매몰 주조 공정의 열처리

1. 소개

주조 상태는 엔지니어링 부품에 필요한 최종 기계적 상태를 거의 나타내지 않기 때문에 열처리는 매몰 주조에서 가장 중요한 마무리 단계 중 하나입니다..

넓은 금속학적 의미에서, 열처리는 기계적 성질을 변화시키기 위해 사용되는 제어된 가열 및 냉각 작업을 의미합니다., 야금 구조, 또는 잔류 응력 상태;

알루미늄 합금에서, 예를 들어, 열처리 가능한 주조 합금의 강도와 경도를 높이기 위해 특별히 사용되는 경우가 많습니다..

매몰 주조 부품은 거의 순 모양일 수 있습니다., 하지만 응고 후에도 속성 조정이 필요한 경우가 많습니다..

핵심은 매몰주조가 기하학을 만들어낸다는 것입니다., 열처리는 성능을 향상시키는 데 도움이 됩니다..

이러한 노동 분업은 고부가가치 제조 프로세스를 매우 강력하게 만듭니다., 특히 치수 정밀도가 높은 곳에서는, 금속학적 신뢰성, 서비스 수명과 모든 것이 동시에 중요합니다.

2. 정밀 주조에서 열처리의 의미

열처리 투자 주조 의도적인 방식으로 내부 구조와 특성을 변경하기 위해 응고 후 주조 부품에 열 사이클을 제어적으로 적용하는 것을 말합니다..

합금 시스템 및 최종 용도에 따라 다름, 여기에는 스트레스 해소가 포함될 수 있습니다., 솔루션 처리, 노화, 가열 냉각, 정상화, 담금질, 템퍼링, 균질화, 또는 이러한 단계의 조합.

단순 재가열과 달리, 열처리는 정밀 야금 작업입니다..

온도 프로필, 몸을 담그는 시간, 가열 속도, 냉각 방식, 퍼니스 분위기, 로드 배열이 모두 최종 결과에 영향을 미칩니다..

주조 부품은 치료 전과 후에 동일하게 보일 수 있습니다., 그러나 극적으로 다른 기계적 동작을 나타냅니다., 내식성, 및 치수 안정성.

투자 캐스팅, 주조 미세구조가 거칠 수 있기 때문에 열처리의 필요성이 특히 강한 경우가 많습니다., 분리된, 아니면 열적 스트레스를 받거나.

내부 구조를 보다 균일하게 만드는 것이 목표입니다., 더 안정적입니다, 의도한 서비스 조건에 더 적합합니다..

3. 합금군별 주요 열처리 경로

열처리는 인베스트먼트 주조 공정에서 가장 중요한 주조 후 작업 중 하나입니다..

주물은 응고 후 이미 기하학적으로 정확할 수 있습니다., 그러나 필요한 강도 조합을 제공하기 위해 미세 구조가 조정될 때까지는 아직 완전히 엔지니어링되지 않았습니다., 경도, 연성, 인성, 내식성, 및 치수 안정성.

정확한 열처리 경로는 무엇보다도 다음에 따라 달라집니다. 합금 계열, 각 야금 시스템은 열 순환에 다르게 반응하기 때문입니다..

철강 투자 주물의 열처리

철강 투자 주조에는 광범위한 합금 계열이 포함됩니다., 포함 탄소강, 합금 강, 스테인리스강, 공구강, 석출경화 등급.

알루미늄 주물과 달리, 주로 강수 강화에 의존합니다., 강철 주물에는 합금 시스템 및 최종 서비스 요구 사항에 따라 여러 가지 열 경로가 필요할 수 있습니다..

실제로, 열처리는 강철 투자 주조의 선택적인 마무리 단계가 아닙니다.;

주물이 부드러워지고 기계 가공이 가능한지 여부를 결정하는 단계인 경우가 많습니다., 단단하고 내마모성, 견고하고 충격에 강함, 또는 치수적으로 안정적이고 부식에 대비함.

철강 투자 주조에 대한 가장 일반적인 열처리 경로는 아래에 설명되어 있습니다..

