단조란 무엇입니까?
단조는 재료가 뜨겁거나 따뜻하거나 차가운 상태에서 망치질, 압착 또는 압연을 통해 압축력을 가하여 금속을 형성하는 금속 가공 공정입니다. 모양을 만들기 위해 재료를 제거하는 기계 가공과 달리 단조는 금속의 입자 구조를 대체하고 압축하여 무게에 비해 우수한 기계적 특성을 지닌 부품을 생산합니다.
이 공정은 수동 형태로 수천 년 전으로 거슬러 올라가지만 현대 산업 단조는 수십만 톤의 힘을 가할 수 있는 유압 프레스, CNC 제어 해머, 미크론 수준의 정밀도로 가공된 폐쇄 다이 툴링을 사용합니다. 그 결과 내부 입자 구조가 부품의 윤곽을 따르는 부품이 탄생했습니다. 곡물 흐름 - 동일한 합금의 스톡 바 또는 주조물에 비해 내피로성, 인장 강도 및 충격 인성이 크게 향상됩니다.
파손이 허용되지 않는 단조품은 크랭크샤프트, 커넥팅 로드, 랜딩 기어 부품, 압력 용기 플랜지, 수술용 임플란트, 항공우주 및 방위 산업의 구조용 패스너 등이 있습니다. 결정적인 장점은 힘뿐만 아니라 예측 가능하고 일관된 강도 — 가공된 주조물과 용접물이 고주기 피로 환경에서 안정적으로 일치할 수 없는 품질입니다.
단조와 주조: 직접적인 비교
단조와 주조는 모두 주요 금속 성형 공정이지만 근본적으로 다른 내부 구조를 생성하므로 성능 프로필도 다릅니다. 둘 중 하나를 선택하려면 기계적 특성, 기하학적 복잡성, 생산량 및 비용 간의 균형이 필요합니다.
주조에서는 용융된 금속을 주형에 붓고 응고시킵니다. 냉각되면 금속의 결정 구조가 무작위로 형성되며 종종 다공성, 수축 공극 및 수지상 편석이 발생하여 피로 수명을 줄이고 예측할 수 없는 실패 지점을 생성하는 미세한 불일치가 발생합니다. 주조는 단조가 불가능하거나 엄청나게 비용이 많이 드는 복잡한 내부 형상(빈 통로, 언더컷, 복잡한 공동)을 생성하는 데 탁월합니다.
단조는 응고 단계를 완전히 제거합니다. 높은 온도에서 고체 금속을 가공하면 다공성이 줄어들고, 입자 크기가 미세해지고, 입자 구조가 부품의 응력을 견디는 형상에 맞춰 정렬됩니다. 결과적인 미세구조는 다음과 같습니다. 더 조밀하고, 더 균질하며, 균열 전파에 대한 저항력이 훨씬 더 높습니다. 동등한 캐스팅보다.
| 재산 | 단조 | 캐스팅 |
|---|---|---|
| 인장강도 | 더 높음 | 낮음(다공성에 따라 다름) |
| 피로 저항 | 우수 | 보통 |
| 내부 다공성 | 본질적으로 없음 | HIP 처리 없이 가능 |
| 기하학적 복잡성 | 제한적(내부 공백 없음) | 매우 높음 |
| 툴링 비용 | 높음(닫힌 다이) | 보통 to high |
| 다음에 가장 적합 | 스트레스가 많고 안전이 중요한 부품 | 복잡한 모양, 낮은 응력 적용 |
실제 규칙: 반복 하중 하에서 부품이 파손되어서는 안 되는 경우 단조를 지정하십시오. 속이 빈 내부 형상이나 복잡한 모양의 매우 얇은 벽이 필요한 경우, 미세 구조를 검증하기 위한 적절한 비파괴 테스트를 통해 주조가 유일한 실행 가능한 경로일 수 있습니다.
개방형 단조 : 공정, 응용 및 장점
개방형 단조(자유 단조 또는 스미스 단조라고도 함)는 공작물을 완전히 둘러싸지 않는 평면 또는 단순한 윤곽의 다이 사이에서 수행됩니다. 금속은 점진적으로 성형됩니다. 작업자(또는 자동화 시스템)는 해머 타격이나 프레스 스트로크 사이에서 빌렛의 위치를 변경하여 재료를 원하는 형태로 점진적으로 가공합니다.
다이는 특정 순간에 공작물의 일부에만 접촉하기 때문에 재료는 제약 없이 측면으로 흐를 수 있습니다. 이로 인해 개방형 단조 공정이 다음과 같은 경우에 선택됩니다.
