KR20130052103A - W-Mo-Cr-V계 고속도공구강의 탄화물의 기지 고용량 조절 및 뜨임온도 조절에 의한 인성향상,에너지 절감 및 생산성 향상 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

철강재료인 고속도공구강은 절삭공구 및 냉간공구, 금형으로 사용되는 강종으로 그 용도에 따라 필요로 하는 기계적 성질이 달라진다
절삭공구로 사용되는 경우는 고온(열간)경도가 중요시 되나, 냉간공구의 경우는 적절한 인성과 내마모성을 위한 적절한 경도가 필요 하다
이들 인성 및 경도는 열처리시의 탄화물의 고용도 및 열처리 온도에 의하여 크게 영향을 받는다
본 방법은 고속도공구강재를 사용하는 냉간공구, 금형의 파손 및 내구력에 절대적인 영향을 미치는 인성 및 경도에 있어서 적절한 인성 및 경도 확보를 위하여
담금질공정에서 통상적인 담금질온도로 가열하지 않고, 담금질온도를 조절하여, 탄화물이 기지에 고용하는 양을 조절하여 기지의 탄소(C)량을 조절 하고, 적정 경도와 인성의 성질을 부여하기 위하여 통상적인 뜨임을 하지 않고 뜨임온도를 조절하여 인성 및 적정 경도의 특성을 부여토록 한 것이다
즉 고속도공구강강재의 냉간공구, 금형은 인성 및 적절한 경도의 확보가 필수적 이며, 이는 조직중의 탄화물의 고용도 및 적정 뜨임온도에 의하여 크게 좌우된다
따라서 본 발명은 고속도공구강 강재의 냉간공구, 금형에 대하여 적절한 인성 및 경도를 확보 하고, 아울러 에너지 절감과 생산성 향상을 목적으로 하는 열처리 방법이다

Description

Ｗ-Ｍｏ-Ｃｒ-Ｖ계 고속도공구강의 탄화물의 기지 고용량 조절 및 뜨임온도 조절에 의한 인성향상,에너지 절감 및 생산성 향상 열처리 방법{Heat treatment Method of toughness improment,energy savings and productivity for use in such the controls of carbide solution volume to matrix and tempering temperature}

공구, 금형류의 제품은 기계가공 후, 소정의 강도, 인성, 내마모성등을 부여하기 위하여 열처리를 한 후 사용된다

본 발명은 금속가공중의 열처리 기술분야에 해당하는 기술이다

W-Mo-Cr-V계 고속도공구강의 열처리는 철강규격의 열처리 방법의 기준규격에 의하여 담금질 열처리는 1200～1240℃, 뜨임 열처리는 540 ～580℃의 온도를 선택하여 열처리 되며, 목표경도에 따라 뜨임온도를 다소 조정한다

그러나 상기와 같이 고온 담금질, 고온뜨임 하는 경우 탄화물이 기지에 다량 고용되어, 인성부족에 의한 파손, 내구력 부족에 의한 생산성 저하의 문제가 되고 있다

따라서 본 발명의 목적은 고속도강재의 냉간공구, 금형에 대하여 사용중 인성부족에 의한 파손, 생산성 저하의 문제점을 냉간공구, 금형의 적정경도인 HRC 59～62를 확보 하면서 이를 해결하는 방법을 제공 하는데 있다

상기 목적을 달성하기 위하여

1차적으로 담금질 열처리시의 가열에 의한 소재 조직중의 탄화물을 오스테나이트(Austenite)조직중에 고용 시킴에 있어서 고용량을 조절 하고

2차적으로 내마모성과 인성의 조화를 이룰수 있는 뜨임방법을 연구하여 본 목적을 달성한다

고속도공구강 강재를 사용한 냉간공구, 금형은 절삭공구의 경우와 달리 상온에서의 사용조건인 충격부하에 견디기 위하여 인성을 필요로 하며 동시에 내마모성을 필요로 한다

담금질 가열시에는 고온으로 기지에 탄화물이 고용하며, 탄화물의 고용도가 높아지면 인성은 저하한다 따라서 적정량의 탄화물을 고용 시키고

적정의 탄화물의 석출, 적정 경도 및 에너지 절감을 고려한 적정 뜨임온도에 의하여

인성향상, 적정 경도의 확보, 에너지 절감을 통하여, 냉간공구, 금형의 사용중의 파손을 방지하고, 내구력을 증가 하며, 열처리시의 에너지 절감 및 생산성을 향상하는 효과가 있다

