
건축용 패널(panel)같은 것에서는 플라스틱과 복합하여 표면은 내화성이고 강한 알루미늄으로 하고 내부는 플라스틱으로 하거나 또는 반대로 표면을 화학적으로 안정한 플라스틱으로 피복하는 등 두가지의 특징을 살린 복합재료가 제조되어 한층 더 경량화와 내구성을 갖게 한 신재료가 보급되고 있다.

알루미늄은 소재 그대로도 색이 좋고 내식성이 있으나 표면처리에 의해서 이러한 특징이 더욱 좋아지고 부가가치를 높일 수 있다. 표면처리법에는 buff연마, 화성처리, 광택처리, 산화피막처리, 착색, 도금 등 많은 방법이 있다.

 

 Al은 매우 활성이고 반응성도 강하여 자연그대로도 그 표면에 엷은 산화피막이 생겨서 내부를 보호하고 있다. 그러나 자연의 산화피막은 매우 엷으므로 인공적으로 두껍고 강고한 산화피막을 전기화학적으로 만드는 처리가 양극산화(anodic oxidation, anodizing)이며 alumite라는 상품명으로 알려져 있다. 알루미늄제품을 산(황산 또는 크롬산 등)중에 담가서 직류 또는 교류와 직류의 조합으로 전류를 흘리면 양극측의 제품표면에 산화피막이 성장하게 된다. 양극산화전해한 그대로는 피막에 0.01-0.05μm의 미세한 구멍이 생겨 표면이 거침으로 압력하에서 수증기처리를 하는 등 봉공처리를 하여 미세한 구멍을 밀폐하여 표면을 매끈하게 한다.

 

 알루미늄은 바후연마만으로는 높은 반사율이 얻어지지 않으므로 전해연마나 화학연마를 하여 매끈한 표면을 얻고 있다. 전해연마는 제품을 양극으로 하여 특정의 전해액을 써서 제품의 형상, 재질에 적합한 전류·전압을 주어 경면연마하는 것이며 전해액의 선택과 전해온도, 전류의 조절이 중요하다. 화학연마는 전류를 쓰지 않고 금속을 함유한 질산연마액 중에서 일정시간 처리하여 전해연마와 같은 효과를 얻는 방법이며 설비비가 싸서 대형제품에는 경제적이다. 이들의 처리는 미술장식품, 반사경, 용기, 부엌용구, 잡화, 건축용품, 자전거부품 등에 널리 이용되고 있다.

 

 양극산화처리에서 전해로 얻은 피막이 다공질인 것을 이용하여 수용성이나 유성의 염료를 흡착시키고 또 봉공처리하여 흡착물이 구멍속에 고정되어 아름다운 착색피막을 얻는 방법이다. 필기용구의 금색캡, 카메라 등의 흑색부품, 가정용품의 채색모양, 문자판 등의 패널, 전기부품이나 가전용품, 기계용품, 차량이나 선박부품, 건축용 새시(sash) 등 방식과 미관을 겸비하여 실용가치가 크다. 또 건축용 대형패널 등에는 내구성이 큰 무기염류로 착색한 양극산화피막을 전해시에 생성시킨 것을 사용한다.

- 금속재료를 소요목적의 형태로 변형시킨다.
- 금속재료의 조대(粗大)한 결정입자(結晶粒子)를 균일하고 미세하게 하여 재질을 개선한다.

(1) 단조(鍛造; forging): 금속재료를 hammer 또는 press 등으로 압축력 또는 충격력을 가하는 가공이다 (2) 압연(壓延; rolling): 금속재료를 회전하는 roll(roller) 사이에 넣어 가압함으로써 두께 또는  단면적을 감소시켜 길이방향으로 늘리는 가공이다.  금속재료를 회전하는 roll(roller) 사이에 넣어 가압함으로써 두께 또는 단면적을 감소시켜 길이방향으로 늘리는 가공을 압연(壓延; rolling)이라 한다. 작업온도에 따라 열간압연(熱間壓延; hot rolling)과 냉간압연(冷間壓延; cold rolling)이 있으며, 열간압연에서는 가공물의 소성이 크므로 압연동력이 적게 소비되고, 변형을 크게 할 수 있는데 반하여 냉간압연에서는 동력 소비는 크나 정밀한 완성가공을 할 수 있고, 기계적 강도를  증가시킬 수 있다.
	압연
열간압연(熱間壓延)과 냉간압연(冷間壓延) 분괴압연을 비롯한 많은 변형을 요하는 작업에서는 열간작업을 하며, 상대적으로 잔류응력이 적으나, 표면이 거칠고 정밀한 치수가 얻어지지 않는다. 반면에 냉간압연에서는 제품의 기계적 강도가 향상되고, 표면이 고우며, 치수가 정확하고, 주로 박판(薄板) 및 대강(帶鋼) 등에 사용된다. 그러나 냉간압연에는 소요동력이 크고, 내부응력이 커지며, 가공경화(加工硬化; work hardening)에 의한 취성(脆性; brittleness)을 동반하므로 냉간압연재를 deep drawing이나 bending에 사용할 때는 풀림(燒鈍; annealing)처리를 하여 내부응력을 제거하고 연화시켜야 한다. (3) 압출(押出; extrusion): 각종 단면재(斷面材) 및 관재(管材)를 얻기 위하여 소성이 큰 상태의 재료를 container에 넣고 강력한 압력으로 die orifice를 통하여 밀어내는 가공이다. (4) 인발(引拔; drawing): taper 형상의 구멍을 갖인 die를 통하여 소재를 인발(引拔; drawing) 하므로써 선(線) , 봉(棒) 및 관(管)을 얻는 가공이다

