KR102172817B1 - Metal surface treatment method of die steel materials using post-deposition heat treatment - Google Patents

Metal surface treatment method of die steel materials using post-deposition heat treatment Download PDF

Info

Publication number
KR102172817B1
KR102172817B1 KR1020190039901A KR20190039901A KR102172817B1 KR 102172817 B1 KR102172817 B1 KR 102172817B1 KR 1020190039901 A KR1020190039901 A KR 1020190039901A KR 20190039901 A KR20190039901 A KR 20190039901A KR 102172817 B1 KR102172817 B1 KR 102172817B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
base material
target base
surface treatment
metal surface
mold steel
Prior art date
Application number
KR1020190039901A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200117587A (en
Inventor
심도식
Original Assignee
한국해양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국해양대학교 산학협력단 filed Critical 한국해양대학교 산학협력단
Priority to KR1020190039901A priority Critical patent/KR102172817B1/en
Publication of KR20200117587A publication Critical patent/KR20200117587A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102172817B1 publication Critical patent/KR102172817B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342—Build-up welding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

본 발명은 후 증착 열처리(post-deposition heat treatment)를 이용한 금형강 재질의 금속표면처리방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 레이저 용융 적층 기술과 후 증착 열처리 기법을 동시에 수행함으로써 대상모재인 금형강 재질의 표면을 강화시키고, 금형강 분말과의 강화층의 강화 입자가 균일하며 우수한 경도, 마모성 및 인성을 나타낼 수 있는 금형강 재질의 금속표면처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a metal surface treatment method of a mold steel material using a post-deposition heat treatment, and more specifically, a laser melt lamination technique and a post-deposition heat treatment technique are performed at the same time. It relates to a metal surface treatment method of a mold steel material capable of reinforcing the surface, uniform reinforcing particles of the reinforcing layer with the mold steel powder, and exhibiting excellent hardness, abrasion and toughness.

Description

후 증착 열처리를 이용한 금형강 재질의 금속표면처리방법 {Metal surface treatment method of die steel materials using post-deposition heat treatment}Metal surface treatment method of die steel materials using post-deposition heat treatment}

본 발명은 후 증착 열처리(post-deposition heat treatment)를 이용한 금형강 재질의 금속표면처리방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 레이저 용융 적층 기술과 후 증착 열처리 기법을 수행함으로써 대상모재인 금형강 재질의 표면을 강화시키고, 금형강 분말과의 강화층의 강화 입자가 균일하며 우수한 경도, 마모성 및 인성을 나타낼 수 있는 금형강 재질의 금속표면처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a metal surface treatment method of a mold steel material using a post-deposition heat treatment, and more specifically, a surface of a mold steel material as a target base material by performing a laser melt lamination technique and a post deposition heat treatment technique. And reinforcing particles of the reinforcing layer with the mold steel powder are uniform, and it relates to a metal surface treatment method of a mold steel material capable of exhibiting excellent hardness, abrasion and toughness.

최근에는 다양한 산업 분야에서 금속의 표면을 강화시키거나, 특수한 특성을 나타내기 위해 표면 처리하는 방법이 널리 사용되고 있다.In recent years, in various industrial fields, methods of surface treatment have been widely used to reinforce the surface of metals or to exhibit special properties.

종래의 금속표면처리방법의 경우, 모재에 특정 가스를 주입하여 처리층을 증착하거나, 또는 소정의 표면처리 소재를 콜드 스프레이 방식을 이용하여 모재의 표면에 부착시키는 등의 다양한 방법이 이용되고 있다.In the case of a conventional metal surface treatment method, various methods such as depositing a treatment layer by injecting a specific gas into the base material or attaching a predetermined surface treatment material to the surface of the base material using a cold spray method are used.

하지만, 이와 같은 종래의 금속표면처리방법의 경우, 처리층과 모재의 표면 간의 부착력이 크게 떨어지게 되며, 이에 따라 처리층이 분리 및 탈락되는 현상이 잦은 빈도로 발생하게 되는 문제점이 나타나고 있다.However, in the case of such a conventional metal surface treatment method, the adhesion force between the treatment layer and the surface of the base material decreases significantly, and thus, the phenomenon in which the treatment layer is separated and detached occurs frequently occurs.

뿐만 아니라, 종래의 금속표면처리방법은 모재의 형상이 평면 또는 극히 단순한 형태일 경우일 때 그 효과가 현저하게 나타나며, 모재의 형상이 불규칙적이거나 복잡한 경우에는 큰 효과를 볼 수 없다는 문제가 있었다. 또는 표면처리장치의 특성 상 불규칙하거나 복잡한 형상을 가지는 모재의 표면처리를 수행하는 것이 아예 불가능한 경우도 있어, 모재의 수명이 크게 떨어지는 문제도 있었다.In addition, the conventional metal surface treatment method has a problem that the effect is remarkable when the shape of the base material is flat or extremely simple, and when the shape of the base material is irregular or complex, there is a problem that a great effect cannot be seen. Alternatively, due to the characteristics of the surface treatment apparatus, it may be impossible to perform the surface treatment of the base material having an irregular or complex shape, and thus there is a problem that the life of the base material is greatly reduced.

특히, 상기 모재가 프레스, 단조 공정 등에 사용되는 금형과 같이 잦은 충격과 외력이 가해지는 제품인 경우, 비용 대비 수명이 매우 짧아져 유지, 보수에 소요되는 비용이 증가하게 되는 문제가 있다.In particular, when the base material is a product to which frequent impacts and external forces are applied, such as a mold used in a press or forging process, there is a problem that the lifespan is very short compared to the cost, and thus the cost required for maintenance and repair is increased.

따라서, 전술한 문제점을 보완하기 위해 본 발명가들은 금형강 재질의 금속표면처리방법의 개발이 시급하다 인식하여, 본 발명을 완성하였다.Therefore, in order to compensate for the above-described problems, the present inventors recognized that the development of a metal surface treatment method of a mold steel material is urgent, and the present invention was completed.

대한민국 등록특허공보 제10-1820719호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1820719 대한민국 등록특허공보 제10-1596804호Korean Registered Patent Publication No. 10-1596804 대한민국 공개특호공보 제10-2004-0105617호Republic of Korea Special Publication No. 10-2004-0105617

본 발명의 목적은 모재의 형상이 불규칙적이고 복잡한 경우에도 표면처리를 용이하게 수행할 수 있도록 하는 금속표면처리방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a metal surface treatment method capable of easily performing surface treatment even when the shape of the base material is irregular and complex.

