KR20140066874A - 고C-고Cr-(V)계 공구강의 잔유오스테나이트 최소화 및 잔유오스테나이트의 시효에 의한 마르텐사이트 조직으로의 변태를 억제, 안정화함에 의한 금형의 치수변화 방지 열처리 방법 - Google Patents
고C-고Cr-(V)계 공구강의 잔유오스테나이트 최소화 및 잔유오스테나이트의 시효에 의한 마르텐사이트 조직으로의 변태를 억제, 안정화함에 의한 금형의 치수변화 방지 열처리 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 목적은, 반도체, 가전등에 이용되는 정밀금형과 정밀기계 부품의 경우 사용중 시간의 흐름에 따라 치수가 변하여, 금형으로 생산된 제품의 치수가 변하거나 정밀기계부품의 정밀도가 저하하는 문제를 방지하기 위하여
담금질 열처리후 금형용 공구강에 잔유하여 치수변화의 요인이 되는 잔유오스테나이트 조직을 마르텐사이트 조직으로 내,외부 균일 하게 최대한 변태시켜 최소화 하기 위하여, 초저온 3단 다단 냉각을 실시 하며
또한 담금질, 초저온 3단 다단냉각 후에도, 불안정한 상태로 잔유하는 잔유오스테나이트 조직을 후속적으로 마르텐사이트 조직으로 변태 시켜 최소화 하며, 내부응력을 제거하고, 열에 대한 안정성을 부여하기 위하여 뜨임 열처리를 실시 하며
뜨임 후에도 일부 잔유하는 불안정한 잔유오스테나이트 조직이 시간의 흐름에 따라 마르텐사이트 조직으로 변태함에 따른 치수변화(시효변형, 경년변화)를 방지하기 위하여
잔유오스테나이트 조직이 마르텐사이트 조직으로 변태하지 않도록 이를 억제하여, 잔유오스테나이트 조직이 안정한 상태로 남아 있도록 하여
시간의 흐름에 따른 정밀금형 및 내마모 정밀기계부품의 치수변화를 최대한 억제, 최소화 하는 특성을 부여하는 열처리 방법이다
금형, 공구, 상변태, 잔유오스테나이트, 마르텐사이트, 시효변형, 경년변화, 담금질(퀀칭), 뜨임(템퍼링), 초저온냉각, 내부응력
Description
본 발명은 강도 및 내 마모성의 확보를 위해 절삭가공후 열처리 작업을 하는 정밀금형 및 내마모 정밀기계부품 등에 적용되는 방법으로,
금형 및 정밀 내마모 기계부품에 대하여 담금질 열처리 작업후, 초저온 3단 다단냉각 작업에 의하여 담금질 열처리 후에 잔유하는 잔유오스테나이트 조직를 내,외부 공히 균일하게 마르텐사이트 조직으로 최대한 상변태 시켜 최소화 하며,
후공정 고온뜨임으로 불안정한 상태로 일부 잔유하는 잔유오스테나이트 조직을 2차적으로 마르텐사이트 조직으로 변태 시키고, 열에 대한 안정성을 부여하고, 내부응력을 감소 하며
이후에도 일부 잔유하는 불안정한 오스테나이트 조직이 시간의 흐름에 따라 마르텐사이트조직으로 변태 하므로 일어나는 치수변화를 방지하기 위하여, 잔유오스테나이트가 마르텐사이트 조직으로 변태하는 것을 억제하여, 잔유오스테나이트가 안정한 상태로 남아 있게 하여, 정밀금형 및 내마모 정밀 기계부품이 시효에 의하여 치수가 변화는 것을 방지 하여, 금형 및 기계부품의 치수정밀도를 유지하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법 이다
