가공 경화(Work hardening 혹은 Strain hardening)

가공 경화(Work hardening 혹은 Strain hardening)는 금속이 소성 변형을 받을 때 발생하는 현상입니다. 금속이 변형되면 금속 조직이 변형되고 금속의 결정 격자에 전위(dislocation)가 도입됩니다. 이러한 전위는 서로 상호 작용하고 얽혀서 금속의 변형이 어렵게 방해하는 역할을 합니다. 이러한 방식으로 금속 재료의 기계적 특성을 개선하는 강화기구 중 하나입니다.

 

금속의 구조에 점점 더 많은 전위가 도입될수록 금속은 점점 더 단단해집니다. 이러한 과정을 가공 경화라고 합니다. 가공 경화는 구조용으로 사용되는 금속 재료에 있어 긍정적인 특성으로, 재료의 강도 강화와 변형에 대한 저항성을 증가시킵니다.

 

가공 경화의 특성

금속에서 발생하는 가공 경화의 양은 변형의 정도, 합금의 종류 및 변형이 발생하는 온도 등을 포함한 여러 요인에 따라 달라집니다. 일반적으로 가공 경화는 낮은 온도에서 더 빠르게 발생합니다. 전위가 재료의 결정립계에 의해 고정되어 더 이상의 이동이 어렵게 될 가능성이 높아지기 때문입니다.

 

가공 경화의 방법

금속은 냉간 가공, 압연, 단조, 드로잉 등 다양한 공정을 통해 경화를 유도할 수 있습니다. 냉간 가공은 금속은 상온에서 소성 변형시켜 가공 경화를 시킵니다. 고압과 고온에서 사용하여 상당한 가공 경화를 과정을 거치기도 합니다.

 

가공 경화는 표면 경화라고 알려진 공정인 금속 표면 층의 강도를 높이기 위해 사용될 수도 있습니다. 일반적으로 숏 피닝(shot peening) 또는 바니싱(burnishing)과 같은 과정을 통해 소성 변형 과정을 거칩니다.

일반적인 금속 재료에서는 가공 경화를 통해 강도 증가 등 긍정적인 결과를 얻을 수 있지만, 경우에 따라 부정적인 결과를 초래할 수도 있습니다. 예를 들어, 스탬핑 또는 벤딩과 같은 일부 금속 성형 공정에서 과도한 작업 경화로 인해 금속이 잘 부서지고 균열이 발생할 수 있습니다.

 

가공 경화는 금속재료가 소성 변형을 받을 때 금속의 강도와 변형에 대한 저항성을 증가시키는 방식으로 재료의 특성을 개선하는 방법입니다. 

가공경화에 따른 강도 증가 [1]

참고문헌

[1] William D. Callister Jr., David G. Rethwisch, Materials Science and Engineering

금속재료의 강화기구 (Strengthening mechanisms)