본 발명의 다른 목적은 표면처리에 의해 형성된 강화층에 의해 대상모재의 강도 및 마모성을 현저하게 증가시키는 동시에, 강화층의 부착력을 크게 향상시킬 수 있도록 하는 금속표면처리방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a metal surface treatment method capable of remarkably increasing the strength and abrasion properties of a target base material by a reinforcing layer formed by surface treatment, and at the same time greatly improving the adhesion of the reinforcing layer.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 우수한 경도, 마모성 및 인성을 나타낼 수 있는 후 증착 열처리를 이용한 금형강 재질의 금속표면처리방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a metal surface treatment method of a mold steel material using a post-deposition heat treatment capable of showing excellent hardness, abrasion and toughness.

이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present specification will be described in more detail.

본 발명은 하기의 단계를 포함하는 증착 열처리를 이용한 금형강 재질의 금속표면처리방법을 제공한다.The present invention provides a metal surface treatment method of a mold steel material using a vapor deposition heat treatment comprising the following steps.

(S1) 고주파 유도 가열 장치에 의해 300 내지 500 ℃로 예열된 대상모재의 강화영역에 강화용 금속 분말을 공급하는 단계; (S1) supplying a reinforcing metal powder to a reinforcing region of the target base material preheated to 300 to 500° C. by a high frequency induction heating device;

(S2) 상기 대상모재의 강화영역에 레이저를 조사하여 상기 강화영역의 표면 및 상기 강화용 금속 분말을 용융시키고, 상기 대상모재에 강화층을 형성하기 위한 레이저 용융 적층 기술이 수행되는 단계; 및(S2) performing a laser melt lamination technique to melt the surface of the reinforcement region and the metal powder for reinforcement by irradiating a laser on the reinforced region of the target base material, and to form a reinforcement layer on the target base material; And

(S3) 상기 강화층에 후 증착 열처리(post-deposition heat treatment)를 수행하는 단계.(S3) performing a post-deposition heat treatment on the reinforcement layer.

본 발명에 있어서, 상기 대상모재는 하기 [표 1]의 조성으로 구성된 금형강 재질인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the target base material is characterized in that the mold steel material composed of the composition of the following [Table 1].

[표 1][Table 1]

Figure 112019034988196-pat00001
Figure 112019034988196-pat00001

본 발명에 있어서, 상기 강화용 금속 분말은 하기 [표 2]의 조성으로 구성된 혼합 분말인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the reinforcing metal powder is characterized in that it is a mixed powder composed of the composition of the following [Table 2].

[표 2][Table 2]

Figure 112019034988196-pat00002
Figure 112019034988196-pat00002

본 발명에 있어서, 상기 (S2) 단계에서 수행되는 레이저 용융 적층 기술이 수행하기 위한 레이저 조사 조건은 하기 [표 3]인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the laser irradiation conditions for the laser melt lamination technique performed in step (S2) are characterized in that the following [Table 3].

[표 3][Table 3]

Figure 112019034988196-pat00003
Figure 112019034988196-pat00003

본 발명에 있어서, 상기 (S3) 단계에서 수행되는 후 증착 열처리는 ??칭(quenching) 및 템퍼링(tempering)에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the deposition heat treatment after being performed in the step (S3) is characterized in that it is performed by quenching and tempering.

본 발명에 있어서, 상기 ??칭은 하기의 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the quenching is characterized by consisting of the following steps.

(A1) 830 내지 880 ℃에서 1 내지 5시간 동안 가열하는 단계;(A1) heating at 830 to 880° C. for 1 to 5 hours;

(A2) 1050 내지 1100 ℃로 오스테나이징(Austenitizing)을 수행하고, 60 내지 150분 동안 유지하는 단계; 및 (A2) performing austenitizing at 1050 to 1100° C. and holding for 60 to 150 minutes; And

(A3) 2 내지 5 bar의 질소 환경 하에, 급속 냉각을 수행하는 단계.(A3) Performing rapid cooling in a nitrogen environment of 2 to 5 bar.

본 발명에 있어서, 상기 템퍼링은 하기의 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the tempering is characterized in that it consists of the following steps.

(B1A) 상기 ??칭이 완료된 후, 상기 대상모재를 500 내지 550 ℃에서 1 내지 3시간 동안 유지하는 단계; 및(B1A) after the quenching is completed, maintaining the target base material at 500 to 550° C. for 1 to 3 hours; And

(B1B) 상기 (B1A) 단계 완료 후, 상기 대상모재를 대기 중에서 냉각시키는 과정을 3회 반복하여 마모성을 향상시키는 단계.(B1B) After completing the step (B1A), the process of cooling the target base material in the atmosphere is repeated three times to improve abrasion.

또는, 상기 템퍼링은 하기의 단계로도 구성될 수 있다.Alternatively, the tempering may also consist of the following steps.

(B2A) 상기 ??칭이 완료된 후, 상기 대상모재를 520 내지 580 ℃로 1 내지 3시간 동안 가열하는 단계; 및(B2A) heating the target base material to 520 to 580° C. for 1 to 3 hours after the quenching is completed; And

(B2B) 상기 (B2A) 단계 완료 후, 상기 대상모재를 대기 중에 냉각 시키는 과정을 2회 반복하여 인성을 향상시키는 단계.(B2B) After completing the step (B2A), the process of cooling the target base material in the atmosphere is repeated twice to improve toughness.

본 발명에 있어서, 상기 템퍼링이 완료된 후의 경도는 60 내지 70 HRc인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the hardness after the tempering is completed is characterized in that 60 to 70 HRc.

본 발명에 있어서, 상기 (S3) 단계의 후 증착 열처리를 통해 상기 강화층의 무게 감소율(mg)이 1.00 mg 미만인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the weight reduction ratio (mg) of the reinforcement layer is less than 1.00 mg through the deposition heat treatment after the step (S3).

본 발명의 금형강 재질의 금속표면처리방법은 대상모재의 형상이 불규칙적이고 복잡한 경우에도 표면처리를 용이하고 정밀하게 수행할 수 있고, 표면처리에 의해 형성된 강화층에 의해 모재의 강도가 크게 증가시킬 수 있다.The metal surface treatment method of the mold steel material of the present invention can easily and accurately perform surface treatment even when the shape of the target base material is irregular and complex, and the strength of the base material can be greatly increased by the reinforcing layer formed by the surface treatment. I can.

