어닐링의 7가지 유형 설명

어닐링이란 무엇인가요?

어닐링은 금속을 특정 온도까지 천천히 가열하고 적절한 시간 동안 유지한 다음 적절한 속도로 냉각하여 재료의 특성을 향상시키는 금속 열처리 공정입니다. 어닐링 기술은 목적과 재료 특성에 따라 다양한 유형으로 분류할 수 있습니다.

어닐링의 목적은 강철을 오스테나이트화 온도로 가열한 후 강철의 펄라이트를 변형시키는 것입니다.

어닐링 공정이 끝나면 재료의 구조는 거의 평형 상태에 가까워집니다.

일반적인 어닐링 유형은 다음과 같습니다:

어닐링 프로세스 유형

1. 어닐링 완료

프로세스:

강철을 Ac3 이상으로 섭씨 20~30도 가열하고 일정 시간 동안 온도를 유지한 다음 (용광로와 함께) 천천히 식혀 열처리 공정에서 평형에 가까운 상태(완전 오스테나이트화)에 도달합니다.

완전 어닐링은 주로 소둔강에 사용됩니다(탄소 함량 중탄소강, 중저탄소 합금강 주물, 단조품, 열간 압연 프로파일 등), 때로는 용접에 사용됩니다.

저탄소강은 경도가 낮아 가공에 적합하지 않습니다.

초유텍로이드강을 Accm 이상으로 가열하여 오스테나이트 상태로 만든 후 느린 냉각을 통해 어닐링하면 Fe3CⅡ가 입자 경계를 따라 메쉬 패턴으로 침전되어 강철의 강도, 경도, 소성 및 인성을 크게 감소시켜 최종 열처리에 잠재적인 위험을 초래합니다.

목표:

미세한 입자 크기, 균일한 구조, 내부 응력 제거, 경도 감소, 강철의 기계 가공성 향상을 달성합니다.

저유전성 강철의 완전 어닐링 후 구조는 F + P입니다.

실제 생산의 효율성을 높이기 위해 어닐링 온도가 섭씨 약 500도까지 떨어지면 공냉을 위해 부품을 용광로에서 제거합니다.

2. 등온 어닐링

특히 안정성이 높은 오스테나이트강을 다루는 경우 완전한 어닐링에는 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다.

오스테나이트 처리된 강철을 Ar1보다 약간 낮은 온도로 냉각하면 다음과 같이 변형됩니다. 오스테나이트 를 펄라이트에 넣은 다음 실온으로 식히면 어닐링 시간을 크게 줄일 수 있습니다.

이 어닐링 방법을 등온 어닐링이라고 합니다.

프로세스:

강철을 Ac3(또는 Ac1)보다 높은 온도로 가열합니다. 지정된 기간의 열처리 후 펄라이트 범위 내의 특정 온도로 냉각하여 오스테나이트 구조가 펄라이트로 변한 다음 실온으로 냉각할 수 있습니다.

목표:

완전 어닐링과 유사하지만 변환 프로세스를 더 쉽게 제어할 수 있습니다.

보다 안정적인 오스테나이트 구조를 가진 강재에 적합: 고탄소강(탄소 함량 0.6% 이상), 합금 공구강, 고합금강(10% 이상) 합금 원소).

등온 어닐링은 또한 균일한 조직과 성능을 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다.

그러나 공작물의 내부 또는 배치 전체에 걸쳐 등온을 유지하기 어렵기 때문에 대형 단면 강재 부품이나 대형 배치 용광로 재료에는 적합하지 않습니다.

3. 불완전한 어닐링

구형화 어닐링 공정에는 강철을 Ac1과 Ac3 사이의 온도(저유전성 강철의 경우) 또는 Ac1과 Accm 사이의 온도(고유전성 강철의 경우)로 가열하는 과정이 포함됩니다.

강철을 적절한 온도에서 일정 시간 동안 유지한 후 천천히 냉각하여 열처리 공정을 완료합니다.

이 어닐링 방법은 내부 응력을 줄이고 경도를 낮추며 가공성을 향상시키기 위해 구형 펄라이트 구조를 얻기 위해 주로 저유전성 강철에 사용됩니다. 불완전 어닐링의 한 유형으로 간주됩니다.

4. 구형화 어닐링

강철의 탄화물을 구상화하여 입상 펄라이트를 얻기 위한 열처리 공정입니다.

프로세스:

강철은 Ac1보다 20~30℃ 높은 온도로 가열되며, 유지 시간은 2~4시간입니다. 냉각은 일반적으로 용광로 방식 또는 등온으로 Ar1보다 약간 낮은 온도에서 장시간 동안 이루어집니다.

