공구강의 진공 열처리, 공정 파라미터 및 강종 스케줄
진공로는 공구강을 산화시키거나 탈탄시키는 분위기 없이 경화시키며, 진공도 자체가 공정 변수가 됩니다. 고크롬 강종의 합금 원소는 부품이 고온에 있는 동안 압력이 너무 낮게 유지되면 증발하기 때문입니다. 아래 표는 진공도를 가열 온도에 대응시켜 제시하고, 단면 두께로부터 유지 시간을 계산하는 데 사용되는 계수를 제공하며, 냉각 가스를 비교하고, 탄소강 및 저합금 공구강부터 고속도강까지 13개 공구 및 금형강 강종의 공개된 진공 사이클을 나열합니다.
참고용. 아래 수치는 공개된 중국 핸드북 실무의 참고 요약이며, Aobo Steel의 사양이 아닙니다. 주문이나 생산 실행을 이에 근거하여 설정하기 전에 밀 시험 성적서와 적용 도면에 대해 사이클을 확인하십시오.
진공 사이클이 공구에 미치는 영향
로 챔버는 1기압 이하로 유지되므로, 고온 부품 주위에 남는 가스는 미량의 일산화탄소와 수소뿐이며, 둘 다 산화성이 아니라 환원성입니다. 따라서 부품은 원래 표면을 유지한 채 나오며, 이미 표면에 있는 산화물은 성장하는 대신 환원됩니다. 경화 전에 최종 연삭된 금형의 경우, 이는 염욕이나 대기로 후에 따르는 세정 단계를 제거합니다.
공구에서 두 가지 추가 효과가 중요합니다. 첫째는 변형입니다. 복사에 의한 가열은 장입물 전체에 걸쳐 균일하며, 가압 가스 담금질은 부품에 모든 방향에서 가스를 분사할 수 있으므로, 진공 사이클은 동일 부품에서 염욕보다 약 70퍼센트 적은 변형을 발생시키는 것으로 인용됩니다. 둘째는 탈가스로, 수소 및 기타 용존 가스가 고온에서 강재를 떠나며, 이는 대형 금형 블록과 단조 또는 용접된 부품에 적합합니다.
이 공정의 비용은 부품이 더 긴 가열을 필요로 한다는 점입니다. 복사는 저온에서 순환 분위기보다 장입물을 더 느리게 가열하므로, 진공 유지 시간은 동일 단면에 대해 염욕이나 대기로의 유지 시간보다 더 길게 진행되며, 이것이 아래 표의 유지 계수를 일반 차트에서 가져오지 않고 별도로 읽는 이유입니다. 또한 유냉 부품은 일반 템퍼링 온도로는 제거되지 않는 잔류 오스테나이트의 얇은 표면층과 함께 나오며, 유냉된 고합금 또는 고속도 강종은 이를 제거하기 위해 더 높은 템퍼링이 필요합니다.
로 및 냉각 가스
세 가지 로 유형이 사이클을 담당합니다. 진공 어닐링 로는 높은 진공을 유지하고 느린 제어 냉각을 사용합니다. 진공 경화 로는 가스 담금질 또는 유 담금질 챔버이며, 가스 챔버는 일반적으로 공구에서 선호됩니다. 표면이 깨끗하게 유지되고, 변형이 더 낮으며, 챔버에 유 세정 라인이 필요하지 않기 때문입니다. 진공 템퍼링 로는 담금질 후에 따르는데, 진공 담금질 후 일반 로에서 템퍼링하면 진공 사이클이 피하려고 선택한 나쁜 표면, 불균일한 경도 및 부족한 템퍼링이 다시 나타나기 때문이며, 템퍼 취성에 민감한 강종이 취화 범위에 머물지 않도록 빠른 냉각 설비가 필요합니다.
챔버 내 가스는 담금질 속도를 결정합니다. 네 가지 일반 가스는 수소에 대해 아래에 순위가 매겨져 있으며, 수소는 열을 가장 빠르게 전달하지만 공기 중 수소 부피 분율이 5퍼센트를 초과하면 폭발 위험이 있고 가스 비용이 질소의 약 10배이기 때문에 피합니다. 질소는 대부분의 중국 진공로가 사용하는 것이며, 담금질은 양압 또는 진공 하에서 실행됩니다.
| 냉각 가스 | 상대 냉각 시간 |
|---|---|
| 수소 (H2) | 1.0 |
| 헬륨 (He) | 1.2 |
| 질소 (N2) | 1.5 |
| 아르곤 (Ar) | 1.75 |
출처, 섹션 8.2.6, 인쇄 페이지 477. 수소에 대한 상대 냉각 시간, 1로 간주. 핸드북은 60~70 부피 퍼센트 헬륨과 30~40 부피 퍼센트 질소의 혼합물이 해외에서 최상의 절충안으로 간주된다고 언급합니다.
