열처리 시 공구강 치수 변화
경화된 강재는 담금질 후 투입 시보다 커지며, 그 변형량은 강종 계열에 따라 달라집니다. 아래 수치는 수냉, 유냉, 공랭 공구강의 예상 팽창량을 보여주므로, 경화 후 정삭 가공을 위한 충분한 여유를 남겨 두고 금형을 폐기하는 일을 피할 수 있습니다.
공구강 계열별 예상 성장률
완전 경화된 부품의 치수 1인치당 팽창량. 오른쪽의 계산된 두 열은 이 비율을 12 in. 및 300 mm 길이로 환산한 것이며, 인용값이 아니라 비율에서 계산된 값입니다. 특정 블록의 팽창은 형상에도 좌우되므로, 이 페이지의 후반부가 표만큼 중요합니다.
| 계열 | 대표 강종 | 예상 성장률, in./in. | 12인치 길이에서 | 300mm 길이에서 |
|---|---|---|---|---|
| 수경화 | W1, W2 | +0.002 ~ +0.004 | +0.024 ~ +0.048 in. | +0.6 ~ +1.2 mm |
| 유경화 | O1, O2, O6 | +0.0015 | +0.018 in. | +0.45 mm |
| 공기 경화 | A2, A6, S7, H13 | +0.001 | +0.012 in. | +0.30 mm |
| 공기 경화 | D2 | ±0.0005 | ±0.006 in. | ±0.15 mm |
출처: Tool and Die Making Troubleshooter (R. M. Leed), Table 8-9, Bethlehem Steel Corporation 왜곡 데이터에서 발췌. 12인치 및 300mm 열은 세 번째 열의 비율에서 계산되었습니다.
변형이 발생하는 원인
경화 시의 모든 치수 변화는 결정 구조의 체적 변화이며, 아래 표는 이를 합산하는 세 단계를 보여줍니다. 체적 변화는 공표된 값을 인용하며, 세 번째 열은 그 1/3로, 단일 치수의 변화량입니다.
| 반응 | 부피 변화, % | 치수 변화, in./in. |
|---|---|---|
| 가열 중 구상체에서 오스테나이트로 | -4.64 + 2.21 (%C) | -0.0155 + 0.0074 (%C) |
| 담금질 중 오스테나이트에서 마르텐사이트로 | 4.64 – 0.53 (%C) | 0.0155 – 0.0018 (%C) |
| 담금질 후 순 변화: 구상체에서 마르텐사이트로 | 1.68 (%C) | 0.0056 (%C) |
출처: ASM Handbook, Volume 11, Failures Related to Heat Treating Operations, Table 2, 탄소 공구강 담금질 시 치수 변화. 치수 열은 부피 변화의 1/3이며, 변형 관계는 같은 장의 Eq 2에 나와 있습니다.
- C는 오스테나이트에 용해된 탄소이며, 화학 분석상의 탄소가 아닙니다. D2와 같은 고크롬 등급에서는 탄소의 상당 부분이 합금 탄화물에 존재하고 용해되지 않으므로, 해당 등급의 순 변화는 공식만으로 예상되는 것보다 훨씬 작습니다. 공식은 각 단계의 방향을 파악하는 데 사용하고, 여유량은 위의 성장 표를 사용하십시오.
- 구상체는 납품 상태의 풀림 처리된 공구강의 미세조직입니다.
표 읽는 방법
적어도 한 치수에서의 팽창은 정상입니다. 전혀 팽창하지 않는 부품은 완전히 변태된 것이며, 누락된 체적은 나중에, 흔히 연삭 작업 후나 사용 중에 나타납니다. 잔류 오스테나이트가 많은 강재가 가장 많이 변형되므로, 공기 경화 강종 을 두 번, 세 번 템퍼링하는 이유 중 하나이다.
형상이 어느 치수가 변형되는지를 결정합니다. 완전히 경화되는 길고 얇은 직사각형 부품은 폭, 두께, 길이 모두 팽창합니다. 완전히 경화되지 않는 길고 두꺼운 부품은 폭과 두께는 팽창하고 길이는 수축하는데, 이것이 열처리 전에 긴 금형 블록을 완성 치수로 가공하는 현장을 곤란하게 만드는 원인입니다.
안전한 방법은 여유를 남기고 경화 후 정삭 가공하는 것입니다. 그것이 불가능할 때는, 공랭 등급 가 가장 보증에 가까운데, 이는 D2 및 그 유사강 은 천천히 변태하고 네 계열 중 치수 변화가 가장 작기 때문이다. 가공 시작 전 공급 상태의 봉재에서 제거해야 할 여유는 다음에 제시되어 있다. 가공 여유 차트.
