가공 알루미늄의 주요 어닐링 방법은 무엇인가요?

어닐링은 균일한 조성, 안정적인 미세구조 또는 바람직한 가공 특성을 얻기 위해 사용되는 열처리 공정입니다. 목적에 따라 가공 알루미늄의 어닐링은 균질화 어닐링, 재결정 어닐링, 중간 어닐링 및 최종 어닐링으로 구분됩니다.

균질화 어닐링

균질화 어닐링은 주로 알루미늄 제련소 및 합금 생산 업체에서 수행됩니다. 냉각 속도가 너무 빠르면 급냉 효과가 발생할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해서는 재료를 용광로 내에서 냉각시키거나, 용광로에서 꺼낸 후 함께 쌓아 공기 냉각을 시켜야 합니다.

재결정 어닐링

재결정 어닐링은 소성 변형으로 인해 발생한 결정 결함과 응력 경화를 제거하고, 연성과 인성을 향상시킵니다. 재결정은 새로운 결정립의 핵생성과 성장을 통해 진행됩니다.

중간 어닐링

냉간 가공 시, 필요한 큰 변형을 한 번의 공정으로 달성하기 어려운 경우가 많습니다. 중간 어닐링을 통해 가공 경화를 제거하고 연성을 회복시킴으로써, 필요한 크기와 형상까지 변형을 계속할 수 있게 됩니다.

최종 어닐링

합금 종류와 사용 조건에 따라, 최종 어닐링은 부분 어닐링이나 저온 어닐링이 될 수도 있고, 전체 고온 어닐링이 될 수도 있습니다.

완전 어닐링은 냉간 가공 경화되거나 부분적으로 담금질 경화된 합금을 상변태 온도 이상으로 가열한 후, 단상 고체 용액이 형성될 때까지 그 온도를 유지하는 공정입니다. 일반적으로 용광로 내에서 서서히 냉각함으로써 고체 용액이 분해되고, 확산을 통해 제2상 입자들이 응집되도록 합니다.

부분 어닐링은 합금을 임계 변태점 미만의 적정 온도까지 가열한 후, 해당 온도를 일정 시간 유지한 뒤, 일반적으로 공기 중에서 비교적 빠르게 냉각시키는 공정입니다. 이 공정은 가공 경화 효과의 일부를 제거하여 후속 성형 공정에서 변형을 최소화하거나, 냉간 변형으로 인한 강화 효과를 일부 유지하면서 연성을 향상시켜 반경화 상태를 만들어 냅니다.

대부분의 변형 에너지는 열로 소모되지만, 그 중 일부는 격자 왜곡과 점결함, 전위, 소립자 경계, 적층 결함 등의 결함 형태로 금속에 저장된 에너지로 남아 있습니다. 이 저장된 에너지는 냉간 변형 후 자유 에너지의 증가로 나타나며, 미세구조 변화를 주도합니다.

소성 변형된 금속을 가열하고 일정 온도를 유지하면, 그 구조는 세 단계에 걸쳐 변화합니다. 회복 단계에서는, 길게 늘어난 섬유상 결정립이 현미경 하에서 거의 변하지 않은 상태를 유지합니다. 재결정 단계에서는, 변형된 결정립 내부에서 새로운 작은 결정립이 핵생성되어 성장하며, 결국 섬유상 구조가 등축 결정립으로 완전히 대체됩니다. 결립 성장 단계에서는 새로운 결립들이 서로를 흡수하며 비교적 안정된 크기에 도달할 때까지 성장합니다. 점차 높아지는 온도에서 유지 시간을 늘려가면 동일한 순서가 나타납니다.

회복 과정에서는 경도가 약간만 감소하는 반면 연성이 향상되며, 강도는 일반적으로 경도와 연동되는 경향이 있으므로 경도와 유사한 변화를 보입니다. 재결정 과정에서는 경도와 강도가 현저히 감소하고 연성이 급격히 증가합니다. 소성 변형에 의해 발생하는 경도와 강도의 증가는 전위 밀도의 증가와 관련이 있습니다. 전위 밀도는 회복 단계에서는 약간만 감소하지만, 재결정 단계에서는 상당히 감소합니다.