KR20110109390A

KR20110109390A - Heat treatment for dies

Info

Publication number: KR20110109390A
Application number: KR1020100029093A
Authority: KR
Inventors: 손명진; 김동현
Original assignee: (주)대성테크
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2011-10-06

Abstract

본 발명은 금형의 열처리 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예는 다이스강 소재의 금형을 가열하여 오스테나이트화하는 단계, 펄라이트 변태를 방지할 수 있는 1차 냉각속도로 오스베이 구역까지 1차 냉각시키는 단계, 및 베이나이트 변태를 방지할 수 있는 2차 냉각속도로 60℃~200℃의 온도범위까지 2차 냉각시키는 단계를 포함하며, 미세조직에서 베이나이트나 펄라이트의 석출이 없이 균일한 마르텐사이트 조직이 형성되는 것을 특징으로 하는 금형의 열처리 방법을 제공한다.The present invention relates to a heat treatment method of a mold, an embodiment of the present invention is a step of heating a die of a die steel material to austenite, primary to the Osbay area at a primary cooling rate to prevent pearlite transformation Cooling step, and the secondary cooling to the temperature range of 60 ℃ ~ 200 ℃ at a secondary cooling rate to prevent bainite transformation, uniform martens without precipitation of bainite or pearlite in the microstructure It provides a heat treatment method of a mold, characterized in that the site structure is formed.

Description

Heat treatment method of mold {Heat treatment for dies}

본 발명은 금형의 열처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다이스강 소재의 금형을 열처리하여 금형의 수명을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for heat treatment of a die, and more particularly, to a method for improving the life of a die by heat-treating the die of a die steel material.

일반적으로 금형의 열처리는 소재의 경화능이 좋은 관계로 소정의 가열온도로 가열유지하여 적절한 속도로 가스냉각만 하여도 소정의 경도를 얻을 수 있다.In general, the heat treatment of the mold can be obtained by maintaining the heat at a predetermined heating temperature because of the good hardenability of the material, and the desired hardness only by gas cooling at an appropriate speed.

다만, 실제 금형의 경우에는 경도는 만족하여도 예를 들어 알루미늄 다이캐스팅 등에 사용하다 보면 조기에 히트체크가 발생하거나 대형크랙이 발생하여 고가의 금형을 조기에 폐기하게 되는 문제가 있다. However, in the case of the actual mold, even if the hardness is satisfactory, for example, when used in aluminum die casting, there is a problem that early heat check occurs or large cracks occur, which causes expensive mold to be disposed of early.

또한, 강도를 향상시키기 위해 급냉을 시키게 되면, 금형의 변형이 심하게 발생하여 후가공에 비용이 추가로 발생함에 따라, 실제로 현장에서 적용하기에는 곤란한 경우가 많다.In addition, when quenching is performed to improve the strength, deformation of the mold is severely generated and additional costs are generated in post-processing, which is often difficult to apply in the field.

이에 따라, 특히 다이스강 소재 금형의 열처리는 변형을 억제하는 것을 주목적으로 겉보기 경도만을 만족시키는 선에서 기존의 열처리 방법이 사용되며, 고가의 금형을 조기에 폐기하거나 마모가 심한 상태로 사용하여 그 금형으로 제작하는 제품의 품질이 저하되는 상태가 이어지고 있다.
Accordingly, in particular, the heat treatment of the die steel material mold is used to satisfy the apparent hardness mainly to suppress the deformation, and the existing heat treatment method is used. As a result, the quality of the product to be produced continues.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 대형·고가인 금형의 수명을 극대화시켜 원가절감과 품질향상에 기여하면서 금형의 열처리 변형을 최소화하여 가공비용을 최소화하는 금형의 열처리 방법과 관련된다.
The present invention has been made to solve the problems described above, the heat treatment method of the mold to minimize the processing cost by minimizing the heat treatment deformation of the mold while contributing to cost reduction and quality improvement by maximizing the life of large and expensive mold Is associated with.

