KR20070067859A - 압출용 다이스 및 이의 주조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서 제공하는 압출용 다이스는 환상의 압출용 다이스에 있어서, 코발트 합금을 포함하는 내경부;와, 철, 탄소 및 탄화물 형성 원소를 포함하는 외경부;를 포함해서 구성된다.

원심 주조법, 압출, 다이스, 외경, 내경

Description

압출용 다이스 및 이의 주조 방법{DIES OF EXTRUSION AND CASTING METHODS THEREOF}

도 1은 코발트 합금으로 이루어진 종래 압출용 다이스의 개략적인 사시도이다.

도 2는 종래 기술에 따른 압출용 다이스의 현미경 조직을 보여주는 사진이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중원심 주조법을 이용한 압출용 다이스의 주조 방법에 따라 제작된 압출용 다이스를 보여주는 사시도이다.

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선을 따른 단면도이다.

도 5는 본 실시예의 주조 방법을 도식적으로 설명하는 모식도이다.

도 6은 실험예를 통해서 제작된 압출용 다이스 중 내경부를 이루는 코발트 합금의 현미경 조직을 보여주는 사진이다.

도 7은 실험예를 통해서 제작된 압출용 다이스를 보여주는 사진이다.

본 발명은 각종 비철 합금 봉재를 제조하기 위해 압출 공정에서 사용되는 압출용 다이스 및 이 압출용 다이스를 이루는 코발트 합금의 주조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 비철 합금의 압출공정에 사용되는 압출 다이스용 재질로는 열간 금형강 또는 Ni합금, Co 합금 등이 사용되고 있다. 압출 다이스용 재질은 내마모성, 내열성, 내식성, 내피로성 등이 요구되는데, 상기의 재질 중에서 Co 합금의 열간 특성이 가장 우수하며, 수명이 다른 재질에 비해 뛰어나므로 가장 널리 사용되고 있다.

압출 다이스용 Co합금의 화학성분을 살펴보면 중량 %로 C: 2~2.5% , Cr :30~35% , W: 18% , 나머지 Co 와 기타 소량의 원소들로 이루어져 있다. 상기 조성의 Co합금 재질을 주조한 후 기계가공을 하여 최종적인 압출 다이스 제품을 만들게 되는데, 종래의 Co합금 재질로 이루어진 압출 다이스 부품의 경우 인성이 부족하여 사용 중 열과 응력에 의한 충격으로 균열이 발생하는 문제점이 있다. 게다가 Co 합금의 경우 다른 재질에 비해 매우 고가이므로 제작비가 과다하게 소요되는등의 문제점이 있다

한편, 도 1은 Co 합금으로 이루어진 종래 압출용 다이스의 개략도이다. 압출은 다이스(100)의 내경(Ic)을 통해서 이루어지며, 내경 표면(101)은 고온의 압출소재와 접촉하므로 내마모, 열충격등의 부하를 받게 된다.

이러한 환상의 주물은 주로 사형주조를 하여 제작하였고, 대부분의 조직이 서서히 냉각되므로 도 2에서 보는 바와 같은 현미경조직을 가지게 되어 탄화물등이 조대해져 압출시의 열, 충격등 매우 취약한 특성을 나타내게 된다.

한편, 이러한 미세 조직은 급냉시 현미경 조직이 미세해지므로 매우 우수한 물성을 얻을 수 있다. 급냉을 위한 방법은 여러 가지가 있을 수 있으나 환상에는 원심주조법을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명자는 이 같은 관점에서 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 본 발명을 창안하게 되었으며, 본 발명의 목적은 압출 소재와의 접촉에서 내마모, 열충격 등에 견딜수 있도록 코발트 합금의 현미경 조직을 미세하게 이루면서도 제조 원가를 낮춘 본 발명의 압출용 다이스 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.

