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비철재료

비철재료의 합금◆구리합금대별하면 황동계·청동계·공정계 등이 있다. 황동계 구리합금은 공석변태가 없고, 포정반응으로 생긴 체심입방결정의 β상이 상온까지 안정하므로, 실용합금은 면심입방결정)의 α와 α＋β 조직의 것이 되고, 청동계에서는 공석변태로 α와 γ 기타 3차 이상의 상(相)으로 분해한 조직의 것으로 된다. 따라서 황동계에서는 α, β의 비율을 조절하는 열처리를 할 수 있을 뿐이지만, 청동계에서는 강철과 비슷한 열처리 효과를 기대할 수 있다. 공정계에서는 시효성이 있다. 일반적으로 구리 쪽의 α고용체를 사용할 때에는 연신성과 변형가공성이 좋다. α와 다른 고용체와의 혼합상으로 된 합금은 변형가공을 할 수 있는 것도 있고, 주조용으로 사용하는 것도 있으나, 모두 α단상보다 인장강도)가 크고 연신성이 작다.구리합금의 특성은 내식성, 특히 내해수성이 다른 합금보다 좋으므로, 화학공업용·선박용 등 용도가 다양하다. 또 α합금은 구리를 주체로 하므로, 전기 및 열의 전도도가 좋다. 그러므로 다른 합금원소를 알맞게 첨가하여 구리의 강도를 증가시켜서 전기재료로 많이 사용한다. 구리합금의 용해주조성은 특수합금 외에는 그다지 어려움이 없으나, 청동계 합금은 편석이 심하다. 용해에는 도가니로·반사로·전기로 등을 사용하고, 산화성이 큰 티탄구리, 베릴륨구리 등은 진공용해로를 사용한다.◆황동계 구리 합금단상 합금인 5∼20% 아연의 각종 금색합금과 7-3 황동(30% 아연), 65-35 황동은 연신성이 좋고 강도가 있으므로, 봉·판·관·선 등의 연신재료로 많이 사용된다. 또 심한 가공에도 잘 견디므로 전등의 소켓, 탄환의 약협 등에도 사용된다. α황동은 냉간가공으로 경화되고, 가공 후 저온에서 풀림하면 풀림경화가 되므로 탄성재료로도 사용한다. 응력부식을 방지하기 위하여 저온풀림할 때도 있다. 2상 합금의 대표적인 35∼45% 아연의 4-6 황동은 α＋β로 되어 있으며, 주조용 외에 강력한 연신재료로도 사용된다. 황동에 다른 원소를 첨가하여 기계적 성질, 내식성, 내마모성, 빛깔- 고온에서 잘 견디며 자동차, 피스톤기화기,방열기,실린더용고용체에 의해 시효경화를 이용하며 경도 증대한 합금석출경화 3단계① 용체화처리 - Al-4%Cu합금의 용체화 처리 온도는 약515℃② 담금질 - 용체화 처리한 합금을 상온의 물에 넣고 급냉③ 시효 - 용체화 처리 후 담금질한 합금을 130~190℃영역에서 인공시효Al-4%Cu합금이 석출경화 조직 5가지① 과포화 고용체 α ② GP 1 영역 ③ GP 2 영역④ β`상 ⑤ 고용체 + β상(CuAl2)Al제련법 중 정제법Bayer법① bauxide 중의 Al2O3의 NaOH용액에 의한 용액, NaAlO2의 생성 - Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O② NaAlO3의 가수분해 Al(OH)3의 석출- NaAlO2 + 2H2O = Al(OH)3 + NaOH③ Al(OH)3의 가열탈수(소성), Al2O3의 생성- 2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2OAl표면을 적당한 전해액중에서 양극산화처리하여 산화물계의 피막 형성 방법① 수산법 - Al제품을 2% 수산용액을 넣고 직류, 교류를 통하면 표면은 굳고 다공성이 없고 방식성이 우수한 산화피막을 얻는다.전해액 : 수산, 전류 : 직류, 특성 : 황금색, 경질피막형성② 황산법 - 15~20% 황산액을 사용하여 농도가 낮은 것을 사용할수록 피막이 단단하여 흡착성이 좋은 피막을 얻으려면 액온을 30℃로 올라간다. 가격이 저가, 투명박막 얻어짐.③ 크롬산법 - 3% 산화크롬 수용액을 사용하며 전해온도는 40℃정도유지, 내마멸성은 작으나 내식성은 크다.2046-T6이란2 : 합금계열(Al-Cu계) 0 : 기본합금(Al-Cu계)14 : 알코아회사의 옛 합금명T6 : 용체화처리와 인공시효Al합금의 특성에 따라 분류 방법① 내식성 합금 : 순수한 알루미늄, Al-Mn계 합금Al-Mg계합금, Al-Mg-Si계 합금부식이 되기 쉬운곳화학공업장치, 선박, 가정용품,건축등에 사용.② 고력합금 : Al-Cu계 합금, Al-Zn-Mg(-Cu)계 합금가벼우면서도 강도가 큰재료다. 흔히 강자성물질임에도 불구하고 자성이 겉으로 나타나지 않는 경우가 있는데, 그것은 내부에 자기구역이 생겨서 각각의 구역은 강자성을 띠지만 구역마다 자기모멘트가 서로 다른 방향으로 정렬되어서 전체적으로는 상쇄되기 때문이다.외부자기장을 가하면 자기구역을 정렬시킬 수 있어서 자성을 나타나게 할 수 있다. 이 경우에 자기장을 제거시켜도 다시 원래의 자기구역 구조로 되돌아가지는 못하는데, 이와 같이 자기장을 가하거나 제거시킴에 따라 자기구역 구조가 변하여 자성이 달라지는 현상을 자기이력이라 한다.① 연자성재료 : 쉽게 자하 및 탈자화 시킬수 있는 물질(대형변압기의 철심, 전동기)② 경자성재료 : 한번 자화되면 쉽게 탈자화되지 않는 자성재료(수화기,동기부브러쉬)철강 열처리방법열처리방법??