KR20230062003A - Alloy material for metal additive manufacturing, and mold manufactured using the same, a method for manufacturing and repairing metal parts using the sam - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an alloy material used as a toner for metal additive manufacturing, and a mold manufactured using the same or a method for manufacturing and repairing metal parts using the same, wherein the alloy material comprises 0.25-0.6 wt% of C, 6.5-11.0 wt% of Cr, 0.2-6.0 wt% of Si, 0.2-2.5 wt% of Mn, 0-4.5 wt% of Mo, and the balance Fe and inevitable impurities, and methods for manufacturing and repairing molds or metal parts manufactured using the same. The alloy material for metal additive manufacturing has high tensile strength and elongation when subjected to metal additive manufacturing, has excellent bonding strength to a mold base material, and has high hardness through the additive manufacturing process without an additional heat treatment process.

Description

금속적층가공용 합금소재 및 이를 이용하여 제조된 금형 또는 금속 부품 제조와 보수 방법 {Alloy material for metal additive manufacturing, and mold manufactured using the same, a method for manufacturing and repairing metal parts using the sam}Alloy material for metal additive manufacturing and method for manufacturing and repairing molds or metal parts manufactured using the same

본 발명은 금속적층가공용 합금소재 및 이를 이용하여 제조된 금형 또는 금속 부품 제조와 보수 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an alloy material for metal additive manufacturing and a method for manufacturing and repairing a mold or metal part manufactured using the same.

최근 전 세계적으로 적층가공 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 적층가공기술은 기존의 제작 방식을 혁신적으로 변화시킬 수 있는 획기적인 기술 중 하나로 다양한 소재를 이용하여 입체적 물체를 제작할 수 있는 기술이다. 이 기술은 절삭에 의한 전통적인 제조방식과 비교하여 적용되는 분야에 따라 제조비용, 시간, 제품 성능 등의 개선이 가능하여 다양한 분야에서 제품의 제작과 생산에 적층가공 기술이 적용되고 있다.Recently, interest in additive manufacturing technology is increasing all over the world. Additive manufacturing technology is one of the innovative technologies that can innovatively change the existing manufacturing method, and it is a technology that can produce three-dimensional objects using various materials. Compared to the traditional manufacturing method by cutting, this technology can improve manufacturing cost, time, product performance, etc. depending on the applied field, so additive manufacturing technology is being applied to the manufacturing and production of products in various fields.

적층가공 기술은 적층 방식에 따라 재료 압출 방식(Material Extrusion, ME), 재료 분사방식(Material Jetting, MJ), 접착제 분사방식(Binder Jetting, BJ), 판재 적층 방식(Sheet Lamination, SHL), 액조 광경화 방식(Vat Photo Polymerization, VPP), 분말 베드 융해 방식(Powder Bed Fusion, PBF), 에너지 제어 용착 방식(Direct Energy Deposition, DED) 7가지 방식으로 분류된다.Depending on the lamination method, additive manufacturing technologies include Material Extrusion (ME), Material Jetting (MJ), Binder Jetting (BJ), Sheet Lamination (SHL), and Liquid Tank. It is classified into seven types: Vat Photo Polymerization (VPP), Powder Bed Fusion (PBF), and Direct Energy Deposition (DED).

이 중에서 금속의 적층가공에는 주로 분말 베드 융해(PBF) 방식과 에너지 제어 용착(DED) 방식이 적용되고 있다.Among them, the powder bed melting (PBF) method and the energy controlled welding (DED) method are mainly applied to the additive manufacturing of metals.

분말 베드 융해 방식의 경우 수직 방향에서의 적층가공 시 언더컷(Under cut)이 발생하는 복잡한 형상의 금속제품을 적층가공 하는데 적합한 방식이며, 주로 의료용 임플란트, 두개골, 고관절 등 의료용과 항공기 및 자동차 부품, 사출금형의 냉각 채널 제조 등에 널리 적용되고 있다.In the case of the powder bed melting method, it is suitable for additive manufacturing of metal products with complex shapes where undercut occurs during additive manufacturing in the vertical direction. It is widely applied to manufacturing cooling channels of molds.

이와는 대조적으로 에너지 제어 용착 방식의 경우 언더컷(Under cut)이 발생하는 복잡한 형상의 금속 제품을 제조하는 경우에는 분말 베드 융해 방식에 비해 불리하나, 상대적으로 사용되는 분말 크기가 크고 적층 속도가 빠르며, 고출력의 레이저를 사용하기 때문에 금형 및 고경도 금속 부품의 제작과 수리에 적합한 기술이다.In contrast, the energy controlled welding method is disadvantageous compared to the powder bed melting method when manufacturing metal products with complex shapes where undercut occurs, but the size of the powder used is relatively large, the stacking speed is fast, and the high output This technology is suitable for manufacturing and repairing molds and high-hardness metal parts.

금속 적층가공 기술은 적층가공에 사용되는 분말 소재비가 상용 금속 단조재 소재들에 비해 고가이며 종래의 기계가공에 의한 제조기술과 비교하여 제조시간이 많이 소요되어 항공, 우주, 의료, 발전, 자동차 산업과 같은 고부가가치 산업에 접목하는 방식으로 지속적으로 다양한 상용화 기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이와는 대조적으로 뿌리산업과 같이 상대적으로 부가가치성이 낮은 산업에 대해서는 종래의 기술과 비교하여 경제성이 낮아 적용분야를 확대하는데 한계를 보이고 있다.Metal additive manufacturing technology is expensive compared to commercial metal forging materials used in additive manufacturing, and takes a long time to manufacture compared to conventional mechanical manufacturing technology, so it is used in aviation, space, medical, power generation, and automobile industries. Research on various commercialization technologies is being actively conducted continuously in a way that is applied to high value-added industries such as In contrast, for industries with relatively low added value, such as root industries, their economic feasibility is low compared to conventional technologies, which limits their scope of application.

한편, 이에 대한 유사 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0082220호가 제시되어 있다.On the other hand, as a similar prior literature for this, Korean Patent Publication No. 10-2019-0082220 is presented.

대한민국 공개특허공보 제10-2019-0082220호 (2019.07.09)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0082220 (2019.07.09)

본 발명은 금속적층가공 시 높은 인장강도 및 연신율을 가지며, 금형 모재에 대한 접합강도가 우수하고, 추가적인 열처리 공정 없이도 적층가공 공정만으로 높은 경도를 가지는 금속적층가공용 합금소재 및 이로부터 제조된 전단금형을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides an alloy material for metal additive manufacturing having high tensile strength and elongation during metal additive manufacturing, excellent bonding strength to a mold base material, and high hardness only through additive manufacturing without an additional heat treatment process, and a shear mold manufactured therefrom. intended to provide

다만 상기 목적은 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, the above purpose is exemplary, and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 금속적층가공의 토너로 사용되는 합금소재에 있어서, 상기 합금소재는 중량%로, C 0.25~0.6%, Cr 6.5~11.0%, Si 0.2~6.0%, Mn 0.2~2.5%, Mo 0~4.5% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 금속적층가공용 합금소재에 관한 것이다.One aspect of the present invention for achieving the above object is an alloy material used as a toner for metal additive manufacturing, wherein the alloy material is, by weight, C 0.25-0.6%, Cr 6.5-11.0%, Si 0.2-6.0% , Mn 0.2 ~ 2.5%, Mo 0 ~ 4.5%, and the balance of Fe and unavoidable impurities It relates to an alloy material for metal additive manufacturing.

상기 일 양태에 있어, 상기 합금소재는 중량%로, C 0.25~0.6%, Cr 8.0~11.0%, Si 2.0~6.0%, Mn 0.2~0.6% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함할 수 있으며, 보다 좋게는 중량%로, C 0.3~0.5%, Cr 8.0~10.0%, Si 2.0~4.0%, Mn 0.3~0.5% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.In the above aspect, the alloy material may include 0.25 to 0.6% C, 8.0 to 11.0% Cr, 2.0 to 6.0% Si, 0.2 to 0.6% Mn, and the balance of Fe and unavoidable impurities, by weight%. More preferably, in weight percent, C 0.3 to 0.5%, Cr 8.0 to 10.0%, Si 2.0 to 4.0%, Mn 0.3 to 0.5%, and the balance Fe and unavoidable impurities may be included.

또는, 상기 일 양태에 있어, 상기 합금소재는 중량%로, C 0.25~0.6%, Cr 6.5~8.5%, Si 0.2~0.6%, Mn 0.5~2.5%, Mo 1.6~4.5% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함할 수 있으며, 보다 좋게는 중량%로, C 0.3~0.5%, Cr 6.5~8.0%, Si 0.2~0.6%, Mn 0.8~2.0%, Mo 2.0~3.0% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.Alternatively, in the above aspect, the alloy material is 0.25 to 0.6% by weight, C 0.25 to 0.6%, Cr 6.5 to 8.5%, Si 0.2 to 0.6%, Mn 0.5 to 2.5%, Mo 1.6 to 4.5% and the balance of Fe and It may contain unavoidable impurities, more preferably in weight percent, C 0.3 to 0.5%, Cr 6.5 to 8.0%, Si 0.2 to 0.6%, Mn 0.8 to 2.0%, Mo 2.0 to 3.0%, and the balance of Fe and unavoidable impurities. May contain impurities.

상기 일 양태에 있어, 상기 합금소재는 P 0.01~0.05%, Ni 0.05~1.0%, Mo 0.01~0.05%, Ti 0.001~0.005%, V 0.01~0.05%, Nb 0.004~0.01%, W 0.02~0.05%, Co 0.01~0.05%, Zr 0.004~0.01% 및 B 0.002~0.005%로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 추가로 포함할 수 있다.In the above aspect, the alloy material is P 0.01 ~ 0.05%, Ni 0.05 ~ 1.0%, Mo 0.01 ~ 0.05%, Ti 0.001 ~ 0.005%, V 0.01 ~ 0.05%, Nb 0.004 ~ 0.01%, W 0.02 ~ 0.05 %, Co 0.01 ~ 0.05%, Zr 0.004 ~ 0.01%, and B 0.002 ~ 0.005% may further include any one or two or more selected from the group consisting of.

상기 일 양태에 있어, 상기 합금소재는 구형 또는 와이어형일 수 있다.In the above aspect, the alloy material may be spherical or wire.

또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 금속적층가공용 합금소재를 제조하기 방법으로, (a) 금속분말을 이루는 조성 성분인 금속소재들을 지정된 중량비대로 혼합하여 주조에 의해 잉곳을 제작하는 단계; 및 (b) 상기 잉곳을 가스 분무법(gas atomization) 방식을 통해 분말화하는 단계;를 포함하는, 금속적층가공용 합금소재의 제조 방법에 관한 것이다.In addition, another aspect of the present invention is a method for manufacturing the above-mentioned alloy material for metal additive manufacturing, (a) manufacturing an ingot by casting by mixing metal materials, which are compositional components constituting metal powder, in a specified weight ratio; And (b) pulverizing the ingot through a gas atomization method.

또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 전술한 금속적층가공용 합금소재를 금속적층가공하여 제조된 금형에 관한 것으로, 상기 금형은 기능부가 상기 금속적층가공용 합금소재로 제조된 것일 수 있다.In addition, another aspect of the present invention relates to a mold manufactured by metal additive manufacturing of the aforementioned alloy material for metal additive manufacturing, and the mold may have a functional part made of the alloy material for metal additive manufacturing.

또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 비기능부인 금형의 본체부에 전술한 금속적층가공용 합금소재를 금속적층가공하여 기능부를 형성하는 단계;를 포함하는 금형의 제조 방법에 관한 것이다.In addition, another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a mold including forming a functional part by metal additive manufacturing of the above-described alloy material for metal additive manufacturing on the body part of the mold, which is a non-functional part.

상기 또 다른 일 양태에 있어, 상기 금속적층가공은 300~500 W의 레이저 출력 및 3~7 g/min의 분말 공급 속도 조건으로 수행될 수 있다.In another aspect, the metal additive manufacturing may be performed under conditions of a laser power of 300 to 500 W and a powder supply rate of 3 to 7 g/min.

또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 전술한 금속적층가공용 합금소재를 금속적층가공하여 금속 부품을 제조하거나 보수하는, 금속 부품 제조와 보수 방법에 관한 것이다.In addition, another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing and repairing metal parts, which manufactures or repairs metal parts by metal additive manufacturing of the aforementioned alloy material for metal additive manufacturing.

본 발명에 따른 금속적층가공용 합금소재를 금속적층가공한 소재는 높은 인장강도 및 연신율을 가지며, 금형 모재에 대한 접합강도가 우수하다. 또한, 상용 단조재 금형 강 소재와 비교하여 추가적인 열처리 공정 없이도 적층가공 공정만으로 58 내지 61 HRC의 고경도를 달성할 수 있다.The material obtained by metal additive manufacturing of the alloy material for metal additive manufacturing according to the present invention has high tensile strength and elongation, and has excellent bonding strength to the mold base material. In addition, compared to commercial forged mold steel materials, high hardness of 58 to 61 HRC can be achieved only through the additive manufacturing process without an additional heat treatment process.

