금속의 제조공정

대부분의 금속은 용융금속조인 로에서 금속을 용융시킴으로써 제조공정을 시작합니다. 여러가지 조성의 합금을 얻기 위해 용융금속에 합금 원소를 첨가할 수 있습니다. 예를 들어, 고상의 마그네슘을 용융 알루미늄에 첨가하여 용융한 후에 기계적으로 혼합함으로써 균일한 Al-Mg 합금을 얻을 수 있습니다. 용융 Al-Mg 합금으로부터 산화물과 수소 기체를 제거한 후, 직접냉각 반연속 주조기의 주형에 주입합니다. 이러한 방법으로 커다란 판상과 주괴를 생산합니다. 단면 모양이 다른 주괴들도 비슷한 방법으로 생산됩니다. 기본형 주괴로부터 반제품까지 생산하며, 판상 주괴를 압연하여 두께를 줄이는 방법으로 박판과 후판을 생산합니다. 도관과 구조용 형상은 압출용 주괴로 만들고, 봉과 철사는 선재용 주괴로 만듭니다. 금속을 주괴로부터 열간 및 냉간 가공하여 만든 모든 제품을 합금 가공품이라고 합니다. 완제품의 모양을 된 주형에 적은 양의 용융 금속을 사용하여 주조할 수 있으며, 약간의 기계적 가공과 마무리 작업을 거쳐 최종 주조품을 얻을 수 있습니다. 이러한 방법으로 생산한 것을 주물이라 하며, 여기에 사용되는 합금을 주조용 합금이라고 합니다. 열간 및 냉간압연은 금속과 합금을 가공하는 데 널리 이용하는 방법으로, 균일한 단면적의 긴 금속 박판과 후판은 이 방법으로 생산됩니다. 금속이 고온 상태일 때각 압연 패스의 단면 축소율을 크게 할 수 있기 때문에, 판상 주괴는 열간압연을 먼저 실시합니다. 열간압연 전에 박판 및 후판 주괴는 고온으로 예열됩니다. 그러나 연속 주조기에서 잘라낸 주괴 슬래브를 직접 열간 압연할 수도 있습니다. 예열로에서 꺼낸 주괴를 가역 브레이크다운 압연기로 열간 압연합니다. 열간압연은 슬래브의 온도가 너무 낮아서 연속 압연이 어려워질 때까지 계속됩니다. 그 후에 이 슬래브를 재가열하며, 보통 열간압연된 스트립을 코일로 감을 수 있을 정도까지 열간압연을 계속합니다. 작업규모가 큰 경우에는 4단 압연기를 연속으로 사용하기도 합니다. 열간압연은 약간의 냉간압연을 포함할 수 있는데, 금속 코일은 열간압연 작업 중에 생긴 냉간가공 효과를 제거하여 금속을 보다 연하게 하기 위해 어닐링이란 재열처리를 하게 됩니다. 냉간압연은 보통 상온에서 시행되는데, 한 개 또는 여러 개의 4단 압연기를 사용합니다. 압출은 높은 압력을 받는 원재료가 다이에 있는 구멍을 통해 빠져나옴으로써 단면적이 축소되는 소성 성형공정입니다. 대부분의 금속에 있어서 원통형 봉이나 중공형 튜브 등은 압출에 의해 가공됩니다. 알루미늄과 구리 및 그 합금과 같이 압출이 잘 되는 금속들은 불규칙한 단면 모양의 제품도 쉽게 제작됩니다. 대부분의 금속은 고온에서 압출되는데, 이는 저온에서 보다 고온에서 변형 저항이 더 적기 때문입니다. 압출하는 동안에 압출기 용기 내에 있는 금속 빌렛을 램에 의해 강제로 다이를 통과하도록 하는데, 이는 전 길이에 걸쳐 균일한 단면적으로 연속 변형이 되도록 하기 위함입니다. 압출법은 직접압출과 간접압출의 2종류가 있습니다. 직접압출에서 금속 빌렛은 압출기 용기 안에 놓이고 램에 의해 직접 다이를 통해 빠져나옵니다. 간접압출에서는 중공형 램이 다이를 붙잡고 있으며, 압출기 용기의 반대편 끝은 판으로 막혀있게 됩니다. 직접압출보다 간접압출이 마찰력이나 소요 동력은 적게 되지만, 중공형 램을 사용하는 간접압출의 경우에는 직접압출보다 가할 수 있는 하중은 더 작아집니다. 압출은 주로 알루미늄과 구리 및 그 합금과 같은 저융점 비철금속들의 봉 모양, 관 및 불규칙한 단면 형상의 제품들을 제작하는 데 사용됩니다. 최근에는 강력한 압출기의 개발과 유리와 같은 윤활제의 향상에 힘입어 탄소강이나 스테인리스강의 열간압출도 가능하게 되었습니다. 단조는 금속을 가공하여 유용한 형상으로 만드는 또 하나의 기본 방법입니다. 단조공정에서는 원하는 형상을 만들기 위해 해머나 프레스를 사용합니다. 저온에서 단조하는 경우도 있지만, 대부분의 단조공정은 고온에서 가공됩니다. 단조 방법은 크게 해머 단조와 프레스 단조로 나뉩니다. 해머단조에서는 반복되는 해머의 낙하고 금속표면이 충격을 받게 되는데, 프레스 단조에서는 서서히 움직이는 압축력을 받습니다. 단조공정은 또한 개방형 다이 단조나 폐쇄형 다이 단조로 분류하기도 합니다. 개방형 다이 단조는 2개의 평평한 다이나 V자 또는 반원형의 아주 간단한 모양의 다이 사이에서 단조하는데, 증기 터빈 및 발전기의 철강 축 등과 같은 대형 부품을 생산하기에 적합합니다. 폐쇄형 다이 단조는 원하는 형상을 가진 위아래 2개의 다이 사이에 금속을 넣고 단조합니다. 폐쇄형 다이 단조는 한 쌍의 다이 또는 여러 쌍의 다이를 사용할 수 있으며, 그 예로 자동차 엔진의 커넥팅 로드를 만드는 경우가 있습니다. 일단적으로 단조공정은 기공률을 줄이거나 내부 조직을 개선하여 금속의 조직을 향상할 필요가 있는 불규칙한 모양의 제품 생산에 쓰입니다. 예를 들어, 단조에 의해 제작된 렌치는 단순히 주조한 것보다 더 강하고 잘 파손되지 않습니다. 단조공정은 때때로 공구강과 같은 고합금강의 주괴조직을 없애는 데도 사용되는데, 이는 금속조직이 보다 균질해지고 2차 가공 중에 균열이 덜 발생하도록 하기 위함입니다.