이 공정은 주로 탄소 공구강, 합금 공구강과 같은 유텍토이드 및 하이퍼유텍토이드 강에 사용됩니다. 베어링 스틸.

압연 또는 단조 후 하이퍼유텍토이드 강은 단단하고 부서지기 쉬운 라멜라 펄라이트와 망상 시멘타이트가 형성되어 절단이 어렵고 가공 중 변형 및 균열이 발생하기 쉽습니다. 담금질 프로세스.

구상화 어닐링은 탄화물이 페라이트 매트릭스에 분산된 구형 입자로 나타나는 구형 펄라이트를 형성합니다. 이 구조는 경도가 낮고 가공하기 쉽습니다.

또한 오스테나이트 곡물은 가열 중에 거칠어질 가능성이 적고 냉각 중에 변형되거나 갈라지는 경향이 적습니다.

망상 시멘타이트가 포함된 경우 구상화 어닐링 전에 공융강을 정상화하여 구상화 공정이 성공적으로 이루어지도록 하는 것이 중요합니다.

목표:

구상화 어닐링의 목표는 경도를 낮추고 구조의 균일성을 개선하며 담금질에 대비하여 기계 가공성을 향상시키는 것입니다.

구상화 어닐링에는 세 가지 주요 방법이 있습니다:

A) 원스텝 구상화 어닐링 프로세스:

강철을 Ac1보다 20~30℃ 이상 가열하고 적절한 시간 동안 유지한 다음 용광로에서 천천히 냉각합니다. 이 과정을 통해 원래의 조직은 침탄 네트워크 없이 미세하게 적층된 펄라이트가 되어야 합니다.

B) 등온 구상화 어닐링 공정:

강철을 가열 및 단열한 다음, Ar1보다 약간 낮은 온도로 냉각하여 등온(보통 Ar1보다 10~30℃ 낮음)으로 유지한 다음 용광로에서 약 500℃까지 천천히 냉각한 다음 공기 냉각을 위해 꺼냅니다. 이 방법은 짧은 기간, 균일한 구상화, 손쉬운 품질 관리 등의 장점이 있습니다.

C) 왕복 구상화 어닐링 프로세스.

5. 확산 어닐링(균일 어닐링)

프로세스:

잉곳, 주물 또는 단조 빌릿을 고상선보다 약간 낮은 온도로 장시간 가열한 다음 천천히 냉각하여 화학 성분의 불균일성을 제거합니다.

목표:

응고 과정에서 발생하는 수지상 분리 및 지역 분리를 제거하여 구성과 구조를 균질화합니다.

확산 어닐링은 일반적으로 100-200℃ 이상의 매우 높은 온도, 즉 Ac3 또는 Accm에서 수행되며, 정확한 온도는 분리 정도 및 강철 유형. 유지 시간은 일반적으로 10-15시간입니다.

확산 어닐링 후, 소재는 완전한 어닐링과 정규화를 거쳐 구조를 개선해야 합니다. 이 프로세스는 고품질 합금강 심각한 분리 문제가 있는 강철 주물 및 잉곳을 합금하는 데 사용됩니다.

6. 스트레스 완화 어닐링

프로세스:

강철을 Ac1(보통 500~650°C) 이하의 온도까지 가열하고 그 온도에서 유지한 다음 용광로에서 식힙니다.

응력 어닐링 온도는 A1보다 낮기 때문에 강철의 미세 구조에 어떠한 변화도 일으키지 않습니다.

목표:

내부에 남아있는 스트레스를 제거합니다.

7. 재결정화 어닐링

재결정화 어닐링은 중간 어닐링이라고도 하며 저온 소성 변형을 거친 금속에 적용되는 열처리 공정입니다.

이 공정의 목적은 변형 입자를 균일하고 동일한 축 방향 입자로 변경하여 공정 경화를 제거하고 잔류 스트레스.

재결정이 일어나려면 먼저 금속이 일정량의 저온 소성 변형을 거친 다음 최저 재결정 온도로 알려진 특정 온도 이상으로 가열되어야 합니다.

일반 금속 재료의 최저 재결정 온도는 다음과 같습니다.

T_재결정화 = 0.4T_녹은

재결정 어닐링 온도는 최소 재결정 온도보다 100~200℃ 높은 온도로 가열해야 합니다(강철의 경우, 최소 재결정 온도는 약 450℃).

어닐링 후에는 적절한 열 보존과 느린 냉각 과정을 거쳐야 합니다.

