어닐링과 정규화: 주요 차이점 설명

1. 어닐링

어닐링은 신중하게 제어된 열 주기를 포함하는 야금학에서 중요한 열처리 공정입니다. 이 공정은 금속을 특정 온도(일반적으로 재결정 온도 이상)까지 천천히 가열하고, 이 온도를 미리 정해진 기간 동안 유지한 다음(담금질), 제어된 속도로 냉각하는 세 가지 주요 단계로 구성됩니다.

어닐링의 주요 목표는 다면적입니다. 경도를 낮추고 연성을 높여 기계 가공성과 성형성을 향상시킵니다. 이 공정은 성형이나 용접과 같은 이전 제조 작업 중에 축적되었을 수 있는 잔류 응력을 제거하는 데 매우 중요합니다. 어닐링은 또한 치수 안정화에도 중요한 역할을 하여 변형을 최소화하고 후속 가공이나 사용 중 균열 발생을 줄입니다.

미세 구조 수준에서 어닐링은 재결정화 및 입자 성장 메커니즘을 통해 입자 구조를 개선합니다. 어닐링은 상 변형을 촉진하고 조성을 균질화하며 전위 및 공극과 같은 구조적 결함을 제거하여 금속의 미세 구조를 조정합니다. 이러한 미세 구조 변화는 금속의 기계적 특성, 내식성 및 전반적인 성능에 큰 영향을 미칩니다.

온도, 담금 시간, 냉각 속도 등 특정 어닐링 파라미터는 특정 금속 또는 합금과 원하는 최종 특성에 맞게 조정됩니다. 예를 들어 완전 어닐링, 정규화 및 응력 완화 어닐링은 각각 다른 재료와 애플리케이션에서 특정 결과를 달성하도록 설계된 공정의 변형입니다.

어닐링의 정의

어닐링은 금속을 특정 온도로 조심스럽게 가열하고 정해진 시간 동안 유지한 다음 제어된 속도로 냉각하는 야금학의 중요한 열처리 공정입니다. 이 속도는 일반적으로 느리지만 원하는 결과에 따라 정밀하게 조절할 수 있습니다. 이 공정은 금속과 합금의 미세 구조와 특성을 변경하는 데 필수적인 과정입니다.

어닐링의 주요 목표는 다방면에 걸쳐 있습니다:

1. 주조, 단조, 용접 또는 가공과 같은 사전 제조 공정을 거친 재료의 연화 처리
2. 연성 및 인성 향상
3. 화학 성분의 균질화를 통한 분리 제거
4. 잔류 스트레스 제거 또는 감소
5. 특정 물리적, 기계적 또는 자기적 특성 달성

다양한 유형의 어닐링 공정이 존재하며, 각 공정은 특정 야금 결과를 달성하기 위해 맞춤화되어 있습니다:

1. 완전 어닐링: 임계 온도 이상으로 가열한 후 천천히 냉각하여 부드럽고 연성화된 구조를 생성하는 방식입니다.
2. 공정 어닐링: 냉간 가공된 소재의 응력을 완화하기 위해 임계 온도 이하에서 수행됩니다.
3. 재결정화 어닐링: 냉간 가공된 금속에 변형이 없는 새로운 결정립을 형성하도록 유도합니다.
4. 구상화 어닐링: 구상 탄화물로 미세 구조를 생성하여 가공성을 개선합니다.
5. 스트레스 완화 어닐링: 미세 구조에 큰 변화 없이 잔류 응력을 줄입니다.
6. 균질화 어닐링: 주조 또는 단조 합금에서 화학적 분리를 제거합니다.
7. 자기 어닐링: 전기강과 같은 소재의 자기 특성을 최적화합니다.

실제로 어닐링은 특정 야금 문제를 해결할 수 있습니다:

1. 속성 복원: 사용 중 열 노출로 인해 원래의 특성을 잃은 금속 도구나 부품은 적절한 어닐링 처리를 통해 다시 활력을 되찾을 수 있습니다.
2. 작업성 향상: 어닐링은 금속 또는 합금을 특정 온도로 가열하고 계산된 시간 동안 유지한 다음 냉각을 제어함으로써 경도와 취성을 크게 줄이면서 가소성을 향상시킬 수 있습니다. 단조라고도 하는 이 공정은 후속 성형 작업에서 작업성을 개선하는 데 매우 중요합니다.