고C-고Cr-(v)금형용 공구강재의 금형의 경우 사용중 열을 받거나, 사용중 치수가 변하거나, 열처리 완료후 방전가공을 하는 금형의 경우 방전가공시 표면이 고온으로 가열 되어 변형이 발생 하거나, 응력이 발생하여 코너부에 균열이 발생하며, 작업시 피가공물과의 마찰열에 의하여 금형의 온도가 상승하는 경우 치수변화가 생기므로, 이를 방지하기 위하여 고온뜨임을 한다
이같은 고온뜨임의 경우 뜨임온도가 높아 530℃이상으로 뜨임하는 경우 고C-고Cr-(v)금형공구강의 대표강종인 STD11의 경우 경도 HRC57이상의 경도확보가 어려워 내마모성이 문제로 된다
따라서 HRC57이상의 경도 확보를 위하여 500∼520℃로 뜨임을 하는데 이 경우 잔유오스테나이트 조직은 완전히 분해되지 않고 일부 잔유하며, 불안정한 상태로 시간의 흐름과 함께 점차 마르텐사이트 조직으로 변태하며 치수팽창 현상이 일어나 금형의 치수가 변하게 되며,
이는 반도체, 가전등 정밀부품용 정밀금형 및 내마모 정밀 기계부품의 경우 심각한 문제가 되고 있다
따라서 본 발명의 목적은 제반 문제점을 해소하여 반도체, 가전, 공구등에 이용되는 정밀금형 및 정밀 기계부품의 사용중 시효에 의한 치수변화를 방지하는 시효변형 방지의 특성을 부여 하기 위하여
초저온 3단다단 냉각에 의하여 잔유오스테나이트 조직을 내, 외부 공히 균일하게 마르텐사이트 조직으로 변태 시켜 최소화 하며
본 초저온 3단다단 냉각 후에도 변태하지 않고 잔유하는 잔유오스테나이트 조직을 고온뜨임으로 일부 분해 시켜 최소화 하며,
이같은 고온뜨임 후에도 잔유하는 불안정한 잔유오스테나이트 조직이 시간의 흐름(시효)에 따라 마르텐사이트 조직으로 변태 하므로 일어나는 치수변화를 방지 하기 위하여, 잔유오스테나이트 조직이 마르텐사이트 조직으로 변하는 것을 억제, 즉 잔유오스테나이트 조직이 안정한 상태로 남아 있게 하여, 시효에 따른 변형을 방지하는 방법을 제공 하는데 있다
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 청구항 1 기재의 금형용 공구강 제품에 대하여 담금질 열처리후 잔유하는 잔유오스테나이트 조직에 대하여 적어도 세 번이상의 초저온 다단냉각에 의하여, 금형용강의 표면과 내부가 균일하게 마르텐사이트 조직으로 상변태 시켜 잔유오스테나이트를 최소화 하며,
또한 본처리 후에도 일부 잔유하는 잔유오스테나이트 조직을 후속적으로 뜨 임처리에 의하여 마르텐사이트 조직으로 변태 시켜 최소화하며
뜨임 후에도 불안정한 상태로 잔유하는 잔유오스테나이트 조직이 시간의 경과와 함께 마르텐사이트 조직으로 변태하는 것을 억제하여 잔유오스테나이트가 안정한 오스테나이트 상태로 남아 있게 하여 시효변형을 방지하는 특성을 부여토록 한 것이다
본 발명의 시효변형방지 특성은 하기 단계로 이루어 진다
㉠ 내지 ㉤단계들로 이루어지는 1단계
㉠ 입고되는 강 제품에 대한 데이터 입수를 위하여 그 강제품의 재질, 성분 및 경도 여부를 확인하기 위한 단계;
㉡ 그 제품의 표면에 묻은 이물질을 제거하기 위한 세정 단계;
㉢ 세정 단계를 거친 금형용 공구강 제품을 진공로에 장입(裝入)후, 진공 분위기로 유지하기 위한 단계;