또한, 종래의 기계가공에 의한 금형 제조기술은 기능부와 비기능부를 구분하여 금형을 제조하는 것이 불가능하였으나, 금속적층가공 기술을 이용하면 모재 상에 기능부를 적층가공할 수 있어, 비기능부와 기능부를 구분하여 금형이나 금속부품 등을 제조 또는 보수할 수 있다.In addition, it was impossible to manufacture molds by dividing functional parts and non-functional parts in the conventional mold manufacturing technology by mechanical processing, but using metal additive manufacturing technology, it is possible to laminate functional parts on a base material, so that non-functional parts and non-functional parts It is possible to manufacture or repair molds or metal parts by dividing functional parts.

도 1은 금속적층가공으로 제조된 AM_A 소재(비열처리)의 주사 전자현미경(FE_SEM) 및 광학현미경 측정 이미지이다.
도 2는 금속적층가공으로 제조된 AM_A 소재(열처리)의 FE_SEM 및 광학현미경 측정 이미지이다.
도 3은 금속적층가공으로 제조된 AM_B 소재(비열처리)의 FE_SEM 및 광학현미경 측정 이미지이다.
도 4는 금속적층가공으로 제조된 AM_B 소재(열처리)의 FE_SEM 및 광학현미경 측정 이미지이다.
도 5는 금속적층가공으로 제조된 AM_G 소재(비열처리)의 FE_SEM 및 광학현미경 측정 이미지이다.
도 6은 D2 소재의 FE_SEM 및 광학현미경 측정 이미지이다.
도 7은 단조재_C 소재의 FE_SEM 및 광학현미경 측정 이미지이다.
도 8은 AM_A 소재, AM_B 소재 및 AM_G 소재의 전단 스틸별 눌림면과 전단면의 현미경 측정 이미지이다.
도 9는 경사면 전단 조건 수명 평가에 사용된 전단 금형의 구간별 전단각 부여 관련 상세 치수이다.
도 10은 경사면 전단 수명 평가용 전단 스틸을 도시한 것이다.
도 11은 소재 및 조건별 전단 수명 평가 결과와 전단 스틸의 날부 마모 및 파손 상태를 도시한 것이다.
도 12는 10만 회 전단 작업 후 AM_A 소재와 단조재_C로 제작된 전단 스틸의 마모량 및 파손 상태를 도시한 것이다.
1 is a scanning electron microscope (FE_SEM) and optical microscope measurement image of an AM_A material (non-heat treated) manufactured by metal additive manufacturing.
2 is an FE_SEM and an optical microscope measurement image of an AM_A material (heat treatment) manufactured by metal additive manufacturing.
3 is an FE_SEM and an optical microscope measurement image of an AM_B material (non-heat treated) manufactured by metal additive manufacturing.
4 is an FE_SEM and optical microscope measurement image of AM_B material (heat treatment) manufactured by metal additive manufacturing.
5 is an FE_SEM and optical microscope measurement image of an AM_G material (non-heat treated) manufactured by metal additive manufacturing.
6 is an FE_SEM and optical microscope measurement image of D2 material.
7 is a FE_SEM and an optical microscope measurement image of the forged material _C material.
8 is a microscope measurement image of a pressed surface and a shear surface for each shear steel of AM_A material, AM_B material, and AM_G material.
9 is a detailed dimension related to the shear angle given to each section of the shear mold used for the life evaluation of the inclined plane shear condition.
10 shows a shear steel for evaluating the shear life of an inclined surface.
Figure 11 shows the shear life evaluation results for each material and condition, and the wear and tear state of the blade of the shear steel.
12 shows the amount of wear and damage of the shear steel made of AM_A material and forged material_C after 100,000 shearing operations.

이하 본 발명에 따른 금속적층가공용 합금소재 및 이를 이용하여 제조된 금형 또는 금속 부품 제조와 보수 방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, an alloy material for metal additive manufacturing and a method for manufacturing and repairing a mold or metal part manufactured using the alloy material according to the present invention will be described in detail. The drawings introduced below are provided as examples so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Therefore, the present invention may be embodied in other forms without being limited to the drawings presented below, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention. At this time, unless there is another definition in the technical terms and scientific terms used, they have meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of well-known functions and configurations that may be unnecessarily obscure are omitted.

종래의 기계가공에 의한 금형 제조기술은 기능부와 비기능부를 구분하여 금형을 제조하는 것이 불가능하였으나, 금속적층가공 기술을 이용하면 모재 상에 기능부를 적층가공할 수 있어, 비기능부와 기능부를 구분하여 금형이나 금속부품 등을 제조 또는 보수할 수 있다.In the conventional mold manufacturing technology by mechanical processing, it was impossible to manufacture molds by dividing functional and non-functional parts, but using metal additive manufacturing technology, it is possible to laminate functional parts on a base material, so that non-functional parts and functional parts can be manufactured by additive manufacturing. It is possible to manufacture or repair molds or metal parts by distinguishing them.

또한, 금속적층가공 시 적층가공 공정 조건을 변경하여 적층되는 층마다 기계적 물성을 달리 부여할 수 있는데, 상기 적층가공 공정은 가변 에너지(δw)와 가변 질량((δm)이 모두 변화하는 공정으로 정의되며, 공정 조건 중 레이저 출력과 레이져 빔 사이즈는 가변 에너지와 관계되는 공정 변수이고, 분말 공급량과 이송속도 등은 가변 질량과 관계되는 공정 조건이다. 이처럼, 금형 또는 금속부품의 요구 물성에 따라 적층가공 공정 조건을 달리하여 기계적 물성이 서로 다른 부품의 제조가 가능할 수 있다.In addition, during metal additive manufacturing, different mechanical properties can be imparted to each laminated layer by changing additive manufacturing process conditions. The additive manufacturing process is defined as a process in which both variable energy (δw) and variable mass ((δm) change. Among the process conditions, laser power and laser beam size are process variables related to variable energy, and powder supply amount and feed speed are process conditions related to variable mass. It may be possible to manufacture parts having different mechanical properties by varying process conditions.

이를 위해서는 적절한 가변 에너지와 가변 질량의 선택이 중요하며, 적층가공 공정조건인 가변 에너지와 가변 질량이 변화 한다는 것은 적층 제조되는 부분의 용융 및 냉각 온도가 달라진다는 것을 의미하며, 특정한 합금 성분 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn) 등의 합금 성분을 적절히 배합하여 적층공정에 적용할 경우 적층가공 공정조건인 가변 에너지와 가변 질량의 변화에 따라 적층되는 시편의 기계적 물성과 탄화물의 분포등을 달리 제조가 가능하며, 열처리 공정 없이 적층가공 만으로 고경도의 소재를 제조 하거나 하나의 부품에서 여러 가지 기계적 물성을 갖는 부품의 제조가 가능하다. 또한, 가변 에너지 또는 가변 질량이 적절하지 않을 시 원하는 기계적 물성을 충족하기 어려울 수 있다. 즉 적층공정에 특정한 합금 소재를 사용한 경우 부품제조와 열처리 공정이 동시에 진행되는 효과를 가질 수 있다. 이는 종래의 금속부품 및 금형 제조 기술과 비교할 때 제조비용 절감, 제조 공정 개선 등의 효과 달성이 가능하다. 또한 종래의 단조재를 제조하는 방법과 비교할 때 금속적층가공으로 제조된 소재는 국부면적에서 용융과 냉각을 반복하는 공정으로 이루어 지므로 이러한 공정 특성에 의해 탄화물의 크기 및 분포 와 기계적 물성이 달라진다. To this end, it is important to select appropriate variable energy and variable mass, and the change in variable energy and variable mass, which are additive manufacturing process conditions, means that the melting and cooling temperatures of the additively manufactured part change, and the specific alloy component carbon (C ), chromium (Cr), manganese (Mn), etc. are properly mixed and applied to the lamination process, the mechanical properties of the laminated specimens and the distribution of carbides according to the change in variable energy and variable mass, which are additive manufacturing process conditions It is possible to manufacture differently, and it is possible to manufacture high-hardness materials only by additive manufacturing without a heat treatment process, or to manufacture parts with various mechanical properties in one part. In addition, it may be difficult to satisfy desired mechanical properties when variable energy or variable mass is not appropriate. That is, when a specific alloy material is used in the lamination process, the effect of manufacturing parts and heat treatment process can be performed at the same time. Compared to conventional metal parts and mold manufacturing technologies, it is possible to achieve effects such as reduction of manufacturing costs and improvement of manufacturing processes. In addition, compared to the conventional method of manufacturing forged materials, materials manufactured by metal additive manufacturing are made in a process of repeating melting and cooling in a local area, so the size and distribution of carbides and mechanical properties are different due to these process characteristics.

먼저, 적절한 가변 에너지 조건 하에서 우수한 기계적 물성을 도모할 수 있는 금속적층가공용 합금소재에 대하여 설명한다.First, an alloy material for metal additive manufacturing capable of achieving excellent mechanical properties under appropriate variable energy conditions will be described.

본 발명의 일 양태는 금속적층가공의 토너로 사용되는 합금소재, 보다 상세하게는 에너지 제어 용착 방식(Direct Energy Deposition, DED) 금속적층가공용 합금소재에 관한 것으로, 상기 합금소재는 중량%로, C 0.25~0.6%, Cr 6.5~11.0%, Si 0.2~6.0%, Mn 0.2~2.5%, Mo 0~4.5% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.One aspect of the present invention relates to an alloy material used as a toner for metal additive manufacturing, and more particularly, to an alloy material for direct energy deposition (DED) metal additive manufacturing. 0.25 to 0.6%, Cr 6.5 to 11.0%, Si 0.2 to 6.0%, Mn 0.2 to 2.5%, Mo 0 to 4.5%, and the balance of Fe and unavoidable impurities.

상기 조성을 만족하는 합금소재를 금속적층가공한 소재는 높은 인장강도 및 연신율을 가지며, 금형 모재에 대한 접합강도가 우수하다. 또한, 상용 단조재 금형 강 소재와 비교하여 추가적인 열처리 공정 없이도 적층가공 공정만으로 58 내지 65 HRC의 고경도를 달성할 수 있다.A material obtained by metal additive manufacturing of an alloy material satisfying the above composition has high tensile strength and elongation, and has excellent bonding strength to the mold base material. In addition, compared to commercial forged mold steel materials, high hardness of 58 to 65 HRC can be achieved only through the additive manufacturing process without an additional heat treatment process.

이와 같은 합금소재는 구형 또는 와이어형의 형태를 가질 수 있으며, 합금소재가 구형인 경우 30 내지 150 ㎛의 입도를 가질 수 있으며, 와이어형인 경우 10 내지 50 ㎛의 직경을 가진 것일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.Such an alloy material may have a spherical or wire-like shape, and when the alloy material is spherical, it may have a particle size of 30 to 150 μm, and when it is wire-shaped, it may have a diameter of 10 to 50 μm. It is not limited.

보다 상세하게, 상기 금속적층가공용 합금소재는 크게 Mo 함유 여부에 따라 크게 두 가지 조성으로 나눌 수 있다.More specifically, the alloy material for metal additive manufacturing can be largely divided into two compositions depending on whether or not Mo is contained.

본 발명의 제1양태에 따른 합금소재는 중량%로, C 0.25~0.6%, Cr 8.0~11.0%, Si 2.0~6.0%, Mn 0.2~0.6% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함할 수 있으며, 보다 좋게는 상기 합금소재는 중량%로, C 0.3~0.5%, Cr 8.0~10.0%, Si 2.0~4.0%, Mn 0.3~0.5% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.The alloy material according to the first aspect of the present invention may include 0.25 to 0.6% C, 8.0 to 11.0% Cr, 2.0 to 6.0% Si, 0.2 to 0.6% Mn, and the balance of Fe and unavoidable impurities by weight%, , More preferably, the alloy material may include 0.3 to 0.5% C, 8.0 to 10.0% Cr, 2.0 to 4.0% Si, 0.3 to 0.5% Mn, and the balance of Fe and unavoidable impurities by weight%.

이하, 본 발명의 제1양태에 따른 합금소재의 합금조성에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the alloy composition of the alloy material according to the first aspect of the present invention will be described in detail.

