변형
금속 조각으로 쓸모 있는 형태를 만들어야 하는 문제에 직면하고 있는 사람에게 단결정이나 다결정 시편의 변형에 대해 장황하게 이야기하는 것은 즉각적인 관심 분야가 될 수 없다. 사실, 금속은 주조하여 모양을 얻거나 큰 덩어리로부터 기계 가공할 수 있지만, 많은 경우에 원하는 특성뿐만 아니라 경제성 때문에 이 두 가지 제조법을 사용할 수 없다. 재료를 원하는 모양으로 만드는 가장 흔한 방법은 기계적인 변형을 하고 마무리 가공을 하는 것이다. 기계적인 변형은, 냉간가공이라고 부를 때는 실온에서 행해지고, 열간가공이라고 불릴 때는 높은 온도에서 행해진다. 이러한 작업은 압연기, 단조, 압축성형기, 인발 등의 성형 기계에서 행해진다. 모든 기계적인 작업의 세부 사항들까지 언급할 필요는 없지만, 이용 가능한 여러 주요 방법들에 대해 최소한이나마 친숙해지는 것은 도움이 될 것이다.
압연(rolling)
간단한 압연기는 압연 될 재료가 지나갈 만큼의 간격으로 분리된 한 쌍의 단단한 강철 롤로 이루어져 있다. 압연기는 모터로 움직이고 압연 되면서 여러 두께로 감소될 수 있도록 간격을 조절할 수 있게 되어있다. 금속판은 반대 방향으로 회전하는 두 개의 롤 사이의 틈으로 지나간다. 그 판은 압연기 사이에 잡혀 틈을 지나가며 힘을 받는다. 금속판이 압연기를 통과하면서 두께는 초기두께에서 최종두께로 감소한다. 동시에 재료의 폭과 길이는 압연기에서 나오면서 증가한다. 압연 된 제품의 폭을 조절하기 위해 양 끝에 수직 방향 롤러가 종종 사용되지만, 길이는 증가할 수 있기 때문에 두께의 감소를 보상해 준다.
단조와 압축성형(forging and pressing)
단조에서는, 무거운 쇠망치가 아래로 떨어지거나 힘이 가해져서 재료에 빠른 충격이 가해져 단조 틀에 의해 원하는 형상으로 눌러진다. 한쪽은 움직일 수 있는 쇠망치에 붙어있고 다른 한쪽은 모루에 붙어있다. 이렇게 가해진 충격은 금속이 금형의 홈이나 움푹한 곳으로 밀려들어 가게 한다. 압축성형도 비슷한 틀을 사용하지만, 갑작스러운 힘보다는 점진적인 힘을 가해 금속판을 성형하는 것이다.
인발 가공(wire drawing)
인발 가공은 단면이 경사진 금형을 통해 철사를 잡아당겨 행한다. 한 다발의 철사가 금형을 통해 당겨지고, 닻을 감아올리는 장치와 유사한 장치가 금형을 통해 철사를 잡아당겨 릴에 감는다. 이 과정에서 철사의 지름이 초기두께에서 최종두께로 줄어든다.
냉간가공에 의한 변형경화
형상을 변화시키는 모든 방법에는 한 가지 공통점이 있다. 재료는 변형을 겪으면서 가공 경화한다. 만약 변형이 냉간(실온)에서 행해졌다면, 가공경화의 효과는 뚜렷하다. 그리고 그것은 가능한 형상 변화의 범위를 제한한다. 사육제에서 철인이 강철 막대를 휘고 관객 중의 한 사람에게 그것을 곧게 펼 것을 요구하는 고대 희극 그림은 가공경화의 효과를 나타내는 한 예이다. 만약, 막대가 원래 부드러워서 사람이 구부릴 수 있다면, 구부리는 동안 가공경화가 일어날 것이다. 변형경화로 인해 항복강도가 증가했기 때문에 비슷한 힘을 가진 어떤 사람도 그 막대를 원래 모양으로 펼 수는 없을 것이다. 당신 자신이 이 사실을 증명해 보고 싶으면, 철사 옷걸이를 구부린 후 펴보라. 당신이 약해진 것이 아니라, 금속이 가공경화에 의해 강해진 것이다.
그러므로, 재료를 가공하거나 변형시키면 변형의 증가에 따라 강도를 증가시킨다. 냉간가공의 정도는 두께의 감소, 면적의 감소, 그리고 냉간가공 퍼센트 등과 같은 여러 가지 항으로 표현된다. 두께의 감소는 얇은 판의 두께를, 면적의 감소는 철사나 막대의 단면적 감소를 의미한다. 두 가지 경우 모두 다음 관계에 의해 냉간가공 퍼센트로 변환될 수 있다.
강도는 냉간가공 정도가 증가함에 따라 증가한다. 이러한 강도의 증가 때문에, 재료를 어느 점 이상으로 변형시키는 것이 불가능하든지 또는 실용적이지 못하다. 재료의 연성은 재료가 파괴전의 형태 변화를 일으킬 수 있는 정도를 의미한다. 연성은 파괴 시작 전의 신장 퍼센트, 면적감소 퍼센트, 그리고 냉간가공 퍼센트 등처럼 양적으로 표시될 수 있다. 재료의 연성은 사전 냉간가공이 증가함에 따라 감소한다. 그러므로, 재료의 연성을 회복시키고 강도를 감소시켜 변형이 더 일어날 수 있도록 하기 위해서는 무엇인가 행해져야 한다. 이것을 행하는 과정을 풀림이라 한다.