대부분의 사람들이 알루미늄을 선택하는 이유는 가볍고 부식에 강하기 때문입니다. 하지만 그렇다고 해서 알루미늄이 항상 필요한 성능을 발휘하는 것은 아니며, 특히 고강도 또는 고열 상황에서 더욱 그렇습니다. 더 나은 강도나 인성이 필요한 부품을 설계하는 경우 처리되지 않은 알루미늄으로는 충분하지 않을 수 있습니다. 금속이 작동하는 방식을 변경하여 오래 사용해야 하는 부품에 더 적합하게 만들 수 있습니다.
열처리는 강철에만 적용되는 것이 아닙니다. 알루미늄은 특히 강도가 중요한 구조물이나 움직이는 부품에도 유용합니다. 열처리 방법의 작동 원리와 이 방법을 사용하는 이유를 알아보세요.
알루미늄 열처리란 무엇인가요?
열처리는 알루미늄을 특정 방식으로 가열한 다음 냉각하는 공정입니다. 목표는 금속의 내부 구조를 변경하는 것입니다. 이러한 변화는 금속의 경도, 강도 및 유연성에 영향을 미칩니다.
금속은 설정된 온도 범위를 통과합니다. 그런 다음 공랭식, 수냉식 또는 천천히 냉각합니다. 각 방법은 서로 다른 결과를 제공합니다. 선택은 알루미늄의 종류와 부품의 용도에 따라 달라집니다.
알루미늄은 내부가 결정 구조로 되어 있습니다. 금속을 적절한 온도로 가열하면 원자가 이동하기 시작합니다. 금속을 그 온도로 유지하면 내부에서 변화가 일어납니다.
다음으로 냉각은 이러한 변화를 제자리에 고정시킵니다. 급속 냉각, 즉 담금질은 원자를 새로운 상태로 가둘 수 있습니다. 느리게 냉각하면 원자가 안정된 형태로 정착할 수 있습니다. 때때로 경도와 강도를 더 높이기 위해 노화를 추가하기도 합니다.
알루미늄 합금의 분류
알루미늄 합금은 다양한 종류가 있습니다. 각 유형은 제조 방법과 열에 반응하는 방식에 따라 다르게 작동합니다. 이러한 차이점을 알면 작업에 적합한 소재를 선택하는 데 도움이 됩니다.
단조와 주조 알루미늄 합금
단조 합금은 압연, 압출 또는 단조로 만들어집니다. 강도가 높고 표면 마감이 좋습니다. 시트, 바, 구조 부품과 같은 제품에 사용됩니다.
주조 합금을 금형에 붓습니다. 복잡한 모양에 적합하지만 표면 결함이 더 많을 수 있습니다. 주조 합금은 하우징이나 브래킷과 같은 부품에 사용됩니다.
단조 합금은 주조 합금보다 더 강한 경우가 많습니다. 주조 합금은 세부적인 형상을 가진 부품에 더 적합합니다.
열처리 가능 합금과 비열처리 가능 합금 비교
열처리 가능 합금은 가열과 냉각을 통해 더 강하게 만들 수 있습니다. 여기에는 2xxx, 6xxx, 7xxx 시리즈가 포함됩니다. 이러한 합금은 침전 경화라는 과정을 통해 강도를 높입니다.
비열처리 합금은 열로 강화할 수 없습니다. 대신 냉간 가공을 통해 경화됩니다. 여기에는 1xxx, 3xxx, 4xxx, 5xxx 시리즈가 포함됩니다. 이들은 고강도는 필요하지 않지만 내식성이 필요한 경우에 자주 사용됩니다.
일반적인 알루미늄 시리즈와 그 특성
- 1xxx 시리즈: 순수 알루미늄. 매우 부드럽습니다. 내식성과 열전도율이 뛰어납니다. 열처리 불가.
- 2xxx 시리즈: 알루미늄-구리 합금. 강도가 높습니다. 열처리가 가능하지만 내식성이 낮습니다.
- 3xxx 시리즈: 알루미늄-망간. 성형성 및 내식성이 우수합니다. 열처리 불가.
- 5xxx 시리즈: 알루미늄-마그네슘. 튼튼하고 부식에 강합니다. 열처리 불가.
- 6xxx 시리즈: 알루미늄-마그네슘-실리콘. 강도와 내식성의 균형이 잘 잡혀 있습니다. 열처리 가능.
- 7xxx 시리즈: 알루미늄-아연. 매우 높은 강도. 열처리가 가능하지만 용접하다.
기본 열처리 공정
각 열처리 방법은 알루미늄을 다르게 변화시킵니다. 일부는 다음과 같은 이유로 알루미늄을 더 부드럽게 만듭니다. 형성. 어떤 것은 우리를 더 어렵게 만듭니다. 올바른 프로세스를 선택하는 것은 부품의 기능에 따라 다릅니다.