㉣ 금형용공구강 제품이 장입된 진공로를 강재가 탄성체에서 소성체로 변하는 구역을 내,외부 균일하게 서서히 가열하여 열변형을 최소화 하기 위하여 520℃에서 1단예열을 하고, 강재의 체심입방격자가 면심입방격자로 변하는 변태점 직하의 온도 780℃에서 2단예열하여 급격한 수축에 따른 열변형을 최소화 하며, 최종 가열온도인 1020℃까지 가열 후 유지하여 내,외부 균일한 온도로 가열하여 균일한 오스테나이트조직으로 하는 단계;
㉤ 상기 진공로의 진공 해제와 아울러 그 내부에 질소 가스를 주입 가압 냉각하는 단계;
또한 하기 ㉥내지 ㉧ 단계들로 이루어지는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다
㉥ 균열을 방지하기 위하여 상기 냉각한 제품을 100℃의 물에 가열하는 단계;
㉦ 상기 열처리후 잔유하는 잔유오스테나이트 조직을 표면, 외부 균일하게 마르텐사이트 조직으로 변태시키고, 내부응력을 최소화 하기 위하여 냉각기에 장입후 1차로 -50℃로 냉각하여 표면,내부가 균일하게 -50℃가 되도록 유지한 후,
2차로 -130℃로 연속 냉각 하여 표면, 내부가 균일하게 -130℃가 되도록 유지한 후,
3차로 초저온 -190℃의 온도로 연속 냉각하여 표면,내부가 균일하게 -190℃가 되도록 유지하는 단계;
㉧ 상기 냉각기로부터 초저온 상태로 냉각 처리된 금형용강 제품을 취출 후, 내부응력 제거 및 균열을 방지하기 위하여 100℃의 열탕에 냉각하는 단계
또한 하기 ㉨ 내지 ㉭ 단계들로 이루어지는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다
㉨ 초저온 냉각후 100℃의 열탕에 냉각된 후에도 잔유하는 오스테나이트 조직을 마르텐사이트로 변태시키 위하여 1차적으로 480℃로 가열하는 단계
㉩ 마르텐사이트 조직에 의한 취성 및 내부응력을 제거하기 위하여 2차적으로 480℃로 다시 가열하는 단계
㉪ 상기 처리 후에도 마르텐사이트 조직으로 변태하지 않고 일부 잔유하는 잔유오스테나이트 조직이 시간의 흐름과 함께 마르텐사이트 조직으로 변태 하며 치수가 변하는 것을 방지하기 위하여, 잔유오스테나이트 조직의 마르텐사이트 조직으로의 변태를 억제, 안정화 시키기 위하여 390℃로 가열하는 잔유오스테나이트 조직의 안정화 단계
본 발명에 의하면, 금형용 공구강 제품의 열처리 작업 후 다량으로 잔존하게 되는 잔류 오스테나이트 조직을 초저온 3단다단 냉각에 의하여 표면과 내부를 균일하게 마르텐사이트 조직으로 상변태 시켜 내, 외부 공히 잔유오스테나이트를 최소화 하고
또한 480℃에서 1차, 480℃에서 2차 가열에 의하여 경도 저하를 를 최소화 하며, 잔유오스테나이트 조직을 분해, 마르텐사이트 조직으로 변태 시키고, 내부응력을 제거하며,
390℃로 가열하여 일부 잔유하는 잔유오스테나이트 조직이 시간의 흐름과 함께 마르텐사이트 조직으로 변태하는 것을 억제하여 안정한 상태로 남아 있게 하여, 정밀금형 및 내마모 정밀 기계부품이 사용중 치수변화가 일어나는 것을 억제, 방지하는 시효변형방지 특성을 부여하여, 사용중 치수변화에 의한 제품의 치수불량을 방지 하는데 효과가 있다
이하 본 발명의 보다 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다
