KR20180016453A - Method for producing tool - Google Patents

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KR20180016453A
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다쿠야 무라사키
유타카 미야지마
히데토시 시라이시
마사토시 나루미
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히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
히타치 긴조쿠 고구코 가부시키가이샤
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Abstract

Provided are a tool, which has excellent corrosion resistance on a surface of a cooling hole, and a manufacturing method thereof. The tool comprises: a working surface; and a cooling hole through which cooling water passes. The surface of the cooling hole, which comes in contact with the cooling water, has a magnetite layer. The manufacturing method of the tool having the working surface and the cooling hole enabling cooling water to pass comprises the following steps of: preparing the tool having the cooling hole; performing oxidation treatment by exposing the tool to steam at 480-600°C; and forming a magnetite layer on a surface of the cooling hole, which comes in contact with cooling water.

Description

공구의 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCING TOOL}[0001] METHOD FOR PRODUCING TOOL [0002]

본 발명은 작업면과, 냉각수를 통과시키기 위한 냉각 구멍을 갖는 공구 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a work surface and a tool having a cooling hole for passing cooling water therethrough, and a manufacturing method thereof.

일반적으로, 각종 공구는, 그것이 가공이나 성형, 반송 등의 대상으로 하는 소재와 접하는 「작업면」을 갖고 있다. 그리고, 이들 공구 중, 사용 중에 고온으로 되는 것은, 그 사용 중에 있어서 작업면이나 공구의 전체가 냉각된다.Generally, various tools have a " work surface " in contact with a material to be processed, molded, or conveyed. Among these tools, a high temperature during use cools the work surface and the entire tool during its use.

작업면을 갖는 공구로서, 예를 들어 금형이 있다. 다이캐스트용이나 플라스틱 성형용의 금형은, 용융한 금속이나 플라스틱 등을 성형하기 위한 작업면(즉, 성형 후의 제품 형상에 따른 다이 페이스)을 갖고 있다. 핫 프레스용의 금형은, 가열한 강판을 프레스 성형하고, 그 성형한 강판을 냉각하기 위한 작업면을 갖고 있다. 또한, 금형 이외의 공구로서, 예를 들어 슬리브, 부시, 플런저 팁, 코어 핀 등의 주조용 공구도, 용융한 금속을 압출하거나, 주조품에 구멍을 성형하거나 하기 위한 작업면을 갖고 있다. 이러한 공구는, 사용 중에 있어서, 작업면이나 공구의 전체가 냉각된다. 그리고, 이 냉각을 위해서, 통상 공구의 내부에는, 냉각수를 통과시키기 위한 냉각 구멍이 형성되어 있고, 이 냉각 구멍에 냉각수를 통과시킴으로써, 사용 중인 공구를 냉각하고 있다.As a tool having a working surface, for example, there is a mold. The die for die casting or plastic molding has a working face for molding molten metal or plastic (i.e., a die face depending on the shape of the molded product). The hot press mold has a work surface for press-forming a heated steel sheet and cooling the formed steel sheet. As a tool other than a mold, for example, a casting tool such as a sleeve, a bush, a plunger tip, and a core pin has a working surface for extruding molten metal or for forming a hole in a cast article. Such a tool, during use, cools the work surface and the entire tool. For this cooling, a cooling hole for passing cooling water is formed in the interior of the normal tool, and cooling water is passed through the cooling hole to cool the tool in use.

상기의 냉각 구멍에 냉각수를 통과시키고 있을 때, 이 냉각수와 접하는 냉각 구멍의 표면은, 냉각수와의 접촉에 의해 부식되는(녹스는) 것이 염려된다. 그리고, 냉각 구멍의 표면의 부식이 진행되면, 그것에 의해 발생한 녹이 냉각 구멍을 막아, 냉각수의 유량이 저하된다. 경우에 따라서는, 응력 부식 균열(Stress Corrosion Cracking; SCC)이 발생하여, 냉각 구멍의 표면으로부터 공구의 균열에 이르는 경우도 있다. 이 대책으로서, 냉각 구멍의 표면에 질화 처리를 행하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1). 특허문헌 1에 의하면, 냉각 구멍의 표면에 질화층을 형성함으로써, 냉각 구멍의 표면에 압축 잔류 응력을 부여하여, 응력 부식 균열을 기점으로 하는 균열(크랙킹)을 방지할 수 있다.When the cooling water is passed through the cooling hole, the surface of the cooling hole in contact with the cooling water may be corroded (rusted) by contact with the cooling water. Then, when the surface of the cooling hole is corroded, the rust generated by the rust is blocked, thereby reducing the flow rate of the cooling water. In some cases, stress corrosion cracking (SCC) may occur, leading to cracking of the tool from the surface of the cooling hole. As a countermeasure, a method of nitriding the surface of the cooling hole has been proposed (Patent Document 1). According to Patent Document 1, by forming a nitride layer on the surface of a cooling hole, a compressive residual stress can be applied to the surface of the cooling hole, thereby preventing cracks (cracking) starting from stress corrosion cracking.

일본 특허 공개 제2013-159831호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-159831

냉각 구멍의 표면에 질화 처리를 행하는 방법은, 냉각 구멍의 표면에 발생한 응력 부식 균열을 기점으로 하는 균열의 발생의 억제에 일정한 효과를 갖는 것 같다. 그러나, 이 균열의 발생을 억제하기 전에는, 그 발생에 이어지는 「부식 자체를 억제하는 효과(즉, 내청성)」에 대해서, 질화층의 경우, 개선의 여지가 있었다. 내청성이 떨어져, 냉각 구멍의 표면에 현저한 녹이 발생하면, 그 녹의 발생에 의한 냉각 구멍의 막힘도 우려된다. 또한, 질화층의 경우, 냉각 구멍의 표면에, 일단, 응력 부식 균열이 발생하면, 그것이 균열로 진전할 때의 「균열 진전 속도」가 커서, 종합적인 「내식성」의 향상에 개선의 여지가 있었다.The method of performing the nitriding treatment on the surface of the cooling hole seems to have a certain effect on the suppression of the generation of the crack starting from the stress corrosion crack generated on the surface of the cooling hole. However, before suppressing the generation of this crack, there has been room for improvement in the case of the "nitriding effect" (that is, the resistance against corrosion) following the generation thereof. If the rust resistance deteriorates and significant rust is generated on the surface of the cooling hole, the cooling holes may be clogged by the generation of the rust. Further, in the case of the nitrided layer, once the stress corrosion crack is generated on the surface of the cooling hole, the "crack propagation speed" at the time of crack propagation is large, and there is room for improvement in improvement of the overall "corrosion resistance" .

본 발명의 목적은, 냉각 구멍의 표면의 내식성이 우수한 공구 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a tool having excellent corrosion resistance on the surface of a cooling hole and a manufacturing method thereof.

