어닐링, 정규화, 담금질, 템퍼링 및 표면 개질 열처리 후 단조는 열처리 변형을 일으킬 수 있습니다.

변형의 근본 원인은 열처리 시 단조물의 내부응력인데, 즉 열처리 후에도 단조물의 내부응력은 내부와 외부의 온도차와 조직변형의 차이로 인해 잔류하게 된다.

열처리 중 특정 순간에 이 응력이 강의 항복점을 초과하면 단조품의 변형을 유발합니다.

열처리 과정에서 발생하는 내부응력에는 열응력과 상변화응력이 있다.

1. 열 응력
단조품을 가열하고 냉각하면 열팽창과 냉간 수축 현상이 동반됩니다. 단조품의 표면과 중심부가 서로 다른 속도로 가열되거나 냉각되어 온도 차이가 발생하면, 부피의 팽창 또는 수축도 표면과 중심부의 팽창 또는 수축과 다르게 됩니다. 온도 차이로 인한 부피 변화로 인해 발생하는 내부 응력을 열응력이라고 합니다.
열처리 과정에서 단조품의 열응력은 주로 다음과 같이 나타납니다. 단조품이 가열되면 표면 온도가 내부 온도보다 빨리 상승하여 표면 온도가 높고 팽창하고 내부 온도가 낮고 팽창하지 않습니다. 이때 표면 압축 응력과 내부 인장 응력이 발생합니다.
투열요법 후, 심부 온도가 상승하고 단조품이 팽창합니다. 이 시점에서 단조품은 부피 팽창을 보입니다.
공작물 냉각, 표면은 중심부보다 빨리 냉각되어 표면 수축, 중심부의 고온이 수축을 방지, 표면에 인장 응력, 중심부는 압축 응력을 발생시킵니다. 특정 온도까지 냉각되면 표면은 더 이상 수축하지 않고, 중심부는 계속적인 수축으로 냉각이 발생합니다. 표면은 압축 응력을 발생시키는 반면 중심부의 인장 응력, 냉각이 끝난 후에도 단조품 내부에 여전히 존재하는 응력을 잔류 응력이라고 합니다.

2. 상변화 응력

열처리 과정에서 단조품의 질량과 부피는 변해야 하는데, 그 이유는 서로 다른 구조물의 질량과 부피가 다르기 때문입니다.
단조품의 표면과 중심부 사이의 온도 차이로 인해 표면과 중심부 사이의 조직 변형이 시기적절하지 않아 내부와 외부의 질량과 부피 변화가 다를 때 내부 응력이 발생합니다.
조직 변형의 차이로 인해 발생하는 이러한 내부 응력을 상변화 응력이라고 합니다.

강의 기본 조직은 오스테나이트, 펄라이트, 소스테나이트, 트루스타이트, 하이포베이나이트, 템퍼링 마르텐사이트, 마르텐사이트 순으로 질량이 증가합니다.
예를 들어, 단조품을 담금질하고 급냉하면 표면층은 오스테나이트에서 마르텐사이트로 변태하여 체적이 팽창하지만, 중심부는 여전히 오스테나이트 상태를 유지하여 표면층의 팽창을 방해합니다. 결과적으로 단조품 중심부는 인장 응력을 받는 반면, 표면층은 압축 응력을 받게 됩니다.
계속 식으면 표면 온도가 떨어져 더 이상 팽창하지 않지만, 심장의 부피는 마르텐사이트로 변하면서 계속 부풀어 오르기 때문에 표면이 막아서 심장은 압축 응력을 받고, 표면은 인장 응력을 받게 됩니다.
매듭이 식은 후에도 이 응력은 단조품 내부에 남아 잔류 응력이 됩니다.

따라서 담금질과 냉각 과정에서 열응력과 상변화응력은 반대가 되고, 단조물에 남는 두 응력도 반대가 됩니다.
열응력과 상변화응력이 합쳐진 응력을 담금질 내부응력이라고 합니다.
단조품의 잔류 내부 응력이 강의 항복점을 초과하면, 가공물에 소성 변형이 발생하고, 그 결과 단조 변형이 발생합니다.

（출처: 168개 단조품 순）