가열 냉각
가열 냉각 알루미늄을 부드럽게 합니다. 이렇게 하면 다음과 같은 작업이 더 쉬워집니다. 굽히다 또는 갈라짐 없이 모양을 유지합니다. 또한 추운 날씨로 인한 스트레스를 완화하는 데 도움이 됩니다. 이 단계는 성형 또는 가공 전에 유용합니다.
알루미늄은 일반적으로 570°F~770°F(300°C~410°C)의 온도에서 어닐링됩니다. 금속은 이 온도에서 유지된 다음 천천히 냉각됩니다. 용광로 냉각이 일반적입니다. 이렇게 천천히 냉각하면 금속이 부드럽게 유지됩니다.
용체화 열처리
이 단계에서는 합금 원소가 녹을 때까지 합금을 가열합니다. 이렇게 하면 균일한 고체 용액이 만들어집니다. 적절한 온도를 유지하면 원소들이 잘 섞이게 됩니다.
용액 열처리 온도는 일반적으로 890°F~980°F(475°C~530°C) 사이입니다. 금속은 이 온도에서 부품 두께에 따라 최대 몇 시간 동안 담궈집니다. 녹거나 고르지 않은 처리를 방지하려면 정밀한 온도 제어가 중요합니다.
담금질
용액 열처리 후 부품은 빠르게 냉각됩니다. 이 단계에서는 용해된 원소를 제자리에 가둡니다. 가장 일반적인 용매는 물입니다. 합금과 부품 모양에 따라 공기 및 폴리머 용액도 사용됩니다.
일부 합금은 너무 느리게 냉각되어 원치 않는 상이 형성됩니다. 이를 담금질 민감 합금이라고 합니다. 2xxx 및 7xxx 계열의 합금은 특히 민감합니다. 빠른 담금질은 추후 노화에 적합한 구조를 유지하는 데 도움이 됩니다.
에이징(강수량 경화)
담금질 후 노화하면 합금이 더 강해집니다. 자연 노화는 실온에서 일어납니다. 인공 노화는 열을 사용하여 프로세스 속도를 높이고 결과를 제어합니다.
자연 숙성에는 며칠이 걸릴 수 있습니다. 인공 숙성은 240°F~375°F(115°C~190°C) 사이의 온도를 몇 시간 동안 사용합니다. 각 합금에는 최상의 강도를 얻기 위한 이상적인 숙성 시간과 온도가 있습니다.
특수 열처리 방법
일부 알루미늄 부품은 적절한 강도나 안정성에 도달하기 위해 추가 처리 단계가 필요합니다. 이러한 특수 방법은 내부 응력을 제어하고 구조를 개선하거나 경도를 미세 조정하는 데 도움이 됩니다.
T5 및 T6 템퍼링 설명
T5와 T6는 열처리 후 사용되는 일반적인 템퍼링 처리입니다. T5는 고온 공정에서 부품을 냉각한 다음 인위적으로 숙성하는 것을 의미합니다. 용액 열처리는 수행되지 않습니다.
T6는 용액 열처리, 담금질 및 인공 노화를 거치는 부품을 의미합니다. T5보다 강도가 우수합니다. T6는 스트레스를 견뎌야 하는 구조 부품, 프레임 및 부품에 널리 사용됩니다.
주조 알루미늄 균질화
균질화는 주로 주조 알루미늄에 사용됩니다. 이는 분리를 줄이고 금속의 균일성을 향상시킵니다.
이 단계에서는 주물을 녹는점 바로 아래의 고온으로 가열합니다. 주조 중에 분리되는 합금 원소를 균일하게 만드는 데 도움이 됩니다. 이 처리를 통해 금속이 다음과 같은 추가 가공에 반응하는 방식이 개선됩니다. 압출 또는 가공.
안정화 및 스트레스 완화 트리트먼트
안정화는 부품이 사용 중 변화하는 온도에 노출될 때 사용됩니다. 왜곡을 방지하는 데 도움이 됩니다.
응력 완화는 성형 또는 가공 중에 축적된 내부 힘을 제거합니다. 이는 부품을 적당한 온도로 가열한 다음 천천히 냉각하는 방식으로 이루어집니다.
장비 및 프로세스 제어
우수한 열처리는 올바른 도구를 사용하고 공정을 엄격하게 제어하는 데 달려 있습니다. 그렇지 않으면 결과가 고르지 않거나 예측할 수 없습니다.
용광로 및 난방 시스템
대부분의 알루미늄 열처리는 전기 또는 가스 용광로에서 이루어집니다. 배치 퍼니스는 단일 부하를 처리합니다. 연속 용광로는 벨트 또는 트랙을 통해 부품을 이동시킵니다.
선택은 부피, 부품 크기 및 가열 요구 사항에 따라 달라집니다. 퍼니스는 부품을 고르게 가열하고 사이클 내내 적절한 온도를 유지해야 합니다.
온도 균일성 및 모니터링
전체 부하를 올바른 온도로 유지하는 것이 중요합니다. 배치의 한 부분이 더 차갑거나 뜨거우면 치료가 제대로 작동하지 않습니다.
