응고 균열 (Solidification Cracking)
한 줄 정의: 용접이나 주조 시 응고가 진행되는 동안 잔류 액상이 결정립 사이에 남아 있는 상태에서, 수축 응력을 견디지 못하고 갈라지는 고온 균열입니다.
쉽게 풀면
금속이 녹은 상태에서 굳을 때는 완전한 고체도 완전한 액체도 아닌 중간 단계, 즉 고체와 액체가 섞인 반고체 상태(모시 구간, mushy zone)를 거칩니다. 이 단계에서 아직 굳지 않은 얇은 액체막이 결정립 사이에 남아 있는데, 이때 주변이 식으면서 수축하려는 힘이 작용하면 이 약한 액체막 부위가 버티지 못하고 갈라집니다. 이것이 응고 균열이며, 완전히 굳기 전에 발생하기 때문에 고온 균열의 일종으로 분류됩니다.
왜 중요한가
응고 균열은 용접부와 주조품의 가장 흔한 결함 중 하나로, 특히 합금원소가 많고 응고 온도범위가 넓은 재료에서 자주 발생해 용접성과 주조성을 평가하는 핵심 지표로 다뤄집니다. 이를 억제하기 위한 합금 설계와 공정 조건 최적화가 산업적으로 매우 중요합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"Solidification cracking susceptibility was found to increase with a wider solidification temperature range, consistent with the theory of the mushy zone."
응고 온도범위가 넓을수록 응고 균열 감수성이 증가하며, 이는 모시존 이론과 일치한다는 설명입니다.
"Trace addition of grain refiner reduced solidification cracking by promoting a finer, more equiaxed grain structure."
결정립 미세화제를 미량 첨가하여 더 미세하고 등축한 결정립 조직을 촉진함으로써 응고 균열을 줄였다는 내용입니다.
조금 더 깊게 보면
응고 균열은 응고 말기에 잔류 액상의 유동성이 떨어지고 수축 변형률을 액상이 보상해주지 못할 때 주로 발생하며, 응고 온도 범위가 넓거나 결정립이 조대한 주상정 조직일수록 취약합니다. Varestraint 시험이나 자기구속 균열시험 등이 응고 균열 감수성을 평가하는 대표적인 방법입니다.
주의할 점
응고 균열은 용접 금속 자체에서 발생하는 반면, 입계 액화 균열은 주로 모재의 열영향부에서 발생한다는 점에서 발생 위치와 기구가 구분됩니다.