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3 편     소  성   가   공
2 장   단조(교과서 p.191)

단조(鍛造; forging)란 금속을 소성유동(塑性流動)이 잘 되는 상태에서 정적(靜的) 또는 동적(動的)인 압력을 가하여 결정립(結晶粒)을 미세화(微細化)시키고, 조직을 균일화 시키는 동시에 소정의 형상으로 성형(成形)하는 가공을 말한다.
일반적으로 금속은 고온에서 소성이 크므로 단조할 때는 고온으로 가열하며, 작은 규모에서는 hand hammer와 anvil로 단조할 수 있으나, 현대에는 동력 hammer, press 및 die 등의 장비를 이용하는 것이 보통이다. 연속된 판 및 단면재를 만들어 내는 압연(rolling)과는 달리 단조에서는 개개의 제품을 만들며, 금속유동과 결정립 구조를 조정할 수 있기 때문에 강도와 인성이 큰 제품을 얻을 수 있는 것이 특징이다. 단조에는 단조물의 크기에 따라 대물단조(大物鍛造)와 소물단조(小物鍛造)가 있으며, 단조기계에 따라 press 단조와 hammer 단조, 단조온도에 따라 열간단조(熱間鍛造)와 냉간단조(冷間鍛造), 단조형에 따라 자유단조(自由鍛造)와 형단조(型鍛造) 등이 있다.

보충(3매)(What is forging?)

[1] 단조온도와 가열로

(1) 단조온도(鍛造溫度):

단조물의 온도는 재질, 단조물의 크기, 단조기계의 용량 등에 따라 다르고 일반적으로 순금속, 고온일수록 변형저항이 감소하므로 단조가 용이하나, 다음과 같은 제한을 받는다.

  1. 재질이 변하기 쉬우므로 너무 고온으로 가열하지 말 것과 장시간 가열하지 말 것.
  2. 변형될 염려가 있으므로 균일하게 가열할 것.
  3. 너무 온도가 낮으면 내부응력이 잔류하게 되므로 적당한 온도로 가열할 것.

즉 온도가 낮으면 조직은 미세하여져서 기계적 성질은 개선되나, 소성이 적어 가공시간이 많이 걸리고, 동력이 많이 들며, 잔류응력이 존재한다. 온도가 너무 높으면 위에서 언급한 단점이 수반되므로 다음 표에 있는 최고단조온도와 단조완료온도를 지키는 것이 좋다.

강의 경우에는 300oC 부근에서 청열취성(靑熱脆性; blue shortness)이 생기므로 유의하여야 하며, 완료온도는 결정립(結晶粒)의 미세화(微細化)의 견지에서 변태점(變態點) 직상(直上)(750 ~ 800℃)으로 취하는 것이 바람직하다.

(2) 가열로(加熱爐):

금속을 단련하거나 열처리할 때 가열하는 노(爐)에는 여러 가지가 있는데, 가열물과 연료가 직접 접촉하는 직접식 가열로와 연료와 직접 접촉하지 않는 간접식 가열로로 분류할 수 있다. 직접식 가열로에는 벽돌화덕을 들 수 있고, 간접식 가열로에는 반사로, 전기저항로, 염조로 등이 있다.

벽돌화덕(brick smith hearth)은 그림과 같은 구조를 갖고 있으며 coke, 목탄, 석탄 등의 연료를 사용하고 소형물의 가열에 적합하다.

대장간 벽돌화덕
대장간에서 단조작업을 보여준다.

지면화덕(floor hearth)은 그림과 같이 작업장 바닥을 활용하는 노로서 대형물의 가열에 사용되며 불필요할 때는 덮고 작업장으로 사용한다.

지면화덕

반사로(reverberatory hearth)는 그림과 같은 구조로 되어 있으며 무연탄, 중유 및 gas 등을 연료로 사용하고 대물가열(大物加熱)에 적합하다.

반사로 반사로

상자형 가열로는 그림과 같이 상자형 노 내에서 가열하며, 연소 위치에 따라 상부연소실로(over-fired furnace), 하부연소실로(under-fired furnace)가 있고, 상자형 로 내의 muffle에 가열물을 놓는 muffle식로(muffle furnace)가 있다.

상자형 가열로

연속식 가열로는 그림과 같이 conveyor로 이송된 가열물을 들어올려 가열실에 장입하면 전에 들어가 가열된 것은 순차적으로 밀려 떨어져 단조기계로 이송된다.

연속식 가열로

전기저항로(electric resistance furnace)는 그림과 같은 구조를 갖고 있으며, 온도 조절이 용이하고 재질의 변화가 적다.

전기저항로

기타의 로에서는 이상의 분류와 다른 기준에서 보다 현대화된 것을 모아 소개한다.

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