인코넬의 특성 및 내열, 내식성과 용접 가공 방법을 알아보자

인코넬의 특성 및 내열, 내식성과 용접 가공 방법을 알아보자

인코넬 단열 온도와 가공성, 용접성이라는 특징을 자세히 해설합니다.

 

인코넬은 레이싱 카의 머플러에 사용되고 있습니다.

그래서 여러분의 차 엔진 내에 사용되고 있을지도 모릅니다.

내열 온도가 높은 인코넬은 중요도가 높은 곳에서 활약하는 금속입니다.

인코넬이란 어떤 것인가 특징을 해설합니다

"인코넬"은 내열성, 내식성, 내 산화성과 같은 

고온화의 특성에 뛰어난 초내열 합금입니다.

 

뛰어난 내열 성능으로 각종 플랜트 설비,

쓰레기 소각로, 항공기 엔진 등에 사용됩니다.

 

강도가 높아 가공하기 어려운 금속을 난삭재라고 하는데,

이 인코넬은 난삭재로 분류되며,

가장 절삭 가공이 어려운 합금의 하나입니다.

인코넬의 특성

니켈을 주로 철, 크롬·몰리브덴 등

다양한 합금 원소를 첨가한 인코넬은 어떤 금속일까요?

 

이번에는 인코넬의 특성이나 가공의 어려움에 대해서 해설합니다.

 

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인코넬은 내열 온도가 높다

인코넬은 가혹한 고온 속에서도 높은 강도를 유지할 수 있습니다.

일반적으로 금속에서는 단열 온도와 같은 표현은 별로 나지 않지만,

인코넬은 약 700℃의 고온하에서 사용해도 충분한 강도를 확보할 수 있습니다.

엔진 부품, 각종 플랜트 설비 등, 고온하에서 사용될 경우에는

열에 의한 강도가 변화하지 않는 매우 우수한 소재입니다.

고온 속에서도 충분히 강도를 확보할 수 있는 인코넬이지만,

보통 철보다 녹는점이 높다고 생각하지만 그렇지는 않습니다.

 

철의 녹는점은 1538℃, 인코넬의 녹는점은 약 1400℃입니다.

 

융해점이 높은 금속이 내열 온도가 높다고 생각합니다만,

꼭 그렇지는 않다고 말할 수 있습니다.

 

인코넬은 내식성이 높다

인코넬은 약 1000℃까지 뛰어난 내식성을 발휘합니다.

 

통상의 금속은 빠르게 녹슬어 버리는 환경 속에 있어서도,

인코넬은 부식하지 않습니다.

 

물과 더러움이 고여 있는 곳, 약품을 사용하던 중

반복 고온하에 노출된 곳이라도 쉽게 부식 하지 않습니다.

이미지적으로는 스테인리스에 가깝다고 생각합니다.

인코넬은 스테인리스 마찬가지로 크롬과 니켈이 포함되어 있으니

부동태 피막을 형성할 수 있습니다.

 

이 피막으로, 내식성을 높일 수 있습니다.

이 내식성의 높이와 내열성의 높이가 인코넬의 가장 큰 특징입니다.

 

다만, 내식성이 높기 때문에 약품을 사용한 표면 처리 등은 어려워집니다.

 

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인코넬은 절삭 가공이 곤란하다

뛰어난 내열 특성을 발휘하는 인코넬이지만 가공성은 나쁩니다.

인코넬은 난삭재로 분류되고 가공의 난이도도 높습니다.

인코넬의 가공을 검토 중인 것은 가공 실적을 쌓은 가공 업체에 위탁하는 것이 좋을지도 모릅니다.

어떤 이유로 가공성이 좋지 않은지 더 구체적으로 해설하겠습니다.

가공 경화
인코넬은 가공 경화가 생기기 쉬운 합금입니다.

가공시에 응력을 가하자 인코넬의 경도가 커집니다.

 

경화함으로써 가공성이 현저히 저하합니다.

공구의 수명을 짧게 하고, 가공 방법에 따라서는

제품의 표현이 조악한 것이 되어 버릴지도 모릅니다.

공구 수명을 저하시킨다
인코넬은 내열성이 뛰어난 합금이므로, 절삭 저항이 높습니다.

코팅 처리된 특수한 칼에서도 공구가 절손하는 일이 있습니다.

 

이 원인은, 인코넬보다 공구가 열에 약하여 열 전도성이 나쁘기 때문에 발생합니다.

냉각제 등으로 냉각되면서 절삭 가공해야 합니다.

공구에 용착
인코넬은 드릴 등의 공구 소재와의 친화성이 높습니다.