열처리방법을 크게 구분하면 주조나 단조후의 편석 및 잔류응력 등을 제거하여 균질화시키거나 또는 연화를 목적으로 행하는 풀림(annealing), 결정립을 미세화하여 기계적성질이나 피삭성을 향상시키기 위한 노멀라이징(normalizing), 경화를 위하여 행하는 퀜칭(quenching), 그리고 강인화를 위한 템퍼링(tempering) 처리 등으로 나눌 수 있다.또 표면은 내마모성이 크고, 중심부는 내충격성이 큰 이중조직을 나타내게 하는 표면경화방법도 있다.이러한것은 비철금속과 강과 합금금속과 모두 생각해볼 필요성이있다.◆?풀림?기본적으로 연화를 목적으로 행하는 열처리로서, 일반적으로 적당한 온도까지 가열한 다음 그 온도에서 유지한 후 서냉하는 조작을 말한다. 그밖의 처리목적으로는 내부응력의 제거, 절삭성 향상, 냉간가공성 향상 등을 통하여 기계적성질을 개선하기 위한 것이다.풀림에는 완전풀림, 항온풀림,구상화풀림,응력제거풀림,연화풀림, 확산풀림, 저온풀림 및 중간풀림 등의 여러 종류가 있다.그림은 여러가지 풀림처리시 처리온도범위를 보인것.그림 . 각종 풀림 온도 범위?◆ 완전풀림(full annealing)?완전풀림은 아공석강에서는 Ac3점 이상, 과공석강에서는 Ac1점 이상의 온도로의 변화를 그림 4.9에 나타내었다. 그림 4.9에서 보는 바와 같이, 연화과정은 3단계로 이루어진다. 즉 가열온도의 상승과 함께 회복, 재결정 및 결정립성장의 과정으로 변화된다.첫단계인 회복은 가공에 의해서 증가된 전위밀도 감소와 전위의 재배열로 인한 연화이고, 재결정은 변형된 입자 속에서 변형되지 않은 새로운 결정입자로 대체하는 과정이며, 온도가 더욱 높아지면 미세한 입자가 응집, 조대화되는 결정립성장 단계로 된다. 이러한 변화는 내부에너지를 감소시킴으로써 보다 안정한 상태로 가고자 하는 현상 때문이며, 이러한 내부응력의 감소에 의해서 연화되는 것이다.?이와 같이 재결정에 의해서 경도를 균일하게 저하시킴으로써 소성가공 또는 절삭가공을 쉽게 하기 위한 풀림을 연화풀림이라고 하는데, A1점 위 또는 아래의 온도에서 가열한다.?◆ ?노멀라이징(normalizing)(1) 목적노멀라이징의 일반적인 목적은 다음과 같다.① 결정립을 미세화시켜서 어느 정도의 강도증가를 꾀하고, 퀜칭이나 완전풀림을 위한 재가열시에 균일한 오스테나이트 상태로 만들어주기 위한 것이다.② 주조품이나 단조품에 존재하는 편석을 제거시켜서 균일한 조직을 만들기 위함이다.1) 단강품?단강품은 대부분 저탄소 또는 중탄소강으로서 열간가공온도나 살두께가 불균일하기 때문에 결정립의 크기가 불균일하고, 성장하여 조대해질 경우가 많다. 이러한 경우에 재차 오스테나이트화 한 다음 공랭하면 가공 등에 의한 잔류응력이 제거될 뿐만 아니라 결정립이 미세화된다. 이로써 강도와 인성이 증가된다.??2) 주강품?주강품에서는 응고시의 편석이나 서냉에 의한 결정립 조대화를 피할 수 없으며, 단면치수가 큰 것일수록 그 경향이 현저하다.특히 편석이 심할 경우에는 노멀라이징 온도를 높이고 유지시간도 길게 하여 우선 확산, 균질화시킨 다음 공랭시키고, 재차 A3 변태점 직상으로 가열하여 새로운 미세한 오스테나이트를 형성시킨 다음 공랭하면 미세한 펄라이트가 생성된다.(2) 방법?강을 A3 또는 Acm점보다 30∼50℃ 정도 높은 온도것이 아니라 승온시간을 포함하는 말이다. 따라서 아공석강이나 공석강에서는 A3 변태온도 이상 50℃로 가열되는 동안에 거의 완전히 오스테나이트로 변태되므로 유지시간이 필요없으나, 과공석의 탄소공구강이나 합금공구강 또는 고속도강 등과 같은 고탄소 고합금강에서는 오스테나이트 중에 어느 정도의 탄화물을 고용시킬 필요가 있으므로 10∼30분 정도의 유지시간이 필요하다그림은 퀜칭, 템퍼링에 의한 미세구상 시멘타이트 조직과 구상화처리에 의한 조대구상 시멘타이트 조직의 오스테나이트화 곡선의 비교(1%C의 탄소강, 750℃오스테나이트화)한편 탄화물이 오스테나이트에 고용되는 고용속도는 강종에 따라 틀려지는데, 특히 텅스텐이나 바나듐과 같은 강력한 탄화물 생성원소를 함유한 강은 현저하게 늦어지지만, 동일강종이라도 퀜칭전의 조직, 주로 탄화물의 크기나 분산상태에 따라서 큰 영향을 받는다. 그림 위 그림은 1%C의 탄소강을 750℃에서 오스테나이트화한 경우로서, 구상화처리를 한 조대한 구상시멘타이트를 함유한 강이 그 고용속도가 늦으므로 오스테나이트화도 늦다는 것을 알 수 있다. 이와 같이 탄화물이 조대한 구상 혹은 망상을 나타낼 때는 고용속도가 늦으므로 퀜칭전에 탄화물이 미세하고 균일하게 분산된 상태가 되도록 구상화풀림이나 노멀라이징 등의 예비처리를 할 필요가 있다.그림. 오스테나이트화 온도에 따른 시멘타이트의 고용상황의 비교고탄소저크롬 베어링강에서 탄화물이 고용에 필요한 시간은 900℃의 경우, 미세펄라이트조직에서 약 2분, 펄라이트조직에서 약 3분, 구상화조직에서?1시간 이상이 필요하다고 한다. 그림 4.16은 구상화처리한 베어링강을 여러가지 온도로 오스테나이트화 했을 때의 유지시간과 미고용 탄화물량의 관계를 나타낸 것으로, 탄화물량이 일정값으로 안정화될 때까지 약 30∼50분간이 소요되고 있지만, 탄화물이 완전히 고용되면 퀜칭했을 때의 잔류오스테나이트도 많아지고, 경도도 저하되며, 결정립의 조대화, 열균열, 시효변형등의 여러가지 문제가 발생될 수 있으므로 실제로는 반드시 평형 있다.

