용융금속의 응고
액체 용융풀이 어떻게 단단하고 방향성을 가진 비드가 되는가
AI generated 용융풀은 순식간에 응고되는 액체 금속이다. 이때 결정이 비드 측벽에서 중앙으로 자라고 이 생기며, 바로 여기서 응고균열과 고온균열이 발생한다. 응고를 이해하면 비드 중앙이 왜 약점인지, 어떻게 피해야 하는지 알 수 있다.
할 때 가 모재와 를 녹여 액체 용융풀을 만든다. 그다음에 벌어지는 일이 비드 품질을 결정한다. 용융금속은 순식간에 응고되는데, 아무렇게나 굳는 게 아니라 정해진 야금학 법칙을 따른다.
응고는 항상 가장 차가운 곳에서 시작된다. 바로 비드 측벽, 즉 아직 고체인 와 맞닿은 부분이다. 여기 용융선에서 첫 결정핵이 생긴다. 열은 바깥으로 빠져나가므로 결정은 양쪽 측벽에서 용융선에 수직으로 비드 중앙을 향해 자란다. 길쭉한 기둥 모양 결정, 즉 이 만들어진다. 비드 중앙에서 양쪽 성장면이 서로 만난다.
바로 이 지점이 아킬레스건이다. 성장하는 결정들이 만나면서 마지막 불순물과 저융점 성분을 앞으로 밀어낸다. 그것들이 중앙에 모여 을 이룬다. 이 중심 편석부는 과 이 전형적으로 생기는 구역이다. 황이나 인 같은 해로운 원소가 여기에 농축되고, 수축하는 비드에 인장응력이 걸리기 때문이다.
두 번째 문제는 , 즉 응고 시작과 끝 사이의 온도 범위다. 순금속과 공정합금은 일정 온도에서 응고되지만, 합금은 범위에 걸쳐 응고된다. 이 구간이 넓을수록 죽 같은 과도 상태가 생기기 쉽고, 그 안에서 균열이 발생할 수 있다. 그래서 일부 강(황·인 함량이 높은)은 특히 균열에 취약하다.
에 맞설 수 있는 방법은 두 가지다. 첫째는 조성이다. 가 약간 들어간 용가재(스테인리스강의 경우)나 황이 적은 깨끗한 용가재를 쓰면 이 무해해진다. 둘째는 형상이다. 너무 깊고 좁은 용융풀(깊은 용입비)은 결정이 곧바로 서로 맞닿아 자라게 하고 모든 불순물을 중앙으로 밀어 넣는다. 더 넓은 풀이나 위빙은 응고면을 분산시켜 중앙부를 완화한다.
이어지는 의 도 응고와 관련이 있다. 용융풀이 열을 너무 많이 내보내면 옆 의 결정립이 조대해진다. 조대한 결정립은 더 무르고 균열에 취약하다. 입열량을 잘 관리해야 하는 또 하나의 이유다.