구체적인 제조방법은 다음과 같다
단계1 : 하기 ㉠ 내지 ㉤ 단계들
㉠ 재질여부 확인단계
먼저 입고되는 금형등의 강 제품에 대하여 재질, 성분, 경도, 이력을 사전 확인한다
㉡ 세정단계
금형제품의 열처리후 표면상태, 경도 불균일을 방지하기 위하여 제품의 표면에 묻어 있는 수분, 기름을 세정제에 의하여 제거한다
㉢ 진공로에 의한 진공단계
제품을 진공로에 장입후 공기 제거 작업을 하여 진공로의 내부를 10-3∼10-5 Torr 의 진공 분위기를 유지한다 이는 제품표면의 품질을 확보하기 위함이다
㉣ 금형용강 제품을 담금질 열처리 하기 위하여 가열하는 단계
제품을 진공로에 장입후 서서히 가열하여 1차 520℃의 온도로 가열하여 표면과 내부가 공히 520℃의 온도가 되도록 유지한 후, 2차적으로 780℃의 온도로 승온 후 표면과 내부가 공히 780℃의 온도가 되도록 유지한 후, 다시 승온하여 1020℃의 온도로 가열하여 표면과 내부가 균일하게 1020℃의 온도가 되도록 한 후 이 온도에서 일정시간 보지한다
가열을 단계적으로 하는 이유는 내,외부를 균일하게 가열하고, 응력발생을 적게 하여 열변형을 최소화 하고, 내,외부 균일한 조직변태와 변형을 방지 하기 위함이다
㉤ 냉각하는 단계
진공로의 진공 해제 및 강 제품의 온도를 급냉 하기 위하여 질소가스로 가압 냉각하여 50℃까지 냉각한 후 진공로에서 외부로 취출한다
취출 후 표면상태 및 경도를 검사하여 품질을 확인한다
단계2 : 하기 ㉥ 내지 ㉭ 단계들
상기 단계1을 거친 금형용강 제품은 본 발명의 1차 특징 기술인 단계 2의 하기 ㉥ 내지 ㉩ 단계들을 통한 초저온 3단 다단냉각 방법에 의하여 시효변형방지 특성이 1차적으로 부여된다
㉥ 예비가열 단계
단계1의 공정을 거친 강 제품은 1시간이내에 100℃의 물에 담가서 예비 가열한다 이는 초저온 3단다단 냉각 전에 생길수 있는 균열을 방지 하기 위함이다
㉦ 1차 저온 냉각단계
예비가열을 거친 강제품은 그 강 제품에 잔유하고 있는 잔유오스테나이트 조직을 마르텐사이트의 조직으로 변태시킴에 있어서 초저온의 급격한 냉각에 의한 변태 불균일, 균열, 변형을 방지하기 위하여
1차적으로 -60℃의 저온도로 냉각한 후 일정시간 유지하여 표면과 내부가 공히 -60℃의 온도가 되도록 한다
㉧ 2차 저온 냉각단계
1차 저온의 냉각을 거친 강 제품을 2차로 -130℃의 온도로 연속 다단냉각하여 계속하여 잔유오스테나이트가 마르텐사이트로 변태하도록 한다
이는 초저온의 급격한 냉각에 의한 변태 불균일, 균열, 변형을 방지하기 위하여 2차적으로 -130℃의 온도로 냉각하는 단계이다
㉨ 3차 초저온 냉각단계
2차 저온냉각을 거친 강 제품을 -190℃의 초 저온으로 냉각하여 잔유오스테나이트의 마르텐사이트로의 변태가 표면,내부 균일하게 완전히 이루어 지도록 하며, 또한 잔유오스테나이트 조직을 최소화 하기 위함이다
㉩ 저온가열
상기 초저온 상태로 냉각 처리된 금형용강 제품을 취출후, 100℃의 열탕에서 가열한다
이는 고온가열에 앞서 내부응력을 제거 하고, 균열을 방지하기 위함 이다
단계3 ; 상기 단계2을 거친 금형용강 제품은 본 발명의 2차 특징 기술인 단계 3의 하기 ㉪ 내지 ㉭ 단계들을 통한 각 방법에 의하여 시효변형 방지 특성이 2차적으로 부여된다