이 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 압출용 다이스는 환상의 압출용 다이스에 있어서, 코발트 합금을 포함하는 내경부;와, 철, 탄소 및 탄화물 형성 원소를 포함하는 외경부;를 포함해서 구성된다.

이때, 상기 탄화물 형성 원소는 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 니오븀 또는 바나듐에서 1종 이상으로 선택된다.

그리고, 상기 탄소 함량은 전체 외경부 중량에 대해서 1 이상의 중량%이고, 상기 탄화물 형성 원소는 전체 외경부 중량에 대해서 1 이상의 중량%이다.

또한, 상기 외경부 대 내경부의 두께비는 50:50-40:60으로 형성된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에서 제공하는 압출용 다이스를 주조하는 방법은, 내경부 및 외경부를 포함하는 환상의 압출용 다이스를 제조하는데 있어서, 회전하는 금속몰드의 1차 래들로 철, 탄소 및 탄화물 형성 원소들로 이루어진 외경부 형성용 물질을 주입하는 단계, 그리고, 상기 외경부용 물질이 굳기전에 코발트 합금을 포함하는 내경부 형성용 물질을 제2 래들로 주입하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중원심 주조법을 이용한 코발트 합금의 주조 방법에 따라 제작된 압출용 다이스를 보여주는 도면이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따른 단면도이다.

이 도면들을 참조하면, 압출용 다이스(10)는 환상으로 외경부(11)와 내경부(13)를 포함해서 형성된다. 여기서, 내경부(13)는 내경(Ic)을 이루고 있으며, 외경부(11)는 내경부(13)를 둘러쌓아 환의 외주면(Oc)을 형성한다.

압출은 내경(Ic)을 통해서 이루어진다. 따라서, 내경 표면(13a)은 고온의 압출 소재와 접촉하므로, 내마모 및 열충격 등에 견딜 수 있도록 코발트(Co) 합금으로 형성된다.

그리고, 다이스는 내경(Ic)이 정해진 길이 이상으로 마모되면 교체하게 되므로 내경 주위만 코발트 합금으로 형성하고, 외경부(11)는 고온에서 견딜 수 있으면서도 제작 단가를 낮추기 위해서 값이 싼 소재를 사용해서 제작한다. 본 실시예의 제조 방법에서, 외경부(11)는 철을 주성분으로, 탄소가 외경부(11) 질량 대비 1% 이상 함유되고, 동시에 탄화물 형성원소로서 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 니오븀, 바나듐등이 1종 혹은 2종이상으로 외경부 질량 대비 1% 이상 함유된다. 따라 서, 탄소 및 탄화물 형성원소는 질량 대비 2% 이상 함유된다.

또한, 외경 두께(t1) 및 내경 두께(t2)의 비는 50:50-40:60으로 형성되는 것이 바람직하다. 이 비율보다 내경 두께(t2)가 외경 두께(t1)보다 얇아지면, 외경부(11)의 잠열이 커져서 냉각 성능이 떨어져 조직을 미세화시키는데 효과가 나쁘며, 외경 두께(t1)가 내경 두께(t2)보다 얇아지면 잠열이 작아지기는 하나 냉각 효과가 크게 증가하지 않고 제작 비용만 증가시키게 된다.

이하, 이처럼 구성되는 압출용 다이스를 제조하는 본 실시예의 제조 방법에 대해서 첨부한 도면을 참조로 설명한다.

도 5는 본 실시예의 주조 방법을 도식적으로 설명하는 모식도이다.

이를 참조하면, 일정 크기의 내경을 가지는 측벽(1)으로 구성된 금속몰드(2)는 2개 이상의 롤러(3) 회전에 의해서 회전하게 된다.

금속몰드(2)가 일정한 회전 속도에 도달하면, 주입구(미도시)를 통해서 1차래들(5)로 외경부 형성용 물질(7)을 금속몰드(2)에 주입한다.

그리고, 이 외경부 형성용 물질(7)이 응고되기 전에 2차래들(6)로 내경부 형성용 물질(8)을 금속몰드(2)에 주입한 다음 냉각시킨다.