공학/기술| 2007.12.13| 29페이지| 1,000원| 조회(463)

변태, 황동, 청동, 공석, 입방

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재료과학

1. Orientation factor '1/2'을 사용하여 전단변형을 인장변형으로(전단변형, γ→인장변형,ε). 인장응력을 전단응력으로(인장응력, σ→전단응력, τ)나타내시오.⇒ 전단변형을 인장변형으로 바꾸거나 (ε=γ) 인장응력을 전단응력으로 바꾸는데(τ=σ)인자이 자주 사용된다.2. 소성변형에서 인장변형률, εp = ρbv/2 이므로 v=2εp/ρb 이다. 이 식에서 v와 ρ의 물리적 관계를 간단히 설명하시오.⇒ ρ는 버거스 벡터 b를 가진 가동전위의 밀도이며 v는 이들 전위의 평균속도이다. 인장시험에서 응력이 충분히 커서 전위가 움직이게 되면 시편은 탄성변형과 소성변형을 동시에 갖게된다. 그러나 소성변형의 시작 단계에서는 움직이는 전위의 수가 적으며 전위의 운동속도도 빠르지 않다. 그 결과, 어느 정도 소성변형이 발생한 후에도 탄성변형률 및 응력-변형곡선의 기울기는 탄성영역의 기울기로부터 약간만 벗어나게 된다. 인장시험이 계속됨에 따라 기구에 의해서 전위가 증식하게 되며 또한 더 높은 응력이 가해지기 때문에 전위의 운동속도가 빨라지게 된다. 인장 시험이 어느 정도 진행된 후에는 소성변형률이 탄성변형률에 비해 훨씬 커지게 되어 그 이상에서는 소성변형률이 응력-변형곡선을 지배하게 된다.일반적으로 전위밀도는 변형이 커짐에 따라 증가하게 된다. 결정의 전위밀도가 낮을 경우에는 생성된 전위가 모두 가동전위라고 가정해도 된다. 가동전위밀도가 전위의 운동속도에 간접적으로 영향을 미치는데 어떤 결정이 일정한 변형률εp로 소성변형되고 있다고 가정했을때 평균 전위속도 v=2εp/ρb로 쓸 수 있다. 소성변형률이 일정할 경우 가동전위밀도가 증가하면 평균 전위속도는 감소하게 된다. 이것은 비교적 완전한 결정에서의 항복 현상의 중요한 특징 중의 하나이다. 항복의 초기 단계에서는 가동전위밀도가 낮으며 따라서 전위의 운동속도는 크다. 그러나 항복이 진행됨에 따라 전위는 증식하게 되며 그리하여 전위밀도 ρ가 증가되어 평균 전위속도는 감소하게 된다.3. BCC금속의 응력-변형선도에서 항복점을 지나면서 응력이 감소하는 현상의 이유를 설명하시오.⇒ 전위의 증식 때문이다. 전위가 증식함에 따라 소성변형률이 가해진 전체 변형률보다 커지고 따라서 탄성변형률은 부(-)의 값을 갖게 된다.(변형이 증가함에 따라 응력이 감소한다.) 이러한 거동은 전위가 증식함에 따라 주어진 소성변형률을 생성해 내는데 필요한 평균전위속도가 감소하게 되고 따라서 전위를 적당한 속도로 움직이는데 필요한 응력이 감소하게 된다.4. 고용체 강화, 석출강화(경화), 분산강화, 입도강화, 가공경화 등 금속재료의 강화기구를 설명하시오.⇒ ① 고용체 강화 - 불순물원자가 치환형 용질 또는 침입형 용질로서 결정질 소지내에 용해되어 들어가게 되면 격자뒤틀림이 생기며 불순물원자 주위에 응력장이 형성된다. 치환형 용질원자의 경우 이러한 격자튀틀림은 불순물원자가 소지원자보다 더 크거나 작을 경우에 발생하게 된다. 한편, 침입형 용질원자의 경우 격자뒤틀림은 용질원자가 그들이 점유하고 있는 침입위치보다 클경우에 발생하게 된다. 용질원자에 의해서 생성된 응력장은 운동전위의 응력장과 상호작용하여 전위운동을 방해하게 된다.② 석출강화 - 제 2상이 고용체로부터의 석출에 의해서 형성되는 경우에 사용되는 것이다. 운동전위가 석출물과 부딪히게 되면 석출물들을 절단하여 통과하지 못하고 고정되는데, 그 이유는 석출물들의 강도가 소지의 강도보다 더 크기 때문이다. 따라서 전위는 석출물 사이에서 휘게 될 것이며 결국 석출물 주위를 둘러싸게 되어 석출물을 중심으로 하여 전위고리를 남기게 된다. 이러한 과정이 발생하기 위해서 필요한 응력은 대략 다음과 같다.. 여기서은 최인접석출물 사이의 거리이다. 즉 석출물 사이의 전위의 휘어짐은 그림에 예시된 전위선분의 휘어짐과 정확하게 같다. 강에서의 탄화물과 같이, 미세한 분산이 존재하는 경우 전위운동이 발생하기 위해서는 대단히 큰 응력이 가해져야 하며 따라서 재료는 대단히 큰 항복강도를 갖게 된다.③ 분산강화 - 제 2상이 고상석출이 아닌 다른 과정에 의해서 형성될 때 발생하는 제 2상 강화를 말한다. 분산강화에는 2가지의 중요한 방법이 있다. 그 첫 번째 방법은 석출물에 의한 석출강화에 대해서 설명한 것과 같은 방법에 의해서, 분산된 입자들이 전위운동에 대한 장애물로서 작용한다는 것이다. 분산강화를 일으키는 다른 하나의 밥업은 더욱 복잡하며 정량적인 밥ㅇ법으로 간단히 설명될수 없다. 분산된 입자가 풍부한 전위원으로 작용하며 따라서 결정질소지 그 자체가 가공경화된다고 설명한다. 제 2상입자의 존재로 인해서 회복 및 재결정과 같은 연화과정이 억제되고 그리하여 합금은 용융온도 부근에서도 그들의 강도를 그대로 갖게된다.④ 입도강화 - 다결정질 고체의 강도는 입도에 따라 달라지며 따라서 미세한 입자가 얻어질 수 있도록 재료를 열처리함으로써 큰 강도를 얻을수 있다. 그림에 나타나 있는 다결정질 재료에서 2개의 인접한 입자를 생각해 보자. 하옵ㄱ이 입자 A에서 시작되며 슬립띠의 형태를 갖는다고 가정했을 때, 전체 시편에 걸쳐 항복이 발생하기 위해서는 소성변형이 한 입자로붜 다른 입자로 전달되어야 한다. 즉 첫 번째 입자에 있는 슬립띠의 끝부분(점 P)에서의 응력집중이 충분히 커서 두 번째 입자에서 항복을 일으킬 수 있어야 한다. 슬립띠 끝 부분에서의 응력의 세기는 분명히 가해진 응력에 따라 변화하며, 정확하게 분명하지는 않지마 SCJTQJSwO 슬립띠의 길이에 따라서도 변화한다. 정성적으로, 첫 번째 입자의 슬립띠가 대단히 길 경우에는 슬립띠의 끝부분에 대단히 큰 응력이 집중된다. 그 이유는 만일 항복현상이 발생하지 않았다면 슬립면에 의해서 지지되었어야 할 전단하중이 슬립띠의 끝부분에 전달되어 그곳에 집중되기 때문이다. 이러한 이유 때문에 일반적으로 큰 입자를 가진 재료는 낮은 항복강도를 갖게 된다. 일단 한 입자에서 슬립이 시작되면 긴 슬립띠의 끝부분에서의 응력이 대단히 크기 때문에 소성변형이 한 입자에서 다른 한 입자로 쉽게 전달될 수 있다.한 입자로부터 다른한 입자로의 슬립의 전파⑤ 가공경화 - 주어진 소성변형에 의한 전위밀도의 증가로 인한 강도의 증가이다. 저온에서의 가공경화현상은 그 자체로서 대단히 중요하다. 예를 들어, 대부분의 고강도 알루미늄합금들은 구조물로서 사용되기 전에 압연에 의해서 가공경화된다. 또한 열간압연된 저탄소강과 냉간압연된 저탄소강의 항복강도가 대단히 큰 차이를 나타내는 이유도 가공경화의 효과 때문이다. 가공경화는 구조물설계에 대한 안전계수에도 유익한 효과를 준다. 즉 어떤 설계 구조물이 실제 사용중 초과하중을 받게 되면 소성변형을 일으키고 그리하여 가공경화됨으로써 더 큰 강도를 갖게 된다. 그러나 재료가 가공경화되기 위해서는 소성변형을 일으켜야만 하므로 구조물들은 소성변형을 일으킬 수 있는 충분한 연성을 갖고 있어야 한다.결정질고체의 가공경화를 야기시키는 전위기구에는 여러 가지가 있으며 이들 전위기구의 몇 가지 중요한 특징은 다음과 같이 설명할 수 있다. 전위들은 응력장을 갖고 있기 때문에 상호작용을 일으킬 수 있으며 따라서 서로 힘을 미칠수 있다. 예를 들어, 만일 두 평행전위가 서로 접근 할 때 그들의 응력장이 소멸된다면 두 전위는 서로 잡아당기게 될 것이며 따라서 이들 두 저위를 함께 이동시키려고 하는 힘이 작용하게 될 것이다. 반대로 두 평행전위가 접근할 때 그들의 응력장이 증가된다면 두 전위는 서로 반발하게 될 것이다.서로 다른 슬립계에 있는 전위들 역시 상호작용을 일으킬 수 있다. 이 경우에는 운동전위 AA가 슬립면을 뚫고 지나가는 다른 전위 BB와 만나게 된다. 일반적으로, 전위 AA와 BB가 상호작용을 일으키면 두 전위 사이에 인력 또는 반발력은 존재하게 된다. 만일 전위들 사이에 반발력이 존재한다면 전위 운동은 억제될 것이다. 그 이유는 전위 AA가 수직전위 BB를 자르고 통과하게 하는 등의 일을 가해진 응력이 행하여야 하기 때문이다. 한편, 전위들 사이에 존재하는 힘이 인력인 경우에도 전위운동이 억제된다. 왜냐하면 전위운동이 계속 진행되기 위해서는 전위 BB로부터 전위 AA를 잡아당기는 일을 가해진 응력이 하여야 하기 때문이다.전위간 상호작용의 몇가지 일반적인 예전위 AA와 슬립면에 수직한 전위 BB사이의 상호작용5.풀림열처리(Annealing)를 하면 po(초기가동전위밀도)가 낮아지는 이유를 쓰고, 가공경화 된 금속재료의 annealing에서 발생되는 회복현상(Recovery)을 설명하시오.

