단조 설명: 강철, 강철 금속 유형 및 작동 방식

금속 단조 일반적으로 금속을 가열하여 가단성을 높이는 동안 망치질, 압착 또는 압연을 통해 압축력을 사용하여 금속을 성형하는 과정입니다. 너무 부서지지 않고 가열될 수 있는 거의 모든 금속은 기술적으로 단조될 수 있지만 실제로는 탄소강, 합금강, 알루미늄, 티타늄 및 구리 합금이 단조가 제공하는 기계적 특성 개선과 가공성의 최상의 조합을 제공하기 때문에 산업용 단조를 지배합니다.

어떤 금속이 단조될 수 있으며 일부 금속이 다른 금속보다 더 잘 단조되는 이유

금속의 단조성은 단조 온도에서의 연성과 그 결정 구조가 변형에 어떻게 반응하는지에 따라 달라집니다. 고온에서 FCC(면심 입방체) 결정 구조를 가진 강철은 압축 시 더욱 균일하게 변형됩니다. 이는 강철이 산업 환경에서 가장 일반적으로 단조되는 금속인 이유 중 하나입니다.

대략 탄소 함량이 높은 금속 0.6% 주철과 마찬가지로 일반적으로 단조에 적합하지 않은 것으로 간주됩니다. 왜냐하면 높은 온도에서도 충분한 연성이 부족하고 해머나 압력에 의해 변형되기보다는 균열이 발생하는 경향이 있기 때문입니다.

강철을 단조하는 방법: 기본 공정 설명

단조 강철은 산업 환경에서 규모와 장비가 극적으로 발전했음에도 불구하고 전통적인 대장간 이후 근본적으로 변하지 않은 순서를 따릅니다.

1. 난방: 강철은 단조(전통적으로 석탄 또는 코크스 연소, 현재는 가스 또는 유도 가열)에서 단조 온도까지 가열됩니다. 1,100°C 및 1,250°C (2,000°F ~ 2,300°F) 대부분의 탄소강은 밝은 주황색에서 노란색으로 식별됩니다.
2. 변형: 압축력은 가열된 강철을 성형하기 위해 해머링, 프레싱 또는 롤링을 통해 적용됩니다. 이는 개방형(자유 형태 성형) 또는 폐쇄형(금속을 성형된 공동에 밀어넣음)일 수 있습니다.
3. 필요에 따라 재가열: 강철은 단조에서 제거되면 빠르게 냉각되며, 단조 온도 범위 아래로 떨어지면 계속하기 전에 열원으로 되돌려 보내야 합니다. 너무 차가운 작업 강철은 변형되기보다는 균열이 발생할 위험이 있습니다.
4. 정규화 또는 어닐링: 성형 후, 단조된 부품은 종종 제어된 온도로 재가열되고 천천히 냉각되어 단조 중에 생성된 내부 응력을 완화하고 입자 구조를 미세화합니다.
5. 마무리: 잉여 재료(플래시, 폐쇄형 단조)는 다듬어지고 최종 용도에 따라 부품에 추가 열처리, 기계 가공 또는 표면 마감 처리가 적용될 수 있습니다.

금속 단조 공정의 유형

산업용 단조는 일반적으로 온도와 사용되는 금형 구성에 따라 분류되며, 이러한 방법 중 선택은 부품 복잡성, 생산량 및 필요한 기계적 특성에 따라 달라집니다.

