P4 | P20 | P21 | 금형강 성질

P4, P20, P21 금형강의 기계적 성질

금형강은 그것이 지지해야 하는 캐비티를 기준으로 선택되며, 어떤 등급이 그 작업에 적합한지를 결정하는 수치는 열처리가 남기는 강도, 연성 및 경도입니다. 여기에는 세 가지 금형강이 정리되어 있습니다. P4는 저탄소 침탄 등급 중 경화 깊이가 가장 깊은 강이며, P20은 대부분의 기계 가공된 캐비티를 절삭하는 프리하드닝 등급이고, P21은 담금질이 아니라 석출로 경화되는 니켈 알루미늄 등급입니다. 각 수치 세트는 바로 위에 명시된 열처리에 속하므로, 등급의 범위가 아니라 해당 열처리의 결과로 읽어야 합니다. 이는 공개된 실무에 대한 참고 요약이며 당사의 규격이 아닙니다.

각 수치 세트의 조건

금형강은 하나의 기계적 성질 세트로 판매되지 않습니다. 수치가 열처리에 따라 변하기 때문입니다. P4는 캐비티 표면에 내마모성을 부여하기 위해 침탄하는 저탄소 등급이며, 아래의 코어 수치는 코어 자체에 대한 것으로 955 °C에서 공랭하고 425 °C에서 템퍼링한 것입니다. P20은 일반적으로 프리하드닝 상태로 구매하여 약 300 HB에서 캐비티로 기계 가공하며, 아래 수치는 대신 완전한 경화 및 템퍼링 사이클, 즉 845 °C에서 유냉하고 205 °C에서 2시간 템퍼링한 등급에 대한 것입니다. P21은 또 다른 경로입니다. 용체화 처리하고 연한 상태에서 기계 가공한 다음 사용 경도까지 시효 처리하므로, 하나가 아니라 두 개의 수치 열을 가집니다.

모든 수치는 하나의 공개 출처에서 가져왔으며, 각 표 아래에 출처의 인쇄 페이지와 함께 기재했습니다. 인장 강도와 항복 강도는 메가파스칼로 표기하고 출처가 인쇄한 대로 ksi 수치를 괄호 안에 넣었으며, 두 경도 척도는 공개된 대로 유지하여 P4는 브리넬 척도로, P20과 P21은 로크웰 C 척도로 보고하고 브리넬 수치를 함께 표기했습니다.

P4 금형강의 기계적 성질

955 °C에서 공랭하고 425 °C에서 템퍼링한 후의 코어 성질

성질	값
인장 강도, MPa (ksi)	1289 (187)
항복 강도, MPa (ksi)	1034 (150)
50 mm (2 in.)에서의 연신율, %	15
단면 수축률, %	53
CVN 충격, J (ft·lbf)	43 (32)
경도, HB	390

출처, 표 15-3, Tool Steels(G. A. Roberts 및 G. Krauss)의 955 °C(1750 °F)에서 공랭 후 425 °C(800 °F)에서 템퍼링한 P4 금형강의 핵심 기계적 성질.

P4는 침탄 금형강 중 경화 깊이가 가장 깊은 강이므로, 담금질하지 않고 공랭해도 담금질 등급과 같은 범위의 코어 강도에 도달할 수 있습니다. 코어 수치인 항복 1034 MPa 대 인장 1289 MPa는 항복과 극한 사이에 큰 차이를 남기며, 단면 수축률 53퍼센트와 연신율 15퍼센트는 균열 없이 충격을 견디는 코어를 나타냅니다. 이러한 조합이 이 등급을 대형 캐비티와 허빙에 선택하는 이유입니다. CVN 충격 수치 43 J은 표준 V 노치 시편에서 측정한 것이며, 390 HB 코어는 침탄 케이스 뒤에서 캐비티 벽이 지니는 경도입니다.

P20 금형강의 기계적 성질

845 °C에서 유냉하고 205 °C에서 2시간 템퍼링한 후의 수치

성질	값
인장 강도, MPa (ksi)	1310 (190)
항복 강도, MPa (ksi)	1172 (170)
50 mm (2 in.)에서의 연신율, %	13
단면 수축률, %	51
경도, HRC	36-38

출처, 표 15-5, Tool Steels(G. A. Roberts 및 G. Krauss)의 845 °C(1550 °F)에서 오일 담금질 후 205 °C(400 °F)에서 2시간 템퍼링한 P20 금형강의 기계적 성질.