가단성 또는 전성 (可鍛性, 展性 ; forgeability)	hammer나 press 등으로 금속을 내려치거나 누를 때 파괴되지 않고 영구변형되는 성질로서, 상온에서 hammering의 경우 가단성이 좋은 것부터 나열하면 Au, Ag, Al, Cu, Sn, Pt, Pb, Zn, Fe, Ni 등의 순이고, 압연기(壓延機)에서 상온가공(常溫加工)할 때 가단성이 좋은 것부터 나열하면 Pb, Sn, Au, Ag, Al, Cu, Pt, Fe 등과 같다.
연성(延性; ductility)	금속선을 뽑을 때 항복점을 지나 파단에 이르기까지 길이 방향으로 늘어나는 성질이며, 연성이 큰 금속부터 나열하면 Au, Pt, Ag, Fe, Cu, Al, Ni, Zn, Sn, Pb 등의 순이다. 연성의 크기는 연신율 또는 단면수축율로 표시한다.

재결정(再結晶)  recrystallization	금속재료를 가열하면 내부응력(內部應力)이 이완되고, 가공경화(加工硬化) 현상이 제거되어 연화(軟化)되는 등의 성질 변화가 있게된다. 어느 온도에서 부터 새로운 결정핵이 생겨 이것이 점점 성장되면서 구결정(舊結晶)은 없어져 가는데 이 현상을 재결정이라 하며, 이때의 온도를 재결정온도라 한다. 이러한 변화는 재료, 가열온도, 가열속도, 가공도 등에 따라 다르다. 결정에는 변화가 없으면서 내부응력만 이완(弛緩)되는 현상을 회복(回復: recovery)이라 하고, 금속이 연화되는 온도 이하에서 행하여 진다.
냉간가공(冷間加工)   cold working	재결정온도 이하에서의 가공으로서 경도, 인장강도, 항복점 등은 증가하고, 변형율 및 단면수축율 등 기계적 성질에 영향을 주며, 변형율 50% 이상에서는 이들의 변화가 완만함을 알 수있다.
열간가공(熱間加工)   hot working	재결정온도 이상에서의 가공으로서, 안정된 범위 내에서 1회에 많은 양의 변형을 할 수 있어 가공시간을 단축할 수 있는 장점이 있으나, 가공된 제품은 표면이 산화되어 변질되기 쉽고, 냉각됨에 따라 형상, 치수, 조직 및 기계적 성질 등이 불균일하게 되는 단점이 있다. 가공물 중에 혼입된 불순물이 저온에서 용융하여 이른바 적열취성(赤熱脆性; hot shortness)이 발생하는 경우가 있으므로 유의하여야 한다. 따라서 일반적으로 열간가공에서는 많은 변형을 시키고, 냉간가공에서는 형상과 치수를 맞추며, 조직 및 기계적 성질을 향상시키고, 재질을 균일하게 하는 것이 바람직 하다.

 

Al, Cu, Mg, Pb 등 및 그 합금의 각종 단면재(斷面材), 관재(管材)를 얻을 때 소성이 큰 상태에서 billet을 container (chamber)에 넣고 유압 또는 충격으로 ram에 강력한 압력을 작용시켜 die orifice를 통하여 밀어내는 가공을 압출(押出; extrusion) 또는 압출가공이라 한다. 압출이 되는 동안 die의 형상과 크기가 정해져 있으므로 제품의 단면은 일정하며, 거의 모든 단면재의 압출이 가능하다. 압출이 예전에는 연질금속에 한정되었으나, 최근에는 각종 강재(鋼材) 및 특수강(特殊鋼)에도 적용한다. 압출은 큰 압력을 필요로 하므로 일반적으로 열간에서 행한다. 압출 제품의 특징을 들면 다음과 같다.

1. 대형의 주괴를 수차에 걸쳐 압연할 것을 1회의 압출로 얻을 수 있다.
2. 압연제품에 비하여 (강도/비중)이 크다.
3. 절삭성이 양호하다.
4. 표면의 정도가 높다.
5. 측면의 내외부에 rib를 둘 수 있다.