균질화

균질화는 감소시키기 위해 사용되는 고온 처리입니다. 화학적 분리 응고 중에 형성되는 조성 변화.

강철 주물은 강한 열 구배 하에서 용융 상태에서 냉각되기 때문에, 합금 원소는 미세 구조의 특정 영역에 국부적으로 집중될 수 있습니다..

균질화는 주조물을 거의 100% 정도의 온도로 가열하여 이 문제를 해결합니다., 하지만 아래, 고상선을 유지하고 고체 확산이 합금 원소를 보다 균일하게 재분배할 수 있도록 충분히 오래 유지합니다..

균질화의 실질적인 가치는 보다 균일한 야금학적 시작 조건을 생성한다는 것입니다..

균질화된 주물은 용체화 처리와 같은 이후의 열처리 작업에 보다 일관되게 반응합니다., 경화, 아니면 노화.

또한 국지적인 화학적 변화로 인해 부품 전반에 걸쳐 기계적 성능이 고르지 않게 될 위험도 줄어듭니다..

용체화 열처리

용체화열처리는 일반적으로 다음과 같은 곳에 적용됩니다. 오스테나이트계 스테인리스강, 석출경화 스테인리스강, 특정 특수 합금 시스템.

목표는 주조 및 냉각 중에 형성된 원치 않는 침전물과 2차 입자를 용해하는 것입니다., 보다 균질한 단상 구조 생성.

이 과정에서, 주물은 용해 온도까지 가열됩니다., 합금 원소가 기본 매트릭스에 완전히 용해되는 곳.

충분한 유지시간을 거친 후, 과포화 고용체에 용해된 원소를 유지하기 위해 부품을 빠르게 담금질합니다..

이 급속 냉각은 필수적입니다., 천천히 냉각하면 용해된 성분이 재침전되어 치료의 의도된 효과가 약화될 수 있기 때문입니다..

용체화 열처리는 합금의 최종 특성이 주조 상태가 아닌 제어된 미세 구조에 따라 달라질 때 특히 중요합니다..

노화

노화, 라고도 석출경화 또는 연령 경화, 석출경화형 스테인리스강 및 관련 합금의 용체화 처리 후 사용됩니다..

미세한 형상을 형성하여 고강도 및 경도를 높이는 것이 목적이다., 합금 매트릭스 내부에 균일하게 분포된 2차 상 입자.

노화 중, 주물은 용체화 처리 온도보다 훨씬 낮은 온도로 재가열되고 통제된 기간 동안 유지됩니다..

이 단계에서, 과포화 합금 원소는 매우 미세한 입자로 침전됩니다..

이 입자는 전위 운동을 방해합니다., 이것이 강도와 경도가 증가하는 근본적인 이유입니다..

노화는 부식에 강하지만 기계적으로 적당한 주조물을 고강도 엔지니어링 부품으로 변환하는 매우 효과적인 방법입니다..

온도 사이의 균형, 시간, 침전물의 크기가 중요합니다: 노화가 부족하여 힘이 덜 발달함, 과도한 노화는 최고 경도를 감소시키고 의도된 특성 프로필을 변경할 수 있습니다..

정규화

정규화는 다음과 같은 경우에 널리 사용됩니다. 탄소강 및 저합금강 투자 주조.

주조된 입자 구조를 개선하도록 설계되었습니다., 잔류 응력을 완화합니다, 기계적 성질 및 가공성을 향상시킵니다..

정규화 주기에서, 주물은 상부 임계 온도 이상으로 완전 오스테나이트 영역까지 가열된 후 공기 중에서 냉각됩니다..

세라믹 쉘에서 자연적으로 발생하거나 쉐이크아웃 이후에 발생하는 느린 냉각과 비교, 공기 냉각으로 더 미세하고 균일한 미세 구조 생성.

그 개선은 일반적으로 강도를 향상시킵니다., 인성, 및 치수 안정성.

정규화는 다단계 주기의 첫 번째 단계 치료로 자주 사용됩니다..

예를 들어, 주물을 정규화한 다음 템퍼링할 수 있습니다., 또는 정규화 후 담금질 및 템퍼링, 원하는 속성의 균형에 따라.