어닐링의 목적

1) 경도를 낮추고 가공성을 향상시켜 후속 제조 공정과 공구 수명을 개선합니다;

2) 잔류 응력을 완화하고 치수를 안정화하며 변형 및 균열 경향을 감소시켜 구성 요소의 전반적인 구조적 무결성과 성능을 향상시킵니다;

3) 입자 구조를 개선하고, 미세 구조를 조정하고, 구조적 결함을 제거하여 기계적 특성과 재료 균질성을 향상시킵니다.

산업 생산에서 어닐링 공정은 다양한 금속 가공 분야에서 광범위하게 활용되고 있습니다. 특정 어닐링 기술은 원하는 재료 특성과 공작물 요구 사항에 따라 선택됩니다. 일반적인 어닐링 사양은 다음과 같습니다:

• 완전 어닐링: 재료를 임계 온도 이상으로 가열한 후 천천히 냉각하여 부드러움과 연성을 극대화하는 데 사용됩니다.
• 스페로이드화 어닐링: 페라이트 매트릭스에서 구상 탄화물의 미세 구조를 생성하는 데 사용되어 고탄소강에서 가공성을 극대화합니다.
• 응력 완화 어닐링: 미세 구조에 큰 변화 없이 잔류 응력을 줄이기 위해 낮은 온도에서 수행되며, 일반적으로 용접 구조물 및 냉간 가공 부품에 적용됩니다.

어닐링 공정의 선택은 후속 제조 작업과 최종 사용 성능을 위해 재료 특성을 최적화하는 데 매우 중요합니다.

2. 정규화

노멀라이제이션이라고도 하는 노멀라이징은 공작물을 Ac3 또는 Accm보다 30~50°C 높은 온도로 가열하고 일정 시간 동안 유지한 다음 용광로에서 꺼내 공기 중 또는 물 분사, 미스트 또는 송풍을 통해 냉각하는 금속 열처리 공정입니다.

노멀라이징의 목적은 입자 크기를 미세화하고 카바이드 분포를 균일화하는 데 있습니다. 노멀라이징은 어닐링보다 냉각 속도가 약간 빠르기 때문에 노멀라이징 구조가 더 미세해지고 기계적 특성이 향상된다는 점에서 어닐링과 다릅니다.

또한 용광로 외부에서 냉각하여 노멀라이징하면 장비를 차지하지 않으므로 생산 속도가 더 빠릅니다. 따라서 노멀라이징은 어닐링을 대체하기 위해 생산 과정에서 가능한 한 많이 사용됩니다.

정규화 적용

1) 저탄소강의 경우 노멀라이징 후 경도가 어닐링 후보다 약간 높고 인성 또한 우수하여 가공용 전처리로 적합합니다.

2) 중 탄소강의 경우 최종 열처리로 템퍼링을 대체 할 수 있으며 다음을위한 예비 처리 역할도 할 수 있습니다. 표면 경화 유도 가열에 의해 수행됩니다.

3) 공구강의 경우, 베어링 스틸를 사용하여 강철을 침탄하면 네트워크 탄화물 형성을 줄이거나 억제하여 구상화 어닐링에 필요한 이상적인 구조를 얻을 수 있습니다.

4) 주강 부품의 경우 주조 구조를 개선하고 기계 가공성을 향상시킬 수 있습니다.

5) 대형 단조의 경우 최종 열처리로 사용할 수 있으므로 경화 중 균열이 발생하는 경향을 방지할 수 있습니다.

6) 연성주철의 경우 경도, 강도, 내마모성을 향상시켜 자동차, 트랙터, 디젤 엔진의 크랭크샤프트, 커넥팅 로드와 같은 중요 부품 제조에 사용됩니다.

7) 저유전체 강철의 경우 구상화 어닐링 전에 정규화를 수행하면 네트워크 이차 시멘타이트가 제거되어 구상화 어닐링 중에 시멘타이트의 완전한 구상화를 보장할 수 있습니다.