탄소(C)는 함유량에 따라 강의 강도와 경도와 같은 강의 성질이 변하는 원소로서, 0.25 내지 0.6 중량%로 함유되는 것이 바람직하며, 보다 좋게는 0.3 내지 0.5 중량%로 함유될 수 있다. 반면, C 함유량이 0.25 중량% 미만이면 적층가공된 소재의 경도가 낮아져 내구성이 떨어지며, 0.6 중량%를 초과하면 금속분말에서 탄화물이 석출될 수 있어 좋지 않다.Carbon (C) is an element that changes properties of steel such as strength and hardness of steel depending on its content, and is preferably contained in an amount of 0.25 to 0.6% by weight, more preferably 0.3 to 0.5% by weight. On the other hand, if the C content is less than 0.25% by weight, the hardness of the laminated material is lowered and durability is deteriorated, and if it exceeds 0.6% by weight, carbides may be precipitated from the metal powder, which is not good.

크롬(Cr)은 내식성 및 기계적 성질이 우수한 금속으로서, 8.0 내지 11.0 중량%로 함유되는 것이 바람직하며, 보다 좋게는 8.5 내지 10.0 중량%로 함유될 수 있다. 반면, Cr 함유량이 8.0 중량% 미만이면 적층가공된 소재에 부식이 발생할 수 있으며, 11.0 중량%를 초과하면 Cr이 석출되어 인체에 유해할 수 있어 좋지 않다.Chromium (Cr) is a metal with excellent corrosion resistance and mechanical properties, and is preferably contained in an amount of 8.0 to 11.0% by weight, more preferably 8.5 to 10.0% by weight. On the other hand, if the Cr content is less than 8.0% by weight, corrosion may occur in the laminated material, and if it exceeds 11.0% by weight, Cr is precipitated and may be harmful to the human body, which is not good.

규소(Si)는 화학 반응이 거의 없기 때문에 다른 금속의 표면에 이를 성장시키는 원소로서, 2.0 내지 6.0 중량%로 함유되는 것이 바람직하며, 보다 좋게는 2.0 내지 4.0 중량%로 함유될 수 있다. 반면, Si 함유량이 2.0 중량% 미만이면 기대 효과가 미미하며, 6.0 중량%를 초과하면 투입되는 함유량에 비해 얻어지는 효과가 작다.Silicon (Si) is an element that grows it on the surface of other metals because it has little chemical reaction, and is preferably contained in 2.0 to 6.0% by weight, more preferably 2.0 to 4.0% by weight. On the other hand, if the Si content is less than 2.0% by weight, the expected effect is insignificant, and if it exceeds 6.0% by weight, the effect obtained is small compared to the input content.

망간(Mn)은 단단하고 금속합금 시 내식성과 기계적 성질을 높이기 위해 필요한 원소로서, 0.2 내지 0.6 중량%로 함유되는 것이 바람직하며, 보다 좋게는 0.3 내지 0.5 중량%로 함유될 수 있다. 반면, Mn 함유량이 0.2 중량% 미만이면 내식성과 기계적 성질 향상 효과가 미미하며, 0.6 중량%를 초과하면 Mn이 석출되어 기계적 성질이 저하될 수 있다.Manganese (Mn) is a hard and necessary element to increase corrosion resistance and mechanical properties in metal alloys, and is preferably contained in an amount of 0.2 to 0.6% by weight, more preferably 0.3 to 0.5% by weight. On the other hand, if the Mn content is less than 0.2% by weight, the effect of improving corrosion resistance and mechanical properties is insignificant, and if it exceeds 0.6% by weight, Mn may be precipitated and mechanical properties may be deteriorated.

또한, 본 발명의 제2양태에 따른 합금소재는 중량%로, C 0.25~0.6%, Cr 6.5~8.5%, Si 0.2~0.6%, Mn 0.5~2.5%, Mo 1.6~4.5% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함할 수 있으며, 보다 좋게는 상기 합금소재는 중량%로, C 0.3~0.5%, Cr 6.5~8.0%, Si 0.2~0.6%, Mn 0.8~2.0%, Mo 2.0~3.0% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.In addition, the alloy material according to the second aspect of the present invention, by weight, contains C 0.25 to 0.6%, Cr 6.5 to 8.5%, Si 0.2 to 0.6%, Mn 0.5 to 2.5%, Mo 1.6 to 4.5%, and the balance of Fe. and unavoidable impurities, and more preferably, the alloy material is 0.3 to 0.5% by weight, C 0.3 to 0.5%, Cr 6.5 to 8.0%, Si 0.2 to 0.6%, Mn 0.8 to 2.0%, Mo 2.0 to 3.0% and The balance of Fe and unavoidable impurities may be included.

이하, 본 발명의 제2양태에 따른 합금소재의 합금조성에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the alloy composition of the alloy material according to the second aspect of the present invention will be described in detail.

탄소(C)는 함유량에 따라 강의 강도와 경도와 같은 강의 성질이 변하는 원소로서, 0.25 내지 0.6 중량%로 함유되는 것이 바람직하며, 보다 좋게는 0.3 내지 0.5 중량%로 함유될 수 있다. 반면, C 함유량이 0.25 중량% 미만이면 적층가공된 소재의 경도가 낮아져 내구성이 떨어지며, 0.6 중량%를 초과하면 금속분말에서 탄화물이 석출될 수 있어 좋지 않다.Carbon (C) is an element that changes properties of steel such as strength and hardness of steel depending on its content, and is preferably contained in an amount of 0.25 to 0.6% by weight, more preferably 0.3 to 0.5% by weight. On the other hand, if the C content is less than 0.25% by weight, the hardness of the laminated material is lowered and durability is deteriorated, and if it exceeds 0.6% by weight, carbides may be precipitated from the metal powder, which is not good.

크롬(Cr)은 내식성 및 기계적 성질이 우수한 금속으로서, 6.5 내지 8.5 중량%로 함유되는 것이 바람직하며, 보다 좋게는 6.5 내지 8.0 중량%로 함유될 수 있다. 반면, Cr 함유량이 6.5 중량% 미만이면 적층가공된 소재에 부식이 발생할 수 있으며, 8.5 중량%를 초과하면 Cr이 석출되어 인체에 유해할 수 있어 좋지 않다.Chromium (Cr) is a metal with excellent corrosion resistance and mechanical properties, and is preferably contained in an amount of 6.5 to 8.5% by weight, more preferably 6.5 to 8.0% by weight. On the other hand, if the Cr content is less than 6.5% by weight, corrosion may occur in the laminated material, and if it exceeds 8.5% by weight, Cr is precipitated and may be harmful to the human body, which is not good.

규소(Si)는 화학 반응이 거의 없기 때문에 다른 금속의 표면에 이를 성장시키는 원소로서, 0.2 내지 0.6 중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 반면, Si 함유량이 0.2 중량% 미만이면 기대 효과가 미미하며, 0.6 중량%를 초과하면 투입되는 함유량에 비해 얻어지는 효과가 작다.Since silicon (Si) has almost no chemical reaction, it is preferably contained in an amount of 0.2 to 0.6% by weight as an element for growing it on the surface of other metals. On the other hand, if the Si content is less than 0.2% by weight, the expected effect is insignificant, and if it exceeds 0.6% by weight, the effect obtained is small compared to the input content.

망간(Mn)은 단단하고 금속합금 시 내식성과 기계적 성질을 높이기 위해 필요한 원소로서, 0.5 내지 2.5 중량%로 함유되는 것이 바람직하며, 보다 좋게는 0.8 내지 2.0 중량%로 함유될 수 있다. 반면, Mn 함유량이 0.5 중량% 미만이면 내식성과 기계적 성질 향상 효과가 미미하며, 2.5 중량%를 초과하면 Mn이 석출되어 기계적 성질이 저하될 수 있다.Manganese (Mn) is a hard and necessary element to increase corrosion resistance and mechanical properties in metal alloys, and is preferably contained in an amount of 0.5 to 2.5% by weight, more preferably 0.8 to 2.0% by weight. On the other hand, if the Mn content is less than 0.5% by weight, the effect of improving corrosion resistance and mechanical properties is insignificant, and if it exceeds 2.5% by weight, Mn may be precipitated and mechanical properties may be deteriorated.

몰리브덴(Mo)은 넓은 온도 범위에서 기계적 성질이 우수한 금속으로서, 1.6 내지 4.5 중량%로 함유되는 것이 바람직하며, 보다 좋게는 2.0 내지 3.0 중량%로 함유될 수 있다. 반면, Mo 함유량이 1.6 중량% 미만이면 기대 효과가 미미하며, 4.5 중량%를 초과하면 투입되는 함유량에 비해 얻어지는 효과가 작다.Molybdenum (Mo) is a metal with excellent mechanical properties in a wide temperature range, and is preferably contained in an amount of 1.6 to 4.5% by weight, more preferably 2.0 to 3.0% by weight. On the other hand, if the Mo content is less than 1.6% by weight, the expected effect is insignificant, and if it exceeds 4.5% by weight, the effect obtained is small compared to the input content.

상기 제1양태 및 제2양태에 따른 합금소재에 있어, 상기한 조성 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성될 수 있으며, 이에 더하여 금속제품의 기능을 향상시키기 위하여 상기 합금소재는 P 0.01~0.05%, Ni 0.05~1.0%, Mo 0.01~0.05%, Ti 0.001~0.005%, V 0.01~0.05%, Nb 0.004~0.01%, W 0.02~0.05%, Co 0.01~0.05%, Zr 0.004~0.01% 및 B 0.002~0.005%로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 추가로 포함할 수 있다.In the alloy material according to the first aspect and the second aspect, in addition to the above composition, the rest may be composed of Fe and other unavoidable impurities, and in addition to this, in order to improve the function of the metal product, the alloy material has P 0.01 to 0.05 %, Ni 0.05~1.0%, Mo 0.01~0.05%, Ti 0.001~0.005%, V 0.01~0.05%, Nb 0.004~0.01%, W 0.02~0.05%, Co 0.01~0.05%, Zr 0.004~0.01% and B may further include any one or two or more selected from the group consisting of 0.002 to 0.005%.

인(P)은 공기 중에서 스스로 점화되는 발화성이 강한 원소로서, P의 함유량이 0.01 중량% 미만이면 발화력이 미미하여 금속분말의 용융에 영향에 작게 작용하며 함유량이 0.05 중량%를 초과하면 발화력이 강하여 다른 금속을 모두 발화시켜 금속분말을 너무 무른 액체상태로 만들어 프린팅 작업시 적층이 어렵게 된다.Phosphorus (P) is a highly pyrophoric element that ignites itself in air. If the content of P is less than 0.01% by weight, the ignition power is insignificant and has a small effect on the melting of metal powder. If the content exceeds 0.05% by weight, the ignition power is It is strong, so it ignites all other metals and makes the metal powder too soft and liquid, making it difficult to laminate during printing.

니켈(Ni)은 단조 및 단접이 가능하고 전성 및 연성이 풍부하며, 철에 비해 잘 산화되지 않는 원소로서 촉매나 철의 도금용으로 사용된다. Ni의 함유량이 0.05 중량% 미만이면 Ni 투입에 대한 그 효과가 미미하며 1.0 중량%를 초과하면 포함되는 양에 비해 얻어지는 효과가 작다.Nickel (Ni) is an element that can be forged and welded, has excellent malleability and ductility, and is less oxidized than iron, and is used for catalysts or plating of iron. If the content of Ni is less than 0.05% by weight, the effect on Ni input is insignificant, and if it exceeds 1.0% by weight, the effect obtained is small compared to the amount included.

몰리브덴(Mo)은 넓은 온도범위에서 기계적으로 매우 강하며, 보통의 산에는 녹지 않으며, 진한 질산에도 침식되지 않는다. 철과 합금된 몰리브덴강은 절삭용 공구로 쓰인다. Mo의 함유량이 0.01 중량% 미만이면 얻어지는 효과가 미미하며 함유량이 0.05 중량%를 초과하면 함유량 대비 얻어지는 효과가 떨어진다.Molybdenum (Mo) is mechanically very strong over a wide temperature range, is insoluble in normal acids, and is not eroded by concentrated nitric acid. Molybdenum steel alloyed with iron is used for cutting tools. If the content of Mo is less than 0.01% by weight, the effect obtained is insignificant, and if the content exceeds 0.05% by weight, the effect obtained compared to the content is reduced.

티타늄(Ti)은 강도, 전성, 연성이 크며, 표면에 산화막이 생기므로 산이나 바닷물에 잘 부식되지 않는 원소로서 함유량이 0.001 중량% 미만이면 Ti 함유에 따른 효과가 미미하며, 0.005 중량%를 초과하면 얻어지는 효과에 비해 비용이 많이 들게 된다.Titanium (Ti) has high strength, malleability, and ductility, and since an oxide film is formed on the surface, titanium (Ti) is an element that is not easily corroded by acid or seawater. Doing so will cost you more than you get.

