[소성가공, 2023] 가공경화에 대하여 설명하시오

0. 키워드

• 가공경화
• 소성변형
• 인장강도
• 연성
• 경도
• 소성변형

1. 개요

가공경화 : 금속을 가공, 변형시켜 금속의 경도나 강도가 증가하는 현상 

• 물체에 소성변형을 주면, 변형 정도가 늘어남에 따라 변형에 대한 저항이 증대하여 변형되지 않은 재료보다 단단해지는 성질을 말한다. (ex. 칼을 만들때 망치로 두들기거나 압착 또는 굽힘으로 금속을 강화시킴) 
• 금속의 강화기구는 크게 네 가지로 구분할 수 있다. 
  ○ 결정립 미세화 : 전위가 넘어야하는 결정립을 많이 만들어서 전위의 이동 방해
  ○ 고용체 강화 : 고용체 내 불순물 원자 주변에 격자 왜곡과 응력장 형성으로 장애물 역할을 하여 전위 이동 방해
  ○ 석출 경화 : 재료 내부에 단단한 석출물을 분산시켜 전위의 이동 방해 
  ○ 가공 경화 : 금속이 변형을 일으킴에 따라 더 단단해짐 (발생된 수많은 전위가 서로 얽혀 변형 방해) 

2. 가공경화 형성 기구 (메커니즘)

•  모든 강화 기구는 실질적으로 전위의 움직임을 방해하는것이 최종 목표이다 
  (전위의 움직임이 어려울수록 재료가 더 단단해지고 강해진다)
• 재료를 가공하면 물질의 결정 구조내에서 전위의 이동과 전위의 생성으로 변형이 발생 (소성변형의 메커니즘) 
  ○ 전위 (Dislocation) : 일정한 결정 구조를 갖는 물질(ex. 금속)내에서 전단응력에 의해 원자의 배열이 어긋난 선형의 결함. 그 선을 전위선이라고 하며 주변 원자에 격자 뒤틀림을 유발한다 (소성변형) 
• 변형이 진행될수록 발생된 수많은 전위가 서로 얽혀 더 이상의 변형을 방해하게 됨
• 가공 경화된 재료는 항복점이 높아지고 단단해지지만, 메짐성이 커져서 가공을 하다보면 파괴된다. 

S-S 커브 기반 메커니즘의 이해

1. 항복응력 이상의 외력을 가한 후 제거하면 소성변형이 생긴다. 
2. 소성변형이 생긴 재료에 다시 외력을 가하면 탄성적으로 변형하여 항복응력이 시그마 0(2)에서 시그마y(3)로 변경된다. 
3. 이와 같이 소성변형이 발생한 금속의 항복점은(3) 최초 항복점보다 높아지게 되며(2), 이는 재료가 같은 방향으로 소성변형을 일으킬때 더 큰 힘이 필요하다는 것을 의미한다.

3. 가공경화 제거 방법

• 열처리로 가공경화된 결정을 초기화하는 방법 : 재결정(Recrystaliztion)
• 재결정온도 : 1시간동안에 100% 재결정이 완료되는 온도 
• 풀림(Annealing)을 통해, 결정립을 재결정화하여 이동된 전위와 변형을 되돌린다.