본 발명의 일실시예에 의하면, 다이스강 소재의 금형을 가열하여 오스테나이트화하는 단계, 펄라이트 변태를 방지할 수 있는 1차 냉각속도로 오스베이 구역까지 1차 냉각시키는 단계, 및 베이나이트 변태를 방지할 수 있는 2차 냉각속도로 60℃~200℃의 온도범위까지 2차 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형의 열처리 방법이 제공된다.According to one embodiment of the invention, the step of heating the die of the die steel material to austenite, the first step of cooling to the Osbay area at a first cooling rate to prevent pearlite transformation, and bainite transformation There is provided a heat treatment method of a mold, comprising the step of secondary cooling to a temperature range of 60 ℃ to 200 ℃ at a secondary cooling rate that can be prevented.

여기서, 2차 냉각 후 금형을 500~600℃로 유지되는 템퍼링 로에 장입하여 템퍼링하는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, the method may further include a step of charging the temper by charging the mold in the tempering furnace maintained at 500 to 600 ° C. after the secondary cooling.

또한, 1차 냉각 후 금형의 내외부 온도가 균일해지도록, 소정온도에서 1~2시간 동안 유지하는 것이 바람직하며 이때, 금형의 모서리 중 적어도 어느 한 부분에 삽입되는 열전대에 의해 온도를 측정하여 1차 냉각 완료시점을 결정하며, 결정된 냉각 완료시점에서의 온도로 유지되는 로에 금형을 장입하여 금형의 내외부 온도를 균일화시키는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to maintain for 1 to 2 hours at a predetermined temperature so that the internal and external temperature of the mold is uniform after the primary cooling, and at this time, the temperature is measured by a thermocouple inserted into at least one of the corners of the mold. It is desirable to determine the completion point of the cooling, and to charge the mold into a furnace maintained at the temperature at the determined completion of cooling to equalize the inside and outside temperatures of the mold.

한편, 다이스강의 가열시 급속가열에 의한 변형을 방지하기 위해 단계적으로 가열하는 것이 바람직하다.
On the other hand, it is preferable to heat stepwise in order to prevent deformation due to rapid heating during the heating of the die steel.

본 발명의 일실시예에 따른 금형의 열처리 방법에 의하면, 금형의 경도를 요구사양에 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라, 미세조직에서 베이나이트나 펄라이트의 석출이 없이 균일한 마르텐사이트 조직으로 함으로써, 금형의 수명을 극대화할 수 있다.
According to the heat treatment method of the mold according to an embodiment of the present invention, not only the hardness of the mold can be satisfied to the required specifications, but also the uniform martensite structure without the deposition of bainite or pearlite in the microstructure, Maximize your life.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열처리 공정을 STD61종 강의 TTT선도에 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 담금질 및 템퍼링 공정의 이력을 나타내는 그래프.
도 3은 STD11종 강의 TTT선도.
도 4는 SKH51종 강의 TTT선도.1 is a schematic view showing a heat treatment process according to an embodiment of the present invention in the TTT diagram of STD61 type steel.
Figure 2 is a graph showing the history of the quenching and tempering process of the present invention.
3 is a TTT diagram of the STD11 steel.
4 is a TTT diagram of SKH51 type steel.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 금형의 열처리 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.Hereinafter, a preferred embodiment of a heat treatment method of a mold according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the specification.

아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
In addition, the following embodiments are not intended to limit the scope of the present invention, but merely as exemplifications of the constituent elements set forth in the claims of the present invention, and are included in technical ideas throughout the specification of the present invention, Embodiments that include components replaceable as equivalents in the elements may be included within the scope of the present invention.

실시예Example

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열처리 공정을 STD61종 강의 TTT선도에 나타낸 개략도, 도 2는 본 발명의 담금질 및 템퍼링 공정의 이력을 나타내는 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing a heat treatment process according to an embodiment of the present invention in the TTT diagram of STD61 type steel, Figure 2 is a graph showing the history of the quenching and tempering process of the present invention.

종래의 다이스강 열처리에서는 강도를 얻기 위해서 급냉을 실시해야 하나, 이 경우 금형의 변형이 크게 발생되어 후가공이 어렵거나, 심하면 금형 사용이 불가능해지기 때문에, 가스냉각을 이용하여 연속적으로 서냉함으로써, 펄라이트 변태는 억제되나 저온 구역의 베이나이트가 석출되어 금형의 강도가 저하되는 문제는 피할 수 없었다.
In the conventional heat treatment of die steel, quenching should be performed to obtain strength, but in this case, deformation of the mold is large and post-processing is difficult or severely impossible to use the mold. The transformation was suppressed, but the problem that the bainite in the low temperature region was precipitated and the strength of the mold was lowered was inevitable.