열전대와 제어 시스템은 온도를 확인하고 유지하는 데 도움이 됩니다. 균일한 가열은 모든 부품이 동일한 수준의 강도와 구조에 도달하도록 보장합니다.
산화를 방지하는 분위기 제어
알루미늄은 야외에서 가열하면 산화될 수 있습니다. 이로 인해 표면이 거칠어져 강도나 외관에 영향을 줄 수 있습니다.
질소나 아르곤과 같은 제어된 분위기를 사용하면 산화를 줄이는 데 도움이 됩니다. 경우에 따라 가열하기 전에 보호 코팅이나 랩을 추가하기도 합니다.
기계적 및 물리적 특성 향상
열처리는 알루미늄의 작동 방식을 변화시킵니다. 강도는 높아지지만 소재가 얼마나 쉽게 구부러지는지, 모양이 어떻게 보이는지, 손상에 어떻게 저항하는지에 영향을 미칠 수 있습니다.
강도 및 경도 개선
열처리된 알루미늄은 처리되지 않은 버전보다 훨씬 더 강할 수 있습니다. 용액 처리 및 노화와 같은 공정은 경도와 인장 강도를 증가시킵니다.
이는 하중을 견디거나 마모에 강하거나 엄격한 허용 오차를 유지해야 하는 부품에 유용합니다. 6xxx 및 7xxx와 같은 시리즈는 이러한 종류의 강화에 잘 반응합니다.
열처리 후 연성 및 성형성
강도는 높아지지만 연성은 낮아질 수 있습니다. 즉, 처리 후 소재가 구부러지거나 모양을 만들기가 더 어려워집니다.
어닐링과 같은 일부 열처리는 그 반대의 역할을 합니다. 알루미늄을 더 부드럽고 성형하기 쉽게 만듭니다. 올바른 공정을 선택하는 것은 부품의 성형이 필요한지 아니면 강도를 유지해야 하는지 여부에 따라 달라집니다.
표면 마감 및 내식성 변화
열처리는 표면 모양에 영향을 줄 수 있습니다. 일부 처리는 마감을 어둡게 하거나 거칠게 할 수 있습니다. 담금질은 자국이 남거나 약간의 뒤틀림이 발생할 수 있습니다.
내식성도 변할 수 있습니다. 예를 들어 2xxx 계열의 합금은 처리 후 내식성이 약간 떨어집니다. 5xxx와 같은 다른 합금은 열처리 없이도 우수한 저항성을 유지합니다.
열처리 모범 사례
열처리에서 일관된 결과를 얻으려면 단순한 가열과 냉각 이상의 것이 필요합니다. 전, 중, 후의 각 단계를 신중하게 처리해야 합니다.
합금별 처리 매개변수
합금마다 열에 반응하는 방식이 다릅니다. 정확한 온도, 담금 시간, 냉각 방법은 합금 시리즈에 따라 다릅니다.
예를 들어 6061은 용액 처리를 위해 약 985°F가 필요합니다. 7075는 다른 범위가 필요할 수 있습니다. 잘못된 설정을 사용하면 강도가 약해지거나 균열이 발생할 수 있습니다.
전처리 청소 요구 사항
가열하기 전에 표면이 깨끗해야 합니다. 먼지, 기름, 산화물은 부품을 통과하는 열의 흐름에 영향을 줄 수 있습니다.
세척은 솔벤트, 알칼리성 세척 또는 기계적 스크러빙으로 할 수 있습니다. 경우에 따라 표면 산화물을 제거하기 위해 약산성 수조를 사용하기도 합니다.
처리 후 처리 및 보관
담금질 또는 노화 후에는 부품을 조심스럽게 다루어야 합니다. 부품을 떨어뜨리거나 구부리면 응력이 발생하거나 금속 구조가 변경될 수 있습니다.
처리된 부품은 건조하고 깨끗한 환경에 보관하세요. 무거운 물건을 쌓아두지 마세요.
결론
알루미늄 열처리는 강도, 내구성, 성능을 개선하기 위한 핵심 공정입니다. 어닐링, 용액 처리, 담금질, 에이징과 같은 방법은 각각 목적에 따라 사용됩니다. 적합한 방법을 선택하는 것은 합금, 부품 설계 및 용도에 따라 달라집니다.
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지난 10년 동안 저는 다양한 형태의 판금 제작에 몰두해 왔으며 다양한 워크숍에서 얻은 경험에서 얻은 멋진 통찰력을 이곳에서 공유했습니다.
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케빈 리
저는 레이저 절단, 굽힘, 용접 및 표면 처리 기술을 전문으로 하는 판금 제조 분야에서 10년 이상의 전문 경험을 갖고 있습니다. Shengen의 기술 이사로서 저는 복잡한 제조 문제를 해결하고 각 프로젝트에서 혁신과 품질을 주도하는 데 최선을 다하고 있습니다.