공학/기술| 2008.02.25| 6페이지| 1,000원| 조회(509)

응력, 인장, 변형, 전위, 전단

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아노다이징 (Anodiging) 평가A+최고예요

아노다이징 (Anodiging)1. 개요수산법, 직류황산법, 양극산화법이라고도 한다. 아노다이징법은 방법이나 설비가 전기도금과 공통된 점이 많고 일종의 도금기법이며, 알루미늄의 용도와 수요가 점차 확대되어 가고 있는 이 때 중요한 도금기술의 하나이다. 도금하려고 하는 알루미늄물품을 양극으로 하고 통전(通電)하여, 양극에서 발생하는 산소에 의하여 알미늄면이 산화되어 산화 알루미늄(Al2O3)의 피막이 생긴다. 이 피막은 대단히 경하여, 내식성이 크고, 극히 적은 유공성(有孔性)이 되어 여러 가지 색으로 염색할 수 있기 때문에 내식, 내마모성의 실용성과 더불어 미관상으로 이처리를 행하는 경우가 많다. 알미늄의 순도가 높을 수록 미려하고 광택있는 피막을 얻을 수 있다. AL은 원래 활성적인 금속으로 공기속에 노출되면 자연적 사화피막이 형성하게 된다 그러나 이것은 AL 상의 도금 및 다른 금속의 코팅을 불가하게 만든다. 이런 자연 피막은 공업적 이용가치도 적으므로 인공적으로 더욱 두껍게 하여 10μ이상의 산화피막을 만든다.아노다이징에서 사용되는 전해액은 여러 가지가 있으나 주로 우리나라에서는 수산과 황산을 사용한다. 전해액으로 예를 들면 붕산암은 붕산, 설파민산 등 이다. 이를 사용하면 유공도(有孔度)가 적은 피막을 얻을 수 있어 전기콘덴서 이용되며, 알루미늄의 산화 피막은 내식성과 절연성이 우수하기 때문에 각종 샷시, 카메라 부품, 항공기, 정밀 기계류와 계측 기기등에 널리 이용된다2. 봉공처리양극산화 피막 자체로는 기공이 있어 활성화 상태이므로 오염되기 쉽다. 따라서 이 기공을 메워 주는 봉공 처리가 필요하며 이렇게 하므로써 내식성이 증가3. 공정순서4.연질 양극산화피막(Soft Anodizing)의 개요연질 양극산화피막은 보존성과 장식성의 피막 처리방법이다. 경질 양극산화 피막은 피막층의 두께가 두껍고 경도가 높은 반면, 연질 양극산화피막은 두께가 얇고 경도가 낮으며 경질피막에 비해 연성을 갖고 있다. 연질 양극산화피막의 특색은 피막처리 후 각종 염료에 의한 색피막은 기능성 피막처리로써 원래의 알루미늄 금속 표면에에 경질 양극산화 피막 처리를 행하여 그기능성이나 특성을 증가시키는데 목적이 있으며, 알루미늄이 가지고 있는 연성을 보강함과 동시에 금속이 가지고 잇는 취악한 결합을 보완하여 공업화 하는데 그 목적이 있습니다.경질 양극산화피막의 두께 증가율은 알루미늄 금속의 합금성분에 의하여 달라질 수 잇으며, 양극산화피막 처리후 두께 증가에 의한 부가치수는 합금 종류에 의하여 다소 차이가 발생하지만 A6061 시료를 기준으로 두께의 실제 부가치수는 전체 피막두께의 1/2～1/3에 달하지만 치수조절은 조건에 따라 ±1/100내 조절이 가능합니다.참고) 1. 100㎛의 피막이 증가도니 경우, 실제 피막의 두께 부가치수는 약 40～65㎛2. 물론 경질 양극산화 또한 두께 조절이 가능하고 재료에 따라 200㎛ 까지도 올라갑니다.3. 공업용 두께 40㎛ 정도를 표준작업하고 있습니다.* 양극 산화피막의 경도는 AL 금속의 합금성분에 의하여 달라질수 있습니다.경질 양극산화피막은 자연발색피막으로 발색되는 색상은 자연광선에 의해서 파괴되거나 탈색이 되지않고 반영구적으로 보존이 됩니다. 자연발색으로 이루어지는 색상은 다음과 같은 여러 색상으로 구분이 됩니다.?합금의 성분과 합금의 종류에 의해서 색상이 달라질수 있습니다.예를들어 202는 노란색 쪽으로 발색되고 6061은 진한 밤색쪽으로 발색됩니다.3-8 경질 양극산화피막의 착색성경질 양극산화피막은 자연발색 피막이므로 착색 처리를 별도로 행하여 사용할 필요는 없지만 특수한 경우에는 착색처리를 하여 사용하기도 합니다. 자연발색 피막은 색조가 어두운 내광도가 없는 색조이기 때문에 밝은쪽의색상착색은 불가능하고 흑색계통의 착색은 가능합니다. 이를 보완하기 위해 반경질 처리후 칼라 착색을 하시면 경도와 칼라링을 얻으실수 있습니다.3-9 마스킹 ( Masking ) 처리알루미늄 금속을 사용하여 가공된 정밀기계 부품의 경우나 전기 전도성을 위해 정밀 칫수로 가공된 부품에 대한 양극산화피막처리를 행하였을 AL상의) 양극산화피막 (ANODIZING)1.1 목적AL은 원래 대단히 활성(活性)적인 금속으로 공기속에 노출되면 금속표면이 즉시 산화물 (사연직 산화피막)로 덮이게 되어 순수한 금속면이 생기지 않는데 이로인해 AL상의 도금 및 다른 금속을 코팅 시키기 어렵게 한다. 또한 자연 산화피막은 피막두께의 한계로 공업적 이용 가치가 적으므로 자연의 산화피막을 전기적, 인공적인 방법으로 더욱더 두껍게 해서 두께가 10㎛이상 되는 산화물을 만들어 사용한다.1.2 특성-일반적으로 AL의 양극처리가 대부분을 차지하므로 AL의 양극산화로 일컫는다.-양극산화피막은 일반도금 방법과 반대로 AL소지 제품을 전해액 중에서 양극으로 (이때 발생기산소에 의한 산화피막형성), 음극은 납등 불활성 재료를 사용.