정규화 후 구조: 저유텍토이드강의 구조는 F+S, 유텍토이드강은 S, 하이퍼유텍토이드강은 S + 이차 시멘타이트이며 불연속적입니다.

금속 열처리 공정에는 공작물을 적절한 온도(Ac3 또는 ACcm + 30~50°C)로 가열한 다음(강철 미세 구조 참조) 단열 후 공기 중에서 냉각하는 과정이 포함됩니다. 정규화는 주로 강철 공작물에 사용됩니다.

노멀라이즈드 스틸은 어닐링 스틸과 비슷하지만 약간 더 빨리 냉각되고 구조가 더 미세합니다. 일부 강철은 매우 작은 임계 냉각 속도 는 공기 중에서 냉각하여 오스테나이트를 마르텐사이트로 변환할 수 있지만, 이 처리를 정규화라고 하지 않고 공기 냉각 담금질이라고 합니다.

반대로, 임계 냉각 속도가 더 큰 강철로 만들어진 일부 대형 섹션 공작물에서는 마텐사이트 물에 담금질하더라도 담금질 효과는 정상화에 가깝습니다.

그리고 강철의 경도 정규화 후의 값이 어닐링의 값보다 높습니다.

정규화 중에는 어닐링에서와 같이 용광로로 공작물을 냉각할 필요가 없으므로 용광로 시간이 절약되고 생산 효율이 향상되므로 일반적으로 생산에서 가능한 한 정규화로 대체됩니다.

탄소 함량이 0.25% 미만인 저탄소강의 경우 정규화 후 경도가 적당하여 어닐링보다 절단에 더 도움이 되며 일반적으로 정규화를 사용하여 절삭을 준비합니다.

중간 탄소강의 경우 탄소 함량 0.25-0.5%, 정규화 후 절단 요구 사항도 충족할 수 있습니다.

이것으로 만든 경량 부품의 경우 강철 유형정규화도 최종 열처리로 사용할 수 있습니다.

고탄소 공구강 및 베어링강의 정규화는 구조물에서 네트워크 탄화물을 제거하고 구상화 어닐링을 위한 구조를 준비하는 것입니다.

철강 부품의 열처리 공정 - 정규화

철강 부품의 열처리 공정 - 정규화

강철의 열처리는 크게 벌크 열처리와 표면 열처리의 두 가지 유형으로 분류됩니다.

벌크 열처리에는 어닐링, 정규화, 담금질 및 템퍼링과 같은 공정이 포함되며 표면 열처리에는 표면 담금질 및 열화학 처리가 포함됩니다.

노멀라이제이션은 강철 부품을 상부 임계점(저유전강은 Ac3, 초유전강은 Acm)보다 30~50°C 높은 온도까지 가열하고 이 온도에서 지정된 시간 동안 유지하여 완전한 오스텐화를 보장한 다음 상온의 공기 중에서 냉각하는 임계 열처리 공정입니다.

정규화의 주요 목표는 입자 구조를 개선하고, 미세 구조를 균질화하며, 내부 응력을 제거하고, 강철의 기계적 특성을 개선하는 것입니다. 이 공정은 일반적으로 저유전체강에서 미세 펄라이트와 페라이트로 구성되거나 초유전체강에서 펄라이트와 시멘트마이트로 구성된 거의 평형에 가까운 미세 구조를 달성하는 것을 목표로 합니다.

어닐링에 비해 노멀라이제이션은 냉각 속도가 약간 빠르기 때문에 전체 열처리 주기가 짧아집니다. 이렇게 냉각 속도가 빨라지면 어닐링 강철에 비해 입자 구조가 더 미세해지고 강도와 경도가 약간 더 높아집니다.

효율성과 유리한 기계적 특성으로 인해 두 공정 모두 필요한 성능 사양을 충족할 수 있는 경우 어닐링보다 노멀라이제이션이 선호되는 경우가 많습니다. 특히 추가 가공을 위한 원료로 사용되는 중저탄소강은 일반적으로 노멀라이제이션 열처리를 거칩니다.