㉪ 1차적으로 480℃로 가열한다
이는 2단계 처리후 잔유하는 잔유오스테나이트중에 고용되어 있는 탄소(C)와 합금원소를 탄화물로 석출 시키며, 잔유오스테나이트 조직을 마르텐사이트로 변태시켜 잔유오스테나이트를 최소화 하며, 최대한 고경도를 확보하기 위함이다
㉫ 2차적으로 480℃로 가열한다
이는 1차적 480℃로 가열, 냉각에 의하여 생긴 마르텐사이트 조직에 인성을 부여하고 내부응력을 제거하기 위함이다
㉬ 3차적으로 390℃로 가열한다
1차, 2차 480℃로의 가열처리에 의하여 잔유오스테나이트는 마르텐사이트로 변태하나 완전히 변태되지 않고 일부 잔유한다 이들 잔유오스테나이트 조직은 불안정한 상태로 시간의 흐름과 함께 마르텐사이트 조직으로 변태하며 치수의 변화를 가져와 시효변형의 원인이 된다
따라서 3차적으로 390℃로 가열하는 것은 잔유오스테나이트가 마르텐사이트 조직으로 변태하지 않고 그대로 남아 있도록 하기위한, 즉 잔유오스테나이트의 마르텐사이트로의 변태를 억제하여 안정화 시키기 위함이다
본 발명품의 효과를 확인하기 위하여, 금형시편을 제작 하여 종래의 열처리 방법과 비교시험을 하였으며 그 결과는 다음과 같다
1. 금형시편의 재질
고C-고Cr-V)계 공구강으로서 KS철강규격의 STD11 강종을 사용 하였다 재질의 화학성분은 다음과 같다
STD11의 화학성분치(실분석치)
2. 금형시편의 사양
본 시험연구용으로 사용된 금형시편의 사양은 다음과 같다
3. 열처리 방법
1) 종래(기존)의 방법 :
담금질(1020℃)-2단냉각(-50℃,-190℃)-고온뜨임(500℃ 2회)
경도 : HRC 58.1∼59.5
2) 본 발명에 의한 방법 :
-담금질(1020℃)-3단 다단냉각(-60℃, -130℃, -190℃)
-고온뜨임(480℃,2회)
-오스테나이트의 마르텐사이트로의 변태 억제 안정화 처리 (390℃)
경도 : HRC 58.2∼59.5
4. 경년변화(시효치수변형)
종래의 방법과 본 발명에 의한 방법에 의하여 열처리를 실시 하여 1개월 단위로 10개월간 치수를 측정 치수변화 추이를 추적 하였으며 그 결과는 다음과 같다
4-1 시험편 구분
종래의 열처리 : 금형시편 02, O3
본 발명에 의한 열처리 : N2, N3
금형시편은 항온항습실(온도 21℃)에 보관하여 1개월 단위로 측정 하였다
4-2 종래 열처리품의 치수변화
시험편 1개에 대하여 길이(200mm)방향으로 4개소 RL1, RL2, RL3, RL4의 위치의 치수를 측정 하였다
1) 치수측정 결과
2) 치수 변화율
이들 치수를 치수 변화율로 환산 그라프화 하면 다음과 같다
※ 시효변형 추이
금형시편 O2 : 시간의 흐름과 함께 지속적인 치수의 증가 흐름을 나타내며
10개월후
RL1 : 0.0030％
RL2 : 0.0038％
RL3 : 0.0035％
RL4 : 0.0032％ 의 치수변화율을 나타내고 있다
금형시편 O3 : 시간의 흐름과 함께 지속적인 치수의 증가 흐름을 나타내며
10개월후
RL1 : 0.0073％
RL2 : 0.0086％
RL3 : 0.0078％
RL4 : 0.0074％ 의 치수변화율을 나타내고 있다