본 발명의 일실시예에 의하면, 다이스강(dies-steel) 소재의 금형을 가열하여 오스테나이트화한 다음, 펄라이트가 석출되지 않도록 냉각속도를 제어하여 1차 냉각한 후 금형의 내외부 온도가 균일해지도록 소정온도에서 유지시키고, 다시 베이나이트가 석출되지 않도록 냉각속도를 제어하여 2차 냉각한 다음, 필요에 따라 템퍼링을 다수회 실시하는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, the die-steel (die-steel) material of the mold is heated to austenite, and then the cooling rate is controlled to prevent the precipitation of pearlite after the first cooling, the internal and external temperature of the mold is uniform After maintaining at a predetermined temperature so as to control the cooling rate so that no bainite is precipitated again, the second cooling is performed, and then tempering is performed a plurality of times as necessary.

이하, STD61종 강의 예를 들어 본 발명을 상세히 설명하기로 하며, 본 발명인 금형의 열처리 방법은 STD11종 강, 또는 SKH51종 강 등 다이스강 소재의 금형에 널리 적용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples of STD61 steel, and the heat treatment method of the present invention mold can be widely applied to dies of die steel materials such as STD11 steel or SKH51 steel.

오스테나이트화Austenitization 단계: step:

도 2에 도시된 바와 같이 우선, 다이스강을 경화시키기 위해 소정의 오스테나이트 구역까지 가열한다. 이때는 오스테나이트 변태 구역인 1030℃~1080℃까지 승온시켜야 하나, 금형의 형상이 복잡하고 크기가 큰 경우에는 A1변태점에 해당하는 830℃ 부근까지 서서히 가열을 한다.As shown in FIG. 2, first, heating is performed to a predetermined austenite zone to cure the die steel. At this time, the temperature should be raised to 1030 ℃ ~ 1080 ℃, which is the austenite transformation zone, but if the mold is complicated and large in size, it is gradually heated to around 830 ℃ corresponding to A1 transformation point.

이는 A1변태점에서 갑작스럽게 체적의 수축이 일어나기 때문에, 이 체적의 수축이 금형 전체적으로 균일하게 일어나도록 하여 형상의 변형을 최대한 억제하기 위해서이다. This is because the volume contraction occurs abruptly at the A1 transformation point, so that the volume contraction occurs uniformly throughout the mold to suppress the deformation of the shape as much as possible.

이때, 금형의 크기에 따라 가열속도를 2~4시간에 걸쳐 가열시키는 것이 바람직하며, A1변태점에 해당하는 온도에 도달 후에는 내외부의 온도가 균일하게 되도록 1~2시간 유지하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to heat the heating rate over 2 to 4 hours according to the size of the mold, and after reaching the temperature corresponding to the A1 transformation point, it is preferable to maintain the temperature inside and outside for 1 to 2 hours.

이후, 최종 가열온도인 1030℃~1080℃까지 2~4시간에 걸쳐서 가열하고 마찬가지로 1~2시간 최종 가열온도에서 유지시킨다. Then, it heats over 2 to 4 hours to 1030 degreeC-1080 degreeC which is a final heating temperature, and maintains it at the final heating temperature for 1 to 2 hours similarly.

이처럼 단계적으로 서서히 가열하는 경우 금형의 내부도 거의 비슷하게 가열되므로, 유지시간을 길게 함으로써 결정립이 조대화되고 강도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
When gradually heating in this manner, since the inside of the mold is also heated almost similarly, it is possible to prevent coarsening of crystal grains and lowering of strength by lengthening the holding time.

1차 냉각 단계:Primary cooling stage:

가열이 완료되면 금형을 1차 냉각시킨다. 이때에는 송풍기를 이용한 강제냉각을 이용하는 것이 바람직한데, 가열이 끝난 금형을 가열로에서 꺼내어 냉각실 또는 대기 중에서 송풍기를 이용하여 1차 냉각온도까지 냉각시킨다.
After the heating is complete, the mold is first cooled. At this time, it is preferable to use forced cooling using a blower. The heated mold is removed from the heating furnace and cooled to the primary cooling temperature by using a blower in a cooling chamber or air.