어닐링 방법은 어떻게 선택하나요?

어닐링 방법을 선택하는 원칙은 다음과 같습니다:

1. 저유전체 철골 구조물의 경우 일반적으로 완전 어닐링이 선택됩니다. 어닐링 시간을 단축하는 것이 목표인 경우 등온 어닐링을 사용할 수 있습니다.
2. 구상화 어닐링은 일반적으로 저유전성 강철에 사용됩니다. 요구 사항이 높지 않은 경우 완전 어닐링을 사용하지 않을 수 있습니다. 공구강과 베어링 강은 종종 구상화 어닐링을 사용합니다. 경우에 따라 저탄소강 또는 중탄소강의 냉간 압출 또는 냉간 업셋 부품에도 스페로이드화 어닐링이 사용됩니다.
3. 공정 경화를 제거하기 위해 재결정화 어닐링을 사용할 수 있습니다.
4. 다양한 가공으로 인한 내부 응력을 제거하기 위해 응력 어닐링을 사용할 수 있습니다.
5. 고품질 합금강의 구조와 화학 성분의 불균일성을 개선하기 위해 확산 어닐링이 자주 사용됩니다.

어닐링의 목적

(1) 강철의 경도를 사용하여 가소성을 높이고 가공 및 냉간 변형 처리를 더 쉽게 할 수 있습니다;

(2) 강철의 화학적 조성과 구조를 균일하게 분배하고 입자 크기를 개선하며 성능을 향상시키거나 담금질을 위해 준비합니다;

(3) 제거하려면 내부 스트레스 가공으로 인한 경화 효과를 역전시켜 변형과 균열을 방지합니다.

어닐링과 정규화는 주로 열처리를 위한 준비 단계로 사용됩니다.

응력이 낮고 성능 요구 사항이 낮은 부품의 경우 어닐링 및 정규화를 최종 열처리로 사용할 수도 있습니다.

어닐링 재료의 종류

어닐링에 대해 논의할 때는 금속과 비금속 모두 어닐링할 수 있는 재료에 대해 살펴보는 것이 중요합니다. 이 섹션에서는 일반적으로 어닐링되는 다양한 재료에 초점을 맞출 것입니다.

금속 및 합금

어닐링은 다양한 데이터를 처리하는 데 중요한 역할을 합니다. 금속 그리고 그들의 합금. 널리 사용되는 어닐링 금속에는 다음이 포함됩니다:

• Steel: 어닐링은 탄소강, 저탄소강, 공구강 등 다양한 유형의 강철에 매우 중요합니다. 이 공정을 통해 강철의 연성을 높이고 성형 및 가공을 용이하게 할 수 있습니다.
• 구리: 구리를 어닐링하면 연성이 향상되고 내부 응력이 완화됩니다. 이를 통해 보다 효과적으로 모양을 만들고 구부리는 동안 균열의 위험을 줄일 수 있습니다.
• 황동: 구리와 마찬가지로 황동을 어닐링하면 연성과 가공성이 향상되어 성형 및 기계 가공과 같은 제조 공정에 필수적입니다.
• 알루미늄: 가볍고 다재다능한 금속을 어닐링하여 전체적인 성형성을 개선하고 소재 전체에 걸쳐 더욱 균일한 특성을 만들어냅니다.
• 실버: 어닐링은 금속을 부드럽게 하고 작업하기 쉽도록 하기 때문에 실버 주얼리 제작 과정에서 매우 중요한 단계입니다.
• 주철: 주철 어닐링 는 연성을 회복하여 부서짐이 적고 가공이나 성형이 필요한 용도에 더 적합합니다.
• 철 금속: 어닐링은 강철 및 철과 같은 철 금속의 가공성을 높이고 기계적 특성을 개선하는 데 도움이 되므로 철 금속에 유용합니다.

이러한 재료를 어닐링하는 데 일반적으로 사용되는 방법 중 하나는 다음을 사용하는 것입니다. 자동차 바닥 용광로를 사용하여 어닐링 공정에 필수적인 균일한 가열과 느린 냉각을 제공합니다.

비금속

어닐링은 다음과 같은 다양한 비금속 소재에도 적합합니다:

• 유리: 유리를 특정 온도로 가열한 다음 서서히 식히는 어닐링 유리를 사용합니다. 이 제어된 프로세스는 유리 성형 과정에서 발생하는 내부 응력을 완화합니다.
• 탄소: 다이아몬드와 흑연과 같은 탄소 소재를 어닐링하면 특정 용도에 더 적합하도록 특성을 수정할 수 있습니다. 여기에는 전기 전도도 향상이나 구조 조정과 같은 수정이 포함될 수 있습니다.