바나듐(V)은 강철 또는 철과 합금하여 고속도 공구강, 고강력 구조용 강재로 사용되며, 강철에 일반적으로 1 중량% 미만이 포함되면 강철의 표면구조가 미세하고, 탄소와 반응하여 탄화물을 만들게 된다. V의 함유량이 0.01 중량% 미만이면 V 함유에 따른 효과가 미미하며, 0.05 중량%를 초과하여 함유되면 비용대비 효과가 작다.Vanadium (V) is used as high-speed tool steel and high-strength structural steel by alloying with steel or iron. When the amount of vanadium (V) is generally less than 1% by weight, the steel has a fine surface structure and reacts with carbon to form carbides. If the content of V is less than 0.01% by weight, the effect of the V content is insignificant, and if it is contained in excess of 0.05% by weight, the cost effect is small.

니오븀(Nb)은 산소나 강산에도 침식되지 않으며, 스테인리스 합금의 내열성을 더하기 위하여 첨가되는 원소이다. Nb의 함유량이 0.004 중량% 미만이면 Nb 함유에 대한 효과가 미미하며, 0.01 중량%를 초과하면 포함되는 양에 비해 그 효과가 작다.Niobium (Nb) is not corroded by oxygen or strong acid, and is an element added to increase heat resistance of stainless alloys. If the content of Nb is less than 0.004% by weight, the effect on the Nb content is insignificant, and if it exceeds 0.01% by weight, the effect is small compared to the amount included.

텅스텐(W)은 고속도강, 영구자석강, 내열 및 내식합금에 사용되며, 탄화텅스텐은 공구에 사용된다. 고가로서 W이 0.02 중량% 미만 함유되면 W 함유에 따른 효과가 미미하며, 0.05 중량%를 초과하면 함유되는 양에 비해 얻어지는 효과가 작다.Tungsten (W) is used for high-speed steel, permanent magnet steel, heat and corrosion resistant alloys, and tungsten carbide is used for tools. As a high price, if less than 0.02% by weight of W is contained, the effect of W content is insignificant, and if it exceeds 0.05% by weight, the effect obtained is small compared to the amount contained.

코발트(Co)는 철과 비슷한 광택이 나는 금속으로서 강자성이다. 가열해도 잘 융해되지 않으며, 공기 중에 방치해도 표면에 녹이 슬 뿐 잘 부식되지 않는 것으로 내산화성, 내마마성, 기계적 성질이 우수하다. 0.01 중량% 미만이면 Co 투입에 따른 얻는 효과가 작으며, 0.05 중량% 이상이면 포함되는 양에 비해 얻어지는 효과가 작다.Cobalt (Co) is a shiny metal similar to iron and is ferromagnetic. It does not melt well even when heated, and rusts on the surface even when left in the air, but does not corrode easily, and has excellent oxidation resistance, abrasion resistance, and mechanical properties. If it is less than 0.01% by weight, the effect obtained by adding Co is small, and if it is more than 0.05% by weight, the effect obtained is small compared to the amount included.

지르코늄(Zr)은 고온의 물속에서 내식성이 크다. 공기 속에서도 발화하는 성질이 있는 원소로서 0.004 중량% 미만이면 공기 속에서 발화하여 반응이 되지 않으며, 0.01 중량% 이상이면 포함되는 양에 비해 얻어지는 효과가 작고 경제적으로도 비용이 많이 들게 된다.Zirconium (Zr) has high corrosion resistance in high temperature water. As an element that has the property of igniting even in air, if it is less than 0.004% by weight, it is ignited in air and does not react, and if it is more than 0.01% by weight, the effect obtained is small compared to the amount contained and the cost is high economically.

붕소(B)는 반응성은 작지만 산소나 질소와 화합물을 이루므로 금속의 제련 때 탈가스제로 사용되며, C와의 화합물 B4C는 인공의 물질 중 가장 단단한 것으로, 0.002 중량% 미만이 포함되면 반응성이 미약하며, 0.005 중량%를 초과하면 투입되는 양에 비해 얻어지는 효과가 작다.Boron (B) is less reactive, but forms a compound with oxygen or nitrogen, so it is used as a degassing agent during metal smelting. , If it exceeds 0.005% by weight, the effect obtained is small compared to the amount added.

또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 금속적층가공용 합금소재를 제조하기 방법으로, (a) 금속분말을 이루는 조성 성분인 금속소재들을 지정된 중량비대로 혼합하여 주조에 의해 잉곳을 제작하는 단계; 및 (b) 상기 잉곳을 가스 분무법(gas atomization) 방식을 통해 분말화하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, another aspect of the present invention is a method for manufacturing the above-mentioned alloy material for metal additive manufacturing, (a) manufacturing an ingot by casting by mixing metal materials, which are compositional components constituting metal powder, in a specified weight ratio; and (b) pulverizing the ingot through gas atomization.

상기 (a)단계는 금속소재를 중량비대로 혼합한 다음, 주조에 의하여 잉곳을 제조하는 단계로, 취급의 용이성을 위하여 상기 잉곳은 1~100kg의 중량을 가지도록 제조할 수 있다. 또한 상기 주조에 의하여 생성된 액상의 금속을 잉곳을 제조하지 않고 바로 분말화하는 것도 가능하지만, 취급의 편의 및 원료보관의 용이성 때문에 잉곳을 제조한 다음 분말화하는 것이 더욱 바람직하다.The step (a) is a step of mixing metal materials in a weight ratio and then manufacturing an ingot by casting. For ease of handling, the ingot can be manufactured to have a weight of 1 to 100 kg. In addition, it is possible to directly powder the liquid metal produced by the casting without manufacturing an ingot, but it is more preferable to manufacture an ingot and then powder it because of convenience in handling and easy storage of raw materials.

상기 (b)단계는 상기 잉곳을 잉곳을 가스 분무법(gas atomization) 방식을 통해 분말화하는 단계로, 가스 분무법에는 진공 유도 불활성 가스 분무 공정(vacuum induction inert gas atomization process, VIGA), 저온 도가니를 사용한 진공 유도 불활성 가스 분무 공정(vacuum induction inert gas atomization process with cold crucible, VIGA-CC), 전극 유도 가스 분무화 공정(electrode induction gas atomization process, EIGA), 플라즈마 가스 분무 공정(plasma gas atomization process, PGA) 등이 있다.The step (b) is a step of pulverizing the ingot through a gas atomization method, and the gas atomization method uses a vacuum induction inert gas atomization process (VIGA) and a low-temperature crucible. Vacuum induction inert gas atomization process with cold crucible (VIGA-CC), electrode induction gas atomization process (EIGA), plasma gas atomization process (PGA) etc.

보다 상세하게, 상기 (b)단계는 상기 잉곳을 용융한 다음, 용탕노즐로 공급하고, 상기 용탕노즐로부터 흘러내리는 용탕의 흐름에 압축가스를 분사하는 것으로 용탕의 흐름을 비산시켜 합금소재를 제조할 수 있다. 이때 사용되는 가스는 공기, 질소, 헬륨 또는 아르곤이 사용될 수 있으며, 제조된 합금소재는 30 내지 150 ㎛의 크기를 가질 수 있다. 이후, 금속적층가공에 사용하기 적합한 크기를 가지도록 선별하여 사용할 수 있다. 이때 선별방법은 무게, 자성 등을 이용하여 선별할 수 있으며, 단순히 적절한 사이즈를 가지는 메쉬(mesh)망을 이용하여 분류하거나, 체질기를 이용하여 선별하는 것도 가능하다.More specifically, in the step (b), the ingot is melted, supplied to a molten metal nozzle, and compressed gas is injected into the flow of the molten metal flowing down from the molten metal nozzle to disperse the flow of the molten metal to produce an alloy material. can The gas used at this time may be air, nitrogen, helium or argon, and the manufactured alloy material may have a size of 30 to 150 μm. Thereafter, it may be selected and used to have a size suitable for use in metal additive manufacturing. At this time, the sorting method can be sorted using weight, magnetism, etc., and it is also possible to simply sort using a mesh having an appropriate size or to sort using a sieve.

또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 금속적층가공용 합금소재를 금속적층가공하여 제조된 금형에 관한 것으로, 상세하게 상기 금형은 기능부가 상기 금속적층가공용 합금소재로 제조된 것일 수 있다.In addition, another aspect of the present invention relates to a mold manufactured by metal additive manufacturing of the aforementioned alloy material for metal additive manufacturing. In detail, the mold may have a functional part made of the alloy material for metal additive manufacturing.

이하, 상기 금형의 일 예로 전단금형을 들어 설명하나, 본 발명에 따른 금형이 전단금형에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a shear mold will be described as an example of the mold, but the mold according to the present invention is not limited to the shear mold.

전단금형은 프레스를 이용하여 박판 금속을 성형하는 금형을 일컫는 것으로, 일반적으로 재료(박판금속)를 다이 상에 올려놓은 다음, 펀치로 전단하여 금속을 가공하는 방법을 말한다. 이때 사용되는 다이 및 펀치를 전단금형이라 하며, 상기 다이와 펀치의 정밀도에 따라 가공되는 금속의 정밀도가 좌우되므로, 전단금형의 정밀도 및 내구성이 매우 중요하다.The shearing mold refers to a mold for forming thin sheet metal using a press, and generally refers to a method of processing a metal by placing a material (thin sheet metal) on a die and then shearing it with a punch. Dies and punches used at this time are referred to as shearing molds, and since the precision of metal being processed depends on the precision of the die and punch, the precision and durability of the shearing mold are very important.

기존의 전단금형의 경우 3차원 프린터를 이용하여 출력시 경도 및 내열성이 떨어지며, 보다 높은 경도 및 내구성을 도모하기 위해 후열처리 공정이 필수로 요구되어 많은 비용과 시간이 소요되며, 이는 전단금형 단가 상승의 주요 원인이 되고 있다.In the case of the existing shear mold, when printed using a 3D printer, the hardness and heat resistance are poor, and a post-heat treatment process is required to achieve higher hardness and durability, which requires a lot of cost and time, which increases the unit price of the shear mold. is a major cause of

반면, 전술한 금속적층가공용 합금소재를 사용할 시 추가적인 열처리 공정 없이도 높은 경도 및 내구성을 확보할 수 있으며, 내마모성과 내식성 및 내열성이 우수하며, 기대수명이 길고, 버 발생량이 적다는 장점이 있다. 구체적으로 적층가공 공정에 의해 58 내지 65 HRC의 경도를 가진 전단금형을 제공할 수 있다.On the other hand, when using the above-mentioned alloy material for metal additive manufacturing, high hardness and durability can be secured without an additional heat treatment process, wear resistance, corrosion resistance and heat resistance are excellent, life expectancy is long, and the amount of burr generation is low. Specifically, it is possible to provide a shear mold having a hardness of 58 to 65 HRC by the additive manufacturing process.

보다 상세하게, 본 발명의 일 예에 따른 전단금형은 기능부인 전단날부가 상기 금속적층가공용 합금소재로 제조된 것일 수 있다. 전단금형은 몸체부와, 몸체부에 적층 형성된 전단날부로 구성되는데, 몸체부는 반제품 상태의 비기능부일 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 주물소재인 회주철(FC25, FC30), 구상흑연주철(FCD55) 또는 기계구조용탄소강(S45C) 등의 소재를 사용할 수 있다.More specifically, the shearing mold according to an example of the present invention may have a shearing blade, which is a functional part, made of the alloy material for metal additive manufacturing. The shearing mold is composed of a body part and a shearing blade part laminated to the body part. The body part may be a non-functional part in a semi-finished product state. Specifically, for example, gray cast iron (FC25, FC30) and nodular graphite cast iron (FCD55), which are casting materials, are used. Alternatively, materials such as carbon steel (S45C) for mechanical structures may be used.

이와 같은 금형의 제조 방법은 비기능부인 금형의 본체부에 전술한 금속적층가공용 합금소재를 금속적층가공하여 기능부를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.The manufacturing method of such a mold may include forming a functional part by metal additive manufacturing of the above-described alloy material for metal additive manufacturing on the body part of the mold, which is a non-functional part.

상세하게, 에너지 제어 용착 방식(Direct Energy Deposition, DED)의 3차원 메탈프린터의 토너로서 전술한 금속적층가공용 합금소재를 사용하며, 상기 합금소재를 노즐을 이용하여 분사함과 동시에 레이저를 조사하여 반용융된 합금소재를 본체부에 적층할 수 있다.In detail, the above-mentioned alloy material for metal additive processing is used as a toner of a 3D metal printer of a direct energy deposition (DED) method, and the alloy material is sprayed using a nozzle and simultaneously irradiated with a laser to reflect A molten alloy material may be laminated on the main body.