4-3 본 발명 열처리품의 치수변화율
시험편 1개에 대하여 길이(200mm)방향으로 4개소 RL1, RL2, RL3, RL4의 치수를 측정 하였다
1) 치수측정 결과
2) 치수 변화율
이들 치수를 치수 변화율로 환산 그라프화 하면 다음과 같다
※ 경년변화 추이
금형시편 N2 : 시간의 흐름과 함께 미미한 증가, 수축을 나타내나 전체적으
로 치수 증가의 흐름을 나타내고 있으며 10개월후
RL1 : 0.0004％
RL2 : 0.0001％
RL3 : 0.0005％
RL4 : 0.0005％ 의 치수변화율을 나타내고 있다
금형시편 N3 : 시간의 흐름과 함께 미미한 증가, 수축을 나타내나 전체적으
로 치수 증가의 흐름을 나타내고 있으며 10개월후
RL1 : 0.0004％
RL2 : 0.0005％
RL3 : 0.0005％
RL4 : 0.0007％ 의 치수변화율을 나타내고 있다
2시편 모두 종래의 열처리 방법에 비하여 치수변화가 극히 적다
4-4 종래 열처리 방법과 본 발명품의 치수변화율 비교
1) 치수변화율의 요약 비교
이상의 치수측정 결과 및 치수 변화율에 대하여 종래의 열처리 방법과 본 발명품의 치수변화율을 요약 비교하면 다음과 같다
※ 치수변화율 비교표
상기와 같이 본 발명품의 경우 종래 열처리법에 비하여 극히 미미한 치수변화를 나타내고 있다
2) 길이방향 평균 변화율 비교
금형시편 길이 방향 200mm에 대하여 RL1, RL2, RL3, RL4의 4지점 위치의 치수에 대하여 이를 평균하여 비교한 치수 변화율은 다음과 같다
※ 평균 치수 변화율
상기 변화율을 그라프 하면 다음과 같다
※종합 평균 변화율
상기와 같이 종래의 열처리품은 지속적인 치수변화를 나타내나 본 발명품은 극히 미미한 안정된 치수변화를 나타내고 있다
5. 잔유오스테나이트(Austenite)조직의 변화
종래 열처리 방법품과 본 발명열처리품에 대하여 시일의 경과에 따른 조직중 잔유오스테나이트의 량을 측정 하였으며 그 결과는 다음과 같다
1) 잔유오스테나이트 조직의 측정치
1개월 단위로 잔유오스테나이트량을 측정하였으며 그 결과는 다음과 같다
※ 경과 일수와 잔유오스테나이트 량
2) 잔유오스테나이트의 변화율
상기 측정치에 의거 종래 열처리 방법과 본 발명 열처리 방법의 변화율을 비교하면 다음과 같다
2)-1 잔유오스테나이트의 변화율
시일 경과에 따른 잔유오스테나이트의 변화율은 다음과 같다
※ 잔유오스테나이트의 변화율
상기 변화율을 그라프화 하면 다음과 같다
※ 잔유오스테나이트의 변화추이
상기 잔유오스테나이트의 변화율을 보면 종래 열처리 방법에 의한 것은 시일의 경과와 함께 잔유오스테나이트의 변화율이 점진적으로 커지고 있으며, 본발명열 처리 방법에 의한 것은 전체적으로 변화율이 적으며 안정 되어 있다
열처리 후 8개월 경과 시점에서
종래 열처리 방법에 의한 것 : 변화율 24.10％
본 발명열처리 방법에 의한 것은 : 변화율 5.25％ 로
본 발명열처리 방법에 의한 것이 잔유오스테나이트의 변화율, 즉 분해율이 적어 안정화 되어 있음을 알 수 있다
본 발명은 반도체, 가전, 전자제품등에 사용되는 정밀금형 및 정밀 내마모 기계부품에 대하여 고경도를 유지 하며,
사용중 시효에 의한 치수변화를 방지하여 제품의 치수불량을 방지 하며