0.5~0.6 MPa의 고압 가스 담금질은 80~110 mm의 부품을 완전 경화시키며, 이는 대부분의 금형 블록을 포함합니다. 0.2~0.6 MPa의 고순도 질소를 사용한 양압 담금질은 고속도강에 사용되며, 7.9 곱하기 10의 4제곱에서 9.3 곱하기 10의 4제곱 파스칼의 고순도 질소를 사용한 음압 담금질은 더 완만한 옵션입니다. 가스 담금질이 충분히 빠르지 않고 부품이 유에 들어가야 하는 경우, 출처의 주석은 먼저 가스 담금질을 사용하고 유에서 마무리하라고 하며, 이는 고크롬 또는 고속도 부품에 유만으로 남을 백색층이 형성되지 않도록 하기 위함입니다.
가열 온도에 대한 진공도
진공도는 로가 아니라 온도에 의해 설정됩니다. 고크롬 강종이 고온에서 낮은 압력으로 유지되면 표면에서 크롬을 잃기 때문입니다. 부품은 냉간 장입되고 가열을 켜기 전에 챔버가 6.67 파스칼로 펌핑되며, 그 이상에서는 진공도가 장입물의 온도에 따라 상승하도록 허용됩니다. 고순도 질소로 백필하는 것이 진공도를 창 내에 유지하는 일반적인 방법입니다.
| 가열 온도, °C | 진공도, Pa |
|---|---|
| 900까지 | ≥ 0.133 |
| 900 초과 1100까지 | 13.3 ~ 1.33 |
| 1100 초과 1300까지 | 13.3 ~ 666.0 |
출처, 표 8-17, 인쇄 페이지 476. 합금 원소의 증발을 억제하기 위해 장입물 온도가 상승함에 따라 진공도가 상승하도록 허용됩니다.
예열은 동일한 강종 논리를 따릅니다. 1000~1100도씨로 가열하는 사이클은 800도씨에서 한 번 예열합니다. 1200도씨 이상에서는 작고 단순한 부품은 850도씨에서 한 번 예열하고, 더 크거나 더 복잡한 부품은 두 번 예열하며, 첫 번째는 500~600도씨, 두 번째는 약 850도씨에서 합니다.
단면 두께로부터의 유지 시간
진공 유지 시간은 차트에서 읽는 것이 아니라 부품의 유효 두께로부터 계산됩니다. 가열 속도가 장입물과 단면에 함께 의존하기 때문입니다. 형태는 두께에 적용되는 계수에 시간 허용치를 더한 것이며, 두 수치는 강종의 합금 함량에 따라 변합니다. 고합금 공구강은 기지가 아니라 탄화물을 통해 열 경로를 유지하기 때문입니다.
| Steel group | 유지 계수 K, min/mm | 시간 허용치 T, min | 예열 비고 |
|---|---|---|---|
| 탄소 공구강 | 1.9 | 5 ~ 10 | 560 °C에서 한 번 예열 |
| 저합금 공구강 | 2.0 | 10 ~ 20 | 560 °C에서 한 번 예열 |
| 고합금 공구강 | 0.48 | 20 ~ 40 | 560 °C에서 예열 후 800 °C에서 재예열 |
| 고속도 공구강 | 0.33 | 15 ~ 25 | 560 °C에서 예열 후 850 °C에서 재예열 |
출처: Table 8-18, 인쇄 페이지 477. 균열 시간 C = K D + T, 여기서 C는 분 단위 균열 시간, K는 위 계수, D는 mm 단위 부품의 유효 두께, T는 분 단위 여유 시간이다. 준비된 표는 일반 균열 차트와 다르며 진공 사이클에 대해 이를 대체한다.