아울러, 보다 높은 경도를 가진 금형을 제조하기 위한 측면에서, 상기 금속적층가공은 300~500 W의 레이저 출력 및 3~7 g/min의 분말 공급 속도 조건으로 수행될 수 있으며, 보다 좋게는 350~450 W의 레이저 출력 및 5~6 g/min의 분말 공급 속도 조건으로 수행될 수 있다. 이를 통해 보다 58 내지 65 HRC의 경도를 가진 금형을 제조할 수 있다.In addition, in terms of manufacturing a mold having a higher hardness, the metal additive manufacturing may be performed under conditions of a laser power of 300 to 500 W and a powder supply rate of 3 to 7 g/min, more preferably 350 to 500 W. It can be performed under conditions of a laser power of 450 W and a powder feed rate of 5 to 6 g/min. Through this, it is possible to manufacture a mold having a hardness of 58 to 65 HRC.

이때, 레이저빔의 직경은 0.5 내지 1.0 ㎜일 수 있으며, 층당 적층 높이는 0.1 내지 0.5 ㎜, 층당 적층폭 피치는 0.1 내지 1 ㎜, 적층 속도는 0.5 내지 1.5 m/min일 수 있다.In this case, the diameter of the laser beam may be 0.5 to 1.0 mm, the stacking height per layer may be 0.1 to 0.5 mm, the stacking width pitch per layer may be 0.1 to 1 mm, and the stacking speed may be 0.5 to 1.5 m/min.

또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 금속적층가공용 합금소재를 금속적층가공하여 금속 부품을 제조하거나 보수하는, 금속 부품 제조와 보수 방법에 관한 것으로, 전술한 금속적층가공 조건으로 금속 부품을 제조하거나 금속 부품을 보수할 수 있다. In addition, another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing or repairing a metal part by performing metal additive manufacturing of an alloy material for metal additive manufacturing, and manufacturing or repairing a metal part under the above-mentioned additive manufacturing conditions. Metal parts can be repaired.

이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 금속적층가공용 합금소재 및 이를 이용하여 제조된 금형 또는 금속 부품 제조와 보수 방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, an alloy material for metal additive manufacturing according to the present invention and a method for manufacturing and repairing a mold or metal part manufactured using the alloy material according to the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are only one reference for explaining the present invention in detail, but the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.Also, unless defined otherwise, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description herein is merely to effectively describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. In addition, the unit of additives not specifically described in the specification may be % by weight.

[실시예][Example]

하기 표 1에 기재된 조성에 따라 금속적층가공용 합금소재(중량%)를 준비하였다.Alloy materials (wt%) for additive manufacturing were prepared according to the compositions shown in Table 1 below.

소재명material name CC CrCr MnMn SiSi MoMo WW VV FeFe AM_AAM_A 0.340.34 9.309.30 0.380.38 2.402.40 -- -- -- balancebalance AM_BAM_B 0.350.35 7.007.00 1.101.10 0.300.30 2.202.20 -- -- balancebalance AM_CAM_C 0.340.34 10.2010.20 0.280.28 3.003.00 -- -- -- balancebalance AM_DAM_D 0.350.35 5.505.50 0.350.35 2.202.20 -- -- -- balancebalance AM_EAM_E 0.340.34 8.708.70 1.301.30 1.451.45 -- -- -- balancebalance AM_FAM_F 0.360.36 11.4511.45 0.430.43 0.300.30 -- -- -- balancebalance AM_GAM_G 0.780.78 4.004.00 0.300.30 0.300.30 5.005.00 6.006.00 2.002.00 balancebalance

[물성 평가][Evaluation of physical properties]

상기의 금속적층가공용 합금소재 소재들을 이용하여 적층가공 공정으로 시편을 제조한 후 하기의 방법에 따라 각 물성을 평가하였다.Specimens were prepared by the additive manufacturing process using the above alloy materials for metal additive manufacturing, and then each physical property was evaluated according to the following method.

1) 미세조직1) microstructure

단조재와 적층 소재의 금속 조직학적 특성을 분석하기 위해 주사 전자현미경(FE_SEM)과 광학현미경을 이용하여 소재별 금속의 조직 상태를 관찰하였다.In order to analyze the metallographic characteristics of forged and laminated materials, the metal structure state of each material was observed using a scanning electron microscope (FE_SEM) and an optical microscope.

도 1 및 2에는 AM_A 소재의 비열처리 조건과 1030℃와 150℃에서 소입 및 뜨임 열처리 공정을 적용한 소재들을 대상으로 각각의 미세 조직에 대해 나타내었다. 열처리 공정이 적용되지 않은 적층공정으로 제조된 AM_A 소재의 경우 주사 전자현미경 관찰 결과 기지조직에서 석출상(Sediment)들이 관찰되지 않았다. 그러나 소입 및 뜨임 열처리 공정이 적용된 AM_A 소재의 경우 소입 효과로 인해 기지조직에서 석출상들이 일부 미세하게 석출(Precipitation)된 것으로 나타났다.1 and 2 show the respective microstructures of the materials to which the non-heat treatment conditions of the AM_A material and the quenching and tempering heat treatment processes at 1030 ° C and 150 ° C were applied. In the case of the AM_A material manufactured by the lamination process to which the heat treatment process was not applied, no sedimentation phase was observed in the base structure as a result of scanning electron microscope observation. However, in the case of the AM_A material to which the quenching and tempering heat treatment process was applied, it was found that some precipitated phases were finely precipitated in the matrix structure due to the quenching effect.

도 3 및 4에는 AM_B 소재의 비열처리 조건과 1030℃와 150℃에서 소입 및 뜨임 열처리 공정을 적용한 소재들을 대상으로 각각의 미세 조직에 대해 나타내었다. 열처리 공정이 적용되지 않은 적층공정으로 제조된 AM_B 소재의 경우 주사 전자현미경 (FE_SEM) 관찰 결과 기지조직에서 석출상들이 입계를 따라 석출되는 것으로 관찰되었으며, 소입 및 뜨임 열처리 공정이 적용된 AM_B 소재의 경우 기지조직에서 나타났던 석출 상들이 열처리 공정 적용에 의해 감소한 것으로 나타났다. 이는 열처리 공정 적용에 따른 2가지 소재의 소재별 특성이라고 생각된다. 3 and 4 show the microstructures of the materials to which the non-heat treatment conditions of the AM_B material and the quenching and tempering heat treatment processes at 1030 ° C and 150 ° C were applied. In the case of AM_B material manufactured by the lamination process without the heat treatment process, as a result of scanning electron microscope (FE_SEM) observation, precipitated phases were observed along the grain boundaries in the base structure, and in the case of the AM_B material to which the quenching and tempering heat treatment process was applied, the matrix It was found that the precipitated phases in the structure were reduced by the application of the heat treatment process. This is considered to be a material-specific characteristic of the two materials according to the application of the heat treatment process.

도 5에는 AM_G 소재의 적층가공(비열처리) 후 주사 전자현미경 관찰 결과를 나타내었다. 분석 결과 기지조직에서 AM_B 소재와 유사하게 입계를 따라 석출상들이 석출된 것으로 나타났으며, AM_B 소재와 비교하고 석출상들이 미세하고 균일하게 석출된 것으로 분석되었다. 또한, 단조재 소재와 적층가공으로 제조된 소재의 미세조직 분석 결과 단조재의 경우에는 열처리 공정 적용에 따라 기지조직에서 석출상들이 불규칙한 형태와 크기로 석출되는 것과는 대조적으로 적층가공으로 제조된 소재의 경우 기지조직에서 석출상들이 입계를 따라 특정한 패턴으로 석출되는 특징이 관찰되었다. 이것은 단조재와 실험에 적용된 적층재의 제조 공정상의 차이에 의해 발생된다고 예측되며, 소재의 기계적 물성과 함께 이러한 조직적 특성이 소재의 사용조건에서의 수명에 영향을 미칠 수 있다고 판단된다.5 shows scanning electron microscope observation results after additive manufacturing (non-heat treatment) of the AM_G material. As a result of the analysis, it was found that precipitated phases were precipitated along the grain boundary similarly to the AM_B material in the base structure, and compared to the AM_B material, it was analyzed that the precipitated phases were finely and uniformly precipitated. In addition, as a result of analyzing the microstructure of forged materials and materials manufactured by additive manufacturing, in the case of forged materials, precipitated phases are precipitated in irregular shapes and sizes in the matrix structure according to the application of the heat treatment process, in contrast to materials manufactured by additive manufacturing. In the base structure, precipitation phases were observed in a specific pattern along the grain boundaries. This is expected to be caused by the difference in the manufacturing process of the forged material and the laminated material applied to the experiment, and it is judged that these organizational characteristics along with the mechanical properties of the material can affect the life of the material under the conditions of use.

한편, 도 6 및 7에는 상용 합금공구강 단조재 소재 중 전단 금형의 기능부인 전단 스틸 제작에 가장 널리 사용되고 있는 D2 소재와, 종래의 합금공구강 소재와 비교하여 기계적 물성과 내구성이 뛰어나며, 무 노치 충격시험 값이 D2 소재 대비 5배 우수한 매트릭스 하이스계 단조재_C 소재(C 0.7 중량%, Cr 5.0 중량%, Mn 0.5 중량%, Si 0.2 중량%, Mo 2.3 중량%, V 0.5 중량% 및 잔량의 Fe)의 열처리 후 금속 조직에 대해 나타내었다. 주사 전자현미경 사진 분석 결과 단조재 소재들의 경우 열처리 공정 적용 후 기지조직에서 석출상들이 불규칙하게 석출된 것으로 분석되었다. 또한, 단조재_C의 경우 D2 소재와 비교하여 석출상들이 작고 미세하게 분포하는 것으로 나타났다. On the other hand, in FIGS. 6 and 7, D2 material, which is most widely used in the production of shear steel, which is a functional part of a shear mold, among commercial alloy tool steel forging materials, has excellent mechanical properties and durability compared to conventional alloy tool steel materials, and has no notch impact test Matrix HSS-based forging material with 5 times higher value than D2 material_C material (C 0.7 wt%, Cr 5.0 wt%, Mn 0.5 wt%, Si 0.2 wt%, Mo 2.3 wt%, V 0.5 wt% and remaining Fe ) is shown for the metallographic structure after heat treatment. As a result of scanning electron micrograph analysis, in the case of forged materials, it was analyzed that precipitated phases were irregularly precipitated in the base structure after the heat treatment process was applied. In addition, in the case of forged material_C, it was found that the precipitated phases were smaller and finely distributed compared to the material D2.

2) 인장강도(㎫) 및 연신율(%)2) Tensile strength (MPa) and elongation (%)

인장강도 및 연신율 측정은 만능재료시험기 인스트론 5988(Instron, Norwod, MA, US) 장비를 이용하여 수행하였다. 인장 시편은 전체 길이가 72 ㎜, 유효 4각 단면부 4 × 4 ㎜, 유효 길이 25 ㎜, 평행부 길이 32 ㎜가 되도록 제작하였으며, 1 ㎜/min의 속도로 시험을 진행하였다. 시험은 시편 별 각각 5회 시험 후 최솟값과 최댓값을 제외하고, 나머지 3개의 평균값을 기록하였다.Tensile strength and elongation measurements were performed using a Universal Testing Machine Instron 5988 (Instron, Norwod, MA, US). The tensile specimen was manufactured to have a total length of 72 mm, an effective square cross-section of 4 × 4 mm, an effective length of 25 mm, and a length of the parallel part of 32 mm, and the test was conducted at a speed of 1 mm/min. After testing 5 times for each specimen, the average value of the remaining three values was recorded except for the minimum and maximum values.

소재명material name 인장강도(㎫)Tensile strength (MPa) 연신율(%)Elongation (%) AM_AAM_A 1,8201,820 8.448.44 AM_BAM_B 1,7441,744 7.987.98 AM_CAM_C 1,7951,795 8.158.15 AM_DAM_D 측정 불가not measurable 측정 불가not measurable AM_EAM_E 1,7631,763 8.058.05 AM_FAM_F 1,7291,729 7.767.76 AM_GAM_G 측정 불가not measurable 측정 불가not measurable

상기 표 2를 참조하면, AM_A 소재의 경우 인장강도 1,820 MPa, 연신율 8.44 %로 측정되어 가장 우수한 기계적 물성을 보였다. 반면, AM_D 및 AM_G 소재의 경우 적층가공 시 균열이 발생하여 일정 크기 이상으로 인장 시편을 제작할 수 없었으며, 적층가공 후 경도 값 외에 추가적인 기계적 물성의 평가가 불가하였다.Referring to Table 2, in the case of AM_A material, tensile strength of 1,820 MPa and elongation of 8.44% were measured and showed the best mechanical properties. On the other hand, in the case of AM_D and AM_G materials, cracks occurred during additive manufacturing, making it impossible to produce tensile specimens larger than a certain size, and it was not possible to evaluate additional mechanical properties other than hardness values after additive manufacturing.

