열처리 과정은 금속의 조직을 변화시키는 고온 공정이기 때문에 자칫 잘못하면 치수 변화나 뒤틀림 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 특히 정밀 부품이나 공차가 중요한 부품의 경우 열처리 후 변형은 심각한 품질 문제로 이어질 수 있습니다. 이번 글에서는 사전에 변형을 방지할 수 있는 설계 단계의 팁들을 소개합니다.
1. 재질 선택 단계에서 고려할 점
① 열처리 적합성이 우수한 소재 선택
- 재료의 열팽창 계수와 조직 안정성은 열처리 후 변형에 큰 영향을 줍니다. - 가능한 한 미세조직이 균일하고 결정립이 안정된 금속을 선택해야 합니다.
② 저응력 재료 우선 고려
- 내부응력이 적은 소재일수록 열처리 시 변형 가능성이 낮습니다. - 주조보다는 단조 소재가 일반적으로 더 유리합니다.
2. 형상 설계 단계의 유의사항
① 비대칭 구조 지양
- 열처리 시 불균형한 열전달로 인해 변형이 집중될 수 있으므로 대칭 설계를 권장합니다.
② 두께 차이 최소화
- 두꺼운 부분과 얇은 부분의 열 팽창 속도 차이로 뒤틀림 발생 가능성이 높아집니다.
③ 모서리 라운딩 처리
- 예각부는 응력 집중이 생기기 쉬우므로 곡률을 적용하면 응력 완화에 도움이 됩니다.
3. 가공 공정 순서의 최적화
① 열처리 전 가공 최소화
- 열처리 후 치수 변형이 불가피한 경우, 가공은 열처리 이후에 진행하는 것이 바람직합니다.
② 중간 응력 제거 공정 포함
- 가공 중 생긴 잔류 응력을 풀림처리로 사전에 제거하면 전체적인 변형률이 줄어듭니다.
4. 열처리 공정의 정밀 제어
① 균일한 가열과 냉각 확보
- 가열 속도와 냉각 속도를 일정하게 유지하여 온도 분포에 의한 변형을 줄일 수 있습니다.
② 지그(Jig) 및 고정구 사용
- 복잡한 형상의 부품은 열처리 시 고정틀을 활용해 변형을 억제할 수 있습니다.
자주 묻는 질문 (FAQ)
1. 열처리 전에 어떤 방식으로 응력을 제거하나요?
일반적으로 저온 풀림(Stress Relief Annealing) 공정이 사용됩니다. 가공 응력을 효과적으로 줄여줍니다.
2. 부품이 비틀어졌을 때는 복원이 가능한가요?
부분적으로는 가능하지만, 정밀 가공 부품의 경우 성능 저하로 이어질 수 있으므로 사전 방지가 중요합니다.
3. 열처리 후에도 가공이 필요한 경우는 어떻게 해야 하나요?
공차가 엄격한 부분은 열처리 후 마무리 가공(Grinding 등)을 계획해야 합니다.