경화

경화는 다음 용도로 사용됩니다. 마르텐사이트계 스테인리스강, 탄소강, 합금 강, 및 공구강 높은 경도와 고강도가 요구되는 경우.

주물은 오스테나이트화 온도까지 가열됩니다., 강철이 오스테나이트로 완전히 변태하는 시점, 그런 다음 기름에 빠르게 담금질합니다., 물, 폴리머 용액, 아니면 강제 공기, 합금 유형 및 단면 두께에 따라 다름.

급속 담금질은 구조를 마르텐사이트로 변형시킵니다., 단단하고 준안정적인 단계.

이는 매우 높은 경도를 생성합니다., 그러나 이는 또한 취성 및 심각한 내부 응력을 유발합니다..

그런 이유로, 경화 자체가 최종 단계인 경우는 거의 없습니다.. 일반적으로 주조물을 실제 서비스에 사용할 수 있도록 템퍼링이 이어집니다..

경화는 내마모성이 있을 때 사용되는 경로입니다., 가장자리 보유, 또는 높은 정적 강도가 성형성이나 연성보다 더 중요합니다..

템퍼링

템퍼링은 경화 후에 이루어지며 경화된 주물을 사용할 수 있게 만드는 데 필수적입니다..

템퍼링의 목적은 가능한 많은 강도와 ​​경도를 유지하면서 담금질된 마르텐사이트 조직의 취성을 줄이는 것입니다..

경화된 주물은 하한 임계 온도보다 훨씬 낮은 온도로 재가열됩니다.,

일반적으로 합금 및 타겟 특성에 따라 넓은 범위 내에 있습니다., 그런 다음 공기 냉각 전에 정의된 기간 동안 유지됩니다..

이 과정을 통해 내부 스트레스가 해소됩니다., 마텐자이트 구조를 수정합니다., 힘의 최종 조합을 만들어냅니다., 경도, 사용에 필요한 인성과 인성.

템퍼링은 단순한 수정 단계가 아닙니다.; 이는 최종 속성 세트 디자인의 일부입니다..

템퍼링을 하지 않은 경화강 인베스트먼트 주조는 일반적으로 실제 엔지니어링 적용에 너무 부서지기 쉽습니다..

요약표

알루미늄 투자 주물의 열처리

알루미늄 인베스트먼트 주조는 강철과 다른 야금학적 메커니즘을 사용합니다..

열처리 반응은 주로 다음 사항에 기초합니다. 용액 강화 및 석출 경화, 마르텐사이트 변태보다는.

그런 이유로, 알루미늄 주물은 일반적으로 다음과 같은 조건에서 생산됩니다. T4, T6, T61, 및 T51, 각각은 서로 다른 힘의 균형을 나타냅니다., 연성, 및 치수 안정성.

T4 — 용체화 열처리

T4 조건은 주요 합금 원소를 알루미늄 매트릭스에 용해시키기 위해 주조물을 용체화 열처리함으로써 생성됩니다., 그런 다음 물 담금질을 통해 과포화 고용체에 유지합니다..

이 조건은 좋은 성형성과 적당한 강도가 필요할 때 자주 선택됩니다..

엔지니어링 목적:

• 적당한 기계적 성능 제공
• 완전히 시효된 조건보다 더 나은 성형성을 보존합니다.
• 나중에 냉간 가공하거나 추가 노화를 위한 안정적인 시작점을 만듭니다.

T4는 주물이 여전히 성형을 거치거나 설계 우선순위가 최대 강도에 집중되지 않을 때 자주 사용됩니다..

T6 — 용체화 열처리 및 인공시효

T6은 알루미늄 인베스트먼트 주조에 가장 널리 사용되는 가장 중요한 열처리 조건입니다..

용체화열처리로 구성되어 있습니다., 물 담금질, 그런 다음 제어된 높은 온도에서 인공 숙성을 거칩니다..

이 경로는 기계적 특성의 가장 강력한 표준 균형을 제공하기 때문에 구조용 주조에 널리 지정됩니다..