또한, 본 발명의 금형강 재질의 금속표면처리방법은 강화용 금속분말과 대상모재의 표면을 함께 용융시키게 되므로, 표면처리에 의해 형성된 강화층의 부착력을 크게 향상시킬 수 있으며, 대상모재의 마모성을 향상시켜 탈락되는 부산물을 현저히 감소시킬 수 있다.In addition, since the metal surface treatment method of the mold steel material of the present invention melts the metal powder for reinforcement and the surface of the target base material together, it is possible to greatly improve the adhesion of the reinforcing layer formed by the surface treatment, and the abrasion property of the target base material. By improving it, it is possible to significantly reduce by-products that are dropped out.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 금속표면처리방법의 흐름을 대략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 이용된 금속 분말의 SEM 이미지이다.
도 3은 레이저 용융 적층 장치를 이용한 본 발명의 금속표면처리방법을 대략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4는 발명의 금속표면처리방법에 의해 형성된 강화층의 분말 X-선 회절 패턴(XRD patten)이다.
도 5는 마모 및 경도 테스트를 수행하기 위해 제작된 시편을 나타낸 사진이다.
도 6은 실험예 2에서 수행한 마모 및 경도 테스트를 수행한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실험예 2에서 수행한 마모 및 경도 테스트를 (a) 대상모재, (b) 비교예 1 및 (c) 실시예 1 수행한 결과를 나타낸 SME 이미지이다.
도 8은 실험예 3에서 수행한 인성(toughness) 테스트를 대상모재와 실시예 1에 수행한 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a block diagram schematically showing the flow of the metal surface treatment method of the present invention.
2 is an SEM image of the metal powder used in the present invention.
3 is a schematic diagram schematically showing a metal surface treatment method of the present invention using a laser melt lamination device.
4 is a powder X-ray diffraction pattern (XRD patten) of the reinforcement layer formed by the metal surface treatment method of the present invention.
5 is a photograph showing a specimen manufactured to perform a wear and hardness test.
6 is a graph showing the results of performing the wear and hardness tests performed in Experimental Example 2.
7 is an SME image showing the results of performing the abrasion and hardness tests performed in Experimental Example 2 (a) a target base material, (b) Comparative Examples 1 and (c) Example 1.
8 is a graph showing a result of performing a toughness test performed in Experimental Example 3 on a target base material and Example 1. FIG.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.Terms used in the present specification have selected general terms that are currently widely used as possible while considering functions in the present invention, but this may vary depending on the intention or precedent of a technician working in the field, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

수치 범위는 상기 범위에 정의된 수치를 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최대의 수치 제한은 낮은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼 모든 더 낮은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최소의 수치 제한은 더 높은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼 모든 더 높은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 수치 제한은 더 좁은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼, 더 넓은 수치 범위 내의 더 좋은 모든 수치 범위를 포함할 것이다.The numerical range includes the numerical values defined in the above range. All maximum numerical limits given throughout this specification include all lower numerical limits as if the lower numerical limits were expressly written. All minimum numerical limits given throughout this specification are inclusive of all higher numerical limits as if the higher numerical limits were expressly written. All numerical limits given throughout this specification will include all better numerical ranges within the wider numerical range, as if the narrower numerical limits were expressly written.

이하, 본 발명의 실시예를 상세히 기술하나, 하기 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 아니함은 자명하다.Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail, but it is obvious that the present invention is not limited by the following examples.

도 1은 본 발명의 금속표면처리방법의 흐름을 대략적으로 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing the flow of the metal surface treatment method of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는 증착 열처리를 이용한 금형강 재질의 금속표면처리방법을 제공한다.As shown in Figure 1, the present invention provides a metal surface treatment method of a mold steel material using a vapor deposition heat treatment including the following steps.

(S1) 고주파 유도 가열 장치에 의해 300 내지 500 ℃로 예열된 대상모재의 강화영역에 강화용 금속 분말을 공급하는 단계; (S1) supplying a reinforcing metal powder to a reinforcing region of the target base material preheated to 300 to 500° C. by a high frequency induction heating device;

(S2) 상기 대상모재의 강화영역에 레이저를 조사하여 상기 강화영역의 표면 및 상기 강화용 금속 분말을 용융시키고, 상기 대상모재에 강화층을 형성하기 위한 레이저 용융 적층 기술이 수행되는 단계; 및(S2) performing a laser melt lamination technique to melt the surface of the reinforcement region and the metal powder for reinforcement by irradiating a laser on the reinforced region of the target base material, and to form a reinforcement layer on the target base material; And

(S3) 상기 강화층에 후 증착 열처리(post-deposition heat treatment)를 수행하는 단계.(S3) performing a post-deposition heat treatment on the reinforcement layer.

본 발명에서 사용된 용어 “포함”이란, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.The term “including” used in the present invention means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise specified.

이하에서는 상기와 같은 각 과정들에 대해 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, each of the above processes will be described in detail.

본 발명에 있어서, 상기 (S1) 단계는 고주파 유도 가열 장치에 의해 300 내지 500 ℃로 예열된 대상모재의 강화영역에 강화용 금속 분말을 공급하는 단계;이다.In the present invention, the step (S1) is a step of supplying the reinforcing metal powder to the reinforcing region of the target base material preheated to 300 to 500 °C by a high frequency induction heating device.

상기 고주파 유도 가열 장치는 상기 대상모재를 예열하면서 레이저 용융 적층 기술을 수행하기 위한 레이저 용융 적층 장비의 대상모재 하부면에 부착되어 상기 대상모재를 예열시킬 수 있다.The high frequency induction heating device may be attached to a lower surface of a target base material of a laser melt lamination equipment for performing a laser fusion lamination technique while preheating the target base material to preheat the target base material.

도 2는 본 발명에 이용된 금속 분말의 SEM 이미지로, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 금속 분말은 돌기가 형성된 50 내지 150 ㎛의 직경을 갖는 구형 입자이다.FIG. 2 is an SEM image of the metal powder used in the present invention. As shown in FIG. 2, the metal powder is spherical particles having a diameter of 50 to 150 μm in which projections are formed.

상기 강화영역은 상기 대상모재의 전체 표면 중 강화시키고자 하는 영역을 의미하며, 상기 강화영역은 상기 대상모재의 표면 전체일 수도 있고, 또는 목적에 따라 상기 대상모재의 전체 표면 중 일부 면적이 될 수도 있다.The reinforcement area means an area to be strengthened among the entire surface of the target base material, and the reinforcement area may be the entire surface of the target base material, or may be a partial area of the entire surface of the target base material depending on the purpose. have.