전방압출	후방압출

 ram의 진행방향과 압출재의 유동방향에 따라서 직접압출(直接押出; direct extrusion)과 간접압출(間接押出; indirect extrusion)이 있다. 직접압출은 ram의 진행방향과 압출재의 유동방향이 같은 경우로서, container 내의 billet이 전부 동시에 이동하기 때문에 container 벽과 billet 사이에 마찰에 의한 동력이 ram의 진행방향과 압출재의 유동방향이 반대인 간접압출에 비하여 크며, 압출시 직접압출에서는 20 ~ 30%의 billet이 container에 잔류하나 간접압출에서는 10% 정도까지 줄일 수 있다. 직접압출을 전방압출(前方押出; forward extrusion), 간접압출을 후방압출(後方押出; backward extrusion)이라고도 한다.
- 압출력에 영향을 미치는 인자: 압출력에 영향을 미치는 인자에는 압출방법(직접압출 및 간접압출), 마찰, 압출비, 가공온도, 변형속도, die의 형상 등을 들 수 있으나 , 이들은 독립적으로 영향을 미치는 것이 아니라 상호 관련성이 있어 복합적으로 영향을 준다. 

충 격 압 출  impact extrusion	Zn, Pb, Sn, Al, 및 Cu와 같은 연질금속을 die에 놓고 punch로 충격을 가함으로써 치약 tube나 약품의 용기, 건전지 case 등을의 제작하는 것에 이용되는 방법으로서, 간접압출과 유사하다. tube의 두께는 punch와 die의 간극에 의하여 정하여 지며, punch와 die의 동심도가 중요하다. 보통 crank press가 사용되며, 대부분의 비철금속은 수직식 press에서 1초에 2개 정도의 압출을 할 수 있는 냉간압출의 일종이다. 후술할 deep drawing에 비하여 공정이 많이 단축되고 가공이 신속하다. die와 punch 사이의 마찰을 적게하기 위하여 die의 깊이를 작게하고, Zn에 대하여 직경 60mm, Sn에 대하여 75mm, Al에 대하여 130mm , 길이는 직경의 4 ~ 6배, 직경의 1/200까지의 최소두께 를 갖는 압출제품을 얻을 수 있다
정수압출(靜水壓出)  hydrostaticextrusion	container와 billet 사이의 마찰이 문제가 될 때에는 billet을 기계가공하여 die에 끼우고 container에 액체를 채워 press로 가압하여 어느 이상의 압력에 달하면 압출되기 시작한다. 이 방법의 특징은 다음과 같다. 장점 billet이 container와 유체마찰을 하여 압출력이 감소한다.  1. 취성재료의 압출도 가능하다,  2. 실온(室溫)에서 가공이 가능하다. 단점  1. 설치의 복잡성과 경험을 요하므로 공업적 응용에 제한을 받는다.  2. 고압을 요한다.
분말압출(粉末壓出)	분말을 가열하여 회전 screw로 압출한 후 공기 또는 물로 냉각하여 압출을 완료한다. 일반 소결 제품보다 연성, 강도 및 인성 등의 기계적 성질이 양호하고, 열 및 전기 전도성도 크다.
기타 압출	압출에 의하여 전기 cable에 연피복(鉛被覆)을 한다

 소재의 조건과 가공조건에 따라서 압출제품의 품질에 영향을 주는 결함이 생길 수 있다. 온도가 너무 높거나 압출속도 및 마찰이 크면 표면온도가 상승하여 표면에 균열(surface crack)과 뜯김(surface tear)이 발생할 수 있다. 표면균열은 온도가 낮을 때에도 생길 수 있는데, 이것은 die에 소재가 주기적으로 응착하기 때문이다. billet 길이의 2/3 정도가 압출된 후에는 billet 표면이 산화막과 함께 중심으로 유동되어 압출될 수 있어 내부에 결함이 생길 수 있으며, 이 때 생긴 구멍을 pipe defect, 균열을 center crack이라 한다. 건전한 제품을 원할 때에는 압출 후 제품 길이의 1/3 정도는 절단해 내는 것이 좋다. 또는 이를 방지하기 위한 방법으로 다음의 조치를 한다.

billet의 2/3 정도가 압출되었을 때 잔류재료를 제거한다.
황동 등의 압출에서는 압판의 지름을 container의 지름보다 작게하여 산화피막이 있는 표면재료는 container에 잔류케한다.
압출 전에 billet 표면을 기계가공하여 제거한다. 가열시 기계가공한 표면에 다시 산화막이 생기지 않도록 하여야 한다.

압출온도, 마찰 및 압출속도가 너무 크면 표면 온도가 크게 상승하여 표면균열을 가져온다. 또는 온도가 너무 낮아도 표면균열을 초래한다. 특히 Al, Mg, Zn 등의 합금에서 많이 나타나는 현상들 이다. 선단(先端)은 압출압력이 상대적으로 낮은 상태에서 압출되어 다른 부분보다 강도가 낮으므로 큰 강도를 요하는 제품에서는 압출 후 처음에 압출된 부분은 절단해 내는 것이 좋다.

자료출처:하남전자

 

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