엔지니어링 목적:

• 힘의 극대화
• 경도 증가
• 내하중 주조에 대한 표준 산업 성능 수준 제공

많은 알루미늄 주조 합금용, T6은 기계적 성능이 주요 목표일 때의 기준 조건입니다..

T61 — 용체화 열처리 및 제어된 인공 노화

T61은 T6의 수정된 버전입니다.. 일반적으로 노화된 상태입니다., 이는 향상된 전도성과 보다 제어된 특성 균형을 위해 약간의 강도를 희생한다는 것을 의미합니다..

엔지니어링 목적:

• T6의 강도 피크를 약간 줄입니다.
• 전도성 향상
• 다양한 서비스 속성 균형 제공

T61은 절대적인 기계적 최대값보다 전기적 또는 열적 성능이 더 중요한 경우에 유용합니다..

T51 — 직접적인 인공 노화를 통한 스트레스 완화

T51은 주조물이 주조 상태 또는 열적으로 안정화된 상태에서 직접 인위적으로 시효 처리될 때 사용됩니다., T6의 전체 용액 처리 및 담금질 순서 없이.

이 조건은 T6보다 강도가 낮습니다., 그러나 치수 안정성에 큰 이점을 제공합니다..

엔지니어링 목적:

• 잔류 응력 최소화
• 치수 일관성 향상
• 정밀 어셈블리의 왜곡 위험 감소

T51은 최대 강도보다 형상 안정성이 더 중요한 주조에 특히 유용합니다..

니켈 기반 초합금 투자 주조

니켈 기반 매몰 주조는 더욱 까다로운 성능 범주를 차지합니다., 특히 항공우주 분야에서, 힘, 및 기타 고온 환경.

미세구조 균일성을 위한 용체화 처리

주조 니켈 기반 초합금, 용액 처리 단계는 응고로 인해 유전되는 수지상 화학적 불균일성을 감소시키는 것을 목표로 합니다..

주조 후 미세구조는 일반적으로 화학적으로 불균일합니다., 용액 처리는 합금 원소를 재분배하여 재료가 사용 중에 보다 일관되게 반응하도록 돕습니다..

이는 열주기가 크리프 성능에 큰 영향을 미칠 수 있는 핵심 이유입니다..

근력발달을 위한 노화

해결 후, 노화는 강화된 침전 구조를 발달시킨다.

초합금에서, 열처리와 서비스 특성 사이의 관계는 크리프 저항성 때문에 특히 긴밀합니다., 고온 강도, 장기적인 안정성은 침전물 구조가 어떻게 진화하는지에 크게 좌우됩니다..

이것이 바로 주조 니켈 기반 초합금이 종종 통제된 대기 또는 진공에서 열처리되는 이유입니다., 산화 민감도 및 품질 요구 사항에 따라 다름.

분위기 조절이 중요하다

주조 니켈 기반 합금 열처리는 발열과 같은 분위기에서 수행될 수 있습니다., 흡열성의, 건조수소, 건조 아르곤, 아니면 진공청소기.

열처리 환경이 산화에 영향을 미칠 수 있기 때문에 이는 중요합니다., 표면 상태, 및 다운스트림 마무리 동작.

고부가가치 주조를 위한, 대기 제어는 품질 시스템의 일부입니다., 단지 용광로의 세부 사항이 아닌.

코발트 기반 투자 주조

코발트 기반 매몰 주조는 다르지만 똑같이 중요한 틈새 시장을 차지합니다..

그들은 내마모성에 사용됩니다, 부식 방지, 및 생물의학 응용, 열처리 거동은 종종 탄화물 진화와 관련이 있습니다., 매트릭스 안정화, 및 경도 조절.

매몰 주조 코발트 기반 합금에 대한 최근 연구에 따르면 열처리는 미세 구조와 경도를 크게 변화시킬 수 있는 것으로 나타났습니다., 탄화물의 형태와 분포를 변경하는 것을 포함.

고탄소 코발트 기반 초합금용, 열 노출은 시간과 온도에 따라 주조된 수지상 간 탄화물 네트워크를 다른 탄화물 형태로 변형시킬 수 있습니다.,

이는 열처리 일정이 강도와 안정성의 최종 균형에 직접적인 영향을 미친다는 것을 의미합니다..