이와 대조적으로 일반 합금강 블랭크는 어닐링 처리를 하는 경우가 많습니다. 이러한 합금강을 정규화하면 냉각 속도가 빨라져 경도가 높아져 후속 가공 작업에 지장을 초래할 수 있습니다. 합금강의 정규화와 어닐링 중 선택은 특정 합금 조성, 원하는 미세 구조 및 최종 제품의 용도에 따라 달라집니다.

3. 노멀라이징과 어닐링의 차이점

열처리 공정에는 공작물을 적절한 온도로 가열하고 일정 시간 동안 이 온도를 유지한 다음 노에서 꺼내 야외에서 냉각하는 과정이 포함됩니다.

노멀라이징과 어닐링의 차이점은 노멀라이징의 냉각 속도가 어닐링보다 약간 빠르기 때문에 어닐링보다 노멀라이징의 구조가 더 미세하여 기계적 특성이 향상된다는 점입니다.

또한 퍼니스 외부에서 노멀라이징 냉각을 하면 장비를 차지하지 않으므로 생산 속도가 빨라집니다. 따라서 노멀라이징은 어닐링을 대체하기 위해 생산 과정에서 가능한 한 많이 사용됩니다. 노멀라이징의 주요 적용 분야는 다음과 같습니다:

1. 저탄소강의 경우 노멀라이징 후 경도는 어닐링보다 약간 높고 인성이 우수하여 절삭 전처리 역할을 합니다.

2. 중탄소강의 경우 최종 열처리로 담금질 처리를 대체하거나 유도 가열을 사용하여 표면 경화 전 준비 처리로 사용할 수 있습니다.

3. 공구강, 베어링강, 탄화강의 경우 순탄화물의 형성을 줄이거나 억제하여 구상화 어닐링에 필요한 우수한 구조를 얻을 수 있습니다.

4. 주강 부품의 경우 주조 구조를 개선하고 기계 가공성을 향상시킬 수 있습니다.

5. 대형 단조의 경우 최종 열처리로 사용되어 담금질 중 균열이 발생하는 경향을 방지할 수 있습니다.

6. 연성 철의 경우 경도, 강도 및 내마모성을 향상시켜 크랭크 샤프트 및 커넥팅 로드와 같은 차량, 트랙터, 디젤 엔진의 중요한 부품을 제조하는 데 적합할 수 있습니다.

어닐링과 노멀라이징의 주요 차이점은 냉각 속도에 있으며, 노멀라이징은 냉각 속도가 빠르기 때문에 펄라이트 구조가 더 미세해집니다. 따라서 동일한 강철의 경우 노멀라이징이 더 높은 수율을 제공합니다. 강도 및 경도 어닐링보다 낫습니다.

어닐링과 정규화 중 어떤 것을 선택할지는 특정 상황에 따라 결정해야 하며, 일반적으로 세 가지 측면을 고려해야 합니다:

1) 가공성을 개선하려면 저탄소강을 정규화해야 합니다. 탄소 함량이 0.25%에서 0.45% 사이인 중탄소강은 어닐링 또는 정규화할 수 있습니다. 고탄소강 탄소 함량이 0.45%에서 0.77% 사이인 저탄소강은 완전 어닐링해야 하며, 초유텍로이드강은 구상화 어닐링을 거쳐야 합니다. (저탄소 및 중탄소 구조강 - 정규화, 중탄소 및 고탄소 구조강 - 완전 어닐링, 합금 공구강 - 스페로이드화 어닐링)

2) 열처리 가공성; 복잡한 모양, 큰 크기 또는 중요한 부품은 어닐링해야 합니다. 어닐링은 천천히 냉각되기 때문입니다, 내부 스트레스 가 최소화되고 공작물의 변형이나 균열 가능성이 줄어듭니다. 일반 부품에는 노멀라이징을 사용할 수 있습니다.

3) 처리 비용; 노멀라이징은 어닐링보다 비용이 적게 듭니다. 비용을 절감하고 생산 효율성을 높이려면 품질을 보장하면서 가능한 한 노멀라이징을 사용해야 합니다.

어닐링 및 경화 프로세스 표