네 단계가 변형이 시작되기 전에 이를 줄입니다. 황삭 가공 후 부품의 응력 제거는 절삭으로 남은 응력을 풀어주어 담금질이 이를 먼저 교란하지 않게 합니다. 한두 단계의 예열은 얇은 부분과 두꺼운 부분 사이의 온도 차를 작게 유지합니다. 부품을 수직으로 매달 수 있게 로에 장입하면 고온에서 자중에 의한 휨을 제거합니다. 오스테나이트화 온도에서 충분히 유지하면 단면 전체의 변태가 균일해지며, 열처리 문제 해결 차트.
치수를 엄격히 유지해야 할 때는 영하 처리 또는 극저온 단계 상온 냉각으로 미완료된 변태를 완료시키면 이후 부품의 변형이 멈춥니다. 순서가 중요합니다. 부품을 담금질하고, 응력 제거를 위해 한 번 템퍼링하고, 영하로 유지하고, 천천히 상온으로 되돌리고, 다시 템퍼링합니다. 영하 120 °F의 심냉은 두께 1인치당 120분간 유지하며, 제어 극저온 냉각은 약 영하 320 °F까지 진행되고, 모든 심냉 사이클 후에는 재템퍼링이 뒤따릅니다. 이러한 사이클은 현장 작업자가 아닌 열처리 전문가의 결정이며, 공구강 사이클에 반드시 포함되어야 하는 단계는 다음에 나열되어 있습니다: 열처리 가이드.
경화 전에 공구를 완성 치수로 가공하면 연삭 시간을 절약할 수 있지만, 부품이 과대, 과소 또는 평탄도 불량으로 돌아오는 순간 두 번째 열처리와 재제작 비용이 발생합니다. 공차를 유지해야 하는 금형의 경우 여유를 두는 것이 더 저렴한 습관입니다. 가장 흔한 실수와 이를 방지하는 점검 사항은 다음에 제시되어 있습니다: D2 열처리 실수.
치수는 담금질 직후가 아니라 냉각된 완전 템퍼링 부품에서 측정합니다. 템퍼링 전에 과대 치수로 측정된 부품은 템퍼링 사이클과 이후의 영하 단계를 거치며 다시 변형되므로, 전체 사이클 종료 시점에 치수를 확인하고 동일한 면에서 경도를 교차 확인해야 하며, 다음을 사용합니다: 경도 시험 방법 줄이 충분하지 않을 때 사용합니다.
측정 전에 두 번 뜨임하십시오
공랭 등급은 각 사이클이 잔류 오스테나이트를 더 많이 변태시키고 치수를 조금 더 변화시키므로 두세 번 뜨임합니다. 한 번 뜨임 후 측정한 부품은 나타나는 치수를 유지하지 않습니다. 뜨임 온도 범위와 각각의 경도는 담금질 차트.
공랭이 안정성에서 우수합니다
D2의 in./in.당 ±0.0005와 유냉 등급의 in./in.당 0.0015의 차이는 마무리 패스 한 번과 폐기되는 블록의 차이입니다. 담금질 후 금형을 연삭하는 경우, 공기 중에서 변태하는 냉간 공구강 등급 쪽으로 선택을 기울이십시오.
D2는 기준 사례입니다
D2는 경화 전에 완성 치수에 가깝게 가공되는 경우가 가장 많은 강종이며, 현장에서 변형이 없다고 가정할 때 오차 여유가 가장 작은 강종입니다. D2 열처리 가이드 에는 예열과 치수를 안정화하는 템퍼링 사이클을 포함한 경화 순서가 포함됩니다.
열처리 기록을 보관하십시오.
위의 팽창 수치는 강종 계열의 평균이며, 눈앞의 부품은 하나의 강재 히트와 하나의 열처리 기록입니다. 로에서 어떤 일이 일어났는지 기록하고 밀 시트(mill certificate)를 함께 보관하여, 동일 강종의 다음 부품에 대해 기억이 아닌 데이터로 여유를 산정하십시오.
관련 참조 페이지
공구강 경화능 차트 · 공구강 풀림 및 불림 차트 · 공구강의 담금질 균열 · 공구강 단조 온도 가이드 · 공구강 납품 상태 · D2 공구강 가공 가이드
출처: Tool and Die Making Troubleshooter (R. M. Leed, Hanser Gardner), Table 8-9 및 변형과 서브제로 처리 관련 섹션, Bethlehem Steel 변형 데이터 참조; ASM Handbook, Volume 11, Failures Related to Heat Treating Operations, Table 2. 참조 데이터는 비교 목적으로만 제공됩니다. 실제 변형은 부품 설계, 질량, 형상, 등급 및 경화 공정에 따라 달라집니다. 부품을 최종 치수로 가공하기 전에 열처리 업체와 여유를 확인하십시오.