- 크고 무거운 부품 폐쇄형 다이 툴링이 비실용적으로 비용이 많이 드는 경우(샤프트, 롤러, 링 및 디스크 최대 수만 킬로그램)
- 소량 및 맞춤형 부품 소규모 작업에 대한 툴링 감가상각이 폐쇄형 단조를 비경제적으로 만드는 경우
- 잉곳 분해 , 후속 폐쇄형 단조 또는 가공을 위해 주조 잉곳을 단조 빌렛으로 변환하는 첫 번째 단계
- 단조가 어려운 합금 균열을 방지하기 위해 여러 번의 가열에서 조심스럽고 제어된 변형이 필요한 제품
개방형 단조품은 일반적으로 치수 공차가 느슨하기 때문에 폐쇄형 다이 부품보다 마무리 가공이 더 많이 필요합니다. 일반적인 공차 범위는 부품 크기에 따라 ±3mm 이상이고, 정밀 폐쇄형 다이 작업의 경우 ±0.5mm 이하입니다. 그러나 미세 구조적 이점은 동일합니다. 즉, 입자 미세화, 다공성 폐쇄 및 방향성 입자 흐름은 모두 개방형 다이 및 폐쇄형 다이 제품에 동일하게 적용됩니다.
링 롤링은 직경이 수 센티미터에서 수 미터에 이르는 이음매 없는 링을 생산하는 데 사용되는 개방형 단조의 특수한 형태입니다. 관통된 빌렛은 맨드릴 롤 위에 배치되고 링 직경이 커짐에 따라 벽 두께가 점진적으로 감소됩니다. 링 둘레 주위의 연속적인 입자 흐름으로 인해 롤링된 링이 생성됩니다. 탁월한 후프 강도 - 제트 엔진 케이싱, 베어링 레이스 및 압력 용기 플랜지에 사용되는 이유.
단조용 탄소강의 등급, 선택 및 거동
탄소강은 단조성, 기계적 특성 범위, 비용 및 열처리 반응의 조합으로 인해 가장 널리 단조되는 재료 등급입니다. 탄소 함량은 단조 거동과 최종 부품 성능을 모두 좌우하는 주요 변수입니다.
저탄소강(0.05~0.25%C)
AISI 1010, 1018, 1020과 같은 등급은 연성이 뛰어나고 넓은 온도 범위(900~1,300°C)에서 쉽게 단조됩니다. 단조 온도에서 스케일이 거의 생성되지 않으며 작업 온도 변화를 허용하므로 공정 제어 오버헤드가 적은 대량 폐쇄 다이 생산에 적합합니다. 한계는 강도 한계입니다. 저탄소 단조품은 높은 경도까지 열처리할 수 없으며 표면 마모 저항을 위해 가공 경화 또는 표면 경화(침탄, 질화)에 의존합니다.
중탄소강(0.30~0.60%C)
AISI 1035, 1045 및 1060을 포함한 등급은 구조 단조의 주력 제품입니다. 이 제품은 담금질 및 뜨임 열처리에 잘 반응하여 단면 크기 및 처리 매개변수에 따라 700MPa에서 1,000MPa 이상의 인장 강도를 달성합니다. AISI 1045는 전 세계적으로 가장 일반적으로 지정되는 단조 등급 중 하나입니다. - 크랭크샤프트, 차축, 기어, 커넥팅 로드 및 범용 구조 부품에 사용됩니다. 단조 온도 범위는 일반적으로 850~1,250°C이며, 연성이 감소하여 균열이 발생하는 것을 방지하기 위해 마무리 단조 온도는 850°C 이상입니다.
고탄소강(0.60~1.00%C)
AISI 1075 및 1095와 같은 등급은 더 단단하고 강하지만 관용성은 훨씬 떨어집니다. 탄소 함량이 높을수록 단조 온도 범위가 좁아지고 작업 중 금속이 고르지 않게 냉각되면 균열이 발생할 가능성이 높아집니다. 이 재종은 절삭 공구, 스프링, 레일 부품, 내마모성 부품 등 열처리 후 경도가 가장 중요한 곳에 사용됩니다. 열처리 전 담금질 균열을 방지하기 위해 더 엄격한 노 제어, 개방형 다이 작업 중 더 빈번한 재가열, 단조 후 천천히 제어된 냉각이 필요합니다.
탄소강이 제공할 수 있는 것 이상의 강도를 요구하는 응용 분야의 경우 합금강(4140, 4340, 8620)에 크롬, 몰리브덴 및 니켈을 첨가하여 경화성을 향상시킵니다. 즉, 표면뿐만 아니라 대형 단조품의 전체 단면을 통해 높은 경도를 달성할 수 있는 능력입니다.
Previous