그래서 가공 중에 발생한 칼로 가루가 칼끝에 용착되는 일이 있습니다.

칼 끝에 용착이 발생하여 칼의 칼날이 나빠지고 완성이 나빠집니다.

공구의 칼날이 나빠질 것으로 더욱 가공 열이 발생하기 쉽고 

공구 절손의 원인도 됩니다.

 

이쪽도 용접하지 않도록 냉각제나 절삭제 등을 사용하여 

가공 열을 억제하는 고안을 해야 합니다.

 

인코넬의 용도에는 어떤것이 있을까?

인코넬의 강점은 내열성과 내식성이 높다는 것입니다.

그 강점을 살리고 여러곳에서 활약하고 있습니다.

 

각종 플랜트 설비, 물 처리 장치, 항공기 엔진, 원자로 부품 등 끝이 없습니다.

 

그러나 이들에서 사용되고 있다고 해도 이미지 하기는 어렵다고 생각합니다.

그래서 이번에는 자동차로 인코넬의 사용 예를 소개하려고 합니다.

 

 

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엔진 내부의 부품
자동차의 엔진 안은 매우 고온이 됩니다.

그 고온하에서 반복되는 부담이 되고 강도가 필요한 부품은 많이 있습니다.

한가지 예를 꺼내면 엔진 밸브입니다.

엔진 밸브는 엔진을 동력을 만들어 내기 때문에

필요한 혼합기를 실린더에 흡입하기 위한 밸브와

실린더 내에서 발생한 배기 가스를 밖에 놓치기 위한 배기 밸브가 있습니다.

어느 쪽의 변(밸브)도 고온 아래에서 반복 부하가 걸리는 부품입니다.

자동차의 시동을 걸면 정차 중에서도 엔진 회전수는 

약 1000rpm정도를 가리키고 있다고 생각합니다.

 

그 때 하나의 실린더에 대한 각 엔진 밸브는

한회에 500번 여닫기를 반복하고 있습니다.

 

한분 동안 500회로 들으면 얼마나 가혹한 환경에서

사용되고 있는지 모르겠습니다.

고온에서 고속으로 반복되는 부하에 견딜 강도를 확보해야 할 부품으로

인코넬이 사용되고 있습니다.

 

이 엔진 밸브가 파손되면 당연히 엔진은 움직이지 못하게 됩니다.

그만큼 중요한 부품에 인코넬이 사용되고 있습니다.

 

레이싱 카의 머플러로 쓰인다

인코넬은 차의 머플러에 사용되는 경우가 있습니다.

라고 해도 구입한 자동차에 아예 붙어 있는

순정 머플러에 인코넬이 사용되고 있는 것은 거의 없습니다.

 

순정으로 인코넬을 사용한 것은 일부 고급 차와 스포츠 카입니다.

인코넬제의 머플러를 잘 사용하는 것은 레이싱 카입니다.

엔진을 붕붕 돌리고 다른 차와 견주는 것이기 때문에,

발생하는 열량도 높아 일반 차량에 비해 머플러에 상당한 부담이 됩니다.

 

인코넬제라면 내열성이 높기 때문에

티탄 등의 재질의 비교해도 내구성이 뛰어납니다.

티탄 정도 경량에 마감보다는 못하지만, 인코넬도 얇은 가공을 하여

가볍고 좋은 사운드를 연주하는 머플러로 만드는 것도 가능합니다.

내구성과 경량화, 이들을 생각한다면 인코넬은 최적의 소재라고 생각합니다.

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인코넬 용접 가공 등 방법

인코넬의 용접성은 인코넬의 종류에 따라서도 달라집니다.

인코넬 600, 인코넬 625는 비교적 용접성이 좋습니다.

 

그러나, 티타늄이나 몰리브덴 등의 합금 원소를 가해

기계 특성을 향상시킨 잉코 네루 718의 용접성은 나쁩니다.

용접 균열이 발생되기 쉬우므로 용접이 필요한 경우는 방법을 생각할 필요가 있습니다.

일반적으로 저항 용접, 전자 빔 용접 등이 적용되는 경우가 많습니다.

그럼, 인코넬의 용접 방법을 소개합니다.
 
저항 용접(스폿 용접, 심 용접, 프로젝션 용접)
아크 용접(불활성 가스 텅스텐 아아크 용접, 플라스마 용접)
레이저 용접(섬유 레이저 용접, YAG레이저 용접)
열 압착
마찰 압접

등 다양한 방법이 있습니다.

 

재료의 두께와 가공 내용에 따라서도 선택은 달라집니다만, 

상황에 응해서 최적의 수단을 선택하십시오.

 

 

 

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