-피막의 조성 :AL₂O₃, 무정형(無定型)-소지금속인 AL의 순도가 좋을수록 미려하고 광택이 있는 피막가능-양극산화피막에 사용되는 전해액은 여러 가지이나 국내에서는 주로 수산과 황산을 사용-피막은 전기저항이 크고 경도가 높으며 (내마모성) 내식성이 뛰어나며, 염색처리가 가능해 외관장색성도 뛰어나다.-피막층은 다공질(多孔質)층과 BARRIER층의 2중 구조로 되어있다.1.3 생성기구화학반응a AL→AL+³+3e-b AL+³(금속제품)→(영동)→(BARRIER 층 표면)c AL+³ ＋3O-²→AlO(OH) : 용액중에서 용해위 반응중 a,b는 전기화학 반응이며 d는 순수자연 반응이다.피막생성AL표면에 강한 진장을 주어서 그 힘에 의해서 AL이온을 끌어내어 산소와 결합시켜 산화알루미늄을 만든다.피막성장생성원인AL산화피막은 양호한 전열제(산화피막을 통한 이온 및 전자 통과닌이)이나 매우 강한 진장력을 가하면, 이 산화피막속을 알루미늄이온이 이동할수 있게 되어 산화피막이 더욱 두꺼워 진다.다공질화 (多孔質化)이렇게 생긴 구멍에 산소이온이 AL내부로 확산해 들어가고 반면에 AL이온은 외부로 나오게 되어 산화물이 계속 생기며 산화피막이 두꺼워 진다. 양극산화피막은 전해액중에 AL을 양극으로 해(내후)성 향상, 봉공처리의 양호여부가 내식성을 크게 좌우한다.-봉공처리후의 내식성은?양극산화 피막은 전해 그대로의 피막에서는 충분한 내식성을 얻을수 없으며 봉공처리를 하므로서 비로소 우수한 내식성을 나타낸다. AL 합금의 균질성도 내식성에 영향을 미치며 순AL-Mn계, AL-Mg계의 합금의 피막은 내식성이 좋고 AL-Cu계합금 피막에서는 별로 좋지 못하다. 실용환경 에서는 피막에 전면 부식이나 국부적인 부식이 발생하고 있는데 일반적으로 피막은 회산에 대해시는 강하나 알칼리에 대해서는 약간 약하지만 대기환경, 해수, 물, 식품류, 약품류에 대해서는 꽤 강한 내식성을 나타낸다.참고 )알루미늄 가공품에 다른 금속이 결합또는 접합되어 있다면 공정중에 열을 발생하면서 피막성장에 방해가 됩닙다. 예)철, 스테인레스, 구리· 양극산화는 세라믹의 부도체화 되기 때문에 도전성피막을 원하신다면 접점부위만 마스킹처리(테이프나 실리콘류)후 양극산화를 실시하여 마스킹을 벗겨낸후 크로메이트처리합니다. 저전류해결 개발된 첨가제를 사용하여 저전류의 두께편차 해결 2024, 7075 합금성분을 이해하여 이에 맞는 액조성과 정류기의 파형을 이용마그네슘 아노다이징1.서론최근 자동차 산업의 경량화 프로그램이나 전자 산업의 EMR Shield(전자기파 방지)목적으로 마그네슘 합금 사용이 확대되고 있으나 마그네슘의 표면처리 공정이 기존 크로메이팅에서 아노다이징으로 발전되고 있다. 현재 미국 및 유럽에서 널리 이용되는 Anomag 아노다이징 처리를 소개한다.2. 마그네슘 합금2.1 마그네슘 합금의 특징○ 구조용 합금으로 단단하고 가볍다.○ 복잡한 형태의 부품을 다이 캐스팅으로 정교하게 생산 할 수 있다.○ 알루미늄 보다 주조나 다이 캐스팅이 용이하고 생산성이 좋다.○ 내구성과 내열성이 좋다.○ EMR Shield(전자기파 방지) 효과가 탁월하다.2.2 마그네슘 합금, 알루미늄, 아연의 물리적 성질 비교3. 일반 마그네슘 아노다이징 기술마그네슘을 아노다이징 하기 위해 전류를 걸면 아주 낮은 전압에서 막 3단계는 씰링이다.○ 1단계(마그네슘 아노다이징) 공정은 7개 공정이다.수세 린스 에칭 린스 Anomag 아노다이징 린스 린스○ 2단계(착색) 공정은 3개 공정이다.프리 컨디션 착색 린스○ 3단계(씰링) 공정은 6개 공정이다.린스 프리 씰링 컨디션 씰링 포스트 씰링 컨디션 린스 큐링○ 주의 : 착색과 씰링이 필요 없는 경우는 Anomag 아노다이징만 한다.4.3 Anomag 아노다이징 표면 물성 테스트A) 내식성 분석○ 마그네슘 합금별 내식성 테스트 결과(본 실험은 1단계 아노다이징 처리된 시편 사용함)솔트 스프레이 (ASTM B117)Unscribe 표면 판별법 (ASTM D1654B)C) 페인트 접착력○ ASTM D4541에서 350psi 압력으로 테스트함.샘플 판정은 ASTM3359-87 Method B를 적용함결과 5B(벗겨짐 전혀 없음)4.4 장점○ 제조 경비가 저렴하다.○ 공정이 간단하고 관리하기 용이하다.○ 어떤 색상도 재현 가능하다.○ 아노다이징 표면이 균일하고 모서리 접착력이 우수하다.○ 환경 친화적 기술이다.5. 결론○ 마그네슘은 자동차 산업의 경량화 프로그램과 전자 산업, 통신 산업의경량화 및 전자기파 방지라는 요구에 의해 향후 응용 범위가 확대될 것임.○ 마그네슘의 표면 처리는 탁월한 내식성 및 경제적 제조 경비는 물론 21세기인류가 추구하는 환경 친화적 기술인 Anomag 아노다이징이 최선의 선택임.양극 산화1. 피막의 개요- 알루미늄을 양극으로 하여 일정한 전해액에서 적정조건으로 분극을 시킬 경우 자연 피막보다 두꺼운 양극 산화피막이 생성되는데 이러한 공정을 양극산화 피막처리라고 한다.알루미늄을 공기중에 방치하면 알류미늄이 양성이기 때문에 대단히 엷은층의 보호막이 형성 된다. 이러한 현상을 자연산화 피막이라 한다.알루미늄 표면처리 중에서 어느 공정도 소홀히 하면 제품에 영향을 받지만 특히 이 피막 공정은 대단히 중요한 공정이다. 왜냐하면 전처리에서 처리가 잘되어도 이 피막에서 부주의나편차가 생기면 제품에 직접적인 영향을 받고 또한 .