P20은 대부분의 기계 가공된 캐비티를 절삭하는 등급이며, 수치는 이 등급을 프리하드닝 상태로 구매하지 않고 경화할 때 낮은 템퍼링 온도를 사용하는 이유를 보여줍니다. 205 °C에서 템퍼링하면 36~38 HRC가 남는데, 이는 300 HB 프리하드닝 상태보다 높지만 기계 가공하고 캐비티 형상을 유지하기에는 여전히 충분히 낮습니다. 항복 강도 1172 MPa는 인장 수치 1310 MPa에 근접하며, 연신율 13퍼센트와 단면 수축률 51퍼센트는 부품에서 금형을 빼낼 때 균열을 방지하는 연성입니다. 템퍼링 온도를 높이면 이 경도를 희생하게 되며, 이 등급의 템퍼링 반응은 아래에 링크된 P20 공구강 열처리 페이지에 도표로 나와 있습니다.

P21 금형강의 기계적 성질

용체화 처리 상태와 시효 처리 상태

성질	용체화 처리	시효 처리
인장 강도, MPa (ksi)	862 (125)	1234 (179)
항복 강도 (0.2% 오프셋), MPa (ksi)	586 (85)	1138 (165)
50 mm (2 in.)에서의 연신율, %	24	16
단면 수축률, %	59	40
경도, HRC	최대 26	36-39
경도, HB	최대 262	341-375

출처, 표 15-6, Tool Steels(G. A. Roberts 및 G. Krauss)의 P21 금형강 기계적 성질. 용체화 처리 열은 용체화 온도에서 담금질하고 그 상태로 기계 가공한 강입니다. 시효 열은 동일한 강을 시효 온도에서 20~24시간 유지한 후의 것입니다.

P21은 니켈 알루미늄 화합물의 석출로 경화되므로, 용체화 처리 상태에서 최대 26 HRC로 기계 가공한 다음 더 낮은 온도에서 시효 처리하여 사용 경도에 도달합니다. 시효 처리 열은 인장 1234 MPa로 용체화 처리 상태의 862 MPa에 대비되며, 항복 강도는 586 MPa에서 1138 MPa로 상승합니다. 연성은 그에 따라 감소하여 연신율은 24퍼센트에서 16퍼센트로, 단면 수축률은 59퍼센트에서 40퍼센트로 떨어집니다. 시효 처리 후 경도 범위 36~39 HRC는 담금질 및 템퍼링 등급의 범위보다 좁으며, 이는 금형 공장이 추가 열처리 단계를 감수하는 일반적인 이유입니다.

각 시효 온도가 남기는 경도

시효 온도 (°C)	시효 온도 (°F)	경도(HRC)
510	950	38-41
525	975	36-39
540	1000	34-38
550	1025	29-34
565	1050	27-32

출처, 표 15-7, Tool Steels(G. A. Roberts 및 G. Krauss)의 P21 금형강 경도에 대한 시효 온도의 영향. 각 온도에서 시효 시간은 20~24시간이었습니다.

시효 온도가 경도를 결정하며, 표는 510 °C에서 565 °C까지 이어지고 경도는 전 구간에서 떨어집니다. 510 °C에서 시효 처리하면 38~41 HRC가 나오고, 노를 565 °C로 올리면 범위가 27~32 HRC로 떨어집니다. 한 온도와 다음 온도 사이의 간격은 15 °C이며, 각 단계마다 강은 경도를 조금씩 잃으므로 시효 온도는 금형의 사용 경도를 결정하는 하나의 제어 변수입니다.

세 등급을 함께 읽기

세 수치 세트는 공정의 서로 다른 지점에서 같은 질문에 답합니다. P4는 침탄과 열처리 후에만 코어 강도를 제공하며, 그 코어 위에 놓이는 케이스가 내마모성을 담당합니다. P20은 단일 경화 및 템퍼링 사이클로 비슷한 인장 수치에 도달하므로, 표면만이 아니라 전체 블록이 강해야 하는 곳에 사용됩니다. P21은 세 등급 중 가장 높은 인장 수치에 도달하지만, 두 번의 열처리 단계, 즉 블랭크를 용체화 처리하는 단계와 기계 가공 후 시효 처리하는 단계를 거친 후에만 그렇습니다.

세 열 모두에 두 가지 주의가 적용됩니다. 첫째, 수치는 캡션에 명시된 정확한 열처리에 속하므로 더 높은 템퍼링 온도에서 운전하거나 다른 온도에서 시효 처리한 금형은 이 척도의 다른 위치에 놓입니다. 둘째, 값은 각 등급의 한 히트에 대한 하나의 공개 출처에서 나온 것이므로, 구매하는 히트의 시험 성적서와 대조하여 실제 수치를 확인해야 합니다. 캐비티와 같은 방식으로 하중을 받지 않는 카바이드 핀 또는 스페이서 블록은 이 수치를 크게 벗어나 운전될 수 있습니다.