상기 대상모재는 하기 [표 1]의 조성으로 구성된 금형강 재질이다.The target base material is a mold steel material composed of the composition shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure 112019034988196-pat00004
Figure 112019034988196-pat00004

상기 대상모재는 탄소(C), 규소(Si), 인(P), 황(S), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 및 바나듐(V)으로 구성되는 금형강이다.The target base material is composed of carbon (C), silicon (Si), phosphorus (P), sulfur (S), nickel (Ni), chromium (Cr), molybdenum (Mo), copper (Cu) and vanadium (V). It is a mold steel.

또한, 상기 강화용 금속 분말은 하기 [표 2]의 조성으로 구성된 혼합 분말이다.In addition, the metal powder for reinforcement is a mixed powder composed of the composition of the following [Table 2].

[표 2][Table 2]

Figure 112019034988196-pat00005
Figure 112019034988196-pat00005

상기 금속 분말은 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V) 및 텅스텐(W)으로 구성되는 금속 분말 혼합물이다.The metal powder is a metal powder mixture composed of carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), chromium (Cr), molybdenum (Mo), vanadium (V) and tungsten (W).

본 발명에 있어서, 상기 (S2) 단계는 상기 대상모재의 강화영역에 레이저를 조사하여 상기 강화영역의 표면 및 상기 강화용 금속 분말을 용융시키고, 상기 대상모재에 강화층을 형성하기 위한 레이저 용융 적층 기술이 수행되는 단계;이다.In the present invention, in the step (S2), a laser is irradiated to the reinforced region of the target base material to melt the surface of the reinforced region and the metal powder for reinforcement, and a laser melt lamination for forming a reinforcing layer on the target base material The stage in which the technique is performed; is.

상기 강화영역의 표면 및 상기 금속 분말이 함께 용융되며, 이후 상기 대상모재에 상기 금속 분말이 혼합된 강화층이 형성된다. 즉 본 발명의 경우, 금속 분말뿐 아니라 대상모재의 표면이 함께 용융되므로 표면강화에 의해 형성된 강화층의 부착력을 크게 향상시킬 수 있게 된다.The surface of the reinforcement region and the metal powder are melted together, and a reinforcement layer in which the metal powder is mixed is formed on the target base material. That is, in the case of the present invention, since the surface of the target base material as well as the metal powder is melted together, the adhesion of the reinforcing layer formed by surface reinforcement can be greatly improved.

또한, 상기 금속분말의 공급은 상기 (S2) 단계에서 수행되는 레이저 조사와 동시에 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 금속 분말을 상기 대상모재)의 강화영역에 실시간으로 공급하면서 레이저 조사를 수행하게 된다.In addition, the supply of the metal powder may be performed simultaneously with the laser irradiation performed in step (S2). More specifically, laser irradiation is performed while supplying the metal powder to the reinforced region of the target base material) in real time.

도 3은 레이저 용융 적층 장치를 이용한 본 발명의 금속표면처리방법을 대략적으로 나타낸 모식도이다.3 is a schematic diagram schematically showing a metal surface treatment method of the present invention using a laser melt lamination device.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 용융 적층 기술((Direct Energy Deposition, DED)을 수행하기 위해 이용된 상기 레이저 용융 적층 장치는 4 kW의 CO2 레이저 발진부(4 kW CO2 Laser oscillator), 분말 호퍼부(powder hopper) 및 가스 공급부로 구성되어 있으며, 상기 구성은 메인 컨트롤 유닛(main control unit)에 의해 제어된다. 상기 4 kW의 CO2 레이저 발진부는 상기 대상모재와 금속 분말에 조사되는 레이저 발생부를 의미하며, 상기 분말 호퍼는 상기 금속 분말이 공급되는 경로이며, 상기 가스 공급부는 상기 호퍼에서 공급된 금속 분말의 공급을 원활히 하고 강화층 형성 중 불순물 유입 방지를 위한 가스를 공급하기 위한 구성이다.As shown in Figure 3, the laser melt lamination device used to perform the laser melt lamination technique (Direct Energy Deposition, DED) is a 4 kW CO 2 laser oscillator (4 kW CO 2 Laser oscillator), powder Consists of a hopper part and a gas supply part, the configuration is controlled by a main control unit The 4 kW CO 2 laser oscillation part generates a laser irradiated to the target base material and metal powder. It means wealth, and the powder hopper is a path through which the metal powder is supplied, and the gas supply unit is configured to smoothly supply the metal powder supplied from the hopper and to supply gas for preventing impurities from entering during the formation of the reinforcing layer.

상기 레이저 용융 적층 장치는 상기 대상모재의 형상이 불규칙하고 복잡한 경우에도 정밀하고, 용이하게 제어가 가능하다.The laser melt lamination device can be precisely and easily controlled even when the shape of the target base material is irregular and complex.

상기 (S2) 단계에서 수행되는 레이저 용융 적층 장치의 레이저 조사 조건은 하기 [표 3]이다.The laser irradiation conditions of the laser melt lamination apparatus performed in step (S2) are shown in Table 3 below.

[표 3][Table 3]

Figure 112019034988196-pat00006
Figure 112019034988196-pat00006

상기 예열 온도는 상기 대상모재의 예열 온도를 의미한다. 상기 예열 온도가 300 ℃ 미만일 경우 적층부와 모재 사이의 경계면에서 균열 발생 문제점이 발생할 수 있으며, 500 ℃ 초과하는 온도범위이면 적층소재의 경도 감소 문제점이 발생할 수 있으므로, 상기 대상모재의 예열 온도는 300 내지 500 ℃가 가장 바람직하다. The preheating temperature means the preheating temperature of the target base material. If the preheating temperature is less than 300°C, cracks may occur at the interface between the laminated part and the base material, and if the temperature range exceeds 500°C, a problem of reducing the hardness of the laminated material may occur, so the preheating temperature of the target base material is 300 To 500°C is most preferred.

상기 레이저 출력(laser power)은 상기 레이저 용융 적층 장치에서 조사되는 레이저 빔을 의미하며, 800 내지 900 W가 바람직하다.The laser power refers to a laser beam irradiated by the laser melt lamination device, and 800 to 900 W is preferable.

상기 스캔 속도(scanning speed)는 상기 레이저 용융 적층 장치에서 레이저와 금속 분말을 분사하는 노즐의 이송 속도를 의미하며, 850 mm/min이 가장 바람직하다.The scanning speed refers to a feed speed of a nozzle for spraying a laser and metal powder in the laser melt lamination device, and 850 mm/min is most preferred.