본 발명은 작업면과, 냉각수를 통과시키기 위한 냉각 구멍을 갖는 공구이며, 이 냉각 구멍의 냉각수와 접하는 표면에 마그네타이트층을 갖는 공구이다.The present invention is a tool having a working surface and a cooling hole for allowing cooling water to pass therethrough and having a magnetite layer on a surface of the cooling hole in contact with cooling water.

이때, 냉각 구멍의 냉각수와 접하는 표면이 갖는 상기의 마그네타이트층이, 공구의 모재와 접하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 작업면에는, 공구의 모재보다도 경도가 높은 경질층을 갖는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the above-mentioned magnetite layer of the surface in contact with the cooling water of the cooling hole is in contact with the base material of the tool. It is preferable that the work surface has a hard layer having hardness higher than that of the base material of the tool.

그리고, 본 발명은 작업면과, 냉각수를 통과시키기 위한 냉각 구멍을 갖는 공구의 제조 방법이며, 냉각 구멍이 형성된 공구를 준비하고, 480 내지 600℃의 수증기에 노출시키는 것에 의한 산화 처리를 행하여, 그 냉각 구멍의 냉각수와 접하는 표면에 마그네타이트층을 형성하는 공구의 제조 방법이다.The present invention is a method of manufacturing a tool having a working surface and a cooling hole for passing cooling water through which a tool having a cooling hole is prepared and subjected to oxidation treatment by exposing it to water vapor at 480 to 600 ° C, And forming a magnetite layer on the surface of the cooling hole in contact with the cooling water.

이때, 냉각 구멍의 냉각수와 접하는 표면에 마그네타이트층을 형성하는 상기의 산화 처리를, 공구의 모재의 바로 위에 행하는 것이 바람직하다. 또한, 상기의 산화 처리 후에, 작업면에 표면 경화 처리를 행하여, 이 작업면에, 공구의 모재보다도 경도가 높은 경질층을 형성하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the oxidation treatment for forming the magnetite layer on the surface of the cooling hole in contact with the cooling water is performed directly on the base material of the tool. After the oxidation treatment, it is preferable to perform surface hardening treatment on the work surface to form a hard layer having higher hardness than the base material of the tool on the work surface.

본 발명에 따르면, 공구가 갖는 냉각 구멍에 대해서, 그 표면의 내식성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the corrosion resistance of the surface of the cooling hole of the tool can be improved.

도 1은 본 발명예의 시료에 대해서, 그 표면 처리층의 단면의 일례를 나타내는 광학 현미경 사진.
도 2는 본 발명예의 시료에 대해서, 그 표면 처리층의 단면의 일례를 나타내는 광학 현미경 사진.
도 3은 비교예의 시료에 대해서, 그 표면 처리층의 단면의 일례를 나타내는 광학 현미경 사진.
도 4는 본 발명예의 시료에 대해서, 그 표면 처리층의 단면의 일례를 나타내는 주사형 전자 현미경 사진.
도 5는 도 4의 단면에 대해서, 에너지 분산형 X선 분석(EDX)에 의한 원소 분석의 결과를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명예의 시료에 대해서, 그 표면 처리층을 글로우 방전 발광 분광 분석(GDS)하였을 때의 성분 프로파일의 일례를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명예 및 비교예의 시료에 대해서, 그 표면의 부식 상황을 나타내는 도면 대용 사진.
도 8은 본 발명예의 시료에 대해서, 그 표면에 또한 질화 처리를 행하였을 때의, 표면 처리층의 단면의 일례를 나타내는 광학 현미경 사진.
도 9는 실시예 3에서 행한 응력 부식 균열 시험의 개략적인 상황을 나타내는 도면.
도 10은 도 9의 응력 부식 균열 시험을 행하였을 때의, 본 발명예 및 비교예의 시료에 있어서의 균열 발생 사이클수를 나타내는 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an optical microscope photograph showing an example of a section of a surface treatment layer of a sample of the present invention. FIG.
2 is an optical microscope photograph showing an example of a section of a surface treatment layer of the sample of the present invention.
3 is an optical microscope photograph showing an example of a cross section of a surface treatment layer of a sample of a comparative example.
4 is a scanning electron micrograph showing an example of a cross section of a surface treatment layer of the sample of the present invention.
5 is a diagram showing the result of element analysis by energy dispersive X-ray analysis (EDX) with respect to the section of FIG. 4;
6 is a view showing an example of a component profile when the surface treatment layer of the sample of the present invention is subjected to glow discharge emission spectroscopy (GDS).
FIG. 7 is a photograph showing a corrosion state of a surface of a sample of the present invention and a comparative example. FIG.
8 is an optical microscope photograph showing an example of a section of a surface treatment layer when the surface of the sample of the present invention is further nitrided.
9 is a diagram showing a schematic situation of a stress corrosion cracking test performed in Example 3. Fig.
10 is a view showing the number of crack occurrence cycles in the sample of the present invention and the comparative example when the stress corrosion cracking test of FIG. 9 is performed.

(1) 본 발명은 작업면과, 냉각수를 통과시키기 위한 냉각 구멍을 갖는 공구이다.(1) The present invention is a tool having a working surface and a cooling hole for passing cooling water therethrough.

각종 공구는, 그것이 가공이나 성형, 반송 등의 대상으로 하는 소재와 접하는 「작업면」을 갖고 있다. 그리고, 이들 공구에 있어서, 사용 중에 고온으로 되는 것은, 예를 들어 그 내부에, 작업면이나 공구의 전체를 냉각하기 위한 「냉각수를 통과시키기 위한 냉각 구멍」을 갖고 있다. 이러한 공구로서, 예를 들어 다이캐스트용이나 플라스틱 성형용, 핫 프레스용의 금형이 있다. 또한, 슬리브, 부시, 플런저 팁, 코어 핀 등의 주조용 공구가 있다. 그리고, 상기의 냉각 구멍에 통과되는 냉각수의 종류로서, 예를 들어 물 그 자체 외에, 물에 방청제가 포함된 알칼리성 냉각수 등이 있다.Various tools have a " work surface " in contact with a material to be processed, molded, or conveyed. In these tools, the high temperature during use has, for example, a " cooling hole for allowing cooling water to pass through " for cooling the working surface and the entire tool. As such a tool, for example, a die for die casting, a plastic forming die, and a hot press die. There are also casting tools such as sleeves, bushes, plunger tips, and core pins. Examples of the type of the cooling water passing through the cooling holes include, for example, alkaline cooling water containing a rust inhibitor in water in addition to water itself.

(2) 본 발명은 상기한 냉각 구멍의, 냉각수와 접하는 표면에 마그네타이트층을 갖는 공구이다.(2) The present invention is a tool having a magnetite layer on the surface of the aforementioned cooling hole in contact with cooling water.

