단조 (제조)

단조

단조(Forging, 鍛造)는 금속을 일정한 온도로 가열한 다음 힘을 가하여 어떠한 형체를 만드는 가장 오래된 성형(成形) 방법중의 하나이다. 단조는 고체인 금속재료를 해머 등으로 두들기거나 가압하는 기계적 방법으로 일정한 모양으로 만드는 조작이다. 단금(鍛金·鎚金)이라고도 한다.

개요

단조란 소성가공의 일종이다. 해머 등으로 금속 가공물을 두드려 원하는 형태로 성형한다. 주조나 분말 야금에 의한 가공보다 소재가 질겨지기 때문에 충격에 강한 성질(인성)을 가진다는 점이 특징이다. 공구나 식기류, 자동차나 철도용 부품 등의 제조에 단조가 활용된다. 단조는 두들기는 온도는 상온(常溫)인 경우도 있으나 녹는점이 높은 재료에서는 다소 가열해야 할 때가 많다. 일반적으로 그 재료에서 재결정(再結晶)이 진행되는 온도를 경계로 하여 그 이상의 온도에서 단조하는 것을 열간단조(熱間鍛造), 재결정온도상에서 단조하는 것을 온간단조(溫間鍛造), 그보다 낮은 온도에서 단조하는 것을 냉간단조(冷間鍛造)라고 한다. 고체 재료의 조직을 균일하게 하고 결정 고체(結晶固體)에서는 결정입자의 크기를 작게 하기 위해 해머로 두들기는 조작을 단련(鍛鍊)이라 하고 해머로 두들기지 않고 공구로 서서히 가압하여 소정의 모양으로 만드는 일을 프레스(press)라고 한다.

단조는 주로 철에 사용된다. 철은 적렬(赤熱)한 두 조각을 쇠망치로 치면 결합하고 반복하여서 때리면 단련되어서 강인하게 되는 성질이 있다. 도검이 대표적이다. 오늘날에는 형단조(型鍛造) 등 기계화되어 있다. 추금(鎚金)은 금, 은, 구리, 쇠 따위 연전성이 큰 소재의 판을 당금(當金, 앰빌－받치는 금속덩어리) 위에 놓고 쇠망치로 때리면서 늘리거나 짜거나 해서 성형하는 기술이다. 무기를 비롯하여 종교 용구나 그릇 따위 일상 용구에 널리 사용되었다. 오늘날에는 금형 사이에 판금을 넣고 압력을 가하면서 가공하는 프레스나 회전축에 부착시킨 판금을 회전시키면서 변형시키는 스피닝 등의 양산기술이 개발되고 있다. 자동차의 보디, 그릇, 조명기구 등 최근의 금속제품의 주요한 부분을 차지하고 있다.

목적

단조의 목적은 단련과 성형에 있다. 단련은 고체재료의 조직을 균일하게 하고, 결정 고체에서는 결정입자의 크기를 작게 하기 위해 해머로 두들기는 조작을 말한다. 프레스 성형은 해머로 두들기지 않고 공구로 서서히 가압하여 소정의 모양으로 만드는 일이다. 따라서 단조는 단련을 통하여 강재의 기계적 성질을 향상시키고 성형에 의하여 소정의 형상을 만들어 후공정이나 기계 가공 공수를 절감하려는 데 그 목적이 있다.

장점

• 단조는 구성과 구조의 균일성으로 충격 및 전단 강도 측면에서 강한 결과물을 제공한다.
• 주조품보다 일반적으로 강하다.
• 단조의 특성상 다공성, 수축, 공동 및 냉기 문제가 발생하지 않는다.
• 단조의 단단한 입자 구조는 기계적으로 강하기 때문에 고강도 구성 요소를 얻기 위해 고가의 합금이 덜 필요하다.
• 단조 부품은 캐스트 부품보다 인장 강도가 26% 더 높아 더 낮은 중량으로 더 강한 결과물을 얻을 수 있다.
• 피로 강도는 37% 높으므로 피로 수명이 6 배 더 길어져 더 오래 품질을 유지할 수 있다.

단점

• 크기 제한이 있으며 클수록 단조가 어렵다.
• 상대적으로 정밀한 제품은 얻기가 힘들고 이를 극복하기 위해서는 후가공이 필요하다.

종류

냉간단조

냉간단조는 상온에서 하는 단조를 말한다. 냉간단조를 받은 금속은 단조시의 소성변형으로 인해 조직 내부에서 전위(dislocation)가 추가적으로 이동할 여지가 제한되므로 경도와 강도가 증가되는 반면 전연성(가공하기 쉬운 성질)은 저하된다.

열간단조

열간단조는 금속을 열로 가열해 변형시키는 단조를 말한다. 열간단조를 받은 금속은 소성변형(변태점 부근 온도에서 이루어지는 변형)이 일어나, 조직이 미세화되고, 결과적으로 강도와 인성이 증가된다.

참고자료

• 〈단금〉, 《위키백과》
• 〈단조(금속 가공)〉, 《나무위키》
• 〈단조〉, 《네이버 지식백과》
• 〈단조(forging)〉, 《네이버 지식백과》
• 〈단조〉, KOREA KEYENCE
• 휴먼, 〈단조와 주조 - Forging & Casting 비교(장단점)〉, 《네이버 블로그》, 2020-02-03

같이 보기

• 가공

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