상기 분말 공급 속도(powder feed rate)는 상기 대상모재에 공급되는 상기 금속 분말의 공급 속도를 의미하며, 5 g/min이 가장 바람직하다.The powder feed rate refers to a supply rate of the metal powder supplied to the target base material, and 5 g/min is most preferred.

상기 분말 가스 공급량은 상기 분말 호퍼에 의해 공급되는 금속 분말의 공급을 원활히 하기 위한 가스의 공급량을 의미하며, 2.5 ℓ/min이 가장 바람직하다. 또한, 상기 분말 가스는 아르곤 가스이다.The powder gas supply amount refers to a supply amount of gas for smoothly supplying the metal powder supplied by the powder hopper, and 2.5 ℓ/min is most preferred. Further, the powder gas is argon gas.

상기 동축 가스 공급량은 상기 강화층 형성 중 불순물의 유입을 방지하기 위한 가스의 공급량을 의미하며, 8 ℓ/min이 가장 바람직하다. 또한, 상기 분말 가스는 아르곤 가스이다.The supply amount of the coaxial gas refers to an amount of gas supplied to prevent the introduction of impurities during the formation of the reinforcement layer, and is most preferably 8 L/min. Further, the powder gas is argon gas.

상기 슬라이싱 두께(Slicing layer height)는 적층되는 하나의 층의 높이를 의미하며, 0.25 mm인 것이 가장 바람직하다.The slicing layer height means the height of one layer to be stacked, and is most preferably 0.25 mm.

상기 오버랩 두께(Overlap width)는 적층 트랙 간의 겹침 정도를 의미하며, 0.5 mm인 것이 가장 바람직하다.The overlap width refers to the degree of overlap between stacked tracks, and is most preferably 0.5 mm.

본 발명에 있어서, 상기 (S3) 단계는 상기 강화층에 후 증착 열처리(post-deposition heat treatment)를 수행하는 단계;이다.In the present invention, the step (S3) is a step of performing a post-deposition heat treatment on the reinforcement layer.

상기 (S3) 단계에서 수행되는 후 증착 열처리는 ??칭(quenching) 및 템퍼링(tempering)에 의해 수행된다.After the deposition heat treatment is performed in the step (S3), it is performed by quenching and tempering.

상기 ??칭은 금형강을 고온으로 가열하고, 급냉(수냉 또는 유냉)함으로써 금속표면처리된 금형강의 경도를 향상시키기 위해 수행되는 열처리 반응을 의미한다.The quenching refers to a heat treatment reaction performed to improve the hardness of the metal surface-treated mold steel by heating the mold steel to a high temperature and rapidly cooling (water cooling or oil cooling).

상기 템퍼링은 상기 ??칭을 수행함으로 발생할 수 있는 취성(brittleness)을 방지하기 위해, 금속표면처리된 금형강을 부드럽고 강하게, 즉 인성을 향상시키기 위해 수행되는 열처리 반응을 의미한다.The tempering refers to a heat treatment reaction performed to soften and strengthen the metal surface-treated mold steel, that is, to improve toughness in order to prevent brittleness that may occur by performing the quenching.

본 발명에 있어서, 상기 ??칭은 하기의 단계로 구성될 수 있다.In the present invention, the quenching may consist of the following steps.

(A1) 상기 (S2) 단계에 의해 강화층이 형성된 대상모재를 830 내지 880 ℃에서 1 내지 5시간 동안 가열하는 단계;(A1) heating the target base material on which the reinforcing layer is formed by the step (S2) at 830 to 880° C. for 1 to 5 hours;

(A2) 상기 (A1) 단계 완료 후, 상기 대상모재를 1050 내지 1100 ℃로 오스테나이징(Austenitizing)을 수행하고, 60 내지 150분 동안 유지하는 단계; 및 (A2) after completion of step (A1), performing austenitizing of the target base material at 1050 to 1100° C. and maintaining for 60 to 150 minutes; And

(A3) 상기 (A2) 단계 완료 후, 상기 대상모재를 2 내지 5 bar의 질소 환경 하에, 급속 냉각을 수행하는 단계.(A3) After completing the step (A2), performing rapid cooling of the target base material in a nitrogen environment of 2 to 5 bar.

본 발명에 있어서, 상기 템퍼링은 하기의 단계로 구성될 수 있다.In the present invention, the tempering may consist of the following steps.

(B1A) 상기 ??칭이 완료된 후, 상기 대상모재를 500 내지 550 ℃에서 1 내지 3시간 동안 유지하는 단계; 및(B1A) after the quenching is completed, maintaining the target base material at 500 to 550° C. for 1 to 3 hours; And

(B1B) 상기 (B1A) 단계 완료 후, 상기 대상모재를 대기 중에서 냉각시키는 과정을 3회 반복하여 마모성을 향상시키는 단계..(B1B) After completing the step (B1A), the process of cooling the target base material in the atmosphere is repeated three times to improve abrasion..

또한, 상기 템퍼링은 하기의 단계로도 구성될 수 있다.In addition, the tempering may also consist of the following steps.

(B2A) 상기 ??칭이 완료된 후, 상기 대상모재를 520 내지 580 ℃로 1 내지 3시간 동안 가열하는 단계; 및(B2A) heating the target base material to 520 to 580° C. for 1 to 3 hours after the quenching is completed; And

(B2B) 상기 (B2A) 단계 완료 후, 상기 대상모재를 대기 중에 냉각 시키는 과정을 2회 반복하여 인성을 향상시키는 단계.(B2B) After completing the step (B2A), the process of cooling the target base material in the atmosphere is repeated twice to improve toughness.

상기 템퍼링은 대상모재의 마모성 또는 인성에 대한 각각의 특성에 따라 선택적으로 수행할 수 있다. The tempering may be selectively performed according to respective characteristics of the abrasion or toughness of the target base material.

본 발명에 있어서, 상기 ??칭 및 템퍼링이 완료된 후의 경도는 60 내지 70 HRc이다.In the present invention, the hardness after the quenching and tempering is completed is 60 to 70 HRc.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the implementation of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present invention, a description of a function or configuration that is already known will be omitted in order to clarify the gist of the present invention.