또한 경제성장에 지대한 역할을 하고 있는 수출금형의 경우 초기에는 문제가 가시화 되지 않으나 사용중 시일의 경과와 함께 치수변화가 일어나 국제적 분쟁이 되고 있는 현안 문제를 해결할 수 있는 지대한 산업상의 이점이 있다
Claims (4)
- 금형용 공구강 제품에 대한 담금질 열처리 작업후, 본 제품에 대하여 적어도 세 번 이상의 -60℃, -130℃, -190℃의 초저온 3단다단 냉각작업에 의하여, 담금질 열처리 후 강 제품에 잔유하는 17％의 잔유오스테나이트 조직을 내,외부 균일하게 마르텐사이트 조직으로 변태를 촉진시켜 4.2％로 최소화 하며초저온 3단다단 냉각작업 후, 잔유하는 4.2％의 오스테나이트조직을 2차적으로 480℃로 2회 고온뜨임 하여, 잔유오스테나이트 조직을 마르텐사이트 조직으로 변태 시켜 3.81％로 극소화 하고, 잔유오스테나이트의 마르텐사이트 변태에 의한 응력을 제거하고, 인성을 부여 하며상기 뜨임처리 후 불안정한 상태로 일부 잔유하는 3.81％의 잔유오스테나이트 조직이 시간의 경과(시효) 와 더불어 마르텐사이트 조직으로 변태 하므로 생기는 치수변화를 방지하기 위하여,390℃로 뜨임하여 잔유오스테나이트 조직이 마르텐사이트 조직으로 변태하는 것을 억제하여 안정화 시킴에 의한고C-고Cr-(V)계 공구강의 잔유오스테나이트의 최소화 및 잔유오스테나이트의 시효에 의한 마르텐사이트로의 변태를 억제, 안정화함에 의한 금형의 치수변화 방지 열처리 방법
- 청구항1에 있어서 상기 금형용 공구강 강제품의 시효변형 방지 특성은 하기㉠ 내지 ㉤ 단계들로 이루어지는 1단계 열처리 방법㉠ 입고되는 강 제품에 대한 데이터 입수를 위하여 그 강제품의 재질, 성분 및 경도 여부를 확인하기 위한 단계;㉡ 그 제품의 표면에 묻은 이물질을 제거하기 위한 세정 단계;㉢ 세정 단계를 거친 금형용공구강 제품을 진공로에 장입(裝入)후, 그 진공로의 내부를 10-3∼10-5 Torr 의 진공 분위기로 유지하기 위한 단계;㉣ 진공로에서 금형용공구강 제품을 강재가 가열에 의하여 탄성체에서 소성체로 변하는 온도구역에서 내,외부 온도를 균일하게 가열, 유지하여 열변형을 최소화 하기 위하여 1차적으로 520℃로 가열 유지 하며,2차적으로 변태점 직하의 온도 780℃로 가열 유지 하여 변태점에서의 체심입방격자(bcc)의 면심입방격자(fcc)로의 변태에 의한 수축이 내,외부 균일하게 일어 나도록 하여 열응력 및 열변형을 최소화 하며3차적으로 본열 1020℃로 가열 유지하여 표면과 내부가 균일한 온도로 가열 되도록 하여 응력을 최소화 하며 내,외부가 균일한 오스테나이트 조직으로 변태 하도록 한다㉤ 상기 진공로의 진공 해제와 아울러 그 내부에 질소 가스를 주입하여 냉각 하여 담금질 열처리가 이루어 지도록 한다하기 ㉥ 내지 ㉧ 단계들로 이루어지는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초저온3단 다단냉각에 의한 시효변형 방지 열처리 방법㉥ 균열을 방지하기 위하여 상기 냉각한 제품을 100℃의 물에서 가열하는 단계;㉦ 1단계 열처리 후의 조직인 마르텐사이트와 17％의 잔유오스테나이트의 조직중, 