결론적으로 어닐링은 금속과 비금속을 포함한 다양한 재료에 필수적인 공정입니다. 다양한 소재에서 어닐링의 중요성을 이해하면 다양한 산업에서 어닐링이 어떤 역할을 하는지 더 잘 이해할 수 있습니다.

어닐링 방법의 분류

가열 시 사용되는 온도에 따라 일반적으로 사용되는 어닐링 방법은 다음과 같이 분류됩니다:

임계 온도(Ac1 또는 Ac3) 이상의 상변화 재결정화 어닐링:

• 어닐링 완료
• 확산 어닐링
• 불완전한 어닐링
• 구형화 어닐링

임계 온도(Ac1 또는 Ac3) 이하에서 어닐링합니다:

• 재결정화 어닐링
• 스트레스 어닐링

어닐링 공정 중 완전 어닐링과 불완전 어닐링의 구체적인 차이점과 적용 시나리오는 무엇인가요?

완전 어닐링과 불완전 어닐링은 가열 온도, 구조 변형, 입자 개선 효과 및 적용 시나리오가 다른 두 가지 열처리 공정입니다.

첫째, 가열 온도 측면에서 완전 어닐링은 일반적으로 임계 온도(Ac1 또는 Ac3) 이상으로 재료를 가열하여 상 변화와 재결정을 촉진하는 반면, 불완전 어닐링은 2상 영역에서 가열하여 완전한 재결정을 방지합니다. 이는 완전 어닐링은 재료의 입자를 어느 정도 정제할 수 있지만 온도 제약으로 인해 불완전 어닐링의 입자 정제 효과는 완전 어닐링만큼 좋지 않다는 것을 의미합니다.

둘째, 구조 변형 측면에서 완전 어닐링은 입자 정제, 구조 균질화, 내부 응력 제거, 경도 감소 등을 목적으로 주로 중 탄소강 등에 사용되는 거의 평형 구조를 달성할 수 있습니다. 반면 불완전 어닐링은 주로 구형 펄라이트 구조를 얻기 위해 저유텍로이드강에 사용되며, 느린 냉각을 통해 평형에 가까운 구조를 달성합니다.

입자 미세화 효과와 관련하여 불완전 어닐링의 낮은 가열 온도로 인해 페라이트의 형태, 크기 및 분포가 변경 될 수 없으며 입자 미세화 효과가 완전 어닐링만큼 좋지 않습니다.

마지막으로 적용 시나리오 측면에서 완전 어닐링은 중탄소강과 같이 입자 미세화, 구조 균질화, 내부 응력 제거 및 경도 감소가 필요한 상황에 적합합니다. 반면 불완전 어닐링은 주로 저유전강에 사용되며, 특히 입자가 거칠어지지 않은 경우 불완전 어닐링을 통해 구형 펄라이트 구조를 얻을 수 있습니다.

등온 어닐링이 다양한 재료에 미치는 영향과 한계는 무엇인가요?

등온 어닐링은 재료를 임계 온도 이상으로 가열하여 일정 시간 동안 유지한 다음 다른 온도에서 냉각하거나 유지하는 열처리 공정입니다. 이 프로세스는 미세 구조를 개선하고 경도를 낮추며 재료 특성을 개선하는 것을 목표로 합니다. 이 공정의 효과와 한계는 소재에 따라 다릅니다.

중탄소 합금강 및 저합금강의 경우 등온 어닐링의 목적은 구조를 개선하고 경도를 낮추는 것입니다. 저유전체 강철의 가열 온도는 Ac3+(30~50)℃이고, 초유전체 강철의 경우 Ac3+(20~40)℃입니다. 이는 등온 어닐링이 이러한 유형의 강철에 적합하여 기계적 특성을 효과적으로 개선한다는 것을 나타냅니다.

그러나 등온 어닐링이 모든 상황에 적합한 것은 아닙니다. 적절한 어닐링 장비의 가용성 또는 어닐링된 강철 부품의 품질 요구 사항으로 인해 연속 저속 냉각만이 가능한 유일한 옵션인 경우도 있습니다. 즉, 어떤 경우에는 등온 어닐링이 특정 열처리 요건을 충족하지 못할 수도 있습니다.

또한 비정질 Cu56 Zr44 합금에 대한 연구에 따르면 등온 어닐링이 결정화 공정에 사용되어 재료의 미세 구조를 변경할 수 있음을 나타냅니다. 이는 등온 어닐링이 비정질 합금과 같은 특정 특수 소재에도 적용 가능하다는 것을 시사합니다. 적절한 온도 제어와 유지 시간을 통해 기대하는 결정화 효과를 얻을 수 있습니다.