실시예 1, 후 증착 열처리를 이용한 금형강 재질의 금속표면처리Example 1, metal surface treatment of mold steel material using post-deposition heat treatment

고주파 유도 가열 장치에 의해 350 ℃로 예열된 대상모재의 강화영역에 강화용 금속 분말을 공급하고, 상기 대상모재의 강화영역에 레이저를 조사하여 상기 강화영역의 표면 및 상기 강화용 금속 분말을 용융시키고, 상기 대상모재에 강화층을 형성하기 위한 레이저 용융 적층 기술이 수행하였고, 최종적으로 상기 강화층에 ??칭(quenching) 및 템퍼링(tempering)을 통한 후 증착 열처리(post-deposition heat treatment)를 수행하여 대상모대의 금속 표면을 처리하였다. 상기 대상모재는 상기 [표 1]의 조성으로 구성되었으며, 상기 금속 분말은 상기 [표 2]의 조성으로 구성되었고, 상기 실시예 1에 이용된 레이저 용융 적층 조건은 하기 [표 4]와 같다.The reinforcing metal powder is supplied to the reinforcing region of the target base material preheated to 350° C. by a high frequency induction heating device, and a laser is irradiated to the reinforcing region of the target base material to melt the surface of the reinforcing region and the reinforcing metal powder. , A laser melt lamination technology for forming a reinforcement layer on the target base material was performed, and finally, a post-deposition heat treatment is performed on the reinforcement layer through quenching and tempering. Then, the metal surface of the target base was treated. The target base material was composed of the composition of [Table 1], the metal powder was composed of the composition of [Table 2], and the laser melt lamination conditions used in Example 1 are shown in [Table 4] below.

[표 4][Table 4]

Figure 112019034988196-pat00007
Figure 112019034988196-pat00007

비교예 1, 후 증착 열처리를 수행하지 않은 금형강 재질의 금속표면처리Comparative Example 1, metal surface treatment of mold steel material without post-deposition heat treatment

고주파 유도 가열 장치에 의해 350 ℃로 예열된 대상모재의 강화영역에 강화용 금속 분말을 공급하고, 상기 대상모재의 강화영역에 레이저를 조사하여 상기 강화영역의 표면 및 상기 강화용 금속 분말을 용융시키고, 상기 대상모재에 강화층을 형성하기 위한 레이저 용융 적층 기술이 수행하였다. 상기 대상모재는 상기 [표 1]의 조성으로 구성되었으며, 상기 금속 분말은 상기 [표 2]의 조성으로 구성되었고, 상기 비교예 1에 이용된 레이저 용융 적층 조건은 상기 [표 4]와 같다.The reinforcing metal powder is supplied to the reinforcing region of the target base material preheated to 350° C. by a high frequency induction heating device, and a laser is irradiated to the reinforcing region of the target base material to melt the surface of the reinforcing region and the reinforcing metal powder. , A laser melt lamination technique for forming a reinforcing layer on the target base material was performed. The target base material was composed of the composition of [Table 1], the metal powder was composed of the composition of [Table 2], and the laser melt lamination conditions used in Comparative Example 1 are as shown in [Table 4].

실험예 1. 분말 X-선 회절 패턴(XRD patten) 확인Experimental Example 1. Powder X-ray diffraction pattern (XRD patten) confirmation

강화층이 형성된 부분의 탄화물 및 결정 구조를 확인하기 위해, 상기 강화층이 형성된 단면에 X-선을 조사하여 XRD 분석을 수행하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.In order to confirm the carbide and crystal structure of the portion in which the reinforcement layer is formed, XRD analysis was performed by irradiating X-rays on the cross section in which the reinforcement layer was formed, and the results are shown in FIG. 7.

도 4를 참조하면, (a) 비교예 1의 강화층에 대한 X-선 회절 패턴과 (b) 실시예 1의 강화층에 대한 X-선 회절 패턴을 비교하여, 후 열처리로 인해 오스테나이트(γ) 분율이 감소되고, 대상모재에 의해 마르텐사이트(α) 분율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 실온으로 오스테나이트(γ) 상태에서 급냉될 때, 탄소가 확산되기 충분한 시간이 없기 때문으로 판단되며, 결과적으로 탄소는 마르텐사이트(α) 상태로 유지되고, 강화된 층의 잔류 오스테나이트(γ)는 ??칭에 의해 마르텐사이트(α)로 바뀌게 되는 것이다.Referring to FIG. 4, (a) an X-ray diffraction pattern for the reinforcement layer of Comparative Example 1 and (b) an X-ray diffraction pattern for the reinforcement layer of Example 1 were compared, and austenite ( It can be seen that the γ) fraction is decreased, and the martensite (α) fraction is increased by the target base material. This is considered to be because there is not enough time for carbon to diffuse when rapidly cooled in austenite (γ) state to room temperature, and as a result, carbon remains in the martensite (α) state, and residual austenite (γ) in the strengthened layer ) Is to be converted to martensite (α) by ??ching.

실험예 2. 마모 및 경도 테스트Experimental Example 2. Wear and hardness test

본 발명에 의해 금속표면처리된 금형강의 마모 및 경도 특성을 확인하기 위해 하기의 실험을 수행하였다. 참고로, 도 5는 마모 및 경도 테스트를 수행하기 위해 제작된 시편의 모습이며, 본 테스트에 사용되는 각 시편의 표면처리 공정 조건은 하기 [표 5]와 같다.The following experiment was performed to confirm the wear and hardness characteristics of the metal surface-treated mold steel according to the present invention. For reference, FIG. 5 is a view of a specimen manufactured to perform a wear and hardness test, and the surface treatment process conditions of each specimen used in this test are shown in Table 5 below.

[표 5][Table 5]

Figure 112019034988196-pat00008
Figure 112019034988196-pat00008

마모 테스트의 경우, 시편에 형성된 홈을 마모시험기의 안착부에 장착한 후 1.5kg의 추를 이용하여 하중을 가하는 방식으로 이루어지며, 마모시험 후 무게 감소율을 비교하였다. 그리고 경도 테스트의 경우, 경도 시험기에 시편을 안착시킨 뒤 경도를 측정하였으며, 그 단위는 HRC 표기법으로 표기하였으며, 그 결과를 도 6 및 도 7에 나타내었다.In the abrasion test, the groove formed in the specimen was mounted on the seating part of the abrasion tester, and a load was applied using a weight of 1.5 kg, and the weight reduction rate after the abrasion test was compared. And, in the case of the hardness test, the hardness was measured after mounting the specimen on the hardness tester, and the unit was expressed in HRC notation, and the results are shown in FIGS. 6 and 7.