3) 접합강도(㎫)3) Joint strength (MPa)

일반적으로 금형제작 시 비 기능부에 보편적으로 적용되고 있는 저가의 S45C 소재를 모재로 선정 후 이종 소재 적층가공의 방식으로 접합강도 시편을 제조하여 소재별 접합강도를 평가하였다. 시험은 시편 별 각각 5회 시험 후 최솟값과 최댓값을 제외하고, 나머지 3개의 평균값을 기록하였다.In general, after selecting the low-cost S45C material, which is commonly applied to non-functional parts when manufacturing molds, as a base material, joint strength specimens were prepared using the method of additive manufacturing of heterogeneous materials, and the joint strength of each material was evaluated. After testing 5 times for each specimen, the average value of the remaining three values was recorded except for the minimum and maximum values.

소재명material name 접합강도(㎫)Joint strength (MPa) 연신율(%)Elongation (%) 1회1 time 2회Episode 2 3회3rd time 평균average 1회1 time 2회Episode 2 3회3rd time 평균average S45C+AM_AS45C+AM_A 646646 647647 648648 647647 9.709.70 9.899.89 9.659.65 9.759.75 S45C+AM_BS45C+AM_B 635635 506506 584584 575575 9.529.52 9.409.40 9.489.48 9.479.47 S45C+AM_CS45C+AM_C 641641 645645 638638 641641 9.549.54 9.679.67 9.829.82 9.689.68 S45C+AM_DS45C+AM_D 측정 불가not measurable 측정 불가not measurable S45C+AM_GS45C+AM_G 측정 불가not measurable 측정 불가not measurable

상기 표 3을 참조하면, S45C 소재를 모재로 사용하고, 적층 소재를 이종접합의 방식으로 접합할 경우 접합강도는 575~647 ㎫ 수준으로 평가되었다. 일반적으로 열처리되지 않은 S45C 소재의 인장강도는 569 ㎫ 수준이며, 뜨임 열처리가 적용된 S45C 소재의 인장강도는 690 ㎫ 수준이다. 실험에 적용된 S45C 모재의 경우 별도의 열처리 공정을 적용하지 않았으나 적층가공 공정을 이용한 접합 시편 제작 과정에서 계면에 일부 열처리 공정이 적용된 결과라고 판단된다. 또한 2종의 적층 소재 모두 모재 기준의 80 % 이상의 접합강도를 확보할 수 있는 것으로 나타났다.Referring to Table 3, when the S45C material was used as a base material and the laminated material was bonded in a heterojunction method, the bonding strength was evaluated at a level of 575 to 647 MPa. In general, the tensile strength of S45C material that is not heat treated is 569 MPa, and the tensile strength of S45C material to which tempering heat treatment is applied is 690 MPa. In the case of the S45C base material applied in the experiment, a separate heat treatment process was not applied, but it is judged to be the result of some heat treatment process applied to the interface in the process of manufacturing a bonded specimen using the additive manufacturing process. In addition, it was found that both types of laminated materials could secure a bonding strength of 80% or more of the base material standard.

한편, AM_D 및 AM_G 소재의 경우 적층가공 시 균열이 발생하여 일정 크기 이상으로 접합 시편을 제작할 수 없었다.On the other hand, in the case of AM_D and AM_G materials, cracks occurred during additive manufacturing, so it was not possible to manufacture bonded specimens larger than a certain size.

4) 경도 시험4) Hardness test

a) 적층가공 조건에 따른 경도 평가 a) Evaluation of hardness according to additive manufacturing conditions

하기 표 5에 기재된 바와 같이 레이저 출력 및 분말 공급 속도를 달리하여 적증가공을 수행하여 로크웰 경도를 평가하였으며, 레이저빔의 직경은 0.8 ㎜일 수 있으며, 층당 적층 높이는 0.25 ㎜, 층당 적층폭 피치는 0.5 ㎜, 적층 속도는 0.85 m/min로 수행되었다.As shown in Table 5 below, additive manufacturing was performed by varying the laser power and powder supply speed to evaluate the Rockwell hardness. The diameter of the laser beam may be 0.8 mm, the stacking height per layer is 0.25 mm, and the stacking width pitch per layer is 0.5 mm. mm, and the lamination speed was 0.85 m/min.

소재명material name 적층가공 조건Additive manufacturing conditions 경도
(HRC)
Hardness
(HRC)
레이저 출력 (W)Laser power (W) 분말 공급 속도 (g/min)Powder feed rate (g/min) AM_AAM_A 250250 7.37.3 46.946.9 300300 6.56.5 49.849.8 350350 5.55.5 59.359.3 400400 4.84.8 54.854.8 450450 4.44.4 55.055.0 AM_BAM_B 250250 7.37.3 53.353.3 300300 7.07.0 51.151.1 350350 6.56.5 55.855.8 400400 6.56.5 55.755.7 450450 5.05.0 60.260.2 500500 4.64.6 54.454.4 AM_GAM_G 250250 7.37.3 56.356.3 300300 6.36.3 62.062.0 350350 5.55.5 61.761.7 400400 4.84.8 55.355.3 450450 4.44.4 59.659.6

적층가공 시 레이저 출력 변화에 따른 출력물의 경도 변화 분석 결과 시험대상 3종의 소재 모두 적층가공 시 레이저 출력과 분말 공급량의 변화에 따라 출력물의 경도 값에 변화가 관찰되었으며, 상용 고속도 공구강 단조재를 금속 분말화한 AM_G 소재의 경우 레이저 출력 300 W 및 분말 공급 속도 6.3 g/min 조건에서 가장 우수한 경도를 보였으나, 적층가공 시 균열 발생으로 인해 일정 면적 가로 (4 ㎜) × 세로(4 ㎜) × 길이(100 ㎜) 이상의 적층가공이 불가하였다.As a result of analyzing the change in hardness of the output according to the change in laser output during additive manufacturing, changes were observed in the hardness value of the output according to the change in laser output and powder supply during additive manufacturing for all three types of materials tested. In the case of powdered AM_G material, it showed the best hardness under the condition of laser output of 300 W and powder supply speed of 6.3 g/min, but due to cracks during additive manufacturing, a certain area width (4 mm) × length (4 mm) × length (100 mm) or more of additive manufacturing was not possible.

b) 열처리에 따른 경도 평가b) Evaluation of hardness according to heat treatment

S45C 소재를 모재로 선정 후 이종 소재 적층가공의 방식으로 시편을 제조하여 비열처리 조건과 소입 후 저온 뜨임 조건, 고온 뜨임 조건 등으로 선정하여 소재별 로크웰 경도를 평가하였다.After selecting the S45C material as the base material, specimens were manufactured by the method of additive manufacturing of different materials, and the Rockwell hardness of each material was evaluated by selecting non-heat treatment conditions, low-temperature tempering conditions after quenching, and high-temperature tempering conditions.

이때, AM_A 소재는 350W의 레이저 출력 및 5.5 g/min의 분말 공급 속도 조건으로, AM_B 소재는 450W의 레이저 출력 및 5.0 g/min의 분말 공급 속도 조건으로 금속적층가공이 수행되었으며, 레이저빔의 직경은 0.8 ㎜일 수 있으며, 층당 적층 높이는 0.25 ㎜, 층당 적층폭 피치는 0.5 ㎜, 적층 속도는 0.85 m/min로 수행되었다.At this time, AM_A material was subjected to metal additive manufacturing under the conditions of a laser power of 350W and a powder supply speed of 5.5 g/min, and for the material AM_B under the conditions of a laser power of 450W and a powder supply speed of 5.0 g/min, and the diameter of the laser beam may be 0.8 mm, the lamination height per layer is 0.25 mm, the lamination width pitch per layer is 0.5 mm, and the lamination speed is 0.85 m/min.

시편 제조 조건Specimen manufacturing conditions 경도
(HRC)
Hardness
(HRC)
소재명material name Q (℃)Q (℃) T (℃)T (℃) 단조재_CForged Material_C 열처리heat treatment 59.859.8 S45C+AM_AS45C+AM_A -- -- 59.359.3 10301030 150150 60.360.3 180180 58.058.0 200200 58.058.0 400400 57.057.0 450450 56.956.9 500500 57.157.1 520520 57.857.8 550550 50.150.1 S45C+AM_BS45C+AM_B -- -- 60.260.2 10301030 150150 60.060.0 180180 58.058.0 200200 57.057.0 400400 55.055.0 450450 54.954.9 500500 55.255.2 550550 57.157.1 570570 53.653.6 - Q: 소입 온도(quenching temperature)
- T: 뜨임 온도(tempering temperature)
- Q: quenching temperature
- T: tempering temperature

경도 시험 분석 결과, S45C 소재를 모재로 사용하고, 적층 소재 AM_A, AM_B 소재를 이종접합의 방식으로 접합한 시편은 상용 단조재 금형 강 소재와 비교하여 추가적인 열처리 공정 없이도 적층가공 공정에 의해 58 HRC 이상의 고경도를 달성할 수 있음을 확인할 수 있었다.As a result of the hardness test analysis, the specimen using S45C material as a base material and laminated material AM_A and AM_B materials bonded by heterojunction method has more than 58 HRC by additive manufacturing process without additional heat treatment process compared to commercial forged mold steel material. It was confirmed that high hardness can be achieved.

5) 전단 시험5) Shear test

a) 평면 전단 조건 수명 평가:a) Planar shear condition life evaluation:

상기의 금속적층가공용 합금소재 소재들을 이용하여 적층가공 공정으로 평면 전단 조건 수명 평가용 전단금형을 제조하였다. 이때, AM_A 소재는 350W의 레이저 출력 및 5.5 g/min의 분말 공급 속도 조건으로, AM_B 내지 AM_F 소재는 450W의 레이저 출력 및 5.0 g/min의 분말 공급 속도 조건으로, AM_G 소재는 300W의 레이저 출력 및 6.3 g/min의 분말 공급 속도 조건으로 금속적층가공이 수행되었으며, 레이저빔의 직경은 0.8 ㎜일 수 있으며, 층당 적층 높이는 0.25 ㎜, 층당 적층폭 피치는 0.5 ㎜, 적층 속도는 0.85 m/min로 수행되었다.A shear mold for life evaluation under plane shear conditions was manufactured through an additive manufacturing process using the above alloy materials for metal additive manufacturing. At this time, AM_A material is under the conditions of 350W laser power and 5.5 g/min powder supply rate, AM_B to AM_F materials under 450W laser power and 5.0 g/min powder supply speed conditions, and AM_G material is under 300W laser power and Metal additive manufacturing was performed under the conditions of a powder supply rate of 6.3 g/min, the diameter of the laser beam may be 0.8 mm, the stacking height per layer is 0.25 mm, the stacking width pitch per layer is 0.5 mm, and the stacking speed is 0.85 m/min. has been carried out

평면 전단 조건 수명 평가용 금형의 경우 연속 전단 작업이 실시되므로 전단 스틸 제작 시 날부에 시어 각을 소재 두께의 1/2로 적용하여 제작하였다. 또한 전단 작업에 따른 전단 스틸의 흔들림과 위치 공차를 최소화하기 위해 금형의 모서리 부 4곳에 가이드 포스트(Guide post)를 적용하였으며, 전단 작업 시 소재의 고정을 위한 상형 패드(Pad)부에는 균일한 압력을 적용하기 위해 가스 스프링(Gas spring)을 적용하였다.In the case of a mold for life evaluation under flat shear conditions, since continuous shearing is performed, the shear angle was applied to the blade part at 1/2 of the material thickness when manufacturing the shear steel. In addition, to minimize the shaking and positional tolerance of the shearing steel due to the shearing operation, guide posts are applied to four corners of the mold, and uniform pressure is applied to the pad part of the upper mold for fixing the material during shearing operation. To apply, a gas spring was applied.