그럼, 원기둥의 제품이 제작되는데, 이를 원하는 사이즈로 절단하게 되면 본 발명의 압출용 다이스가 완성된다.

실험예

외경 200mm 직경을 가지는 금형몰드를 이용, 일정한 회전속도에 도달한 상태 에서 몰드에 중량 %로 C: 2~2.5% , Cr :2% , W: 1%, 나머지 철인 합금을 1차 주입한 다음 일정시간 경과후 2차래들로 코발트합금을 주입하고 냉각시켜 다이스를 제작하였다.

도 6은 제작된 압출용 다이스의 내경부를 이루고 있는 코발트합금의 현미경조직을 나타낸 것인데 종래조직(도 2참조)에서 나타나는 조대한 탄화물이 전혀 없이 미세하므로 충격등의 특성이 매우 우수해진다.

그리고, 도 7은 실험예를 통해서 제조된 압출용 다이스의 사진인데, 절단면 외관에서 보는 바와 같이 내경부와 외경부의 경계부의 경우 적절한 온도제어에 의해 매우 결함이 없이 건전한 접합부가 형성됨을 알수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 압출용 다이스 중 압출시 내마모가 일어나는 내경부는 코발트 합금을 사용하고, 외경부는 비교적 값이싼 소재를 이용함으로서, 원심주조법에서 얻을수 있는 조직 미세화로 충격에도 균열이 발생하지 않기 때문에 다이스의 수명이 향상되어 압출 제품의 품질 향상과 생산성 증대의 효과를 거둘 수 있다. 또한, 압출용 다이스의 외경부를 대체 소재를 적용 소재비의 절감을 가져올뿐 아니라, 원심 주조품의 절단에 의해 동시에 여러 개의 다이스 제조가 가능하다.

Claims (10)

1. 환상의 압출용 다이스에 있어서,

   코발트 합금을 포함하는 내경부;와,

   철, 탄소 및 탄화물 형성 원소를 포함하는 외경부;

   를 포함하는 압출용 다이스.
2. 제1항에 있어서,

   상기 탄화물 형성 원소는 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 니오븀 또는 바나듐에서 1종 이상으로 선택되는 압출용 다이스.
3. 제1항에 있어서,

   상기 탄소 함량은 전체 외경부 중량에 대해서 1 이상의 중량%인 압출용 다이스.
4. 제1항에 있어서,

   상기 탄화물 형성 원소는 전체 외경부 중량에 대해서 1 이상의 중량%인 압출용 다이스.
5. 제1항에 있어서,

   상기 외경부 대 내경부의 두께비가 50:50-40:60으로 형성되는 압출용 다이스.
6. 내경부 및 외경부를 포함하는 환상의 압출용 다이스를 제조하는데 있어서,

   1차 래들로 회전하는 금속몰드에 철, 탄소 및 탄화물 형성 원소들로 이루어진 외경부 형성용 물질을 주입하는 단계; 그리고,

   상기 외경부용 물질이 굳기전에 코발트 합금을 포함하는 내경부 형성용 물질을 제2 래들로 상기 금속몰드에 주입하는 단계;

   를 포함하는 압출용 다이스의 주조 방법.
7. 제6항에 있어서,

   탄화물 형성 원소는 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 니오븀 또는 바나듐에서 1종 이상으로 선택되는 압출용 다이스의 주조 방법.
8. 제6항에 있어서,

   상기 탄소 함량은 전체 외경부 중량에 대해서 1 이상의 중량%인 압출용 다이스의 주조 방법.
9. 제6항에 있어서,

   상기 탄화물 형성 원소는 전체 외경부 중량에 대해서 1 이상의 중량%인 압출용 다이스의 주조 방법.
10. 제6항에 있어서,

    상기 외경부 대 내경부의 두께비가 50:50-40:60으로 형성되는 압출용 다이스의 주조 방법.

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