도 6 및 도 7를 참조하면, 대상모재만을 마모 테스트하였을 때 3.7 mg의 무게 감소율을 나타내었고 맘 테스트 시편에 940 ㎛의 홈이 생성된 것을 확인하였다. 또한, 비교예 1을 마모 테스트하였을 때 2.4 mg의 무게 감소율이 발생하였고 365 ㎛의 흠이 생성되었다. 반면, 실시예 1의 경우 0.67 mg의 무게 감소율만을 나타내었고 마모 테스트 시편에도 296 ㎛만의 홈만 생성되었다. 또한, 비교예 1을 경도 테스트하였을 때 55 HRC 경도를 나타내는 반면, 실시예 1의 경우 60 HRC의 경도로 비교예 1과 비교하여 유의미하게 향상되는 것을 확인하였다. Referring to FIGS. 6 and 7, when only the target base material was subjected to abrasion test, a weight reduction rate of 3.7 mg was shown, and it was confirmed that a groove of 940 μm was generated in the mom test specimen. In addition, when the abrasion test of Comparative Example 1 was performed, a weight reduction rate of 2.4 mg occurred and a flaw of 365 μm was generated. On the other hand, in the case of Example 1, only the weight reduction rate of 0.67 mg was shown, and only 296 μm grooves were generated in the wear test specimen. In addition, when the hardness test of Comparative Example 1 showed 55 HRC hardness, it was confirmed that the hardness of Example 1 was significantly improved compared to Comparative Example 1 with a hardness of 60 HRC.

실험예 3. 인성(toughness) 테스트Experimental Example 3. Toughness test

본 발명에 의해 금속표면처리된 금형강의 인성 특성을 확인하기 위해 하기의 실험을 샤르피의 충격 시험(Charpy test)을 수행하였다. 샤르피의 충격 시험은 시편의 시간에 따른 하중변화량으로 평가하였으며, 테스트는 총 3회 수행하였고, 그 결과를 도 8에 나타내었다.In order to confirm the toughness properties of the metal surface-treated mold steel according to the present invention, the following experiment was performed by the Charpy test. Charpy's impact test was evaluated by the amount of change in load over time of the specimen, and the test was performed three times, and the results are shown in FIG. 8.

도 8을 참조하면, 대상모재에 대한 샤르피의 충격 시험을 수행한 결과 1.56 J의 충격 흡수 에너지(absorbed energy) 값을 나타내는 반면, 상기 실시예 1에 의해 금속표면처리된 금형강을 샤르피의 충격 시험을 수행한 결과 1.96 J의 충격 흡수 에너지(absorbed energy) 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이는 표면처리를 수행하지 않은 시편 대비 충격 에너지가 약 25.64 %가 향상된 것으로, 현저한 효과가 나타남이 확인된다.Referring to FIG. 8, a Charpy impact test was performed on the target base material, while the impact absorbed energy value of 1.56 J was shown, whereas the metal surface-treated mold steel according to Example 1 was subjected to the Charpy impact test. As a result of performing, it was confirmed that the shock absorbed energy value of 1.96 J is displayed. It is confirmed that the impact energy is improved by about 25.64% compared to the specimen without surface treatment, and a remarkable effect is shown.

따라서, 상기 결과로부터 금형강 재질의 대상모재에 본 발명의 금속표면처리방법을 수행할 경우 개선된 마모성 및 내구성을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.Therefore, from the above results, it is determined that improved abrasion properties and durability can be expected when the metal surface treatment method of the present invention is performed on a target base material made of mold steel.

이상 설명으로부터, 본 발명에 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.From the above description, it will be understood that those skilled in the art belonging to the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. In this regard, the embodiments described above are illustrative in all respects, and should be understood as non-limiting.

Claims (9)

(S1) 고주파 유도 가열 장치에 의해 300 내지 500 ℃로 예열된 대상모재의 강화영역에 50 내지 150 ㎛ 직경을 갖는 구형 입자의 금속 분말을 공급하는 단계;
(S2) 상기 대상모재의 강화영역에 레이저를 조사하여 상기 강화영역의 표면 및 상기 강화용 금속 분말을 용융시키고, 상기 대상모재에 강화층을 형성하기 위한 레이저 용융 적층 기술이 수행되는 단계; 및
(S3) 상기 강화층에 후 증착 열처리(post-deposition heat treatment)를 수행하는 단계;를 포함하고,
상기 대상모재는 하기 [표 1]의 조성으로 구성된 금형강 재질이며,
상기 [표 1]의 조성의 구성을 갖는 대상모재의 잔부는 철(Fe)이고,
상기 (S2) 단계에서 수행되는 레이저 용융 적층 기술이 수행하기 위한 레이저 조사 조건은 하기 [표 3]인 것을 특징으로 하는 후 증착 열처리를 이용한 금형강 재질의 금속표면처리방법.
[표 1]
Figure 112020109852584-pat00020

[표 3]
Figure 112020109852584-pat00021
(S1) supplying metal powder of spherical particles having a diameter of 50 to 150 μm to a reinforced region of the target base material preheated to 300 to 500° C. by a high frequency induction heating device;
(S2) performing a laser melt lamination technique to melt the surface of the reinforcement region and the metal powder for reinforcement by irradiating a laser on the reinforced region of the target base material, and to form a reinforcement layer on the target base material; And
(S3) performing a post-deposition heat treatment on the reinforcement layer; Including,
The target base material is a mold steel material composed of the composition of the following [Table 1],
The balance of the target base material having the composition of [Table 1] is iron (Fe),
The laser irradiation conditions for performing the laser melt lamination technique performed in step (S2) are in the following [Table 3]. A metal surface treatment method of a mold steel material using post-deposition heat treatment.
[Table 1]
Figure 112020109852584-pat00020