도 1에 도시된 바와 같이, STD61종 강의 등온 변태곡선(이하, TTT곡선)을 보면, 일반적인 강종과는 달리 펄라이트 변태곡선(1)과 베이나이트 변태곡선(2)이 상하범위로 둘로 나뉘어져 있고, 그 사이에는 장시간 유지하여도 변태가 일어나지 않고 고온에서의 오스테나이트 상태가 그대로 유지되는 일명 오스(테나이트)베이 구역(3)이 존재한다. As shown in FIG. 1, when the isothermal transformation curve (hereinafter, referred to as TTT curve) of STD61 type steel is different from the general steel grade, the pearlite transformation curve 1 and the bainite transformation curve 2 are divided into two upper and lower ranges. In the meantime, there exists a so-called (tenite) bay section 3 in which transformation does not occur even if held for a long time and the austenite state at a high temperature is maintained as it is.

본 발명은 이러한 오스베이 구역(3)을 이용함으로써, 강도를 최대로 확보하는 한편, 금형의 변형을 최소화할 수 있게 되는 것이다.
By using such an Osbay region 3, the present invention is able to secure the maximum strength while minimizing the deformation of the mold.

즉, 도 1에 곡선인 화살표로 도시된 바와 같이, 펄라이트 변태를 방지할 수 있는 냉각속도로, 조직의 변태가 없는 오스베이 구역(400~600℃)(3)까지 금형을 냉각시키는데, 이때 냉각속도는 분당 10℃ 이상인 것이 바람직하며, 금형의 온도가 균일해지도록 400~600℃의 온도에서 0.5~2시간 동안 유지시키는 것이 바람직하다.
That is, as shown by the curved arrows in Figure 1, the mold is cooled to the Osbay region (400 ~ 600 ℃) (3) without the transformation of the tissue, at a cooling rate that can prevent pearlite transformation, wherein the cooling The speed is preferably at least 10 ℃ per minute, it is preferable to maintain for 0.5 to 2 hours at a temperature of 400 ~ 600 ℃ so that the temperature of the mold is uniform.

이때, 냉각이 너무 낮은 온도까지 이루어질 경우 금형의 변형 발생이 우려되므로, 금형의 모서리 부분에 적어도 하나 이상 마련되는 10mm 깊이의 볼트 구멍에 열전대를 삽입하고, 열전대가 삽입된 부분의 온도가 오스베이 구역(3)의 온도에 도달할 때까지 냉각시키는데, 바람직하게는 400℃에 도달할 때까지 냉각시킨다.In this case, since the deformation of the mold may occur when the cooling is performed to a temperature that is too low, the thermocouple may be inserted into a bolt hole having a depth of 10 mm provided in at least one corner of the mold, and the temperature of the portion where the thermocouple is inserted may be in the Osbay area. It cools until it reaches the temperature of (3), Preferably it cools until it reaches 400 degreeC.

이후, 400℃에 도달한 시점에서 금형을 500℃로 유지되는 저온로에 장입시켜 금형의 크기에 따라 0.5~2시간동안 유지시켜 금형이 전체적으로 균일한 온도를 가지도록 한다.
Thereafter, when the mold reaches 400 ° C., the mold is charged into a low temperature furnace maintained at 500 ° C. to maintain 0.5 to 2 hours depending on the size of the mold so that the mold has a uniform temperature as a whole.

2차 냉각 단계:Secondary Cooling Steps:

1차 냉각후 저온로에서 금형이 전체적으로 균일한 온도를 가지게 되면, 60~120℃의 담금질유에 담궈 금형을 급냉시키는데, 이때 500℃에서 200℃까지의 냉각속도는 분당 7.5℃ 이상인 것이 바람직하다. 이 속도로 200℃ 이하까지 냉각되면 베이나이트의 석출이 방지되어 금형의 강도를 향상시킬 수 있기 때문이다.
When the mold has an overall uniform temperature in the low temperature furnace after the first cooling, the mold is quenched by quenching in 60-120 ° C. quenching oil, wherein the cooling rate from 500 ° C. to 200 ° C. is preferably 7.5 ° C. or more per minute. This is because when cooled to 200 ° C. or lower at this rate, precipitation of bainite can be prevented and the strength of the mold can be improved.