공학/기술| 2007.12.13| 17페이지| 2,000원| 조회(7,352)

처리, 색상, 피막, 양극산화피막, 연질

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건식도금

건식도금1. 도금일반적으로 금속 표면에 다른 금속 또는 합금의 얇은 층을 입히는 것을 말한다. 다른 금속의 박판(薄板)을 표면에 포개서 함께 압연하고, 표피(表皮)에 다른 금속을 맞붙이는 것은 합판(合板:clad)이라 하며, 도금이라고는 하지 않는다. 도금은 서양에서는 로마시대, 동양에서는 중국의 전한(前漢)시대부터 시작되었다. 한국에서는 삼국시대에 중국으로부터 기술이 전해져 불상에 도금이 이용되었다. 이 시대에 한국을 통해 일본에도 기술이 전달되었다. 고대의 도금은 아말감을 칠하고 수은을 증발시키는 방법, 박(箔:foil)을 고열로 고착시키는 방법 등으로 금도금에 한정되었다.오늘날 일반적으로 도금이라고 하면, 전기도금을 말하는 경우가 많다. 장식적인 면, 부패 방지 및 내마모성, 접촉저항의 개선 등의 위해 하고 있다. 도금방법·용도에 따라 다소 차이가 있지만, 전기도금의 일반적인 공정은 탈수(脫銹) → 연마 → 탈지(脫脂) → 화학적 침지처리(浸漬處理) → 전기도금 → 후처리 → 건조의 순서이다.도금을 개선하는 목적에 따라 분류하면 ① 방식(防蝕):원재료의 내식성(耐蝕性) 부족을 보완하고자 특정한 환경 속에서도 견딜 수 있는 금속을 입히는 것으로, 얇은 철판에 주석을 입히는 것(합석 등)이다. ② 표면경화(表面硬化):마모에 견딜 수 있도록 소재보다 단단한 금속의 박층(薄層)을 붙이는 것으로, 구리합금 제품의 크롬도금이 대표적이다. ③ 표면의 미화(美化):귀금속 또는 색채가 아름다운 금속합금의 박층을 물건의 표면에 붙여서 아름답게 보이도록 한 것으로, 장신구의 금도금이 일반적인 예이다. ④ 표면의 평활화(平滑化) 또는 빛 등의 반사율 개선:반사율이 높다든지 또는 매우 평활하고 광택이 좋은 금속의 박층을 붙이는 것이다. 후에 표면연마 또는 광택유지를 위하여 화학처리를 하여 한층 더 그 특성을 향상시키는 경우도 있다. 예를 들면 전열기구에서 열(熱)의 반사경의 크롬도금 등이다.이 밖에 금속 아닌 소재에 금속을 붙일 때는, 커튼의 레이스에 알루미늄을 증착(蒸着)해서는 활성화된 반응의 증발을 포함한다. 그러나 활성화된 CVD플라즈마와 화학적 수송반응에 대한 짧은 논의를 제외한다면 이 소개는 오직 전통적인 CVD기술을 포함할 것이고 open tube라고 부르는 반응물이 CVD반응기를 통해 흐르는 과정을 강조할 것이다.이런 타입의 CVD과정에 대한 자세한 논의를 하기전에 closed tube나 화학적 수송 시스템을 간단히 소개할 것이다. 화학적 수송과정에서 물질의 이동은 보통 반응물과 역반응의 반응생성물의 기상확산에 의해 발생한다. 예를 들어 CrI2(g) = Cr(s) + 2I(g) 이 반응은 endothermic이며 온도가 증가하는 오른쪽으로 이동시킨다. 이것은 요오드가 낮은 온도에서 원료와 반응하여 금속의 증착이 일어나는 가열된 기판에 확산하는 휘발성의 요오드화물을 형상하고 요오드가 원료로 다시 확산되기 위해 방출하며 순환되는 BeBoer - VanArkel "iodide process"의 기초이다. 요오드화물을 형성하지 않거나 기체로써 방출되지 않는 원료의 원소들은 증착된 금속으로 이송되지 않는다.높은 순도의 크롬의 야금술학연구에 사용되어지고 마이크로 전자공학적용을 위해 Cr박막 mask를 준비하는 이 원리에 의해 특별히 고안된 반응기안에서 상업적으로 준비되어진다. Harald Schafer박사는 화학적 이동반응을 널리 금속뿐만 아니라 산화물과 많은 다른 혼합물에도 연구하였다.화학적 이동에서 증착의 구동력은 온도차이이다. 등온계안의 화학적 이동 반응을 포함하는 다량의 시멘트 결합과정에서의 구동력은 온도차가 아니다. 여기서는 다른 금속과 합금 코팅된 금속의 자유상태와 용해상태에서의 활동도 차이이다. 예를 들어 다공성 물질을 형성하기 위해 첨가된 불활성물질로서 산화알루미늄과 활성제로서 요오드화 암모늄, 크롬 파우다의 혼합물안에 싸여진 철은 크롬 합금으로 코팅되거나 위에 기록한 화학이동반응에 의해 크로마이징될 것이다. 제트기의 터빈날과 날개는 내산화성을 위해 크로마이징, 알루마이징, 실리코나이징 처리를 하였으며, CVD로 물)증착하고자하는 박막의 종류에 따라서,여러 원료가스를 선택할 수 있는 것이 CVD의 특징인데, 일반적으로는 취급을 용이하게 하기 위해서 상온에서 기체인 것 또는 충분히 높은 증기압을 가진 기체 또는 고체 원료를 쓰고 있다. 증기압이 높은 경우는 냉각, 반대로 낮은 경우는 가열해서 쓰는 것도 있다. 실용적으로는 고순도의 원료를 용이하게 입수 가능할 것, 독성이나 폭발의 위험성이 적은 것이 먼저 이용된다. 원료로서는 수소화물, 할로겐화물, 유기금속화합물이 쓰여진다. 박막의 고품질화, 증착온도의 저온화, 증착속도의 향상, 제어성의 개선 및 선택적 증착을위해 새로운 원료가스의 검토가 행해지고 있다. MOCVD(또는 OM CVD), HVD등 원료명을 붙인 CVD법의 명명도 이러한 사정을 반영하고 있다.3 온도(기상, 기재, 로벽, 노즐)기상온도, 기재온도는 성막속도나 입자생성속도에 가장 강하게 영향을 미치는 인자이다.또,생성물의조성이나미세조직에대해서도지배적인 영향을 끼친다. 반응장치로벽이 가열된 Hot- wall, 내부가열을위해 가열하지 않는 cold-wall형이 있고 장치내 온도분포에 영향을 미치고, 게다가 입자의 발생·부착등에 영향을 준다. 가스주입 노즐온도도 중요한 제어인자이다.4 압력(상압, 저압, 초저압)상압에 의한 CVD기술이 초기에 개발 되었는데 최근에는 저압 분위기로 해서 압력 para meter를 최적화하는 방법이 많아지고 있다. 저압상태에 있어서는 원료가스의 유속을 높이고 분자의 평균자유행정을 크게 잡음으로써, 표면반응에의해 박막증착을 행하는 경우는 막두께 균일성이 우수한 막을 얻는것이 가능하다. 또, 원료가스의 공급량을 높이는 것이 가능하므로, 근접해서 다수 배열된 기판상에도 비교적 빠르고 균일성이 좋은 박막 증착이 가능하다. 또, 예를들면 epitaxal막을 성장시키기 위해서는 반응성 성분의 분압을 저하시키고, 다결정막을 성장시키기 위해서는 분압을 증대시키는등 막의 결정구조를 지배하는 인자중의 하나이고 Plasma CVD에 있어서, 압력은 pla의 계면에너지가 클때에는(또는 막원자가 기판에 대한 것보다 각각 더 강렬히 결합되어있을때) 증착층의 nuclei가 둥글게(ball-up)되고 이 값이 그리 크지 않을때에는 (또는 막원자가 기판에 대한 것보다 각각에 대한 결합이 덜 강하거나 같을 때) flat한 layer형태로 성장한다고 하였으며 증착층이 성장함에 따라 발생하는 strain energy등 때문에, 두가지 사이의 전이(Stranski-Krastanov type)가 발생한다고 하였다.불순물의 존재는 (특히 표면위의 탄소) 삼차원섬성장을 일으킨다. 약간 기울어진( 1∼3°) substrate는 종종 섬성장을 억제하고 층성장을 촉진시키는 데에 사용한다. 그리고,반응조건에 따라서 생성되는 박막의 형상이 판이하게 달라지게되는데 온도와 과포화도에 따른 막구조의 변화를 그림 3에 나타내었다. 비정질막은 표면확산이 precusors의 도착속도에 비해서 느릴때 저온(과 높은 성장속도)에서 형성된다.고온(낮은 성장속도)에서 표면확산은 흡착된 species가 step성장으로 확산하도록 그리고 기판격자를 복제하는 에피텍시층을 형성하도록 incoming flux에 비해 빠르다.2.화학반응의 속도론(Kinetics)적 고찰CVD반응이 열역학적으로 가능하다하더라도 프로세스(반응과정)는 속도론적으로 유리해야한다. 왜냐하면 열역학적으로 유리하다하더라도 성장속도가 매우 느린 경우가 있기때문이다.즉, 속도론적으로 유리하지 못한 반응은 매우 낮은 증착율을 보인다.CVD침전물과 기판사이의 접촉표면은 침전물의 부착과 그것의 형태학을 결정하는데 매우 중요하다. 산화물 또는 다른 오염된 표면 막의 기판 세척은 바람직한 일이며 바람직하지 않은 중간물이 형성되거나 기판이 코팅이 이루어지기 전에 부식되는 일이 없도록 코팅반응에 관하여 기판 표면의 화학에 주의를 기울여야 한다. 기판 부식의 절대적 예방은 언제나 의무적인 것은 아니다. 만일 코팅이 시작되서 후에 그 이상의 부식으로부터 보호되어질 수 있을 때까지 부식이 미루어질 수 있다면 타이타늄 다결정 Si·Gate 전극·배선용·산화물 dope(SIPOS)·확산원(doped poly silicon)SiO2PSG(SiO2/P2O5)BPSG(SiO2/P2O5/B2O3)·층간절연막(poly silicon/Al, Al/Al)·Passivation막·확산원(P, B, As)Mo, WMoSi2, WSi2·Gate 전극·배선용·Through hole·저저항화표 2-1. CVD막의 반도체 디바이스에 대한 적용예CVD는 가스상의 화합물을 피퇴적 기판위에 주입시키고, 기상중 또는 기판표면상에서 분해산화 등의 화학반응에 의해 박막을 형성하는 기술이며, 이러한 화학반응을 일으키기 위해서는 에너지가 필요한데, 가하는 에너지에 따라 다음과 같이 분류한다.막의 종류생 성 막형 성 방 법반 응 가 스절 연 막SiO2열CVDSiH4, O2SiH4, N2OSiH4, CO2SiH2Cl2, N2OSi(OC2H5)4Plasma CVDSiH4, N2O광 CVDSiH4, N2OSiH4, O2PSG(BPSG*)열 CVDSiH4, O2,PH3(상압 B2H6*감압 BCl3)Plasma CVDSiH4, N2O,PH3(B2H6*)광 CVDSiH4, N2O, PH3Si3N4열 CVDSiH4, NH3SiH2Cl2, NH3Plasma CVDSiH4, NH3 (or N2)광 CVDSiH4, NH3반도체막단결정 Si열 CVDSiH4, H2SiH2Cl2, H2SiHCl3, H2SiCl4, H2다결정 Si열 CVDSiH4, H2비정질 SiPlasma CVDSiH4SiH4, CH4화합물반도체(GaAs, GaAlAs,InP)MOCVD(CH3)3Ga, AsH3(CH3)3Al, AsH3(C2H5)3In, PH3도 체 막Al열 CVDAl(CH3)3Plasma CVDAl(CH3)3AlCl3W(WSix*)열 CVDWF6, H2(or Si)WCl6, H2(SiH4*)W(CO)6Plasma CVDWF6Mo (MoSix*)열 CVDMoCl5, H2 (SiH4*)MoF6, H2(or Si)표 2-2. CVD법에 의해 형성되는 박막(진다.