동일 출처에 따르면 진공 담금질 균열 시간은 동일 부품에서 염욕 균열 시간의 5~6배, 공기로 균열 시간의 2배이다. 진공 템퍼링은 공기로 템퍼링보다 약간 길고 초석 염욕 템퍼링보다 1~2배 길며, 진공 어닐링은 공기로 어닐링보다 약 2배 길다.
강종별 진공 열처리 스케줄
아래 스케줄 표는 13개 금형 및 공구강 강종에 대해 공개된 사이클이다. 예열 열은 출처에서 하나만 제공하는 경우 2단계 예열을 하나의 셀로 축약하며, 셀 내 두 수치는 첫 번째와 두 번째 예열이다. 담금질 진공도는 저합금 강종의 0.1 파스칼에서 오일 또는 가압 가스 담금질로 진행되는 강종의 10 ~ 1 파스칼로 낮아지는데, 이는 담금질 시작 후 열 전달을 위해 부품에서의 압력이 충분히 높아야 하기 때문이다. 강종에 두 개의 템퍼링 행이 있는 경우 두 번째는 고속도 및 고크롬 강종에 사용되는 2차 경화 템퍼링이다.
| 등급 | 예열, °C | 예열 진공도, Pa | 오스테나이트화, °C | 담금질 진공도, Pa | 냉각 | 템퍼링, °C | 경도, HRC |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 9SiCr | 500 ~ 600 | 0.1 | 850 ~ 870 | 0.1 | 오일, 40 °C 초과 | 170 ~ 190 | 61~63 |
| CrWMn | 500 ~ 600 | 0.1 | 820 ~ 840 | 0.1 | 오일, 40 °C 초과 | 170 ~ 185 | 62 ~ 63 |
| 9Mn2V | 500 ~ 600 | 0.1 | 780 ~ 820 | 0.1 | 기름 | 180 ~ 200 | 60~62 |
| 5CrNiMo | 500 ~ 600 | 0.1 | 840 ~ 860 | 0.1 | 오일 또는 고순도 N2 | 480 ~ 500 | 39 ~ 44 |
| Cr6WV | 500 ~ 550, 이후 800 ~ 850 | 0.1 | 970 ~ 1000 | 10 ~ 1 | 오일 또는 고순도 N2 | 160 ~ 200 | 60~62 |
| 3Cr2W8V | 480 ~ 520, 이후 800 ~ 850 | 0.1 | 1050 ~ 1100 | 10 ~ 1 | 오일 또는 고순도 N2 | 560 ~ 580, 600 ~ 640 | 42 ~ 47, 39 ~ 44 |
| 4Cr5W2VSi | 480 ~ 520, 이후 800 ~ 850 | 0.1 | 1050 ~ 1100 | 10 ~ 1 | 오일 또는 고순도 N2 | 600 ~ 650 | 38 ~ 44 |
| 7CrSiMnMoV | 500 ~ 600 | 0.1 | 880 ~ 900 | 0.1 | 오일 또는 고순도 N2 | 450, 200 | 52 ~ 54, 60 ~ 62 |
| 4Cr5MoSiV1 | 500 ~ 550, 그 다음 800 ~ 820 | 0.1 | 1020 ~ 1050 | 10 ~ 1 | 오일 또는 고순도 N2 | 560 ~ 620 | 45 ~ 50 |
| Cr12 | 500 ~ 550 | 0.1 | 960 ~ 980 | 10 ~ 1 | 오일 또는 고순도 N2 | 180 ~ 240 | 60 ~ 64 |
| Cr12MoV | 500 ~ 550, 이후 800 ~ 850 | 0.1 | 980 ~ 1050, 1080 ~ 1120 | 10 ~ 1 | 오일 또는 고순도 N2 | 180 ~ 240, 500 ~ 540 | 60 ~ 64, 58 ~ 60 |
| W6Mo5Cr4V2 | 500 ~ 600, 그 다음 800 ~ 850 | 0.1 | 1100 ~ 1150, 1150 ~ 1250 | 10 | 오일 또는 고순도 N2 | 200 ~ 300, 540 ~ 600 | 58 ~ 62, 62 ~ 66 |
| W18Cr4V | 500 ~ 600, 그 다음 800 ~ 850 | 0.1 | 1000 ~ 1100, 1240 ~ 1300 | 10 | 오일 또는 고순도 N2 | 180 ~ 220, 540 ~ 600 | 58 ~ 62, 62 ~ 66 |
출처: 표 8-19, 인쇄 페이지 478. 300 dpi의 페이지 이미지에서 판독. 두 개의 값을 가진 셀은 출처가 제시한 순서대로 첫 번째와 두 번째 예열 온도, 또는 두 개의 오스테나이트화 온도, 또는 두 개의 템퍼링 온도를 나타낸다. 1 Pa 미만의 진공도는 챔버 내부의 계기 압력이며, 10 ~ 1 Pa은 퀜칭이 시작된 후 사용되는 작업 수준이다.