응력 완화 어닐링은 냉간 변형 후 내부 응력을 어떻게 제거하며 기존 어닐링 방법과 비교하여 어떤 장점이 있습니까?

응력 완화 어닐링은 가열, 단열, 저속 냉각 과정을 통해 공작물의 잔류 내부 응력을 제거하는 기술입니다. 이 방법은 주로 용접, 주조 및 가공 공정 중에 발생하는 내부 응력을 완화하는 데 사용됩니다.

특히 응력 제거 어닐링 공정은 공작물을 더 낮은 온도(예: 회주철 500-550°C, 강철 500-650°C)로 가열하고 일정 기간 동안 이를 유지한 다음 천천히 냉각하여 새로운 잔류 응력의 발생을 방지하는 과정을 포함합니다. 이 처리로 공작물 내의 잔류 응력을 완전히 제거할 수는 없지만 그 영향을 크게 줄일 수 있습니다.

기존의 어닐링 방식과 비교했을 때 스트레스 릴리프 어닐링은 몇 가지 장점이 있습니다.

첫째, 기존 어닐링처럼 모든 유형의 금속 재료에 광범위하게 적용되는 것이 아니라 특정 제조 공정(예: 용접, 주조, 가공)에서 특별히 발생하는 잔류 응력을 대상으로 합니다.

둘째, 응력 완화 어닐링은 일반적으로 낮은 온도에서 수행되므로 소재, 특히 고온에 민감한 소재에 미치는 영향이 적습니다.

또한 응력 제거 어닐링의 주요 목표는 단순히 경도를 낮추거나 연성을 개선하는 것이 아니라 잔류 응력을 제거하는 것이므로 재료의 다른 물리적 특성을 크게 변경하지 않고도 제조 공정 중 치수 변화와 균열 경향을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

경도를 낮추고 가공성을 향상시키는 데 있어 레이저 어닐링과 전통적인 베이킹 어닐링의 비교 연구는 어떤 것들이 있나요?

경도를 낮추고 가공성을 향상시키는 레이저 어닐링과 전통적인 베이킹 어닐링의 비교 연구는 주로 다음과 같은 측면에 반영됩니다:

가열 속도와 제어 정밀도: 레이저 어닐링 기술은 빠른 가열과 민감한 제어의 특성을 가지고있어 단시간에 원하는 어닐링 온도에 도달하고 어닐링 공정 중 온도 변화를 정밀하게 제어 할 수 있습니다. 반면 전통적인 베이킹 어닐링은 전체 공작물을 진공로에 넣고 일정 시간 동안 특정 온도 범위에서 유지해야 하며, 이 공정의 온도 제어는 레이저 어닐링만큼 정밀하지 않습니다.

열 전도 깊이와 에너지 출력: 레이저 어닐링 기술은 국소적이고 깊이 제어 가능한 어닐링 처리가 가능하므로 다른 영역에 영향을 주지 않고 필요에 따라 특정 영역을 정밀하게 열처리할 수 있습니다. 이러한 국소 열처리 기능은 재료의 국소 성능을 개선하는 데 매우 유용합니다. 기존의 베이킹 어닐링은 이러한 국소 열처리를 달성하기 어렵습니다.

입자 미세화 및 미세 구조 조정: 레이저 어닐링은 고온 및 열 응력을 통해 원자를 재배열하여 결정 구조를 보다 질서정연하게 만들어 입자 크기를 늘리고 미세 구조를 조정하는 데 도움이 됩니다. 이는 재료의 가공성을 개선하고 경도를 낮추는 데 유용합니다. 전통적인 베이킹 어닐링도 가열 및 냉각 공정을 통해 입자를 미세화하고 미세 구조를 조정할 수 있지만 공정이 비교적 간단하고 직접적이며 레이저 어닐링처럼 입자의 미세화 및 미세 구조 조정을 정밀하게 제어하지 못할 수 있습니다.

예를 들어, Bi2Te3 화학량론적 박막의 제조에서 레이저 어닐링 방법은 기존의 열 어닐링 방법보다 높은 시벡 계수를 보여 고품질 박막을 제조하는 데 있어 그 우수성을 입증했습니다. 이는 레이저 어닐링 기술이 특정 응용 분야(예: 고성능 박막 제조)에서 더 나은 성능을 제공할 수 있음을 나타냅니다.