공구는 각종 금속 재료를 모재로 사용하여 제조되고 있다. 그리고, 이 금속 재료 중에서도, 공구강은 기계적 특성이 우수하여, 공구의 모재로 다용되고 있다. 공구강에는, 예를 들어 「합금 공구강 강재」가 있다. 합금 공구강 강재란, 탄소 외에, 크롬, 몰리브덴, 바나듐 등의 합금 원소를 포함하는 공구강이며, 예를 들어 JIS-G-4404에 규격되어 있는 SKD61 등과 같은 공구강이다. 그리고, 이러한 금속 재료를 모재로 사용하여 이루어지는 공구가, 상기한 (1)의 「냉각수를 통과시키기 위한 냉각 구멍」을 갖고 있으면, 그 사용 중에 있어서, 냉각수와 접하고 있는 냉각 구멍의 표면이 부식되는 것이 염려된다.Tools are manufactured using various metal materials as base materials. Of these metal materials, tool steel has excellent mechanical properties and is widely used as a base material for tools. Tool steels, for example, are "alloy tool steel". Alloy tool steels are tool steels containing alloying elements such as chromium, molybdenum and vanadium in addition to carbon, for example, tool steels such as SKD61 specified in JIS-G-4404. If a tool made of such a metal material as the base material has the "cooling hole for passing cooling water" in the above (1), the surface of the cooling hole in contact with the cooling water during its use is corroded I am concerned.

이 냉각 구멍의 표면이 부식된다는 과제에 대하여, 냉각 구멍의 표면이 「금속 재료 상태 그대로」의 공구인 경우, 그 냉각수와 접하고 있는 표면에는 현저한 녹이 발생하였다. 그리고, 이 냉각 구멍의 표면에 「질화층」을 갖고 있던 종래의 공구라도, 녹의 발생을 충분히 억제하는 점에서 개선의 여지가 있었다.In the case where the surface of the cooling hole is a tool with the " metallic material as it is " against the problem that the surface of the cooling hole is corroded, remarkable rust is generated on the surface in contact with the cooling water. Further, even a conventional tool having a " nitrided layer " on the surface of this cooling hole has a room for improvement in sufficiently suppressing the generation of rust.

그리고, 공구의 종합적인 「내식성」을 향상시킨다는 면에서는, 상기한 냉각 구멍의 표면의 부식 자체를 억제하는 「내청성」 외에, 냉각 구멍의 표면에 발생한 응력 부식 균열의 균열 진전 속도를 작게 억제하는 「내균열 진전성」을 향상시키는 것이 중요하다. 그리고, 냉각 구멍의 표면에 「질화층」을 가진 종래의 공구의 경우, 냉각 구멍의 표면이 「금속 재료 상태 그대로」의 공구인 경우에 비해, 상기의 균열 진전 속도가 커지는 것을 발견하였다. 또한, 냉각 구멍의 표면이 「금속 재료 상태 그대로」의 공구라도, 작업면에 질화 처리를 행한 것은, 냉각 구멍의 표면에 있어서의 상기의 균열 진전 속도가 커지는 것을 발견하였다.In order to improve the overall "corrosion resistance" of the tool, in addition to the "rust resistance" which suppresses the corrosion of the surface of the cooling hole, the crack propagation speed of the stress corrosion crack generated on the surface of the cooling hole is reduced It is important to improve " crack propagation resistance ". Further, in the case of a conventional tool having a " nitrided layer " on the surface of the cooling hole, it has been found that the above-mentioned crack propagation speed is higher than that in the case where the surface of the cooling hole is a tool of " Further, even if the surface of the cooling hole is a " metal material in the state of being in the state of a metal material ", it has been found that the above-mentioned crack propagation speed on the surface of the cooling hole becomes larger when nitriding is performed on the working surface.

이 균열 진전 속도가 커지는 원인은, 질화 처리 등에 의해, 냉각 구멍의 표면 경도가 상승하는 데 있다고 생각된다. 이에 대해서는, 냉각 구멍의 표면에 질화 처리를 행하지 않은 공구라도, 작업면에 질화 처리를 행한 것은, 마찬가지라고 생각된다. 즉, 냉각 구멍의 개구 위치는, 예를 들어 공구의 작업면과 대항하는 면(공구의 측면이나 이면)에 있는 바, 공구의 작업면에 질화 처리를 행하면, 그때의 반응 가스가, 냉각 구멍의 개구 위치를 통해, 그 표면에도 침입하여, 냉각 구멍의 표면도 적지 않게 경화된다. 그리고, 냉각 구멍의 표면에 질화 처리를 행하였을 때와 마찬가지로, 냉각 구멍의 표면 경도가 적지 않게 상승하여, 냉각 구멍의 표면에 있어서의 균열 진전 속도가 커진다.The reason why the crack propagation speed is increased is considered to be that the surface hardness of the cooling hole is increased by nitriding treatment or the like. In this regard, it is considered that a tool that has not been subjected to nitriding treatment on the surface of the cooling hole and nitrided on the working surface is the same. That is, the opening position of the cooling hole is located on the surface (the side or back surface of the tool) opposite to the working surface of the tool, for example, when nitriding is performed on the working surface of the tool, And enters the surface through the opening position, so that the surface of the cooling hole is also hardly hardened. Then, as in the case of nitriding the surface of the cooling hole, the surface hardness of the cooling hole is increased so little that the crack propagation speed at the surface of the cooling hole becomes large.

따라서, 본 발명에서는, 냉각 구멍의 표면의 부식을 억제함과 동시에, 냉각 구멍의 표면에 발생한 응력 부식 균열의 진전도 억제할 수 있는 방법을 검토하였다. 그 결과, 냉각수와 접하는 냉각 구멍의 표면에 「마그네타이트층」을 갖는 것이 효과적인 것을 알아냈다. 마그네타이트란, Fe3O4의 화학식을 갖는 스피넬형의 철산화물이다. 그리고, 치밀한 구조를 갖고, 냉각수에 대한 내청성이 높은 물질이다. 이 마그네타이트층을, 냉각수와 접하는, 공구의 냉각 구멍의 표면에 가짐으로써, 냉각 구멍의 표면의 내청성이 향상되어, 냉각 구멍의 표면의 부식을 효과적으로 억제할 수 있다.Therefore, in the present invention, a method capable of suppressing the corrosion of the surface of the cooling hole and suppressing the progress of stress corrosion cracking occurring on the surface of the cooling hole has been studied. As a result, it has been found that it is effective to have a " magnetite layer " on the surface of the cooling hole in contact with the cooling water. Magnetite is a spinel type iron oxide having the formula of Fe 3 O 4 . It has a dense structure and is highly resistant to cooling water. By having the magnetite layer on the surface of the cooling hole of the tool in contact with the cooling water, the rustability of the surface of the cooling hole is improved, and corrosion of the surface of the cooling hole can be effectively suppressed.