시효치수변화에 영향을 미치는 잔유오스테나이트 조직을 표면, 내부 균일하게 마르텐사이트 조직으로 변태시켜 최소화 하기 위하여금형용 공구강 제품을 냉각기에 장입후, 1차로 -60℃로 냉각하여 표면,내부가 균일하게 -60℃가 되도록 유지한 후,2차로 -130℃로 연속 냉각하여 표면,내부가 균일하게 -130℃가 되도록 유지한 후,3차로 초저온 -190℃의 온도로 연속 냉각하여 표면,내부가 균일하게 -190℃가 되도록 유지하는 단계;이같은 3단 다단냉각에 의하여 잔유오스테나이트 조직의 마르텐사이트로의 변태를 촉진하고, 내,외부 균일한 변태가 일어나도록 하여 17％의 잔유오스테나이트가 4.2％로 최소화 하며상기 초저온상태로 냉각 처리된 금형용강 제품을 상기 냉각기로부터 취출후, 내부응력 제거 및 균열을 방지하기 위하여 100℃의 물에 급냉하는 단계
- 하기 ㉨ 내지 ㉭ 단계들로 이루어지는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법상기 2단계 처리 후에도 잔유하는 잔유오스테나이트 조직을 마르텐사이트로 변태 시켜 잔유오스테나이트 조직을 극소화 하며,잔유오스테나이트의 마르텐사이트 조직으로의 변태에 의한 취성 및 내부응력을 감소 하기 위하여㉨ 초저온 냉각후 100℃의 열탕에 가열된 제품에 대하여 잔유오스테나이트 조직의 마르텐사이트로의 변태, 열에 대한 안정성을 부여하기 위하여 1차적으로 480℃로 뜨임하여 4.2％의 잔유오스테나이트를 3.81％로 극소화 하며㉩ 변태 마르텐사이트 조직에 의한 취성 및 내부응력을 감소 하기 위하여 2차적으로 480℃로 뜨임하는 열처리 방법
- 하기 ㉪의 단계들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 4단계 열처리 방법3.81％의 불안정한 상태로 잔유하는 잔유오스테나이트 조직이 시일의 경과(시효)와 함께 마르텐사이트 조직으로의 변태하는 것을 억제하여 안정화 시켜 치수변화를 억제, 방지하는 열처리 방법㉪ 390℃로 뜨임 열처리390℃로 뜨임가열에 의하여 하기와 같이 잔유오스테나이트는 마르텐사이트 조직으로의 변태가 억제되며 안정화 된다시일 경과에 따른 잔유오스테나이트의 변화율은 다음과 같다※ 잔유오스테나이트의 변화율
상기 변화율을 그라프화 하면 다음과 같다※ 잔유오스테나이트의 변화추이
상기 잔유오스테나이트의 변화율을 보면 종래 열처리 방법에 의한 것은 시일의 경과와 함께 잔유오스테나이트의 변화율이 점진적으로 커지고 있으며, 본발명열처리 방법에 의한 것은 전체적으로 변화율이 적고 안정화 되어 있다이상과 같이 4단계 열처리 방법에 의하여 하기와 같이 본 발명의 특징인 치수 안정성이 확보 된다※ 평균 치수 변화율(길이 방향)
상기 치수변화율을 그라프화 하면 다음과 같다
본 발명 열처리 방법이 종래의 방법에 비하여 치수 변화가 극히 적고 안정화 되어 있다이상의 열처리 방법에 의한고C-고Cr-(V)계 공구강의 잔유오스테나이트의 최소화 및 잔유오스테나이트의 시효에 의한 마르텐사이트로의 변태를 억제, 안정화함에 의한 금형의 치수변화 방지 열처리 방법
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