스케줄을 함께 판독하기
표 전체에 세 가지 패턴이 흐른다. 퀜칭 중의 진공도는 강종이 아니라 냉각 매체를 따르므로, 오일 또는 고순도 질소로 처리할 수 있는 모든 강종은 10 ~ 1 파스칼에서 운전되고, 오일로만 퀜칭하는 강종은 0.1 파스칼을 유지한다. 예열 횟수는 오스테나이트화 온도를 따른다. 900°C 이하에서 처리되는 강종은 예열을 한 번 하고, 1000°C 초과에서 처리되는 모든 강종은 두 번 하는데, 하나는 블록을 균일하게 하기 위한 저온 범위에서, 하나는 단면을 유지하기 위한 오스테나이트화 범위 바로 아래에서 한다.
템퍼링 행은 두 가지 공구강 계열을 구분한다. 냉간 가공 및 금형 강종은 경도를 위해 한 번 템퍼링하고, 텅스텐 또는 다량의 크롬을 함유한 강종은 2차 경화 피크를 생성하는 500 ~ 640°C 대역에서 두 번째 템퍼링을 한다. 두 고속도강 강종이 가장 명확한 사례로, 180 ~ 300°C에서의 첫 번째 템퍼링은 경도 템퍼링이 아니라 응력 제거이고, 540 ~ 600°C에서의 두 번째 템퍼링이 최종 경도를 결정한다.
진공 사이클이 모든 강종에 대한 해답은 아니다. 가스 퀜칭이 단면에 필요한 경도에 도달할 수 없는 경우, 부품은 오일에 밀어 넣어 균열 위험을 감수하기보다 더 느린 퀜칭용으로 설계된 강종으로 옮기는 것이 낫다. 예를 들어 D2 또는 H13와 같은 강종이 그러하다. 더 작은 단면에서 동일한 사이클을 원하는 경우, O1 그리고 W1 와 같은 오일 경화 강종은 진공 챔버가 속도 면에서 따라올 수 없는 배스에서 경도에 도달한다.
관련 참조 데이터
동일한 결정의 노 및 배스 측면, 즉 염 혼합물과 그 작업 범위는 경화 노 및 염욕 페이지에 있다. 일반 분위기 사이클의 유지 시간은 공구강 유지 시간 차트에 있으며, 강종별 전체 경화 및 템퍼링 사이클은 공구강 열처리 가이드에 있다. 진공 사이클 후 서브제로 유지가 따르는 경우, 매체와 온도는 공구강 심냉 처리 페이지.
데이터 관련 참고사항
스케줄 표는 중국 금형 및 공구강 핸드북의 공개 참조 사이클이며, 페이지 번호는 이 사이트의 샘플 번호가 아니라 해당 핸드북의 인쇄 페이지 번호이다. 강종 명칭은 중국 GB 명칭이므로 4Cr5MoSiV1은 H13 계열, Cr12MoV는 D2 계열, W6Mo5Cr4V2는 M2 계열이며, 등가 강종은 여기서 가정하지 않고 강종 페이지에 제시되어 있다. 진공도는 챔버 계기 판독값이며, 노 자체의 펌프다운 곡선과 누설률에 따라 실제 수치가 달라진다. 유지 계수는 한 제조사의 예열 관행과 짝을 이루므로, 다른 예열 횟수를 사용하는 작업자는 계수만 취하고 허용치는 두어야 한다.
중국 금형 및 공구강 열처리 핸드북, 섹션 8.2.6 및 표 8-17 ~ 8-19, 인쇄 페이지 476 ~ 478에서 편집. 표 8-19는 300 dpi의 페이지 이미지에서, 나머지는 동일 인쇄본의 텍스트 레이어에서 판독하였다. 표는 Aobo Steel 사양이 아니라 공개 관행의 참조 요약이므로, 이를 근거로 주문하기 전에 밀 인증서 및 적용 도면과 대조하여 사이클을 확인해야 한다.