그리고, 일반적인 질화 처리에 의해 공구강에 형성된 질화층의 경도가, 약 1000HV인 것에 반해, 공구의 표면에 형성된 상기의 마그네타이트층의 경도는, 1000HV 미만이며(예를 들어, 약 600HV 정도이며), 질화층의 경도보다도 낮다. 이에 의해, 냉각 구멍의 표면에 발생한 응력 부식 균열의 균열 진전 속도도 작게 억제할 수 있어, 내균열 진전성을 향상시킬 수 있다.The hardness of the magnetite layer formed on the surface of the tool is less than 1000 HV (for example, about 600 HV), whereas the hardness of the nitrided layer formed on the tool steel by general nitriding treatment is about 1000 HV, Is lower than the hardness of the layer. As a result, the crack propagation speed of the stress corrosion crack generated on the surface of the cooling hole can also be suppressed to be small, and crack propagation resistance can be improved.

상기의 마그네타이트층의 두께는, 본 발명의 내식성의 향상 효과를 충분히 얻는 데 있어서, 1㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 두께의 상한에 대해서는, 특별한 한정을 필요로 하지 않는다. 단, 후술하는 산화 처리 시의 처리 온도나 처리 시간에 비추어, 5㎛ 정도가 상한으로 될 수 있다. The thickness of the magnetite layer is preferably 1 m or more in order to sufficiently obtain the effect of improving the corrosion resistance of the present invention. The upper limit of the thickness is not particularly limited. However, the upper limit may be about 5 占 퐉 in view of the treatment temperature and the treatment time in the oxidation treatment to be described later.

상기의 마그네타이트층은, 공구가 갖는 냉각 구멍의 표면에, 480 내지 600℃의 수증기에 노출시키는 것에 의한 산화 처리를 행함으로써, 형성하는 것이 가능하다. 또한, 처리 시간은 1 내지 3시간 정도로 하는 것이 바람직하다. 이들 산화 처리는, 노를 사용한 통상의 방법(예를 들어, 「산화 처리」로서 알려져 있는 공지의 방법)에 의해 행할 수 있다. 이 산화 처리로서, 예를 들어 호모 처리(homo treatment)가 있다.The above-described magnetite layer can be formed by subjecting the surface of the cooling hole of the tool to oxidation treatment by exposing it to water vapor at 480 to 600 캜. The treatment time is preferably about 1 to 3 hours. These oxidation treatments can be performed by a conventional method using a furnace (for example, a known method known as " oxidation treatment "). As this oxidation treatment, there is, for example, homo treatment.

(3) 바람직하게는, 본 발명은 냉각 구멍의 냉각수와 접하는 표면이 갖는 상기의 마그네타이트층이, 공구의 모재와 접하고 있는 공구이다.(3) Preferably, the present invention is a tool in which the above-mentioned magnetite layer of the surface of the cooling hole in contact with the cooling water is in contact with the base material of the tool.

상기의 (2)에 있어서, 냉각 구멍의 표면에 마그네타이트층을 형성할 때, 그 형성 전의 모재의 표면에, 상기의 마그네타이트층과는 다른, 「그 밖의 표면 처리층(표면 피복층을 포함함)」이 형성되어 있으면, 마그네타이트층이 갖는 내식성의 향상 효과가 적지 않게 저하될지도 모른다. 그리고, 상기한 그 밖의 표면 처리층이, 예를 들어 질화층 등과 같은, 공구의 모재보다도 경도가 높은 경질층이면, 그 상에 마그네타이트층이 형성되어 있어도, 냉각 구멍의 표면에 있어서의 균열 진전 속도가 커질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 마그네타이트층은, 그 공구의 모재와의 사이에 그 밖의 표면 처리층을 개재하지 않고, 모재와 접하도록, 모재의 바로 위에 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 본 발명의 우수한 내식성을, 높은 레벨로 유지할 수 있다.When the magnetite layer is formed on the surface of the cooling hole in the above (2), "other surface treatment layer (including surface coating layer)" different from the above-mentioned magnetite layer is formed on the surface of the pre- The effect of improving the corrosion resistance of the magnetite layer may be lowered so that it is not so small. If the other surface treatment layer is a hard layer having a hardness higher than that of the base material of the tool such as a nitrided layer and the like, even if a magnetite layer is formed on the hard layer, the crack propagation speed Can be increased. Therefore, it is preferable that the magnetite layer according to the present invention is formed directly on the base material so as to be in contact with the base material without interposing another surface treatment layer between the magnetite layer and the base material of the tool. Thus, the excellent corrosion resistance of the present invention can be maintained at a high level.

(4) 바람직하게는, 본 발명은 작업면에, 공구의 모재보다도 경도가 높은 경질층을 갖는 공구이다.(4) Preferably, the present invention is a tool having, on the work surface, a hard layer having a hardness higher than that of the base material of the tool.

본 발명의 공구에 있어서는, 그 냉각 구멍의 냉각수와 접하는 표면에는 상기의 마그네타이트층을 형성한 후에, 작업면에는, 상기의 마그네타이트층과는 다른, 그 밖의 표면 처리층(표면 피복층을 포함함)을 형성할 수 있다. 이에 의해, 본 발명의 공구에서는, 그 냉각 구멍의 표면에서 마그네타이트층의 형성에 의한 내식성의 향상 효과를 저해하지 않고, 작업면에 그 밖의 특성을 부여할 수 있다.In the tool of the present invention, after the above-mentioned magnetite layer is formed on the surface of the cooling hole in contact with the cooling water, another surface treatment layer (including a surface coating layer) different from the above-mentioned magnetite layer is formed on the working surface . Thus, in the tool of the present invention, other characteristics can be imparted to the work surface without hindering the effect of improving the corrosion resistance due to the formation of the magnetite layer on the surface of the cooling hole.

그리고, 상기한 그 밖의 표면 처리층에 있어서, 일반적으로, 공구의 작업면에는, 각종 경질층이 형성되는 경우가 많다. 경질층이란, 공구의 모재보다도 경도가 높은 층이며, 예를 들어 질화 처리나 탄화 처리와 같은 표면 경화 처리에 의해 형성되는 질화층이나 탄화층을 들 수 있다. 또한, 물리 증착법이나 화학 증착법과 같은 피복 처리에 의한 표면 경화 처리로 형성되는 질화 피막이나 탄화 피막, 나아가, DLC 피막 등의 경질 피막을 들 수 있다. 그리고, 본 발명의 공구에 있어서, 그 작업면이 상기의 경질층을 가짐으로써, 냉각 구멍의 표면에서는 우수한 내식성을 유지하고, 작업면에는 우수한 강도를 부여할 수 있다. 또한, 이들 경질층은, 사용 중인 공구에 있어서, 그 작업면이 접하는 소재와의 반응의 억제에도 효과적이다.In the above-mentioned other surface treatment layer, various hard layers are often formed on the working surface of the tool in many cases. The hard layer is a harder layer than the base material of the tool, and examples thereof include a nitrided layer and a carbonized layer formed by surface hardening treatment such as nitriding treatment or carbonization treatment. Further, a hard coating such as a nitrided coating or a carbonized coating formed by a surface hardening treatment by a coating treatment such as a physical vapor deposition method or a chemical vapor deposition method, and further, a DLC coating can be given. Further, in the tool of the present invention, the work surface has the above hard layer, whereby excellent corrosion resistance can be maintained on the surface of the cooling hole, and excellent strength can be imparted to the work surface. In addition, these hard layers are also effective in suppressing the reaction with the workpiece in contact with the working surface of the tool in use.