즉, 본 발명의 일실시예에 따르면, 오스베이라고 하는 일반적으로는 활용이 안되었던 TTT선도의 특징을 이용하여 오스베이 구역(3) 온도인 400~600℃까지 급냉하여 펄라이트 변태를 막고, 비교적 저온인 1차 냉각온도에서 금형의 내외부를 균일한 온도로 한 후 기름의 일종인 담금질유에 급냉함으로써 2차로 베이나이트 변태를 막고 변형을 최소화하게 되는 것이다.
That is, according to one embodiment of the present invention, by using the characteristics of the TTT diagram, which is not generally used called Osbe, it is rapidly cooled to 400-600 ° C., which is the temperature of the Osbay region 3, to prevent perlite transformation, and relatively At the low temperature of the first cooling temperature, the inside and outside of the mold is made uniform and then quenched with quenching oil, which is a kind of oil, to prevent the bainite transformation and minimize the deformation.

템퍼링Tempering 단계: step:

담금질유에서 10~30분 유지 후 꺼내어 송풍기로 냉각시키면서 금형의 표면온도를 측정하여, 표면온도가 100℃ 되는 시점에서 요구 경도에 따라 500~600℃로 유지된 템퍼링 로에 장입하여 1차 템퍼링을 실시한다. After holding for 10 ~ 30 minutes in quenching oil, take out and cool down with blower, measure the surface temperature of mold and insert into tempering furnace maintained at 500 ~ 600 ℃ according to the required hardness when the surface temperature reaches 100 ℃ and carry out the first tempering. do.

이때, 1차 템퍼링 후 경도를 측정하고, 최종 요구경도를 얻을 수 있는 온도로 2차 템퍼링을 실시하며, 필요에 따라 템퍼링의 횟수를 조절할 수 있음은 물론이다.
In this case, the hardness is measured after the first tempering, the second tempering is performed at a temperature at which the final required hardness can be obtained, and the number of times of tempering can be adjusted as necessary.

도 3은 소형금형에 주로 사용되는 STD11종 강의 TTT선도, 도 4는 고속도강의 일종인 SKH51종 강의 TTT선도이며, 도 3과 도 4에서 볼 수 있듯이 이들에도 오스베이 구역이 존재하므로, 본 발명의 일실시예에 따른 금형의 열처리 방법이 적용 가능하다.
3 is a TTT diagram of the STD11 type steel mainly used for small molds, and FIG. 4 is a TTT diagram of the SKH51 type steel, which is a kind of high speed steel, and as shown in FIG. 3 and FIG. Heat treatment method of the mold according to an embodiment is applicable.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
1 : 펄라이트 변태 곡선
2 : 베이나이트 변태 곡선
3 : 오스베이 구역** Explanation of symbols for main parts of drawings **
1: pearlite transformation curve
2: bainite transformation curve
3: Osbay Area

Claims

Heating the die of the die steel material to austenitizing, first cooling to the Osbay area at a primary cooling rate to prevent pearlite transformation, and secondary cooling rate to prevent bainite transformation Method for heat treatment of a mold comprising the step of secondary cooling to a temperature range of 60 ℃ ~ 200 ℃.

The method according to claim 1,
And heat-charging the mold into a tempering furnace maintained at 500 to 600 ° C. after secondary cooling.

The method according to claim 1,
A method for heat treatment of a mold, characterized in that it is maintained for 1 to 2 hours at a predetermined temperature so that the internal and external temperature of the mold becomes uniform after primary cooling.

The method according to claim 3,
The temperature is measured by a thermocouple inserted into at least one of the corners of the mold to determine the completion point of the first cooling, and the mold is charged into a furnace maintained at the temperature at the determined cooling completion to uniformize the inside and outside temperatures of the mold. Heat treatment method of a metal mold characterized by the above-mentioned.

The method according to claim 1,
Heat treatment method of the die steel, characterized in that the heating step by step to prevent deformation due to rapid heating during the heating of the die steel.