금속공예 - 열처리

 열처리 기술의 개요
금속을 재결정 온도 이상으로 가열하게 되면 금속은 본래의 연성을 회복한다. 이는 재결
정 온도 이상으로 가열된 금속이 결정 조직을 잃었다가 식는 과정에서 결정을 균일하게
재구성하는 과정을 통해 재결정을 이루기 때문이다. 열처리 기술은 금속 재료, 기계 부품,
금형 공구의 기계적 성질을 변화시키기 위하여 가열과 냉각을 반복함으로써 특별히 유용
한 성질(내마모성), 내충격성, 사용 수명 연장 등)을 부여하는 기술로서 금속가공 공정의
중간 또는 최종 단계에서 이루어진다.
열처리한 금속은 냉각의 방법에 따라 그 효과가 달라진다. 가열 후 공기 중에 식히는 것
은 공랭, 뜨거운 금속 상태에서 찬물이나 기름에 넣는 것은 급랭, 그리고 일정한 온도의
가열로 안에서 서서히 냉각시키는 것은 항온 냉각이라고 한다.

 

 

 

 열처리 기술의 종류

 

 

1. 풀림(Annealing)
금속을 재결정 온도 이상으로 일정 시간 가열 후 서서히 식힌다. 금속의 연화, 가공성 향
상 및 잔류 응력이 제거되면서 최대한 균일하게 재결정되어 연한 조직을 가지게 된다. 보
편적으로 금속을 연하게만 하고자 할 때는 가능한 한 서서히 냉각하고, 강도를 필요로 할
때는 빠르게 냉각하면 된다.

 

 

2. 불림(Normalizing)
금속을 재결정 온도이상으로 가열한 후 공기 중에서 공랭시킨다. 가공 시 발생된 이상 조
직의 균질화 및 가공성이 향상되는 과정이다.

 

 

 

3. 담금질(Quenching)
금속을 경화하여 강도를 높이는 방법이다. 금속의 경화 시 사용된다. 담금질 처리 시 경도
는 약 3배 정도 증가한다.

 

 

4. 뜨임(Tempering)
담금질 처리된 부품의 잔류 응력 제거, 금속 성질의 안정화를 통해 인성과 연신율, 탄성
값을 증가시켜 금속에 가해지는 충격을 흡수하는 역할을 한다.

 

 

 

 

 

 

 열처리하기

 

 

1. 불대를 이용한 열처리하기
금속을 가열하여 땜 작업을 하거나 열처리 작업 등 다양한 용도로 사용된다. 금속공예에
서는 주로 LPG와 산소를 섞어서 사용하는 방법으로 열처리를 한다. 이 불대는 불꽃의 크
기를 사용자의 필요에 따라 조절할 수 있어 작은 일감부터 큰 일감까지 골고루 사용할 수
있는 장점이 있으나 산소의 사용으로 산화 막이 생긴다는 단점이 있다.

(1) 불꽃의 종류

 

(가) 탄화 불꽃
탄화 불꽃은 화력이 약하고 그을음이 생겨 사용에 부적합하다.

 

(나) 중성 불꽃
땜 작업용으로 사용되는 불꽃이다.

 

(다) 산화 불꽃
산소의 양이 LPG의 양보다 많은 불꽃으로 금속을 용해할 때 사용한다.

 

 

 

 

2. 전기가마를 이용한 열처리하기
전기가마를 이용한 열처리는 같은 온도를 유지하는 전기가마로에 금속판을 일정 시간 동
안 넣어 금속의 표면색이 변화하는 과정을 이용하는 것으로 동일한 색의 열 착색 결과물
을 얻을 수 있다. 전기로는 대형, 중형, 소형으로 구분되며 1,200℃까지의 높은 열을 줄
수 있다. 전기로의 장점은 일정한 온도를 유지하면서 작업을 진행할 수 있다는 것이다.

 

 

3. 고주파 열처리법으로 열처리하기
고주파를 이용한 열처리는 전기를 이용해 순간적인 열의 발생을 유도하여 부분적인 열을
가할 수 있다는 점에서 전기 가마나 불대에 비해 우월하다. 이 방법은 표면의 경화, 열풀
림, 뜨임, 불림 등의 전반적인 열처리에 적용이 가능하다.

 

 

수행 내용 / 다양한 방법으로 열처리하기

 

 불대로 열처리한다.

 

1. 재단한 적동판을 가열대에 올리고 불대의 가스 밸브를 열어 불을 점화한다.

 

2. 산소 밸브를 조절하여 산화 불꽃으로 조정한다.

3. 적동판의 한쪽 모서리부터 붉은색을 띨 때까지 가열한다.

 

 

4. 서서히 불대를 움직이며 전체적으로 열처리를 진행한다.

 

 

 

 전기가마로 열처리 한다.

 

1. 전기가마의 전원을 켠다.

 

2. 전기가마의 온도를 900~1000℃로 입력한다.

3. 온도가 올라가면 긴 금속 집게를 사용하여 열처리할 금속판을 가마 안에 넣는다.

4. 관찰 구멍으로 금속판이 붉은색으로 변하는지 확인한다.

 

5. 전체적으로 붉은색을 띠면 집게를 이용해 가마에서 꺼낸다.

 

6. 실온에서 공랭 처리한다.

 

 

- 전기가마에 열처리를 할 때는 열처리가 진행되는 동안
관찰 구멍으로 계속해서 금속의 상태를 체크해야 한다.