[산업기계설비기술사 2차 예상질문 및 답안] 가공경화 원리는 무엇인가?

[예상질문] 가공경화가 뭔지 설명하고 원리를 설명하시오?

[답안]

네. 답변드리겠습니다.

가공경화는 변형경화라고도 하며 영어로는 Work Hardening 또는 Strain Hardening이라고 합니다.

금속재질이 변형이 일어날려면 슬립이 일어나야 하는데, 슬립을 일으키는데 필요한 전단응력의 크기는 전위라는 현상이 존재하므로 이론값보다 작습니다.

하지만 전위가 많아지면 (1) 서로 간섭하여 얽히고, (2) 결정립계, 불순물, 개재물에 의해 움직임이 방해됩니다.

이러한 작용에 의해 슬립에 필요한 전단응력이 증가됩니다. 즉 서로 다른방향의 전위들이 서로 얽혀 전위의 움직임이 더욱 힘들게 되는 것이지요.

변형이 심할 수록 전위들의 얽힘도 증가하고, 금속의 강도도 증가합니다. 

쉬운 예로 어릴 적에 철사를 구부렸다 폈다 하면 여러 번 할 수록 구부리기 어려운데, 이것이 가공경화의 예입니다.

산업에서의 예를 들면 상온에서의 금속가공 공정에서 금속의 강도를 증가시키는데 많은 공정 사례가 있습니다.

예를 들어, 인발에 의해 단면적을 감소시켜 선재(wire)의 강도를 크게 하거나, 단조로 볼트 머리를 만드는 공정, 자동차 차체용 박판의 성형가공, 항공기 동체소재의 압연 등을 들 수 있습니다.

가공경화지수 혹은 변형경화지수를  n으로 나타내며, 가공경화 정도를 의미합니다.

HCP구조에서 n값이 가장 낮고, BCC, FCC 구조 순서로 높아집니다.

[꼬리질문] HCP, BCC, FCC 구조는 무언가요?

[답안]

네. 답변드리겠습니다. 원자의 조합구조를 의미하며 Hexagonal Close Packed Structure, Body Centered Cubic, Face Centered Cubic 구조를 의미하며, 

대표적인 

HCP 구조에는 beryllium, cadmium, magnesium, titanium, zinc and zirconium 이 있고, 

BCC 구조는 ithium, sodium, potassium, chromium, barium, vanadium, alpha-iron and tungsten이 있으며,

FCC 구조에는 aluminum, copper, gold, iridium, lead, nickel, platinum and silver이 있습니다.(철은 913℃에서 BCC 에서 FCC로 상변태)