• 열간 단조: 금속의 재결정 온도 이상에서 수행되어 상대적으로 낮은 힘으로 상당한 형태 변화를 허용하고 강철의 가장 일반적인 방법인 균열 위험을 줄입니다.
• 냉간 단조: 실온 또는 실온 근처에서 수행되어 치수 공차가 더 엄격하고 표면 마감이 더 매끄러운 부품을 생산하지만 훨씬 더 높은 힘이 필요하고 균열 없이 가능한 변형량이 제한됩니다.
• 따뜻한 단조: 중간 온도에서 수행되는 중간 단계로, 열간 단조의 낮은 힘 요구 사항과 냉간 단조의 일부 정밀 이점 간의 균형을 유지합니다.
• 개방형 단조: 금속은 완전히 둘러싸지 않는 평면 또는 단순한 모양의 다이 사이에 형성되어 다이가 접촉하는 부분을 제외하고 금속이 흐를 수 있도록 하며 샤프트 및 디스크와 같은 크고 단순한 모양에 사용됩니다.
• 폐쇄 다이(인상 다이) 단조: 금속은 금속을 완전히 둘러싸는 다이 캐비티에 강제로 삽입되어 더 엄격한 공차로 더 복잡한 형상을 생성합니다. 이는 자동차 부품과 같은 대용량 부품에 사용됩니다.
• 드롭 단조: 일반적으로 전통적인 산업 단조 작업과 관련된, 다이 안이나 위에 위치한 공작물에 무거운 중량을 떨어뜨리는 특정 해머 기반 단조 방법입니다.

단조강이란 무엇이며 탄소 함량이 결과에 미치는 영향

"단조강"은 주조(용해된 금속을 주형에 붓는 것)나 기계 가공(고체 블록에서 재료를 절단하는 것)이 아닌 단조를 통해 형태를 만든 강철을 의미합니다. 단조 공정은 변형 방향을 따라 강철의 내부 입자 구조를 압축하고 정렬하여 일반적으로 동일한 구성의 주조 부품에 비해 강도, 인성 및 피로 저항이 향상됩니다. 이것이 바로 단조 부품이 크랭크샤프트, 기어 및 구조용 부속품과 같이 높은 응력이나 충격을 받는 부품에 자주 지정되는 이유입니다.

탄소 함량은 다양한 등급의 단조강을 구별하는 주요 요소이며 단조 후 강도, 경도 및 연성의 균형을 결정합니다.

탄소 함량이 높을수록 단조 부품은 후속 열처리를 통해 더 높은 경도에 도달할 수 있지만, 균열 없이 강철을 안전하게 단조할 수 있는 온도 범위도 좁아집니다. 이것이 바로 고탄소강이 더 엄격한 온도 제어와 더 빈번한 재가열로 단조되는 이유입니다.

대장장이는 무엇을 사용합니까: 손 단조용 도구 및 장비

산업용 단조는 유압 프레스와 기계식 해머에 의존하지만, 대장장이가 손으로 단조하는 데 사용하는 핵심 도구는 수행되는 작업의 규모에 맞게 확장되어 전통적인 관행과 거의 일치합니다.

• 위조: 열원(전통적으로 석탄 또는 코크스 연소 단조, 현재 프로판 및 유도 단조가 일반적임)은 강철을 단조 온도로 만드는 데 사용됩니다.
• 모루: 다양한 성형 기술에 사용되는 다양한 특징(뿔, 튼튼한 구멍, 프리첼 구멍)을 갖추고 있어 안정적이고 단단한 표면을 제공하는 무거운 강철 블록입니다.
• 망치: 다양한 작업을 위한 다양한 해머 웨이트 및 면 모양 - 금속 인출용 크로스핀 해머, 텍스처링 및 성형용 볼핀 및 라운딩 해머
• 집게: 둥근 스톡, 플랫 스톡 또는 특정 부품 형상에 맞게 설계된 다양한 조 모양으로 뜨거운 작업물을 안전하게 고정하는 데 사용됩니다.
• 끌과 펀치: 금속이 뜨거울 때 자르거나 뚫거나 장식적인 질감을 만드는 데 사용됩니다.
• 냉각 탱크: 경화를 위해 강철을 급속 냉각하는 데 사용되는 물, 오일 또는 기타 담금질 용기. 담금질 선택은 결과적인 경도와 균열 위험에 영향을 미칩니다.

수동 단조 및 산업용 단조 모두에서 색상은 온도를 나타내는 전통적인 지표입니다. 일반적으로 밝은 노란색-주황색은 대부분의 탄소강에 대한 최적의 단조 범위에 해당하는 반면, 흐릿한 빨간색은 강철이 안전한 작업 범위 아래로 냉각되어 충격을 가할 경우 균열이 발생할 위험이 있음을 나타냅니다.