공학/기술| 2007.12.13| 21페이지| 1,500원| 조회(736)

진공, 도금, cvd, PVD, 증발

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열처리 실험

Ⅰ. 서론재료의 소성 변형에 사용된 에너지의 일부는 내부에너지 증가로서 금속 내에 측정된다. 내부 에너지 증가는 변형시 발생되는 원자공공, 침입형원자, 전위와 같은 격자 결함, 그리고 적층 결함과 관계가 있다. 대부분 금속에서 전위의 분포는 불규칙적이다. 즉 전위 밀도가 낮은 온도에서 시켰다면 많은 전위가 엉켜 있을 것이며, 회복과 재결정은 소성가공 후 어닐링 할때 일어난다.전위밀도는 소성변형에 의해 증가되므로,전위-전위 상호 반응은 변형된 재료에서 보다 쉽게 일어난다. 전위의 운동은 더욱 높은 전위 밀도를 갖는 시편에서 더욱 어렵다. 그래서 냉간가공은 재료의 경도를 증가시킨다. 회복과 재결정으로 경함의 밀도가 감소하므로 이 과정에서 재료의 경도가 감소한다. 다결정체에서 결정 입계는 전위의 이동을 방해한다. 그러므로 결정의 크기는 기계적 성질에 상당한 영향을 주고 결정립 성장은 재료를 연화시킨다. 이를 통하여 우리가 알고 있는 연강에 대한 기계적 성질을 알고 냉간가공 및 재결정에 대해 실험해 봄으로써 이론과 비교해 보고 연강에 대한 냉간 가공이 몇%까지 가능한지 확인한다. 도한 이 재료의 조직이 어떻게 변하여 온도별 열처리를 했을때 경도의 변화는 어떻게 변하는지 알 수 있을 것이다. 그리고 몇 도씨에서 재결정이 일어나고 결정립의 성장이 일어나는지 알 수 있을 것이다.Ⅱ. 이론적 배경● 소성이론소성이론은 훅의 법칙이 적용되는 범위를 넘어선 변형률 범위에서 배로의 변형 거동을 취급하는 학문이다. 소성변형 거동을 수학적으로 표시하는 것은 탄성변형일 때에 비하여 복잡하므로, 소성이론의 기본식들은 탄성론에서의 그것보다 복잡하다. 예를 들면, 소성변형은 탄성변형과 같이 가역적이 아니다. 즉 탄성변형은 초기와 최종의 응력상태에만 의존하지만 , 소성변형은 최종상태까지 가는 변형의 경로에 의존한다는 점이 다르다. 탄성론에서는 탄성계수에 의해서 응력 변형률을 관계지을 수 있지만, 소성론에서는 소성변형과 응력의 관계는 그와 같이 간단하게 측정될 수 있는 상수에 의하여 얻을 수 없시할 수 있기 때문이다. 계면의 전단강도를 항복강도의 일전분율 m으로 나타낼 수 있다.여기서 m은 계면마찰계수(interface friction factor)라고 부르고 0에서 1까지 변한다.● 가공도가공도는 소성변형이 얼마나 쉽게 되는지 즉 균열없이 가공할 수 있는 정도를 말한다. 가공균열이 생기는 원인은1. 기계와 물체사이에 생기는 temp. gradient에 의한 inhomogeneous deformation2. matrix와 2nd phase 사이에서의 inhomogeneous deformation3. tensile necking 등이다. 금속가공에서 나타나는 크랙은 크게 세 가지 종류로 나누어질 수 있다.1. 원판의 평다이 압축에서 배부름이 일어나는 자유표면에서 혹은 평판 압연의 모서리 자 유표면에서 나타나는 크랙2. 압출공정에서 처럼 계면 마찰이 높은 부위에서 나타나는 크랙3, 인발에서 나타나는 내부 쉐브론 크랙● 정수압소성가공 공정에서 정수압이 걸리면 항복응력은 변하지 않지만, 인장응력은 크랙을 유발하는 임계값이하로 낮추어주는 결과가 된다. 따라서 정수압은 물체의 연성을 높히고 damage를 적게 준다. 결과적으로 많은 소성변형이 가능하다 압출의 경우 다이반각이 크면 tenssile stres가 커지고 작으면 정수압이 커져 많은 가공이 가능하게 된다. 너무 각을 줄일 경우 변형량이 작아져 작업능률이 저하되므로 보통 45°를 많이 사용한다.● 잔류응력외력이 작용하지 않는 물체에 존재하는 응력을 잔류응력이라 한다. 이러한 잔류응력은 불균일한 소성변형에 기인하고, 표면부는 늘어나려고 하는 반면 내부는 영향을 받지 않으면서 전체적으로 연속을 유지하려고 한다. 이 잔류응력은 응력제거 소둔 처리에 의해서 제거될 수 있다.그림은 평판압연에서의 불균일 변형(a)과 그에 따른 두께방향에 대한 길이 방향의 응력분포(b)● 봉, 선 및 튜브의 인발금속을 다이 공을 통하여 출구쪽으로 당기므로서 단면수축을 얻는 방법을 인발이라 한다. 연속적인 인발에 의해서 봉의 직경을 편 강은 탄소강(炭素鋼, carbon steel)과 특수강(特殊鋼, special steel)으로 분류되는데, 여기서 우리는 탄소강과 특수강의 구분을 명확히 할 필요가 있다. 탄소강은 기본적으로는 Fe와 C의 2원합금이지만 일반적인 탄소강에는 C 이외에 Si, Mn, P, S 등의 불순물이 소량 함유되어 있는데, 이들 원소는 특별히 어떤 목적을 위해서 첨가된 것이 아니라 제선과정중에 광석이나 scrap으로부터 혼입되었든가 아니면 정련과정에서 첨가된 것이 잔존하는 것이기 때문에 이들 원소가 함유되어있다 할지라도 특수강이라 부르지 않는다. 한 예로 KS규격에 기계구조용 탄소강재로 규정된 SM 45C강의 공칭성분은 0.45C, 0.75Mn, 0.04P, 0.05S 및 0.22Si 이다.한편 특수강을 정확히 정의한다는 것은 쉬운 일은 아니지만, 일반적으로는 탄소강에서는 얻을 수 없는 특수한 성질을 얻기 위하여 1종 또는 그 이상의 합금원소를 첨가시킨 강을 말한다. 