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강철 단조(Steel Forging)란 무엇인가?

목요일 10월 19th, 2017 | Francesco Grillo | 전문지식, 기술 전문지식

극도로 높은 압력 하에서 일련의 압축에 의해 제조되는 강철 단면은 일반적으로 표면 다공성이 적고, 입자 구조가 더 미세하며, 인장 강도가 더 높고, 피로 수명/강도가 더 우수하며, 다른 강철 가공보다 연성도 더 크다.


 

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단조강의 의미 이해

단조 공정은 고대에 독특한 성질을 가진 다양한 종류의 최종 재료를 생산하기 위하여 시작됐다. 현대에는 기계와 유압 해머로 단조 기술이 강화되어 강철과 다른 금속을 만든다.

다시 역사를 돌려보면, 단조강 대장장이가 단조강 제조의 첫 주인공이었다. 그는 물을 사용하여 먼저 금속을 적신 다음 단조망치로 금속을 모루 위로 내리쳤다. 페르시아와 중국은 단조 작업이 가장 먼저 진행된 곳이었다. 그리고 나서 1800년대에 현대적인 방법들이 형성되고 적용되기 시작했다. [1]

 

고대 단조 과정

출처: Our Daily Bread

 

단조강 제조 과정

강철은 단조가능 온도까지 가열되면 연성과 유순성이 되며 압력을 가함으로써 우리가 원하는 모양이 성형된다. 강철 단조법은 가소성 때문에 균열 없이 영구적으로 강철을 형성할 수 있다.

강철 단조에는 충분한 온도까지 강철을 가열하기 위해 유도 가열 시스템, 단조로 또는 단조 오븐이 필요하다. 열 순환과 변형 과정에서 야금 재분배와 입자 제련 효과가 나타난다. 단조강의 완제품, 특히 충격강도의 측면에서 강화된다. 거대한 강철 덩어리가 찌그러지고 모양을 내는 것을 보는 것은 이상할 정도로 즐겁다. 흥미롭다고 생각하시나요? 이 비디오를 보십시오!

 

강철 단조는 성형 온도에 따라 세 가지 범주로 분류할 수 있다:

 

(1.) 강철의 고온 단조

단조 온도는 섭씨 950도에서 1250도 사이로 재결정 온도보다 높다. 그것은 좋은 조형성을 가져오고 낮은 형성력을 필요로 한다.

 

(2.) 강철의 따뜻한 단조

단조 온도는 섭씨 750도에서 950도 사이다. 이는 제한된 조형성으로 이어지고 뜨거운 단조보다 더 높은 형성력을 필요로 한다.

 

(3.) 강철의 냉간 단조

단조 온도는 실온이며, 형성에너지로 인해 섭씨 150도까지 자체 가열한다. 이는 낮은 조형성을 초래하고 높은 형성력을 필요로 한다.

 

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냉간, 온열 및 고온 단조의 장단점

원본 출처: Engineering Research Center for Net Shape Manufacturing

 

단조강재의 특성

단조강은 주조와 같은 다양한 다른 공정과는 차별화된다. [2] 단조강의 특성은 주강과 비교할 때 상당히 독특하다. 단조된 합금 강철의 특성 중 일부를 확인해보자:

 

고체화 (Solidity)

강철 재질은 놀라운 강도, 더 큰 견고함, 그리고 최고의 내구성을 구성한다. 다른 물질과 접촉할 경우 강철은 산산조각이 날 가능성이 적다.

 

페르소나 (Persona)

단조강재는 자연에서 비등방성을 띈다. 강도는 강철 단조 전체에 걸쳐 일정하지 않다. 그 대신 제작 과정 중 입자 흐름 방향을 따라 강도가 가장 높다.

 

균일성 (Uniformity)

단조 공정이 상당히 꼼꼼하고 신중하기 때문에 제조된 모든 강재 면에서도 일관성을 유지할 수 있다.

 

범위 (Range)

금속의 형상이 상당히 세심한 작업이라 단조할 수 있는 강철의 크기와 두께에는 한계가 있다.

 

 

단조강재의 종류

과학을 깊이 파보면, 강철 단조는 두 가지 기본적인 유형으로 분류될 수 있다:

 

(1.) 자유 단조

자유 단조에서 금속 조각은 재료를 완전히 감싸지 않는 다중 다이 사이의 변형을 거친다. 다이는 원하는 모양을 얻기 위해 끊임없이 금속을 두드린다.

 

(2.) 폐쇄형 단조

폐쇄형 단조 기법에서 금속은 원하는 형상의 규격에 맞추어 잘린 프로파일을 구성하는 두 다이 사이에서 압착된다.

 

자유 및 폐쇄형 단조 과정 비교

출처: Suranaree University of Technology

 

저희 회사의 글인 자유 단조 (Open die Forging) 및 밀폐형 단조(Closed die forging) – 차이점은? 에서 과정의 차이점에 대해 자세히 알아보십시오.

 

단조강재의 중요성

단조강의 보너스는 금속이 주조되거나 가공된 동등한 타입보다 강해진다는 것이다. 강철 단조는 강도, 가용성 및 스테인리스강, 탄소강과 같은 특화된 합금 유형 때문에 기계 및 산업 용도에 일반적으로 사용된다. 강철 단조는 단순히 고장나지 않는 부품 제조에 타의 추종을 불허하는 복원력을 제공한다. 단조시 얻을 수 있는 다양한 이점은 다음과 같다:

  ✔️ 강재 단조부품은 높은 수준의 신뢰성 및 내구성 제공

  ✔️ 강재 면은 구성과 구조의 통일성을 제공한다. 가공성 및 기계적 성질에 있어 최소 편차가 있음

  ✔️ 단조강 부품은 가공 또는 주조 부품보다 견고하고 신뢰성이 높다

  ✔️ 강재 단면이 높은 하중 및 응력을 수용하는 설계 가능

  ✔️ 품질에 의문을 제기할 수 없을 때 강재 사용

  ✔️ 강재단조 부품은 가스누설, 포켓, 냉방 결함이 없어 부하부전으로 이어질 수 있음

 

단조강재의 이점에 대해 자세히 알고 싶으십니까? 여기를 클릭하십시오!

 

단조강재의 응용

강도와 저항성 등 단조강재의 특성은 자동차부터 농기계, 제조업에 이르기까지 모든 산업에 혜택을 준다. 강철 재질은 석유와 가스 산업에서 파이프 부속품 역할을 하는 반면 자동차 산업에서는 도르래와 기어 바퀴 역할을 한다. 항공기 산업은 고정장치와 기체 부재의 단조강재의 강도에 의해 이익을 얻는다. [3]

 

단조 부품을 사용하는 주요 시장

 

 

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이 글의 주제가 마음에 드신다면, 이와 관련된 저희가 발행한 다른 기술 글도 참고하여 주십시요:

  • 강철 단조(Steel Forging)의 역사

  • 자유 단조 (Open die Forging) 및 밀폐형 단조(Closed die forging) – 차이점은?

 

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