상기의 표면 경화 처리에 대해서, 각종 처리 조건에는, 종래의 것을 적용할 수 있다. 그리고, 질화 처리를 행하는 것이면, 예를 들어 가스 연질화 처리의 경우, 질소 가스 중에 암모니아 가스를 30 내지 60체적％ 정도 첨가하고, 500 내지 600℃의 온도 영역에서 1시간 이상 유지하는 조건을 적용할 수 있다. 질화 처리를 행하면, 먼저, 모재 상에 질소 확산층이 형성된다. 그리고, 질화 처리를 계속함으로써, 질소 확산층의 구조가 질소 화합물층의 구조로 이행한다. 또한, 질소 화합물층은 「백층」이라 불리는 취화층으로서 취급되어, 질화 처리 후에 제거되는 것이 일반적이다.With regard to the above surface hardening treatment, conventional ones can be applied to various treatment conditions. In the case of the nitriding treatment, for example, in the case of the gas softening treatment, ammonia gas is added in an amount of 30 to 60% by volume in the nitrogen gas, and the condition is maintained for at least 1 hour in the temperature range of 500 to 600 ° C . When the nitriding treatment is performed, a nitrogen diffusion layer is first formed on the base material. Then, by continuing the nitriding treatment, the structure of the nitrogen diffusion layer shifts to the structure of the nitrogen compound layer. Further, the nitrogen compound layer is generally treated as an embrittlement layer called " back layer " and removed after the nitriding treatment.

이때, 앞서 설명한 냉각 구멍의 표면에 마그네타이트층을 형성하는 산화 처리 전에, 상기의 표면 경화 처리를 행하면, 이 표면 경화 처리가 작업면만의 표면 경화를 겨냥한 것이라도, 그때의 반응 가스가 냉각 구멍의 표면에 침입하여, 냉각 구멍의 표면도 적지 않게 경화시킬 수 있다. 마그네타이트층과의 사이에, 경질층이 개재되는 경우라도, 내식성 향상 및 균열 진전 속도 억제의 효과는 기대되지만, 냉각 구멍의 표면이 경화되면 균열 진전 속도 억제에는 불리해지기 때문에, 공구의 모재와 상기의 마그네타이트층 사이에는, 경질층이 개재되지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 공구의 작업면에 상기의 경질층을 형성하는 경우에는, 먼저, 냉각 구멍의 표면에 마그네타이트층을 형성하는 산화 처리를 행하고 나서, 작업면에 표면 경화 처리를 행하여, 작업면에 경질층을 형성하는 것이 바람직하다.At this time, if the above-mentioned surface hardening treatment is performed before the oxidizing treatment for forming the magnetite layer on the surface of the cooling hole described above, even if the surface hardening treatment targets the surface hardening only of the work surface, So that the surface of the cooling hole can be hardly hardened. Even when a hard layer is interposed between the base material and the magnetite layer, the effect of improving the corrosion resistance and suppressing the rate of crack propagation is expected. However, if the surface of the cooling hole is hardened, It is preferable that no hard layer is interposed between the magnetite layers. Therefore, in the case of forming the hard layer on the work surface of the tool, first, oxidation treatment for forming the magnetite layer on the surface of the cooling hole is performed, then surface hardening treatment is performed on the work surface, .

그리고, 앞서, 냉각 구멍의 표면에 마그네타이트층을 형성하였을 때에, 이 마그네타이트층이 작업면에도 형성되어 있었다면, 마그네타이트층의 경도는 낮으므로, 절삭 가공이나 숏블라스트 등에 의해, 마그네타이트층을 작업면으로부터 용이하게 제거할 수 있다. 마그네타이트층은 치밀한 구조를 갖는다. 따라서, 작업면에, 예를 들어 질화층을 형성하고자 한 경우, 이 작업면에 앞서 형성되어 있는 마그네타이트층은, 질화 처리에 있어서의 질소의 모재에의 침입을 방해하여, 질소 확산층 및 질소 화합물층의 형성을 억제하는 작용이 있다. 따라서, 표면 경화 처리를 행하기 전의 작업면에, 마그네타이트층이 형성되어 있을 때는, 이것을 제거해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 이 마그네타이트층이 제거된 작업면에, 상기의 표면 처리를 행함으로써, 작업면에 필요한 특성을 부여할 수 있다. 그리고, 상기의 표면 처리를 표면 경화 처리로 함으로써, 작업면에 우수한 강도를 부여할 수 있다.If the magnetite layer is formed on the working surface when the magnetite layer is formed on the surface of the cooling hole, the hardness of the magnetite layer is low. Therefore, the magnetite layer can be easily removed from the work surface by cutting or shot blasting . The magnetite layer has a dense structure. Therefore, when a nitrided layer is to be formed on the work surface, for example, the magnetite layer formed before the work surface interferes with the entry of nitrogen into the base material in the nitriding treatment, and the nitrogen diffusion layer and the nitrogen compound layer And inhibit the formation of the cells. Therefore, when the magnetite layer is formed on the work surface before the surface hardening treatment, it is preferable to remove the magnetite layer. By performing the above-described surface treatment on the work surface from which the magnetite layer has been removed, it is possible to impart necessary properties to the work surface. By applying the surface hardening treatment to the above surface treatment, excellent strength can be imparted to the work surface.

본 발명의 공구에 있어서, 상기의 마그네타이트층은, 그 냉각 구멍의 「냉각수와 접하는」 표면에 형성된 것이다. 그리고, 이 마그네타이트층 상에 경질층이, 예를 들어 질화층이 형성되어 있으면, 균열 진전 속도의 상승을 조장한다.In the tool of the present invention, the magnetite layer is formed on the surface of the cooling hole which is in contact with the " cooling water ". If a hard layer such as a nitrided layer is formed on the magnetite layer, an increase in crack propagation speed is promoted.

단, 이 경우에 있어서, 마그네타이트층은, 질화 처리에 있어서의 질소의 모재에의 침입을 방해하여, 질화층의 형성을 억제하는 작용이 있는 것은 상술한 바와 같다. 따라서, 냉각 구멍의 표면에 마그네타이트층을 형성한 후에, 작업면에 질화 처리를 행한 경우, 그때의 반응 가스(질소)가 냉각 구멍의 표면에도 도달하여, 이 위치의 모재에 침입하려고 해도, 냉각 구멍의 표면에 질화층이 형성되는 것이 억제된다. 또한, 상기의 질화층(질화 피막)을 물리 증착법에 의해 형성하는 경우라도, 그 물리 증착법이 갖는 피복 특성의 면에서, 공구의 냉각 구멍과 같은 「깊은 구멍」의 표면에 피막이 형성되는 것은 용이하게 회피할 수 있다. 이들에 의해, 본 발명의 공구는, 그 냉각 구멍의 표면에서 우수한 내식성을 갖고, 또한 작업면은 우수한 강도를 가질 수 있다.In this case, however, the magnetite layer has the function of inhibiting the penetration of nitrogen into the base material in the nitriding treatment and suppressing the formation of the nitrided layer, as described above. Therefore, even if the reaction gas (nitrogen) at that time reaches the surface of the cooling hole and tries to intrude into the base material at this position, when the nitriding treatment is performed on the working surface after the magnetite layer is formed on the surface of the cooling hole, It is possible to suppress the formation of the nitride layer on the surface of the substrate. Even in the case of forming the nitride layer (nitrided film) by the physical vapor deposition method, it is easy to form the coating on the surface of the " deep hole " like the cooling hole of the tool in terms of the coating property of the physical vapor deposition method Can be avoided. Thus, the tool of the present invention has excellent corrosion resistance on the surface of the cooling hole, and the working surface can have excellent strength.

[실시예 1][Example 1]

JIS-G-4404(합금 공구강 강재)에 규정되는 SKD61의 열간 공구강을 모재로 사용하여, 이것을 직경 26㎜×높이 10㎜의 형상의 시험편으로 가공하였다. 다음에, 이 시험편에 켄칭/템퍼링을 행하여, 시험편의 경도를 약 45HRC로 조정하였다. 그리고, 이들 시험편의 직경 26㎜의 면에, 표면 거칠기를 동일하게 하기 위해서, 숏블라스트를 행한 후, 표 1에 나타내는 조건의 질화 처리 및 산화 처리에 의한 표면 처리를 순차적으로 행하여, 내청성을 평가하기 위한 시료 1 내지 4를 제작하였다. 이때, 이들 내청성을 평가하기 위한 시료와는 별도로, 상기와 동일한 조건에서 제작한, 표면 처리 후의 표면 처리층의 상태를 평가하기 위한 시료도 준비하였다.The hot tool steel of SKD61 specified in JIS-G-4404 (alloy tool steel) was used as the base material and processed into test pieces having a shape of 26 mm in diameter × 10 mm in height. Next, the test piece was quenched / tempered to adjust the hardness of the test piece to about 45 HRC. In order to make the surface roughness of the test pieces equal to 26 mm in diameter, shot blasting was carried out, and then the surface treatment by the nitriding treatment and the oxidation treatment under the conditions shown in Table 1 were sequentially performed to evaluate the resistance to rusting Samples 1 to 4 were prepared. At this time, a sample for evaluating the state of the surface-treated layer after the surface treatment, which was prepared under the same conditions as those described above, was also prepared separately from the sample for evaluating these hardenability.

표 1에 있어서, 시료 1, 2에서 행한 산화 처리는, 수증기의 분위기에서 행하는 호모 처리로 하였다. 시료 2, 3에서 행한 질화 처리는, 가스 연질화 처리이며, 질소 가스와 암모니아 가스의 체적 비율이 2 : 1로 되도록 유량을 조정한 분위기 가스 속에서, 520℃로 가열하여 2.5시간의 유지를 행한 것이다. 또한, 시료 4는 일절의 표면 처리를 행하지 않고, 상기의 숏블라스트를 행한 후의 모재 상태 그대로로 하였다.In Table 1, the oxidation treatment in Samples 1 and 2 was a homogenization treatment performed in an atmosphere of steam. The nitriding treatment in Samples 2 and 3 was a gas softening treatment and was heated to 520 DEG C in an atmosphere gas whose flow rate was adjusted so that the volume ratio of the nitrogen gas and the ammonia gas became 2: will be. In addition, the surface of the sample 4 was not subjected to any surface treatment, and the state of the base material after the shot blasting was performed was maintained.

Figure pat00001
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도 1 내지 도 3은 각각 순서대로, 시료 1 내지 3의 상기한 표면 처리 후의 표면에 형성된 표면 처리층의 단면을 나타내는 광학 현미경 사진(×400배)이다. 도 1 내지 도 3의 각 시야에 있어서, 우측이 모재이다. 시료 1(도 1)은 모재(4)의 표면(즉, 바로 위)에 산화물층(1)이 형성되어 있었다. 시료 2(도 2)는 모재(4)의 표면에, 모재 중에 질소가 확산된 질소 확산층(3)이 형성되고, 그 위에 흑백의 농담으로 구별된 질소 화합물층(2)이 형성되어 있었다. 그리고, 이 질소 화합물층(2) 상에 마그네타이트층의 산화물층(1)이 형성되어 있었다. 또한, 시료 3(도 3)은 모재(4)의 표면에, 상기의 질소 확산층(3)과 질소 화합물층(2)이 형성되어 있었다. 그리고, 표면 처리가 행해진 후의 시료 1 내지 3의 표면 경도는, 시료 1, 2에서 약 600HV이고, 시료 3에서 약 1000HV이었다.Figs. 1 to 3 are optical microscope photographs (x400 times) showing the cross section of the surface treatment layer formed on the above surface-treated surface of Samples 1 to 3, respectively. In each view of Figs. 1 to 3, the right side is the base material. Sample 1 (FIG. 1) had oxide layer 1 formed on the surface (that is, just above) of base material 4. In the sample 2 (Fig. 2), the nitrogen diffusion layer 3 in which nitrogen was diffused in the base material was formed on the surface of the base material 4, and the nitrogen compound layer 2 distinguished in black and white shade was formed thereon. The oxide layer 1 of the magnetite layer was formed on the nitrogen compound layer 2. In the sample 3 (FIG. 3), the nitrogen diffusion layer 3 and the nitrogen compound layer 2 were formed on the surface of the base material 4. The surface hardness of Samples 1 to 3 after surface treatment was about 600 HV for Samples 1 and 2, and about 1000 HV for Samples 3.

도 4는 시료(1)의 표면 처리층의 단면을 나타내는 주사형 전자 현미경 사진(×3000배)이다. 또한, 도 5는 도 4의 표면 처리층의 단면에 있어서의, EDX에 의한 원소 분석의 결과이다. 그리고, 도 6은 시료 1의 표면 처리층에 있어서의, GDS에 의한 성분 프로파일 분석의 결과이다. 도 6에 있어서, 횡축은 표면 처리층의 표면으로부터의 거리이며, 종축은, 그 거리의 위치에 있어서의 「표면 처리층 전체에 차지하는 각 원소의 질량％」이다. 모재(4)의 표면에는, 철(Fe)과 산소(O)로 이루어지며, 상기의 표면 처리층의 전체에 차지하는 Fe의 질량이 75％를 초과하는 산화물층(1)이 형성되어 있었다. 그리고, X선 회절 시험으로부터, 이 산화물층(1)이 마그네타이트(Fe3O4)인 것을 확인하였다. 모재(4)의 표면에 형성되어 있는 산화물층(1)의 두께는 약 2㎛이었다. 또한, 시료 1의 표면 처리층에 있어서, 미량으로 검출되는 크롬(Cr)은 모재(SKD61)가 포함하고 있던 크롬이다.4 is a scanning electron micrograph (x3000x) showing the cross section of the surface treatment layer of the sample 1. Fig. 5 is a result of elemental analysis by EDX on the cross section of the surface treatment layer of Fig. 6 is a result of analyzing the component profile by the GDS in the surface treatment layer of the sample 1. Fig. In Fig. 6, the abscissa is the distance from the surface of the surface treatment layer, and the ordinate is the " mass% of each element in the entire surface treatment layer " The oxide layer 1 formed of the iron (Fe) and the oxygen (O) on the surface of the base material 4 and having a mass of Fe in the total surface treatment layer exceeding 75% was formed. From the X-ray diffraction test, it was confirmed that the oxide layer 1 was magnetite (Fe 3 O 4 ). The thickness of the oxide layer 1 formed on the surface of the base material 4 was about 2 탆. In the surface-treated layer of Sample 1, chromium (Cr) detected in a trace amount is chromium contained in the base material (SKD61).

그리고, 시료 1 내지 4의 내청성을 평가하였다. 내청성은, 상기의 표면 처리층을 형성한 시료(또는 표면 처리층을 형성하지 않은 시료)를 21일간(=504시간) 수돗물에 침지하고, 그 침지 후의 표면에 발생한 녹의 정도로 평가하였다. 녹의 정도는, 시료의 직경 26㎜의 면에 있어서, 그 면에 차지하는 녹의 면적률(％)로 하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.Then, the samples 1 to 4 were evaluated for resistance to corrosion. The durability was evaluated by measuring the degree of rust generated on the surface after dipping the sample on which the surface treatment layer was formed (or the sample on which the surface treatment layer was not formed) for 21 days (= 504 hours) in tap water. The degree of rust was determined as the area percentage of rust (%) on the surface of the sample having a diameter of 26 mm. The results are shown in Table 2.

또한, 침지 후의 각 시료의 직경 26㎜의 표면을, 도 7에 나타낸다[도 7에 있어서, (A) 시료 1, (B) 시료 2, (C) 시료 3, (D) 시료 4임].7 (A), (B), (C), (D), and (D) are shown in Fig. 7).

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표 2와 같이, 표면 처리를 행하지 않고, 모재 상태 그대로로 한 시료 4의 경우, 그 직경 26㎜의 전체 면에 녹이 발생하였다(도 7의 (D) 참조). 그리고, 모재의 표면에 질화층을 가진 시료 3의 경우, 시료 4에 비해, 녹의 발생이 대폭 억제되었다. 그러나, 직경 26㎜의 표면에는, 면적률이 5％ 정도인 녹이 발생하였다(도 7의 (C) 참조).As shown in Table 2, in the case of the sample 4 in which the surface treatment was not performed and the base material was left as it is, rust occurred on the entire surface of 26 mm in diameter (see Fig. 7 (D)). In the case of the sample 3 having the nitride layer on the surface of the base material, generation of rust was significantly suppressed as compared with the sample 4. However, a rust having an area ratio of about 5% was generated on the surface of 26 mm in diameter (see Fig. 7 (C)).

이에 반해, 모재의 표면에 마그네타이트층의 산화물층을 가진 본 발명의 시료 1, 2의 경우, 그 직경 26㎜의 표면에 녹의 발생이 확인되지 않아[도 7의 (A), (B) 참조], 우수한 내청성을 나타냈다.On the other hand, in the case of the samples 1 and 2 of the present invention having the oxide layer of the magnetite layer on the surface of the base material, the generation of rust was not confirmed on the surface of the diameter of 26 mm (see Figs. 7A and 7B) , And showed excellent resistance to heat.

[실시예 2][Example 2]

실시예 1의 표면 처리를 행한 후의 시료 1에 대해서, 그 표면에 형성한 마그네타이트층의 산화물층(1) 상에, 또한 질화 처리를 행하였다. 질화 처리의 조건은, 실시예 1에서 시료 3에 행한 것과 동일하다.Sample 1 after the surface treatment of Example 1 was subjected to nitriding treatment on the oxide layer 1 of the magnetite layer formed on its surface. The conditions of the nitriding treatment were the same as those in Example 1 to Sample 3.

도 8은 상기한 질화 처리 후의, 시료 1의 표면 처리층의 단면을 나타내는 광학 현미경 사진(×400배)이다. 도 8에 있어서, 「M」으로 표시되는 층은, 단면 관찰용의 시료 제작을 위해 실시한 도금 처리층이며, 시료 1의 표면 처리층과는 관계없다. 그리고, 도 8로부터, 시료 1의 표면 처리층에는, 그 기존의 산화물층(1) 상에 질화 처리를 행하였음에도 불구하고, 이 질화 처리에 의한 질화층(질소 확산층이나 질소 화합물층)이 형성되지 않아, 최표면은 산화물층(1)인 상태 그대로이다. 이것은, 마그네타이트층의 산화물층(1)이 질화 처리 시의 질소의 모재(4)에의 침입을 방해하여, 질소 확산층 및 질소 화합물층의 형성에 이르지 않은 것으로 추정된다.8 is an optical microscope photograph (x400 times) showing the cross section of the surface treatment layer of the sample 1 after the above nitriding treatment. In Fig. 8, the layer indicated by " M " is a plated layer for producing a sample for cross-section observation, and is not related to the surface treatment layer of the sample 1. 8, it is understood that although the surface treatment layer of the sample 1 has been subjected to the nitriding treatment on the existing oxide layer 1, the nitriding layer (the nitrogen diffusion layer or the nitrogen compound layer) is not formed by the nitriding treatment , And the outermost surface remains the oxide layer (1). This is presumed that the oxide layer 1 of the magnetite layer interfered with the penetration of nitrogen into the base material 4 during the nitriding treatment and did not reach the formation of the nitrogen diffusion layer and the nitrogen compound layer.