다시 말해서, 코발트 기반 주물은 단순히 "응력 완화"를 위해 열처리되지 않습니다.; 매우 특정한 초경 기반 야금을 관리하기 위해 열처리됩니다..

4. 매몰 주조 작업 흐름에 열처리가 적합한 경우

열처리는 일반적으로 주물이 응고된 후에 실시됩니다., 껍질에서 제거되었습니다, 게이팅 및 잔여 매몰 재료를 청소했습니다..

많은 워크플로우에서, 변형 민감도 및 합금 거동에 따라 열처리 전후에 직선화 또는 거친 가공이 발생할 수 있습니다..

정확한 순서는 프로세스 결정에 따라 결정됩니다., 보편적인 법칙은 아니다, 각 합금은 열 노출과 기계적 취급에 다르게 반응하기 때문입니다..

흐름에 대해 생각하는 실용적인 방법은 다음과 같습니다.:

1. 패턴 및 쉘 생성
2. 주입 및 응고
3. 녹아웃 / 껍질 제거
4. 청소 및 게이팅 제거
5. 열처리
6. 교정, 가공, 아니면 최종 마무리
7. 검사 및 인증

트래핑 응력을 피하기 위해 순서가 선택됩니다., 불필요한 왜곡을 억제하다, 애초에 매몰주조를 매력적으로 만들었던 치수적 이점을 보존합니다..

5. 결과를 제어하는 ​​주요 프로세스 변수

온도

온도는 처리가 단순히 스트레스를 완화하는지 아니면 근본적으로 상 구조와 침전 거동을 변화시키는지 여부를 결정합니다..

석출경화성 합금용, 온도 창이 중요합니다: 너무 낮음, 변환이 불완전합니다.; 너무 높다, 부품이 의도한 미세 구조를 잃거나 취약한 부분에서 초기 용융을 겪을 수 있습니다..

시간

유지 시간은 확산에 따른 변화가 진행되는 정도를 제어합니다..

니켈 기반 초합금, 용체화 처리 일정은 길고 비용이 많이 들 수 있습니다., 그러나 바람직하지 않은 유전상을 용해하고 주조 구조를 균질화하는 것이 필요합니다..

대기

산화 및 오염으로 인해 표면 품질이 저하되고 후속 마무리 작업이 복잡해질 수 있으므로 용광로 분위기가 중요합니다..

주조 니켈 기반 합금 열처리는 발열과 같은 분위기에서 수행될 수 있습니다., 흡열성의, 건조수소, 건조 아르곤, 아니면 진공청소기, 합금 및 품질 요구 사항에 따라.

담금질 심각도

담금질은 단순히 냉각하는 것이 아닙니다.; 이는 구조적 '동결' 단계입니다..

냉각 속도는 나중에 노화가 의도한 대로 작동할 수 있을 만큼 충분히 오랫동안 고온 용액 상태가 유지되는지 여부를 결정합니다..

담금질이 너무 느린 경우, 합금은 방금 개발된 강화 잠재력의 일부를 잃을 수 있습니다..

고정 장치 및 부품 형상

벽이 크거나 얇은 주물은 가열 및 담금질 중 변형에 특히 민감합니다..

열 구배와 잔류 응력의 조합으로 인해 뒤틀림이 발생할 수 있습니다., 트위스트, 아니면 차원이동, 따라서 고정 및 하중 배열은 열처리 설계의 일부입니다..

6. 이익, 트레이드오프, 및 일반적인 위험

열처리의 이점은 분명합니다.: 더 강한 기계적 성질, 응력 완화 후 치수 안정성 향상, 향상된 미세구조 균일성, 크리프 저항성 또는 내마모성과 같은 합금별 성능 향상.

고온 니켈 기반 주조용, 가치가 결정적일 수 있다; 알루미늄 주물용, 부품의 최종 사용 등급을 정의하는 경우가 많습니다..

절충안은 똑같이 현실적입니다.. 열처리 비용 추가, 시간, 에너지 사용, 및 프로세스 복잡성.

위험도 가져온다: 왜곡, 담금질 균열, 산화물 형성, 과노화, 미성년자, 또는 온도 균일성이 좋지 않으면 특성이 분산됩니다..

그렇기 때문에 열주기는 일반적인 용광로 작업이 아닌 통제된 제조 공정으로 취급되어야 합니다..

다시 말해서, 열처리는 부품을 개선하기 때문에 가치가 있습니다., 그러나 프로세스 창을 준수하지 않으면 좋은 주조가 손상될 수 있는 곳이기도 합니다..

7. 미래 동향

인베스트먼트 주조에서 열처리의 미래는 더욱 엄격한 공정 제어를 향해 나아가고 있습니다., 더 짧은 주기, 더 나은 시뮬레이션, 더욱 에너지 효율적인 용광로 작동.

고부가가치 주조용, 특히 초합금, 미세 구조 품질을 희생하지 않고 고가의 장기 용액 처리를 단축하려는 강력한 동기가 있습니다..

단결정 및 방향성 응고 초합금에 관한 문헌에서는 용액 주기가 길고 비용이 많이 들 수 있음을 보여줍니다., 이는 최적화된 열처리 설계에 대한 명확한 인센티브를 제공합니다..

또 다른 방향은 주조 시뮬레이션과 열 처리 간의 통합을 강화하는 것입니다..

응고 이력이 더 잘 예측되는 경우, 열처리 일정을보다 지능적으로 선택할 수 있습니다, 시행착오를 줄이고 잔류 응력이나 왜곡의 위험을 낮춥니다..

이것이 고신뢰성 매몰주조를 위한 자연스러운 다음 단계입니다..

8. 결론

열처리는 매몰 주조에서 2차 작업이 아닙니다.; 주조가 고성능 부품이 되는지 여부를 결정하는 프로세스 중 하나입니다..

알루미늄 시스템에서는 석출 강화가 가능합니다., 니켈 기반 초합금에서는 응고 상속을 제거하고 크리프 저항성을 지원합니다., 코발트 기반 합금에서는 미세 구조를 개선합니다., 강철 주물에서는 최종 특성 균형을 확립합니다..

공통 주제는 매몰주조가 부품의 형태를 결정한다는 것입니다., 그러나 열처리는 유용한 공학적 거동을 제공합니다..

열주기가 잘 설계되면, 결과는 거의 그물 모양일 뿐만 아니라 주조물입니다., 서비스 준비도 완료되었습니다.

잘못 설계되었을 때, 부품은 정밀주조가 제공하고자 했던 장점을 잃을 수 있습니다..

이것이 바로 열처리가 핵심 설계 결정으로 간주되어야 하는 이유입니다., 마무리가 아니라.

 

자주 묻는 질문

정밀 주조에는 항상 열처리가 필요합니까??

아니요. 일부 주물은 주조된 상태로 사용됩니다., 그러나 많은 중요한 부품은 필요한 강도에 도달하기 위해 열처리가 필요합니다., 연성, 스트레스 상태, 또는 고온 성능.

주조 초합금이 열처리에 크게 의존하는 이유?

주조된 초합금 구조에는 수지상 화학적 불균질성과 응고로 인한 유전상이 포함되어 있기 때문입니다..

용체화 처리 및 노화는 미세 구조를 수정하고 최적화하는 데 사용됩니다..

열처리로 치수가 변경됩니까??

예. 열처리는 잔류 응력을 완화하거나 재분배할 수 있습니다., 열 사이클이 변화하면 왜곡이 발생할 수도 있습니다., 고정물, 또는 담금질이 제대로 제어되지 않음.

용광로 분위기가 중요한 이유?

대기는 가열 시 산화 및 표면 상태에 영향을 주기 때문에.

주조 니켈 기반 합금용, ASM은 진공 및 보호 가스 분위기가 어닐링 또는 용액 처리에 일반적으로 사용된다는 점에 주목합니다..

알루미늄 인베스트먼트 캐스팅에서 열처리의 주요 이점은 무엇입니까??

주요 이점은 침전 강화입니다.: 합금이 가열된다, 담금질된, 노화되어 주조된 상태보다 강도와 경도가 훨씬 더 높아집니다..