[Table 3]
Figure 112020109852584-pat00021
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (S3) 단계에서 수행되는 후 증착 열처리는 ??칭(quenching) 및 템퍼링(tempering)에 의해 수행되고,
상기 ??칭 및 템퍼링이 완료된 후의 경도는 60 내지 70 HRc인 것을 특징으로 하는 금형강 재질의 금속표면처리방법.The method of claim 1,
After the deposition heat treatment is performed in the step (S3), it is performed by quenching and tempering,
The metal surface treatment method of a mold steel material, characterized in that the hardness after completion of the quenching and tempering is 60 to 70 HRc. 제5항에 있어서,
상기 ??칭은,
(A1) 830 내지 880 ℃에서 1 내지 5시간 동안 가열하는 단계;
(A2) 1050 내지 1100 ℃로 오스테나이징(Austenitizing)을 수행하고, 60 내지 150분 동안 유지하는 단계; 및
(A3) 2 내지 5 bar의 질소 환경 하에, 급속 냉각을 수행하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 금형강 재질의 금속표면처리방법.The method of claim 5,
The above????
(A1) heating at 830 to 880° C. for 1 to 5 hours;
(A2) performing austenitizing at 1050 to 1100° C. and holding for 60 to 150 minutes; And
(A3) performing rapid cooling in a nitrogen environment of 2 to 5 bar; metal surface treatment method of a mold steel material, characterized in that consisting of. 제5항에 있어서,
상기 템퍼링은,
(B1A) 상기 ??칭이 완료된 후, 상기 대상모재를 500 내지 550 ℃에서 1 내지 3시간 동안 유지하는 단계; 및
(B1B) 상기 (B1A) 단계 완료 후, 상기 대상모재를 대기 중에서 냉각시키는 과정을 3회 반복하여 마모성을 향상시키는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 금형강 재질의 금속표면처리방법.The method of claim 5,
The tempering is,
(B1A) after the quenching is completed, maintaining the target base material at 500 to 550 °C for 1 to 3 hours; And
(B1B) After completion of the (B1A) step, the process of cooling the target base material in the air is repeated three times to improve abrasion property; a metal surface treatment method of a mold steel material, comprising: a. 제5항에 있어서,
상기 템퍼링은,
(B2A) 상기 ??칭이 완료된 후, 상기 대상모재를 520 내지 580 ℃로 1 내지 3시간 동안 가열하는 단계; 및
(B2B) 상기 (B2A) 단계 완료 후, 상기 대상모재를 대기 중에 냉각 시키는 과정을 2회 반복하여 인성을 향상시키는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 금형강 재질의 금속표면처리방법.The method of claim 5,
The tempering is,
(B2A) heating the target base material to 520 to 580 °C for 1 to 3 hours after the quenching is completed; And
(B2B) After completion of the (B2A) step, the step of improving the toughness by repeating the process of cooling the target base material in the air twice to improve the toughness; metal surface treatment method of a mold steel material, characterized in that consisting of. 제1항에 있어서,
상기 (S3) 단계의 후 증착 열처리를 통해 상기 강화층의 무게 감소율(mg)이 1.00 mg 미만인 것을 특징으로 하는 금형강 재질의 금속표면처리방법.The method of claim 1,
The metal surface treatment method of a mold steel material, characterized in that the weight reduction rate (mg) of the reinforcing layer is less than 1.00 mg through the deposition heat treatment after the step (S3).
KR1020190039901A 2019-04-05 2019-04-05 Metal surface treatment method of die steel materials using post-deposition heat treatment KR102172817B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190039901A KR102172817B1 (en) 2019-04-05 2019-04-05 Metal surface treatment method of die steel materials using post-deposition heat treatment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190039901A KR102172817B1 (en) 2019-04-05 2019-04-05 Metal surface treatment method of die steel materials using post-deposition heat treatment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200117587A KR20200117587A (en) 2020-10-14
KR102172817B1 true KR102172817B1 (en) 2020-11-02

Family

ID=72847580

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190039901A KR102172817B1 (en) 2019-04-05 2019-04-05 Metal surface treatment method of die steel materials using post-deposition heat treatment

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102172817B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113802069A (en) * 2021-09-18 2021-12-17 恒碧沃金属材料(上海)有限公司 Novel die steel material and preparation method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017534460A (en) * 2014-09-10 2017-11-24 キャタピラー インコーポレイテッドＣａｔｅｒｐｉｌｌａｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ Laser cladding mechanical seal

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3700955B2 (en) * 1996-09-10 2005-09-28 新日本製鐵株式会社 Multi-layer overlaying method for hot extrusion and forging dies
JP2005023422A (en) 2003-06-09 2005-01-27 Nippon Paint Co Ltd Metal surface treatment method and surface-treated metal
KR101596804B1 (en) 2014-10-06 2016-02-24 한국생산기술연구원 Metal Treatment Method Using DED
KR101820719B1 (en) 2015-10-27 2018-01-24 한국생산기술연구원 Metal Reinforcement Method of DED(Direct Energy Deposition) Using Ultrasonic Wave Excitation

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017534460A (en) * 2014-09-10 2017-11-24 キャタピラー インコーポレイテッドＣａｔｅｒｐｉｌｌａｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ Laser cladding mechanical seal

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200117587A (en) 2020-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2702517C2 (en) Wear-resistant alloy
Dilip et al. Selective laser melting of HY100 steel: Process parameters, microstructure and mechanical properties
Rajeev et al. Hardfacing of AISI H13 tool steel with Stellite 21 alloy using cold metal transfer welding process
EP3382053B1 (en) Annealed steel material and method for manufacturing the same
CN102560478B (en) Laser cladding method
CN109890552A (en) For powder bed melting can 3D printing hard ferrous metal alloy
CA2949389C (en) Layered construction of metallic materials
TW201432061A (en) Steel alloy for a low alloy high-strength steel
KR20190034491A (en) Hot working tool steel
US20220184707A1 (en) Steel Material In Powder Form And Process For Producing Said Steel Material
CN1812863B (en) A steel member and a method of hard-facing thereof
Oh et al. Solution annealing and precipitation hardening effect on the mechanical properties of 630 stainless steel fabricated via laser melting deposition
US20200190638A1 (en) Powder-Metallurgically Produced Steel Material Containing Hard Material Particles, Method for Producing a Component from Such a Steel Material, and Component Produced from the Steel Material
CN103305763A (en) Steel alloy die material for high-speed upsetter and preparation method of steel alloy die
US20080302450A1 (en) Object Comprising a Steel Part of Metal Construction Consisting of an Area Welded by a High Power Density Beam and Exhibiting an Excellent Toughness in a Molten Area, Method for Producing Said Object
CN112941503A (en) Method for improving hardness of H13 steel
KR102172817B1 (en) Metal surface treatment method of die steel materials using post-deposition heat treatment
Zhu et al. Effect of Ti and TiC additions on the microstructure and wear resistance of high chromium white irons produced by laser directed energy deposition
JPWO2019102584A1 (en) Forged heat-treated product of case hardening steel
Chinese Society for Metals (CSM) et al. Characterization of the multi-pass weld metal and the effect of post-weld heat treatment on its microstructure and toughness
US20190185976A1 (en) Steel Material That is Produced via Powder Metallurgy, Method for Producing a Component from Such a Steel Material and Component Produced from the Steel Material
JP2022144437A (en) Fe-based alloy and metal powder
KR101764083B1 (en) Marine steel forging
EP0648851B1 (en) Sulfur-containing powder-metallurgy tool steel article and its method of manufacture
da Fonseca et al. Physical simulation as a tool to evaluate the complex microstructure of microalloyed railroad wheels

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant