KR20210037921A - 합금 공구강의 표면처리 방법 - Google Patents

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KR20210037921A
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Abstract

본 발명은 합금 공구강의 표면처리 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 의한 합금 공구강의 표면처리 방법의 일 양태는, 합금 공구강이 이온질화 처리되는, 이온질화 단계; 상기 이온질화처리 된 합금 공구강이 열처리되는, 열처리 단계; 및 상기 열처리된 합금 공구강이 공냉되는, 공냉 단계; 를 포함한다.

Description

합금 공구강의 표면처리 방법{THE METHOD OF SURFACE TREATMENT FOR ALLOY TOOL STEEL}
본 발명은 합금 공구강의 표면처리 방법에 관한 것이다.
합금 공구강(alloy tool steel)은, 탄소 공구강에 망간(Mn), 코발트(Co), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 니켈(Ni) 등의 원소를 1종 또는 2종 이상 첨가한 강으로서, 절삭성능, 내충격성, 내마모성 및 내열성 등의 물성을 필요에 따라 개선한 강철이다. 이러한 합금 공구강은 강도 및 경도가 우수하여, 내구성 및 내열성이 요구되는 공구 등의 주 재료로 사용되고 있다.
한편, SKD11 강은, 1.40 내지 1.60 중량의 탄소(C), 0.40 중량 이하의 규소(Si), 0.60 중량 이하의 망간(Mn), 0.030 중량 이하의 인(P), 0.030 중량 이하의 황(S), 11.00 내지 13.00 중량의 크롬(Cr), 0.80 내지 1.20 중량의 몰리브덴(Mo), 0.20 내지 0.50 중량의 바나듐(V) 및 나머지 중량의 철(Fe)로 구성되는 합금 공구강이다. 일반적으로 SKD11 강은, 모재에 급냉, 열처리 및 이온질화 처리 등의 표면 처리가 수행된 후 공구강으로 사용되는데, 상기 표면 처리가 수행되는 경우, 고온에서 수행되는 열처리에 의하여 SKD11 조직 내부의 산화가 진행되어 경도 또는 열전도도가 감소함으로써, 물성이 저하될 우려가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1678417호(명칭: 물품의 표면처리방법 및 이에 의해 표면처리된 물품) 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0009504호(명칭: 압출금형의 표면처리방법, 압출금형 및 압출공정시스템)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 열전도도가 향상될 수 있도록 구성되는 합금 공구강의 표면처리 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 합금 공구강의 표면처리 방법의 일 양태는, 합금 공구강이 이온질화 처리되는, 이온질화 단계; 상기 이온질화처리 된 합금 공구강이 열처리되는, 열처리 단계; 및 상기 열처리된 합금 공구강이 공냉되는, 공냉 단계; 를 포함한다.
그리고, 상기 이온질화 단계에서, 상기 합금 공구강은, SKD11일 수 있다.
또한, 상기 이온질화 단계에서, 상기 합금 공구강은, 1 내지 20torr의 질소 가스 분위기 및 520℃ 온도 조건 하에서, 6600분 동안 이온질화 처리될 수 있다.
그리고, 상기 열처리 단계에서, 상기 합금 공구강은, 500℃에서 60분 내지 420분 동안 열처리될 수 있다.
또한, 상기 이온질화 처리 및 열처리 된 합금 공구강의 열전도도는, 30Wm-1K-1 이상일 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 합금 공구강의 표면처리 방법의 다른 일 양태는, 이온질화 처리 된 합금 공구강이 열처리된 후 공냉되는 합금 공구강의 표면처리 방법을 포함한다.
그리고, 상기 합금 공구강은, SKD11 강일 수 있다.
또한, 상기 이온질화 처리 및 열처리 된 합금 공구강의 열전도도는, 30Wm-1K-1 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 합금 공구강의 표면처리 방법에서는, 합금 공구강의 표면 처리가 이온질화 처리 후 열처리의 순서로 진행된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 이온질화 처리에 의하여 합금 공구강의 표면에 형성된 이온질화막이 열처리 공정에서의 내부 산화를 방지함으로써, 합금 공구강의 열전도도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 합금 공구강의 표면처리 방법을 보인 플로우 차트.
도 2는 본 발명의 제조예에 의하여 표면처리된 합금 공구강의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope) 사진.
도 3은 본 발명의 제조예 및 비교예 1 내지 4의 열전도도를 나타낸 그래프.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 합금 공구강의 표면처리 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 의한 합금 공구강의 표면처리 방법을 보인 플로우 차트이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 합금 공구강의 표면처리 방법은, 이온질화 단계(S100), 열처리 단계(S200) 및 공냉 단계(S300)를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 이온질화 단계(S100)에서는, 합금 공구강이 이온질화 처리된다. 이 때, 상기 합금 공구강은, SKD11이다. 예를 들면, 상기 이온질화 단계(S100)에서는, SKD11이 1 내지 20torr의 질소 가스 분위기 및 520℃ 온도 조건 하에서, 6600분 동안 이온질화 처리가 진행되어 SKD11 표면에 이온 질화막이 형성된다.
다음으로, 상기 열처리 단계(S200)에서, 상기 이온질화 단계(S100)에서 이온질화처리 된 합금 공구강이 열처리된다. 예를 들면, 상기 열처리 단계(S200)에서는, 상기 합금 공구강이, 500℃에서 60분 내지 420분 동안 열처리될 수 있다.
마지막으로, 상기 공냉 단계(S300)에서는, 상기 열처리 단계(S200)에서 열처리된 합금 공구강이 공냉(air cooling)된다. 예를 들면, 상기 열처리된 합금 공구강은 일반적인 공냉 방법에 의하여 공냉될 수 있다.
한편, 본 발명에서는, 상기 이온질화 단계(S100) 및 열처리 단계(S200)을 거치면서, 상기 합금 공구강의 열전도도의 향상을 기대할 수 있다. 이는, 이온질화 단계(S100)에서 합금 공구강 표면에 형성된 이온질화막이, 고온에서 수행되는 열처리 단계(S200)에서의 합금 공구강 내부의 산화를 방지하기 때문이다. 즉, 열처리 단계(S200)에서의 합금 공구강 내부의 산화물 생성이 방지되어, 합금 공구강 내부의 열 확산이 용이하게 수행됨으로써 최종적으로 합금 공구강의 열전도도가 향상될 수 있다.
본 실시예에서는, 상술한 바와 같은 조건으로, 상기 이온질화 단계(S100) 및 열처리 단계(S200)를 거친 후의 합금 공구강의 열전도도가, 30Wm-1K-1 이상을 나타낸다.
이하에서는 본 발명을 실시예 및 실험예에 의하여 보다 상세하게 설명한다. 이들 실시예 및 실험예는 단지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 실험예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예
<제조예>
제조예에서는, 이온질화 단계(S100)에서, SKD11 강이 10torr의 질소 가스 분위기 및 520℃ 온도 조건 하에서, 6600분 동안 이온질화 처리되었다.
다음으로, 열처리 단계(S200)에서, 상기 이온질화처리 된 SKD11 강이 500℃에서 180분 동안 열처리되었다.
마지막으로, 공냉 단계(S300)에서는, 상기 열처리 된 SKD11 강이 공냉(air cooling)되었다.
<비교예 1>
비교예 1에서는, 제조예와 동일하게 SKD11 강이 표면처리되되, 열처리 단계(S200), 이온질화 단계(S100) 및 공냉 단계(S300)의 순서로 SKD11 강이 표면처리되었다.
<비교예 2>
비교예 2은, 이온질화 단계, 열처리 단계 및 공냉 단계가 수행되지 않은, 즉 표면처리가 수행되지 않은 SKD11 강이다.
<비교예 3>
비교예 3에서는, 제조예와 동일하게 SKD11 강이 표면처리되되, 이온질화 단계(S100) 및 열처리 단계(S200) 없이 공냉 단계(S300)만 수행되었다.
<비교예 4>
비교예 4에서는, 제조예와 동일하게 SKD11 강이 표면처리되되, 이온질화 단계(S100) 및 공냉 단계(S300) 없이 열처리 단계(S200)만 수행되었다.
실험예
<실험예 1>
상기 제조예에 의하여 표면처리된 SKD11 강의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope) 사진을 도 2에 첨부하였다.
도 2를 참조하면, 이온질화처리 후 열처리를 수행하였을 경우 표면의 이온질화막(N)이 형성되었고, 상기 이온질화막(N)에 의하여 SKD11 강의 내부 산화를 억제 할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
<실험예 2>
상기 제조예 및 비교예 1 내지 4의 SKD11 강의 20℃ 및 100℃에서의 열전도도를 분석한 그래프를 도 3에 첨부하였다.
도 3을 참조하면, 제조예의 경우, 100℃에서의 열전도도가 20℃에서의 열전도도에 비하여 높았고, 특히 100℃에서의 열전도도의 경우, 30Wm-1K-1 이상이었다. 마찬가지로, 비교예 1 내지 4의 경우에도, 100℃에서의 열전도도가 20℃에서의 열전도도에 비하여 높았으나, 20℃ 및 100℃에서의 열전도도 모두 제조예에 비하여 낮았다. 따라서, 제조예의 경우, 비교예 1 내지 4에 비하여 열전도도가 증가한 것을 확인할 수 있다.

Claims (8)

  1. 합금 공구강이 이온질화 처리되는, 이온질화 단계(S100);
    상기 이온질화처리 된 합금 공구강이 열처리되는, 열처리 단계(S200); 및
    상기 열처리된 합금 공구강이 공냉되는, 공냉 단계(S300); 를 포함하는 합금 공구강의 표면처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온질화 단계(S100)에서,
    상기 합금 공구강은, SKD11인 합금 공구강의 표면처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온질화 단계(S100)에서,
    상기 합금 공구강은, 1 내지 20torr의 질소 가스 분위기 및 520℃ 온도 조건 하에서, 6600분 동안 이온질화 처리되는 합금 공구강의 표면처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리 단계(S200)에서,
    상기 합금 공구강은, 500℃에서 60분 내지 420분 동안 열처리되는 합금 공구강의 표면처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온질화 처리 및 열처리 된 합금 공구강의 열전도도는, 30Wm-1K-1 이상인 합금 공구강의 표면처리 방법.
  6. 이온질화 처리 된 합금 공구강이 열처리된 후 공냉되는 합금 공구강의 표면처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 합금 공구강은, SKD11 강인 합금 공구강의 표면 처리 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 이온질화 처리 및 열처리 된 합금 공구강의 열전도도는, 30Wm-1K-1 이상인 합금 공구강의 표면처리 방법.
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