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다

구체적인 제조방법은 다음과 같다

단계1 : 하기의 ㉠내지 ㉣단계들

㉠ 재질여부 확인단계

㉡ 세정단계

㉢ 냉간공구, 금형을 담금질 열처리 하기 위하여 가열하는 단계

제품을 담금질로에 장입후 서서히 가열하여 1차 550℃에서 예열하여 제품의 표면과 내부가 동일 온도로 한 후, 다시 가열하여 870℃에서 2차 예열을 한후, 본 발명의 1차 특징인 1150℃로 가열하여 제품의 표면과 내부가 동일 온도가 되도록 한 후 일정시간 보지하여 오스테나이트 조직중에 탄화물을 적량 고용 시킨다

이때 가열로는 제품의 표면상태, 치수, 형상을 고려하여 진공로, 무산화가열로 혹은 염욕로를 이용한다

㉣ 냉각하는 단계

제품의 표면상태, 치수, 형상을 고려하여 무산화가스 가압 냉각, 유냉 혹은 염욕에 냉각한다

단계2 : 하기 ㉤단계

상기 단계1을 거친 냉간공구, 금형제품은 본 발명의 2차 특징기술인 ㉤의 단계를 통하여 적정 탄화물의 석출 및 적정 경도가 2차적으로 부여 된다

㉤ 뜨임 열처리 단계

단계1의 공정을 거친 제품은 200℃에서 1차 뜨임을 한 후, 다시 2차적으로 200℃에서 2차 뜨임을 한다

이에 의하여 적절한 탄화물의 석출 및 적정 경도가 얻어지며, 인성, 생산성 향상의 특성이 2차적으로 부여 된다

통상적(일반적)인 종래의 방법과 상기와 같은 각 단계를 경유한 발명품에 대하여 비교 시험 하였으며 그 결과는 하기와 같다

1. 시험에 이용된 공시재 성분(시험편)

시험편의 화학성분규격 및 실 분석치는 다음과 같다

표1 화학성분규격 및 분석치

2. 시험에 이용된 시험편의 열처리 방법

1) 통상(일반)적인 종래의 열처리 방법

1차예열(550℃) → 2차예열(870℃) → 담금질 가열(1210℃) → 1차 뜨임(610℃) → 2차 뜨임(610℃)

2) 본 발명품의 열처리 방법

1차예열(550℃) → 2차예열(870℃) → 담금질 가열(1150℃) → 1차 뜨임(200℃) → 2차 뜨임(200℃)

3. 종래의 통상(일반)품과 본 발명품의 조직 비교

조직에 있어서는 소재 상태에서의 탄화물을 주사전자현미경으로 현출하고, 종래의 방법과 본 발명품에 의한 탄화물의 거동을 비교 하기 위하여 담금질 열처리상태에서의 탄화물의 고용에 따른 탄화물의 양을 비교하기 위하여 주사전자현미경을 이용하여 조직을 관찰 하였으며, 또한 뜨임 열처리상태에서도 탄화물의 석출 상태 및 양을 비교 하기 위하여 주사전자현미경을 이용 비교 분석 하였다

3-1 소재조직

1) 소재의 주사전자현미경 조직

기지는 페라이트(ferrite), 흰 구상결정립은 공정탄화물 MC, M₆C, 미세 결정립은 석출 탄화물 Cr₂₃C₆

소재조직으로 탄화물이 다량 존재하고 있다

3-2 담금질 열처리 조직

1) 종래의 열처리 방법에 의한 담금질 열처리 조직

기지는 마르텐사이트 흰 결정립은 오스테나이트(Austenite)에 고용되지 못한 공정 탄화물 MC, M₆C

소재에 비하여 탄화물이 다량 고용 되어 잔유탄화물의 양이 많이 감소하고 있다

2) 본 발명품의 열처리 방법에 의한 담금질 열처리 조직

기지는 마르텐사이트 흰 결정립은 오스테나이트(Austenite)에 고용되지 못한 공정 탄화물 MC, M₆C

소재에 비하여 탄화물이 고용 되어 잔유탄화물의 양이 감소하고 있다

3) 담금질 조직의 비교

이상의 담금질 열처리 조직을 종래의 열처리 방법과 본 발명품에 의한 열처리 조직을 비교하여 보면

종래의 열처리 방법에 의한 조직은 탄화물이 기지에 많이 고용 되어 잔유하는 탄화물의 양이 적으며, 본 발명품에 의한 조직은 탄화물이 적게 고용 되어 보다 많이 잔유하며 결정립의 크기에 있어서는 본 발명품의 결정립이 종래품에 비하여 보다 미세함을 알 수 있다