[실시예 3][Example 3]

SKD61의 모재를, 세로 15㎜×가로 16㎜×높이 60㎜의 직육면체의 형상으로 기계 가공하였다. 그리고, 이 직육면체의 높이 방향의 중심부에 직경 9.5㎜의 관통 구멍을 뚫어, 작업면과, 냉각수를 통과시키기 위한 냉각 구멍을 갖는 공구 형상의 시험편을 제작하였다(경도 약 45HRC). 그리고, 이 시험편의 상기한 관통 구멍(냉각 구멍)의 표면에, 실시예 1과 동일 조건의 표면 처리를 행하여, 응력 부식 균열 시험을 행하였을 때의 상기한 관통 구멍의 표면의 내균열 진전성을 평가하기 위한 시료 1 내지 4를 제작하였다. 또한, 시료 4는 표면 처리를 행하지 않은, 모재 상태 그대로의 시료이다.The base material of SKD61 was machined into the shape of a rectangular parallelepiped having a length of 15 mm, a width of 16 mm, and a height of 60 mm. A through hole having a diameter of 9.5 mm was drilled in the center portion in the height direction of the rectangular parallelepiped to prepare a tool-shaped test piece (hardness of about 45 HRC) having a working surface and a cooling hole for passing cooling water therethrough. The surface of the above-mentioned through hole (cooling hole) of this test piece was subjected to surface treatment under the same conditions as in Example 1 to evaluate the crack propagation resistance of the surface of the through hole at the time of performing the stress corrosion cracking test Samples 1 to 4 were prepared for evaluation. Sample 4 is a sample in the same state as the base material in which no surface treatment is performed.

그리고, 공구의 사용 환경에 따라서, 시료 1 내지 4의 시험편의 관통 구멍에 3.5％ NaCl 수용액을 통수시키고, 또한 시험편의 외부로부터 최대 1000㎫, 응력비 0.1, 주파수 2㎐의 주기적인 응력을 부가하는 응력 부식 균열 시험을 실시하였다. 도 9는 응력 부식 균열 시험의 개략적인 상황을 나타내는 도면이다. 그리고, 시험편의 관통 구멍의 표면에, 도 9에 도시한 균열이 발생할 때까지의 사이클수를 측정하였다. 그리고, 이 응력 부식 균열 시험을, 각 시료에 대해 2회 실시하고, 측정된 균열 발생 사이클수를 평균하여, 내균열 진전성을 평가하였다.Then, a 3.5% aqueous solution of NaCl was passed through the through holes of the test pieces of the specimens 1 to 4 according to the use environment of the tool, and the stress was applied from the outside of the specimen at a maximum of 1000 MPa, a stress ratio of 0.1, Corrosion cracking test was carried out. 9 is a diagram showing a schematic situation of the stress corrosion cracking test. Then, the number of cycles until the crack shown in Fig. 9 occurred was measured on the surface of the through hole of the test piece. Then, this stress corrosion cracking test was conducted twice for each sample, and the measured number of crack generation cycles was averaged to evaluate crack propagation resistance.

도 10에, 시료 1 내지 4의 균열 발생 사이클수를 나타낸다. 표면 처리를 행하지 않고, 관통 구멍의 표면이 모재인 채의 시료 4의 경우, 그 균열 발생 사이클수는 약 20,000회이었다. 그리고, 관통 구멍의 표면에 질화층을 가진 시료 3의 균열 발생 사이클수는 약 11,000회이며, 시료 4에 비해, 내균열 진전성이 저하되었다. 이것은, 질화층의 형성에 의해, 관통 구멍의 표면 경도가 높아진 것이 원인으로 생각된다.Fig. 10 shows the number of crack generation cycles of Samples 1 to 4. In the case of the sample 4 in which the surface of the through hole was the base material without performing the surface treatment, the number of crack occurrence cycles was about 20,000 cycles. The number of crack generation cycles of the sample 3 having the nitride layer on the surface of the through hole was about 11,000 times, and the crack propagation resistance was lower than that of the sample 4. This is considered to be caused by the increase in the surface hardness of the through holes due to the formation of the nitride layer.

이에 반해, 관통 구멍의 표면에 마그네타이트층의 산화물층을 가진 본 발명의 시료 1, 2의 경우, 양호한 균열 발생 사이클수를 얻었다. 먼저, 모재와 마그네타이트층 사이에 질화층을 가진 시료 2에서는, 균열 발생 사이클수가 약 25,000회이며, 시료 4에 비해, 내균열 진전성이 향상되었다. 그리고, 모재의 바로 위에, 질화층을 개재하지 않고, 마그네타이트층을 형성한 시료 1에서는, 그 마그네타이트층의 우수한 내청성 외에, 경도가 높은 질화층이 개재되지 않기 때문에, 균열 발생 사이클수가 약 130,000회로 상승하여, 내균열 진전성이 더욱 향상되었다.On the other hand, in the case of the samples 1 and 2 of the present invention having the oxide layer of the magnetite layer on the surface of the through hole, a good number of crack generation cycles was obtained. First, in the sample 2 having the nitrided layer between the base material and the magnetite layer, the crack generation cycle number was about 25,000 times, and the crack propagation resistance was improved as compared with the sample 4. In the sample 1 having the magnetite layer formed thereon without interposing the nitrided layer just above the base material, since the nitrided layer having a high hardness is not intervened in addition to the excellent resistance to the magnetite layer, the number of crack generation cycles is about 130,000 And the crack progression resistance was further improved.

1 : 산화물층
2 : 질소 화합물층
3 : 질소 확산층
4 : 모재
M : 도금 처리층1: oxide layer
2: nitrogen compound layer
3: Nitrogen diffusion layer
4: Base material
M: Plated layer

Claims (3)

작업면과, 냉각수를 통과시키기 위한 냉각 구멍을 갖고, 공구강을 모재로 하는 공구의 제조 방법이며, 상기 냉각 구멍이 형성된 공구를 준비하고, 480 내지 600℃의 수증기에 노출시키는 것에 의한 산화 처리를 행하여, 상기 냉각 구멍의 냉각수와 접하는 표면에 마그네타이트층을 형성하는 것을 특징으로 하는, 공구의 제조 방법.A method of manufacturing a tool having a work surface and a cooling hole for passing cooling water through which tool steel is used as a base material, wherein a tool having the cooling hole is prepared and subjected to an oxidation treatment by exposing it to water vapor at 480 to 600 ° C , And a magnetite layer is formed on a surface of the cooling hole in contact with the cooling water. 제1항에 있어서,
상기 냉각 구멍의 냉각수와 접하는 표면에 마그네타이트층을 형성하는 산화 처리를, 상기 공구의 모재의 바로 위에 행하는 것을 특징으로 하는, 공구의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein oxidation treatment for forming a magnetite layer on a surface of the cooling hole in contact with cooling water is performed directly on the base material of the tool. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 냉각 구멍의 냉각수와 접하는 표면에 마그네타이트층을 형성하는 산화 처리 후에, 작업면에 표면 경화 처리를 행하여, 상기 작업면에, 상기 공구의 모재보다도 경도가 높은 경질층을 형성하는 것을 특징으로 하는, 공구의 제조 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Characterized in that a surface hardening treatment is performed on the working surface after the oxidizing treatment for forming the magnetite layer on the surface of the cooling hole in contact with the cooling water so that a hard layer having hardness higher than that of the base material of the tool is formed on the working surface. A method of manufacturing a tool.
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