평면 전단 조건 금형 수명 평가는 적층 소재 3종을 대상으로 전단 스틸의 파손 없이 전단 작업 중 마모 및 파손으로 인한 판재의 버 발생량이 소재 두께의 5 % 이내를 만족하는 조건을 충족하면서 내구수명 10만 타를 목표 수명으로 선정 후 시험을 진행하였다. 이를 위해서는 30만 회 이상의 반복적인 전단 작업을 수행하여야 하며, 핫스탬핑에 적용되고 있는 보론강(22MnB5) 소재(항복강도 1,100 ㎫, 인장강도 1,598 ㎫, 연신율 8.91%)는 900℃ 이상으로 가열 후 냉각공정을 거쳐야 1.5 GPa의 인장강도 확보가 가능하다. 따라서 전단 시험의 편의성을 위하여 보론강 소재와 유사한 인장강도를 가지고 있는 스웨덴 사브(SSAB) 사의 Docol 1500M 냉간 판재(C 0.23 중량%, Si 0.4 중량%, Mn 1.3 중량%, P 0.02 중량%, S 0.01 중량%, Al 0.015 중량%, Nb+Ti 1.0 중량%, Cr+Mo 1.0 중량%, Cu 0.2 중량%, B 0.01 중량% 및 잔량의 Fe)를 함께 사용하여 전단 시험을 수행하였으며, 초기 20회와 수명평가가 이루어지는 1000 타, 3000 타, 5000 타 이후 매 1만 타 마다 프레스를 멈추고, 별도의 가열로와 냉각 프레스를 이용하여 제작된 소재를 전단 시험에 5회 적용하여 시험을 진행하였다. 보론강(22MnB5) 소재의 경우 핫스탬핑 양산 조건을 고려하여 소재를 가열로에서 950℃로 5분 가열 후 5℃ 냉각 프레스에서 1분간 냉각하여 시편제작을 진행하여 사용하였다.Planar shear conditions The mold life evaluation was performed on three types of laminated materials, and the durability life was 100,000 strokes while satisfying the condition that the burr generation of the plate due to wear and damage during the shearing operation satisfies within 5% of the material thickness without damage to the shear steel. After selecting as the target life span, the test was conducted. To do this, more than 300,000 repeated shearing operations must be performed, and the boron steel (22MnB5) material (yield strength 1,100 MPa, tensile strength 1,598 MPa, elongation 8.91%) applied to hot stamping is heated to 900℃ or higher and then cooled. It is possible to secure the tensile strength of 1.5 GPa only through the process. Therefore, for the convenience of the shear test, Docol 1500M cold plate (C 0.23 wt%, Si 0.4 wt%, Mn 1.3 wt%, P 0.02 wt%, S 0.01 wt%, Al 0.015 wt%, Nb+Ti 1.0 wt%, Cr+Mo 1.0 wt%, Cu 0.2 wt%, B 0.01 wt%, and the balance of Fe) were used together to perform a shear test, and the initial 20 times and The press was stopped every 10,000 strokes after 1000 strokes, 3000 strokes, and 5000 strokes, where life evaluation was performed, and the material manufactured using a separate heating furnace and cooling press was subjected to a shear test 5 times to perform the test. In the case of boron steel (22MnB5) material, considering the hot stamping mass production conditions, the material was heated in a heating furnace at 950 ° C for 5 minutes and then cooled in a 5 ° C cold press for 1 minute to prepare and use the specimen.

수명 평가 전단 작업은 140 Ton 기계식 프레스를 사용하였으며, 전단 작업 시 적용한 소재의 폭은 50 ㎜이며, 피치는 초기 20 타와 전단 수명 평가를 위해 보론강(22MnB5) 소재가 적용되는 특정 전단 횟수에서는 15 ㎜를 적용하였으며, Docol 1500M 소재가 적용되는 나머지 구간에서는 전단 작업 시 해당 소재의 스크랩 변형이 없는 최소 사이즈인 4 ㎜를 적용하였다. 또한 전단 속도는 실제 양산 조건보다 2배 빠른 분당 40회 (Stroke per minute, SPM)를 적용하였으며, 빠른 작업 속도로 인한 전단 스틸 마찰부의 온도 상승으로 인한 열화에 의한 수명저하 영향을 관찰하기 위해 열화상 카메라를 사용하여 작업 시 온도 변화를 측정하였다. 측정 결과 온도 편차는 15-35℃ 수준이었으며, 온도 편차가 크지 않아 열화 문제는 발생하지 않을 것으로 판단된다.For the life evaluation shearing operation, a 140 Ton mechanical press was used, the width of the material applied during the shearing operation was 50 mm, and the pitch was 15 at the initial 20 strokes and the specific number of shears where boron steel (22MnB5) material was applied for shear life evaluation. ㎜ was applied, and in the remaining sections where Docol 1500M material is applied, 4 ㎜, which is the minimum size without scrap deformation of the material during shearing, was applied. In addition, the shear rate was applied at 40 strokes per minute (SPM), which is twice as fast as the actual mass production condition. Temperature changes during work were measured using a camera. As a result of the measurement, the temperature deviation was at the level of 15-35 ° C, and it was judged that the degradation problem would not occur because the temperature deviation was not large.

전단 작업 시 전단 스틸의 파손 원리를 분석해보면, 초기에 전단 스틸 날 부의 취약부에서 마이크로 칩핑(Micro-chipping)이 발생하며, 이러한 마이크로 칩핑은 반복되는 전단 작업에서 제품에 버를 발생시키며, 발생된 버는 전단 스틸에 마찰, 마모, 마멸을 발생시키며 동시에 전단 및 충격하중이 반복적으로 가해짐에 따라 전단 스틸의 파손으로 이어진다고 판단된다. 작업의 반복 횟수가 증가함에 따라서 이러한 마모와 파손이 계속적으로 증가하며, 이에 따라 제품의 버 발생량도 증가한다. 연속적인 전단 작업에서 전단 스틸의 파손 유무와 수명을 직접적으로 평가하는 것은 안전상의 문제와 전단 스틸의 분해와 재조립 시 동일 조건 구현이 불가능하기 때문에 현실적으로 평가방법에 대한 기술적인 문제로 어려움이 따른다. 따라서 본 연구에서는 일반적인 차체부품의 경우 전단 공정에서 소재 두께의 5-10 % 이내로 버 발생량을 규제하고 있는 점을 고려하여, 특정 전단 횟수에서의 전단된 제품의 버 발생량을 평가하는 방법으로 전단 스틸의 수명 및 파손 평가를 진행하였다.Analyzing the damage principle of the shearing steel during shearing, micro-chipping occurs at the weak part of the shearing steel blade at the beginning, and this micro-chipping generates burrs in the product in repeated shearing, and the generated burr Friction, abrasion, and abrasion occur on the shear steel, and it is judged that shear and impact loads are repeatedly applied to the shear steel, leading to breakage of the shear steel. As the number of repetitions of the work increases, such wear and tear continuously increases, and accordingly, the amount of burr generated in the product also increases. In the continuous shearing operation, directly evaluating the existence of damage and life of the shearing steel is difficult due to safety issues and technical problems regarding the evaluation method in reality because it is impossible to realize the same conditions when disassembling and reassembling the shearing steel. Therefore, in this study, considering the fact that the amount of burr generation is regulated within 5-10% of the material thickness in the shearing process in the case of general body parts, a method of evaluating the amount of burr generation of the sheared product at a specific number of shears Life and damage evaluation was conducted.

초기 20 타 전단 작업 후 3가지 소재의 전단 스틸별 눌림면과 전단면을 실체현미경을 이용하여 측정하였으며 이를 도 8에 나타내었다. 분석 결과 버는 관찰되지 않았으며, 눌림면은 0.02-0.04 ㎜ 수준이었으며, 전단면은 0.20-0.22 ㎜ 수준으로 3종의 전단 스틸 소재 모두 유사하게 측정되었다. 1,000 타, 3,000 타, 5,000 타, 이후 매 1만 타 마다 전단된 스크랩의 버 발생량을 기준으로 10만 회를 목표로 전단 스틸의 수명의 평가를 진행하였다.After the initial 20 shearing operations, the pressed and sheared surfaces of each sheared steel of the three materials were measured using a stereo microscope, and these are shown in FIG. 8. As a result of the analysis, no burrs were observed, the pressed surface was 0.02-0.04 mm, and the shear surface was 0.20-0.22 mm, which was similarly measured for all three types of sheared steel materials. 1,000 strokes, 3,000 strokes, 5,000 strokes, and then, based on the burr generation amount of the sheared scrap every 10,000 strokes, the life span of the sheared steel was evaluated with the goal of 100,000 strokes.

상기 평가 결과를 하기 표 6에 간략하게 나타내었으며, 스틸 마모 및 파손 상태를 종합적으로 고려할 때 AM_A 소재가 가장 우수한 것으로 나타났다.The evaluation results are briefly shown in Table 6 below, and the AM_A material was found to be the best when comprehensively considering the state of steel wear and tear.

전달 날 소재delivery date material 버 (㎛)Burr (㎛) 수명 (만)lifetime (only) 파손 정도degree of damage AM_AAM_A 33.1133.11 1010 이상 없음clear AM_BAM_B 22.9222.92 5.25.2 심한 마모 및 균열 발생Severe wear and cracking AM_CAM_C 39.4839.48 1010 이상 없음clear AM_DAM_D 42.1542.15 1010 파손 발생breakage occurs AM_EAM_E 52.3052.30 1010 심한 마모severe wear and tear AM_FAM_F 32.8432.84 6.56.5 심한 마모heavy wear AM_GAM_G 50.0050.00 1010 파손 발생breakage occurs

평가 결과, AM_A 소재는 10만 회 수명평가를 완료하였으며 전단스틸 분해 후 파손유무 확인 결과 파손 없이 시험이 완료된 것이 확인되었다.As a result of the evaluation, the AM_A material completed the life evaluation of 100,000 times, and it was confirmed that the test was completed without damage as a result of checking the presence or absence of damage after disassembling the shear steel.

반면, 10만 회 전단 수명 평가 진행 중 AM_B 소재의 경우 10만 회 수명평가를 완료하지 못하고 3.5-5.2만 회에서 반복적으로 버 발생량이 소재 두께의 허용치를 만족하지 못하였으며, 전단 스틸 확인 결과 허용 불가한 크기의 균열이 전단 스틸 날부에 발생된 것이 확인되었다.On the other hand, in the case of the AM_B material during the 100,000-cycle shear life evaluation, the 100,000-cycle life evaluation was not completed, and the amount of burr generation repeatedly did not meet the allowable value of the material thickness at 3.5-5.2 million cycles, and the shear steel check result was unacceptable. It was confirmed that a crack of one size occurred in the shear steel blade.

AM_C 소재의 경우 10만 회 수명평가를 완료하였으며 전단스틸 분해 후 파손유무 확인 결과 파손 없이 시험이 완료되었으나, AM_A 소재 대비 버 발생량이 다소 많았다.In the case of AM_C material, the life evaluation was completed 100,000 times, and as a result of checking the presence or absence of damage after disassembling the shear steel, the test was completed without damage, but the amount of burr generation was slightly higher than that of AM_A material.

AM_D 소재의 경우 10만 회 수명평가를 완료하였으나, 전단 스틸의 상단 면에 일부 육안으로 관찰 가능한 파손이 발생된 것이 확인되었다.In the case of AM_D material, 100,000 times life evaluation was completed, but it was confirmed that some visually observable damage occurred on the upper surface of the shear steel.

AM_E 소재의 경우 10만 회 수명평가를 완료하였으나, 전단 스틸 날부가 심하게 마모되었으며, 버 발생량이 소재 두께의 허용치를 만족하지 못하였다.In the case of AM_E material, 100,000 cycles of life evaluation was completed, but the shear steel blade was severely worn, and the amount of burr generation did not meet the allowable value of the material thickness.

AM_F 소재의 경우에도 10만 회 수명평가를 완료하지 못하고 4.5-6.5만 회에서 반복적으로 버 발생량이 소재 두께의 허용치를 만족하지 못하였으며, 전단 스틸 날부가 심하게 마모되었다.Even in the case of the AM_F material, the life evaluation of 100,000 cycles was not completed, and the amount of burr generation repeatedly at 4.5 to 6.5 thousand cycles did not satisfy the allowable value of the material thickness, and the shear steel blade was severely worn.

AM_G 소재의 경우 10만 회 수명평가 완료 시점까지 버 발생량이 허용치를 만족하였으나, 10만 회 수명평가 이후 전단 스틸의 마모 및 파손 상태 확인 결과 전단 스틸의 상단 면에 일부 육안으로 관찰 가능한 파손이 발생된 것이 확인되었다. 전단 작업에 의한 마모 특성은 3가지 소재 중 가장 우수한 것으로 관찰되었다. In the case of AM_G material, the amount of burr generation satisfies the tolerance until the end of the 100,000-time life evaluation, but as a result of checking the wear and damage state of the shear steel after the 100,000-time life evaluation, some visually observable damage occurred on the upper surface of the shear steel. that has been confirmed Wear characteristics by shearing were observed to be the best among the three materials.

b) 경사면 전단 조건 수명 평가:b) Evaluation of life in inclined shear conditions:

평면 전단 조건 수명 평가 전단 금형의 경우 소재 간의 상대 비교에는 유리하나 실제 양산 환경에 유리한 소재 선정을 위한 소재별 우열을 가리기에는 한계가 있다. 또한 소재별 전단 스틸이 파손될 때까지 전단 시험을 10만 회 이상 계속적으로 진행하는 것은 시간적인 측면이나 비용적인 측면에서 한계가 있다. 따라서 이러한 문제를 고려하여 양산 환경에서의 잡음 인자와 가혹한 환경을 적용하기 위해 경사면 전단 조건을 적용하여 추가적인 소재별 수명 평가를 진행하였다. Planar shear condition life evaluation In the case of shear mold, it is advantageous to compare materials relative to each other, but there is a limit to distinguish superiority or inferiority by material for selecting materials that are advantageous for the actual mass production environment. In addition, there is a limit in terms of time and cost to continuously perform more than 100,000 shear tests until the shear steel for each material is broken. Therefore, in consideration of these problems, an additional life evaluation for each material was performed by applying the slope shear condition to apply the noise factor and harsh environment in the mass production environment.