3-3 담금질·뜨임 열처리 조직

1) 종래의 열처리 방법에 의한 담금질·뜨임 열처리 조직

기지의 뜨임마르텐사이트 조직에 공정탄화물 MC, M₆C와 탄화물 Cr₂₃C₆, Mo₂C가 석출하고 있다

2) 본 발명품의 열처리 방법에 의한 담금질·뜨임 열처리 조직

기지의 뜨임마르텐사이트 조직에 공정탄화물 MC, M₆C와 탄화물 Cr₂₃C₆, Mo₂C가 석출하고 있다

3) 담금질·뜨임 조직의 비교

종래의 열처리방법에 의한 조직은 담금질 가열온도가 높아 탄화물이 많이 고용 되어 탄화물 양이 적고, 결정립이 크다

본 발명품에 의한 조직은 담금질 가열온도가 낮아 공정 탄화물의 양이 많고, 결정립이 미세 하다

4. 종래의 통상(일반)품과 본 발명품의 경도 비교

종래의 통상(일반) 열처리품과 본 발명품에 대한 경도시험을 하였으며 그 결과는 다음과 같다

※열처리 경도 비교

상기와 같이 본 발명품의 경도가 높다

5. 통상(일반)품과 본 발명품의 충격치 비교

종래의 통상(일반) 열처리품과 본 발명품에 대한 충격시험을 하였으며 그 결과는 다음과 같다

※충격치 비교

상기와 같이 본 발명품은 경도가 높음에도 충격치는 약 2배이다

이상의 담금질 열처리조직, 뜨임열처리 조직, 경도, 충격치의 비교에서 학인 되는 바와 같이 본 발명품은 보다 높은 경도에서도 인성이 보다 높음이 입증 되었다

따라서 본 발명품은 냉간공구, 금형의 고인성, 내마모성에 있어서 효과적 이며, 아울러 열처리 온도가 보다 낮음으로 에너지 절감 및 생산성에서 보다 효과적임을 충분히 알 수 있다

본 발명품은 전자, 자동차, 선박, 각종 산업부품에 사용되는 공구, 금형에 대하여 내마모성에 필요한 경도를 확보 하며, 고인성으로 공구, 금형의 사용중의 파손을 방지 하고, 내구력을 향상하여 수명을 연장 하며, 에너지 절감과, 생산성을 향상하는 이점이 있다

Claims (3)

1. 고속도공구강재의 냉간공구, 금형의 파손 및 내구력에 절대적 영향을 미치는 고인성 및 적정 경도 확보를 위하여
   담금질공정에서 통상적인 담금질온도로 가열하지 않고, 보다 낮은 담금질온도로 가열하여 탄화물이 기지에 고용하는 양을 적게하여 기지의 탄소(C)량을 적게 하며
   통상의 고온뜨임을 하지 않고 저온뜨임을 하여 적정 인성과 경도를 확보 하며, 아울러 에너지 절감과 생산성 향상 을 할수 있는
   W-Mo-Cr-V계 고속도공구강의 탄화물의 기지 고용량 조절 및 뜨임온도 조절에 의한 인성향상, 내마모성 확보, 에너지 절감 및 생산성 향상을 꾀하는 열처리 방법
2. 청구항1에 있어서 담금질 가열에 있어서 ㉠내지 ㉣단계들로 이루어지는 1단계
   ㉠ 재질여부 확인단계
   ㉡ 세정단계
   ㉢ 냉간공구, 금형을 담금질 열처리 하기 위하여 가열하는 단계
   제품을 담금질로에 장입후 서서히 가열하여 1차 550℃에서 예열하여 제품의 표면과 내부가 동일 온도로 한 후, 다시 가열하여 870℃에서 2차 예열을 한 후, 본 발명의 1차 특징인 1150℃로 가열하여 제품의 표면과 내부가 동일 온도가 되도록 한 후 일정시간 보지하여 오스테나이트 조직중에 탄화물을 적량 고용 시킨다
   이때 가열로는 제품의 표면상태, 치수, 형상을 고려하여 진공로, 무산화가열로 혹은 염욕로를 이용한다
   ㉣ 냉각하는 단계
   제품의 표면상태, 치수, 형상을 고려하여 무산화가스 가압 냉각, 유냉 혹은 염욕에 냉각한다
3. 청구항2에 있어서의 오스테나이트조직 기지에의 탄화물의 양을 적량 고용시킨 후, 적정 탄화물의 석출 및 적정 경도의 확보는 ㉤의 단계로 이루어지는 2단계
   ㉤ 뜨임 열처리 단계
   단계1의 공정을 거친 제품은 200℃에서 1차 뜨임을 한 후, 다시 200℃로 2차 뜨임을 한다
   이에 의하여 적절한 탄화물의 석출 및 적정 경도가 얻어져 인성, 내마모성, 생산성 향상이 2차적으로 부여 되는 열처리 방법