그 예로서 스테인리스강은 Cr을 12%이상 첨가하여 내식성을 향상시켰고, 합금공구강은 Cr, Mo,V 등의 원소를 첨가하여 내마모성과 더불어 열처리특성을 향상시킨 특수강의 전형적인 예이다.* 탄소량에 따른 분류대부분의 탄소강에 있어서 함유된 탄소량에 따라서 강의 성질과 적절한 열처리방법이 결정되기 때문에 가장 중요한 원소는 탄소이다. 이와같이 탄소량의 실제적인 중요성 때문에 탄소강을 분류하는 한가지 방법이 바로 이 탄소량에 따른 분류이다.일반적으로 0.3wt% 이하의 탄소를 함유하는 탄소강을 저탄소강(低炭素鋼, low carbon steel) 또는 연강(軟鋼, mild steel)이라고 부르고, 0.3∼0.6wt%의 탄소량을 함유하는 탄소강을 중탄소강(中炭素鋼, medium-carbon steel), 그리고 0.6wt% 이상의 탄소량을 가진 탄소강을 고탄소강(高炭素鋼, high-carbon steel)이라고 한다. 고탄소강 중 0.77%C 이상의 탄소강을 특히 공구강(工具鋼, tool steel)이라고 부른방법상의 일정온도범위로 정해지는 것이다. 또 노멀라이징 온도범위도 A3 또는 Acm변태점으로부터 그림 4.2와 같이 결정되는 것이다.이와 같이 철-탄소계 평형상태도는 강을 열처리할 때 가열온도를 결정하는 중요한 근거가 된다.한편 탄소강의 풀림(노냉)과 같은 실제열처리시에는 물론이고, 노멀라이징(공랭)과 같은 실제열처리시의 조직변화도 Fe-Fe3C 상태도로부터 어느정도 예측이 가능하지만, 퀜칭열처리(수냉)시에는 냉각속도가 빠르기 때문에 평형상태도로부터 조직변화를 알 수 없다. 즉 냉각속도가 빠를 때에는 비평형상태로 되기 때문이다. 이 때에는 3장에서 나타낸 연속냉각변태도로부터 조직변화를 예측할 수밖에 없다.그림. 탄소강의 노멀라이징 온도범위● 열처리방법* 풀림기본적으로 軟化를 목적으로 행하는 열처리로서, 일반적으로 적당한 온도까지 가열한 다음 그 온도에서 유지한 후 서냉하는 조작을 말한다. 그밖의 처리목적으로는 내부응력의 제거, 절삭성 향상, 냉간가공성 향상 등을 통하여 기계적성질을 개선하기 위한 것이다.풀림에는 완전풀림, 항온풀림, 구상화풀림, 응력제거풀림, 연화풀림, 확산풀림, 저온풀림 및 중간풀림 등의 여러 종류가 있다. 그림 4.3.은 여러가지 풀림처리시 처리온도범위를 나타낸 것이다.그림. 각종 풀림 온도 범위(1) 완전풀림(full annealing)완전풀림은 아공석강에서는 Ac3점 이상, 과공석강에서는 Ac1점 이상의 온도로 가열하고, 그 온도에서 충분한 시간동안 유지하여 오스테나이트 단상 또는 오스테나이트와 탄화물의 공존조직으로 한 다음, 아주 서서히 냉각시켜서 연화시키는 조작방법으로서 일반적으로 풀림이라고 하면 완전풀림을 의미한다. 따라서 이 경우의 조직은 아공석강에서는 페라이트와 펄라이트, 과공석강에서는 망상 시멘타이트와 조대한 펄라이트로 된다.일반적으로 열간압연 또는 단조작업을 행한 강재는 조직이 불균일하다든지, 잔류응력이 존재한다든지 또는 연화가 불충분하여 절삭가공이나 소성가공이 곤란할 때가 많다. 이 경우 금속재료를 연화시켜서 절삭가공을 쉽충격용 및 냉간금형용 공구강은 탄소공구강과 동일하지만 가열유지시간은 좀더 길고, 냉각은 좀더 신중하게 행한다.③ 열간다이스강, 고속도강 : 공정탄화물이 있는 경우는 단조와 압연을 조합하여 행하고 있지만 이것은 통상 제강회사에서 행하여 공급하고 있다.④ 베어링강 : 구상화조직은 베어링의 성능에 직접적으로 영향을 주므로 구상화풀림조건은 매우 엄격하게 되어 있다. 즉 1차 탄화물이 잔류하지 말아야 하고 탄화물분포가 균일해야 하며 그 입자크기도 0.4∼0.5㎛의 범위로 조절하고 있다. 구상화풀림 전에는 일반적으로 노멀라이징을 행하고, 풀림온도는 상한온도를 절대로 넘어서면 안된다.(3) 응력제거풀림(stress relief annealing)단조, 주조, 기계가공 및 용접 등에 의해서 생긴 잔류응력을 제거시키기 위해서 A1점 이하의 적당한 온도에서 가열하는 열처리를 응력제거풀림이라고 한다. 잔류응력이 남아 있는 금속 부품을 그대로 사용하면 시간이 경과함에 따라 차차 그 응력이 완화되어 치수나 모양이 변화될 경우가 있다.또 기계가공으로 어느 한 부분을 제거하면 물체 내부의 응력이 평형을 유지할 수 없게 되어 새로운 응력 평형 상태로 변화되므로 변형이 나타나게 될 경우가 많다. 이와 같은 변형을 방지하기 위해서는 재료를 적당한 온도로 가열하여 잔류응력을 충분히 제거해 줄 필요가 있다.통상 재결정온도(450℃) 이상 A1 변태점 이하에서 행한다. 이 온도에서 두께 25㎜당 1시간 유지하고, 두께 25㎜당 200℃/h로 서냉시킨다.일반적으로 가열온도가 높아질수록 재료는 연해지고, 잔류응력에 의해 소성변형이 일어나므로 응력이 완화제거된다. 일반적으로 탄소량이 많은 강일수록 잔류응력이 많고, 또 제거하기가 어렵다.잔류응력제거와 함께 결정립의 미세화나 조직의 조절도 동시에 하고자 할 경우에는 완전풀림이나 노멀라이징을 한다.(4) 연화풀림(softening annealing)대부분의 금속 및 합금은 냉간가공을 하면 가공경화에 의하여 강도가 증가되고 취약해져서 이 때문에 어느 가공도 한다.

공학/기술| 2007.12.13| 38페이지| 1,500원| 조회(303)

재결정, 경도, 시편, 어닐링, 가공

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