적용 대상 소재 및 조건은 적층가공으로 제조된 AM_A와 AM_B 소재의 열처리 공정 적용 및 미적용에 의해 제작된 전단 스틸과 적층재와 단조재와의 상대적인 수명평가를 비교하기 위해 매트릭스 하이스계 단조재_C를 포함하여 5가지 조건의 전단스틸을 제작하여 추가적인 수명평가를 진행하였다. 한편 평면 전단 조건의 수명 평가에 적용하였던 AM_G 소재의 경우 적층가공 시 균열 발생으로 인해 경사면 전단 스틸의 제작이 불가하여 본 실험에서는 제외하였다. For materials and conditions to be applied, Matrix HSS type forged material_C was used to compare the relative life evaluation of shear steel, laminated material and forged material manufactured by applying and not applying heat treatment process for AM_A and AM_B materials manufactured by additive manufacturing. Including, 5 conditions of shear steel were produced and additional life evaluation was conducted. On the other hand, in the case of AM_G material, which was applied to life evaluation under plane shear conditions, it was excluded from this experiment because it was impossible to manufacture inclined plane shear steel due to crack generation during additive manufacturing.

경사면 전단 조건 수명 평가용 전단 금형제작 개념은 평면 전단조건 금형과 비교하여, 전단되는 제품에 특정 형상을 부여하고, 50°와 55°의 경사 구간을 부여 하였으며, 시어각(Shear angle)을 미반영하였다. 또한 전단 스틸에 파손이 발생할 때까지 전단시험을 진행하기 위해 형상별, 구간별로 급경사부와 완만한 경사부를 구분하여 적용하는 방식으로 전단 작업 중 스틸의 조기 파손을 유도할 수 있게 제작하였다. 전단되는 제품에 형상을 부여하고 전단 수명평가를 동시에 수행하기 위해서 하나의 금형에서 성형과 전단 공정이 동시에 진행 가능한 점진적인 성형금형 개념으로 금형제작을 진행하였다. 도 9에 구간별 전단각 부여 관련 상세 치수를 나타내었다. 도 10에는 경사면 전단 수명 평가용 전단 스틸을 도시하였다. Compared to flat shear condition mold, the shear mold manufacturing concept for life evaluation under inclined plane shear condition gave a specific shape to the product to be sheared, gave an inclined section of 50° and 55°, and did not reflect the shear angle. . In addition, in order to carry out the shear test until the shearing steel is damaged, it was manufactured to induce early breakage of the steel during shearing work by applying a method of dividing steep slopes and gentle slopes by shape and section. In order to give a shape to the product to be sheared and to evaluate the shearing life at the same time, the mold was manufactured with the concept of a gradual forming mold in which forming and shearing processes can be performed simultaneously in one mold. 9 shows detailed dimensions related to the shear angle impartation for each section. 10 shows a shear steel for evaluating the shear life of an inclined surface.

경사면 전단 조건 수명 평가는 평면 전단 조건 수명 평가와 동일하게 10만 회 전단 작업을 목표로 전단 작업 중 스크랩의 버 발생량이 소재 두께의 10 % 이내를 만족하는 조건하에서 시험을 진행하였다. 또한 전단에 적용된 소재도 동일하게 보론강(22MnB5) 소재와 스웨덴 사브(SSAB) 사의 Docol 1500M 소재를 혼용하여 전단 시험을 진행하였으며, 초기 20회와 수명 평가가 이루어지는 매 1,000 타, 3,000 타, 5,000 타 이후 매 1만 타마다 프레스를 멈추고 스크랩의 버 발생량을 확인하는 방식으로 수명평가를 진행하였다.The life evaluation under the inclined plane shear condition was conducted under the condition that the amount of burr generation of the scrap during the shearing operation satisfies within 10% of the material thickness with the goal of 100,000 shearing operations, the same as the life evaluation under the flat shear condition. In addition, the material applied to the shear was also subjected to a shear test using a mixture of boron steel (22MnB5) material and Docol 1500M material from SSAB, Sweden. Afterwards, the life evaluation was conducted by stopping the press every 10,000 strokes and checking the amount of burrs on the scrap.

코일에서 금형으로 소재가 자동 공급되며 성형 후 전단 작업이 연속적으로 이루어지는 조건에서 전단 스틸 별 수명 평가를 진행하였다. 2개의 코일을 동시에 사용하여 성형과 동시에 전단이 함께 이루어지는 점을 고려하여 기계식 160 Ton프레스를 이용하여 분당 40회의 속도로 전단 시험을 수행하였다. The life span of each sheared steel was evaluated under the condition that the material is automatically supplied from the coil to the mold and the shearing operation is continuously performed after molding. A shear test was performed at a speed of 40 times per minute using a mechanical 160 Ton press in consideration of the fact that molding and shearing were performed simultaneously using two coils at the same time.

도 11에는 소재 및 조건별 전단 수명 평가 결과와 함께 전단 스틸의 날 부 마모 및 파손 상태를 나타내었다. 도 12에는 10만 회 전단 작업 후 AM_A 소재 비열처리 조건 전단 스틸과 매트릭스 하이스계 단조재_C로 제작된 전단 스틸의 마모량 및 파손 상태를 나타내었다. 마모량 및 파손 상태 분석 결과 마모 특성은 단조재_C가 우수한 것으로 나타났으며, 파손 특성은 AM_A 소재가 우수한 것으로 나타났다. 11 shows the wear and tear of the blade of the shear steel along with the shear life evaluation results for each material and condition. 12 shows the amount of wear and damage of the shear steel made of the AM_A material non-heat treatment condition and the shear steel made of the Matrix HSS-based forged material_C after 100,000 shearing operations. As a result of analyzing the amount of wear and damage, forged material_C was found to be superior in wear characteristics, and material AM_A was found to be superior in damage characteristics.

평가 결과 적층재 2종의 경우 열처리 공정 적용 시 비열처리 조건에 비해 전단 작업 시 수명 향상 효과가 나타나지 않았으며, AM_A 소재 비열처리 조건과 단조재_C 열처리 조건의 전단 스틸 수명이 가장 우수한 것으로 평가되었다.As a result of the evaluation, in the case of the two types of laminated materials, when the heat treatment process was applied, there was no effect of improving lifespan during shearing compared to the non-heat treatment condition, and the shearing steel life of the AM_A material non-heat treatment condition and the forged material_C heat treatment condition was evaluated to be the best. .

이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Although the present invention has been described through specific details and limited examples as described above, this is only provided to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above examples, and the present invention belongs Various modifications and variations from these descriptions are possible to those skilled in the art.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and it will be said that not only the claims to be described later, but also all modifications equivalent or equivalent to these claims belong to the scope of the present invention. .

Claims (13)

금속적층가공의 토너로 사용되는 합금소재에 있어서,
상기 합금소재는 중량%로, C 0.25~0.6%, Cr 6.5~11.0%, Si 0.2~6.0%, Mn 0.2~2.5%, Mo 0~4.5% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 금속적층가공용 합금소재.
In the alloy material used as a toner for metal additive manufacturing,
The alloy material, by weight, is for metal additive manufacturing including C 0.25-0.6%, Cr 6.5-11.0%, Si 0.2-6.0%, Mn 0.2-2.5%, Mo 0-4.5%, and the balance of Fe and unavoidable impurities. alloy material.
제 1항에 있어서,
상기 합금소재는 중량%로, C 0.25~0.6%, Cr 8.0~11.0%, Si 2.0~6.0%, Mn 0.2~0.6% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 금속적층가공용 합금소재.
According to claim 1,
The alloy material is an alloy material for metal additive manufacturing containing 0.25 to 0.6% by weight, C 0.25 to 0.6%, Cr 8.0 to 11.0%, Si 2.0 to 6.0%, Mn 0.2 to 0.6%, and the balance of Fe and unavoidable impurities.
제 2항에 있어서,
상기 합금소재는 중량%로, C 0.3~0.5%, Cr 8.0~10.0%, Si 2.0~4.0%, Mn 0.3~0.5% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는, 금속적층가공용 합금소재.
According to claim 2,
The alloy material is an alloy material for metal additive manufacturing, including 0.3 to 0.5% by weight, C 0.3 to 0.5%, Cr 8.0 to 10.0%, Si 2.0 to 4.0%, Mn 0.3 to 0.5%, and the balance of Fe and unavoidable impurities.
제 1항에 있어서,
상기 합금소재는 중량%로, C 0.25~0.6%, Cr 6.5~8.5%, Si 0.2~0.6%, Mn 0.5~2.5%, Mo 1.6~4.5% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 금속적층가공용 합금소재.
According to claim 1,
The alloy material, by weight, is for metal additive manufacturing including C 0.25-0.6%, Cr 6.5-8.5%, Si 0.2-0.6%, Mn 0.5-2.5%, Mo 1.6-4.5%, and the balance of Fe and unavoidable impurities. alloy material.
제 4항에 있어서,
상기 합금소재는 중량%로, C 0.3~0.5%, Cr 6.5~8.0%, Si 0.2~0.6%, Mn 0.8~2.0%, Mo 2.0~3.0% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 금속적층가공용 합금소재.
According to claim 4,
The alloy material, by weight, is for metal additive manufacturing including C 0.3-0.5%, Cr 6.5-8.0%, Si 0.2-0.6%, Mn 0.8-2.0%, Mo 2.0-3.0%, and the balance of Fe and unavoidable impurities. alloy material.
제 1항에 있어서,
상기 합금소재는 P 0.01~0.05%, Ni 0.05~1.0%, Mo 0.01~0.05%, Ti 0.001~0.005%, V 0.01~0.05%, Nb 0.004~0.01%, W 0.02~0.05%, Co 0.01~0.05%, Zr 0.004~0.01% 및 B 0.002~0.005%로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 추가로 더 포함하는, 금속적층가공용 합금소재.
According to claim 1,
The alloy material is P 0.01~0.05%, Ni 0.05~1.0%, Mo 0.01~0.05%, Ti 0.001~0.005%, V 0.01~0.05%, Nb 0.004~0.01%, W 0.02~0.05%, Co 0.01~0.05% %, Zr 0.004 ~ 0.01% and B 0.002 ~ 0.005% further comprising any one or two or more selected from the group consisting of, an alloy material for metal additive manufacturing.
제 1항에 있어서,
상기 합금소재는 구형 또는 와이어형인, 금속적층가공용 합금소재.
According to claim 1,
The alloy material is a spherical or wire-shaped alloy material for metal additive manufacturing.
제 1항의 금속적층가공용 합금소재를 제조하기 방법으로,
(a) 금속분말을 이루는 조성 성분인 금속소재들을 지정된 중량비대로 혼합하여 주조에 의해 잉곳을 제작하는 단계; 및
(b) 상기 잉곳을 가스 분무법(gas atomization) 방식을 통해 분말화하는 단계;
를 포함하는, 금속적층가공용 합금소재의 제조 방법.
A method for manufacturing the alloy material for metal additive manufacturing of claim 1,
(a) preparing an ingot by casting by mixing metal materials, which are components of metal powder, in a specified weight ratio; and
(b) pulverizing the ingot through gas atomization;
Method for producing an alloy material for metal additive manufacturing comprising a.
제 1항의 금속적층가공용 합금소재를 금속적층가공하여 제조된 금형.
A mold manufactured by metal additive manufacturing of the alloy material for metal additive manufacturing of claim 1.
제 9항에 있어서,
상기 금형은 기능부가 상기 금속적층가공용 합금소재로 제조된 것인, 금형.
According to claim 9,
The mold is a mold in which the functional part is made of the alloy material for metal additive manufacturing.
비기능부인 금형의 본체부에 제 1항의 금속적층가공용 합금소재를 금속적층가공하여 기능부를 형성하는 단계;
를 포함하는 금형의 제조 방법.
Forming a functional part by performing metal additive manufacturing of the alloy material for metal additive manufacturing of claim 1 on the body part of the mold, which is a non-functional part;
Method for manufacturing a mold comprising a.
제 11항에 있어서,
상기 금속적층가공은 300~500 W의 레이저 출력 및 3~7 g/min의 분말 공급 속도 조건으로 수행되는, 금형의 제조 방법.
According to claim 11,
Wherein the metal additive manufacturing is performed under conditions of a laser power of 300 to 500 W and a powder supply rate of 3 to 7 g/min.
제 1항의 금속적층가공용 합금소재를 금속적층가공하여 금속 부품을 제조하거나 보수하는, 금속 부품 제조와 보수 방법.A method of manufacturing and repairing metal parts by performing metal additive manufacturing of the alloy material for metal additive manufacturing of claim 1 to manufacture or repair metal parts.
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