풀림(어닐링)에 대해 알아보자.

안녕하세요. 오늘은 풀림(어닐링)에 대해서 알아볼까 합니다. 제품 생산 공정 중에 특정 형상을 성형하는 과정 중에 어닐링 공정을 수행하는 경우가 종종 있습니다. 그런데 말입니다. 사실 규모가 있는 전문 열처리 업체를 제외하고 영세업체들은 어닐링 공정을 잘 수주하지 않으려고 합니다.
그 이유는 어닐링 공정에는 장시간이 소요되고 불림에 비해서 품질관리가 까다롭기 때문이지요. (나중에 이게 왜 어려운지에 대해서도 이야기해볼까 합니다.)그래서 발주를 주겠다는 상황인데도 불구하고 발주를 안 받으려는 웃지 못할 상황이 발생하기도 한답니다.


가공경화 된 금속의 문제점

• 가공 경화(소성 가공) 된 금속은 가공할수록 인장/항복 강도는 증가하나 연신율은 감소되어 너무 심하게 가공하면 제품을 만드는 도중에 CRACK이 발생할 가능성이 있음
• 가공도가 증가할수록 금속 내에 전위와 같은 결함이 증가하므로 내부 응력이 축적되어 제품에 변형이 일어나거나 또는 부식이 심하게 일어나는 등의 문제점이 있음

풀림(annealing)

특정 형상을 만들기위해서 부득이하게 소성변형 및 가공경화된 금속은 내부응력을 제거하기위해서 풀림공정을 수행하게 됩니다.

가열온도에따른 기계적성질, 내부응력, 조직변화

• 풀림 시의 변화

풀림공정을 위해서 재료를 가열하게 되면 미세조직학적으로
재료는 변화가 생깁니다. 사실 위의 그림을 아 그냥 그렇구나하고
넘길것이 아니라 위의그림 상에서 보는봐와같이 가열온도에 따른 내부조직의 변화에 대한 이해를 바탕으로 공정풀림, 완전풀림, 응력제거 풀림 등의 의 조업 온도와 시간이 정해진다는 사실을 알고 접근을 해야합니다. 예를들어 연화의 목적이 아니고 응력제거를 원하는데  완전풀림 공정을 수행하면 공정설정 자체가 잘못된것이죠.

풀림 시의 변화(시험에 자주나오데..자주나오는 이유가있습니다. 그만큼 현장에서도 중요하기때문입니다.)
아래사항은 학생이거나 자격증 준비하시는 분들은 꼭 암기하시길바랍니다.

1) 내부응력 : 재결정 시 급격 히 감소하고 그 후에는 큰 변화가 없다.
2) 기계적 성질 : 강도와 경도는 재결 정시 급격히 감소하고 연신율은 개선된다.
3) 조직 변화
(1) 회복
- 결정립의 모양과 결정 방향이 변하지 않고, 기계적 성질, 물리적 성질만 변하는 과정
- 회복이 발생하는 이유 : 격자 간 원자의 소멸, 공공의 소멸, 전위들의 소멸과 다각형화
(2) 재결정
- 회복이 일어나는 온도보다 높은 온도로 가열 시 전위들이 충분히 확산하여 응력이 없는 새로운 결정립 핵 발생
- 이 핵이 성장하여 조직 전체가 새로운 조직으로 바뀜
- 소성 가공된 금속이 재결정되면 기계적, 물리적 성질이 크게 변함
(3) 결정립의 성장
- 재 결정이 일어난 후에 더욱 가열하면 결정립계 총길이가 작아지는 변화가 일어남, 즉 결정립 성장 변화가 일어남-
- 결정립이 커지면서 나타나는 계면에너지의 감소가 결정립 성장의 구동력

풀림의 종류 및 특징

1) 완전 소둔(Full annealing)
가) 목적 : 냉간 가공이나 소입 등의 영향을 완전히 없애기 위해 수행
나) 방법 : 강을 오스테나이트 단상 영역으로 가열한 후 임계 변태 영역을 통해서 천천히 로냉(Furnace cool)하는 것
(1) 아 공석강 : A3+50도
(2) 공석강/과공석강 : A1+50도
다) 완정풀림후의 미세조직
(1) 아 공 석석 강 : 펄라이트 + 페라이트
( 2) 공석강 : 펄라이트
(3) 과공석강 : 펄라이트 + 시멘타이트

2) 확산 소둔(homogenizing, diffusion annealing)
가) 대형 강과 내의 편석(C, P, S 등)을 경함 하기 위한 작업이며, 단조, 답변 등의 전 치리로 실시
나) 결정립이 조대화 되지 않는 정도의 고온(1050 ~ 1300℃)에서 장시간 가열
다) 황화물은 적열취성(Red shortenss)의 원인이 되므로 확산 소둔을 하면 효과가 있다.
라) 이 소둔은 안정화 소둔 또는 균질화 소둔이라고 함

3) 구상화 소둔(Spheroidizing annealing)
가) 소성가공을 용이하게 하고 인성, 피로 강도의 향상 등을 목적으로 탄화물을 구상화하는 것
나) 과공석강이나 고 탄소합금공구강 등의 Fe3C는 망상으로 석출 하여 내피로, 내충격성이 나쁘므로 구상화 처리함
다) 아공석강에서도 펄리 아트 중의 Fe3C를 구성화하여 가공성 개선
라) 구상화 방법

4) 중간 소둔(Process annealing)
가) 냉간 가공, deep drawing 등의 심한 가공을 하면 강이 경화하고 연성이 낮아져서 그 이상 가공이 어려움
나) 이때에는 작업의 중간에서 A1 점 이하의 낮은 온도로 연화 소둔을 수행
다) 중간 소둔에서는 회복과 재결정이 일어나고 응력 제거와 완전히 연화한다.

5) 응력 제거 소둔(Stree relief annealing)
가) 주조, 단조, 소입, 냉간 가공 및 용접 등의 의해서 생긴 잔류 응력을 제거하기 위한 열처리
나) 보통 500~600℃의 저온으로 적당한 시간 유지한 후에 서냉 하는 저온 소둔
다) 재결정 온도 이하이므로 회복에 의해서 잔류 응력이 제거됨