공구강 봉재 매크로에칭 및 탄화물 편석
공구강 원판의 매크로에칭은 성적서가 답할 수 없는 질문에 답을 준다. 이는 탄화물이 단면 전체에 균일하게 분포되어 있는지, 봉재 중심부에 편석이 있는지, 강이 얼마나 깊이 경화되었는지, 그리고 시편에 균열, 기공 또는 개재물 열이 있는지를 보여준다. 이 페이지는 공구강 봉재용으로 인쇄된 매크로에칭 단면, 경화능을 판독하는 W1 경화깊이 링, 그리고 중심부에서 발견된 탄화물 편석을 수집한 것이다. M2 그리고 직경이 증가함에 따른 T1 고속도강 봉재의 경우, 에칭액 및 판독 기준이 되는 표준과 함께 제시한다.
매크로에칭의 목적
시편 선택은 봉재가 유래한 잉곳 위치를 따른다. 12~25 mm의 원판은 잉곳의 상부와 하부에 해당하는 빌렛 또는 블룸 위치에서 절단하며, 때로는 중간부에서도 절단한다. 빌렛은 출하 전에 항상 완전 어닐링이 이루어지지 않으므로 재료가 경한 경우가 많아, 공구강 원판의 절단은 탄소강 원판의 절단보다 작업량이 더 많다. 일반 품질 검사에는 횡단면 원판이 일반적인 선택이며, 변형 섬유 또는 편석이 문제인 경우에는 종단면 원판을 채취한다.
공구강 품질 작업에 사용되는 매크로에칭액은 염산과 물을 동량으로 혼합하여 70~80 °C에서 15~45분간 유지한다. 이는 편석, 균열, 기공, 황화망간과 같은 개재물, 유동선, 표면 탈탄 또는 침탄 및 경도 편차를 나타낸다. 10% 질산 수용액을 사용한 상온 매크로에칭도 일반적이며, 연마된 매끄러운 표면에 수분간 적용하는데, 이는 탈탄, 침탄 또는 질화 깊이, 경화층 또는 연삭 손상과 같은 표면 상태를 목표로 하는 경우이다. 2~5% 나이탈로 에칭한 소형 연마 시편은 열산 에칭이 실용적이지 않은 경우 동일한 표면 상태를 드러낸다.
수경화성 공구강의 경화깊이
공구강에 열산 에칭을 사용하는 가장 명확한 용도는 원판에서 경화능을 판독하는 것이다. 아래 세 봉재는 동일 강종에서 세 가지 경화능 수준으로 제조되어 동일한 방식으로 담금질되었으며, 검은 링이 경화된 케이스이다. 25 mm 봉재에서는 링이 중심까지 도달한다. 50 mm 봉재에서는 도달하지 않으며, 75 mm 봉재에서는 미경화 심부가 단면의 대부분을 차지하는데, 이는 금형 공장이 블록을 주문하기 전에 반드시 알아야 하는 수치이다.
고속도강 봉재의 탄화물 편석
고속도강은 매크로에칭이 그 가치를 발휘하는 분야이다. 종단면의 탄화물 분포는 현미경 없이 에칭된 원판 자체에서 육안으로 확인할 수 있으며, 그 패턴은 구매자에게 해당 봉재가 적절히 가공된 잉곳에서 나온 것인지, 아니면 대형 잉곳의 편석된 중심부에서 나온 것인지를 알려준다. 아래 두 원판은 직경이 증가하는 동일한 두 강종을 10% 나이탈로 에칭한 것이다.
동일한 두 강종을 현미경으로 관찰하면 단면 중심부에서 원판 패턴이 의미하는 바를 알 수 있다. 탄화물 밴드와 열은 최후에 응고되는 금속, 즉 원형 봉재의 중심부에 집중되며, 그 편석된 심부의 크기는 직경이 커짐에 따라 증가한다. 대형 M2 봉재의 중심부로 만든 공구는 동일 강종의 소형 봉재에는 없는 탄화물 네트워크를 가지며, 그 네트워크가 절삭날이 치핑되거나 금형이 먼저 균열되는 지점이다.
편석된 중심부에 대한 실질적인 해결책은 전기슬래그 재용해와 분말야금이다. 재용해는 탄화물을 미세화하고 편석을 매크로에칭으로 평가할 수 있는 수준 이하로 낮추는데, 이것이 동일 규격의 제2판이 재용해 봉재에 적용되는 이유이며, 전기슬래그 재용해 공구강 페이지는 성적서에서 무엇이 달라지는지 설명한다. 분말야금 강종은 잉곳 조직을 완전히 제거한다.
황 프린트 및 파단 시험
동일한 원판에 두 가지 추가 검사를 실시한다. 황 프린트 시험은 산 에칭으로는 암시만 가능한 황화망간의 분포를 매핑하며, 공구강이 생산 라인에서 기계가공되고 황화물 열이 칩 제어에 중요한 경우 요청해야 하는 검사이다. 두 번째 검사는 경화된 횡단면 에칭 원판을 파단하여 파면을 판독하는 것인데, 산화물 개재물 열과 흑연이 종방향으로 배향된 파단면에 위치하기 때문이다. 파단면은 종종 먼저 청색 템퍼링 색으로 가열하는데, 이렇게 하면 착색되지 않은 산화물이 어두운 파단면 대비 두드러지게 나타난다.
판독 기준이 되는 표준
매크로에칭된 원판은 말로 설명하는 것이 아니라 인쇄된 참조 차트와 비교하여 평가하므로, 아래 네 가지 표준이 공구강 작업에 인용되는 표준이다. 표준을 명시하지 않고 매크로에칭 결과를 보고하는 공급업체는 구매자가 다음 히트와 비교할 수 있는 어떤 것도 보고하지 않은 것이다.
| 기준 | 출처에 인쇄된 제목 | 적용 범위 |
|---|---|---|
| ASTM A561 | 공구강 봉재의 매크로에칭 시험에 대한 권장 실무 | 공구강 봉재 평가에 사용되는 열산 매크로에칭 절차 및 심도 차트 |
| ASTM A604 | 소모성 전극 재용해 강 봉재 및 빌렛의 매크로에칭 시험 | 재용해 제품에 대한 동일 시험으로, 발견되는 편석이 더 미세함 |
| ASTM E381 | 강 봉재, 빌렛, 블룸 및 단조품의 매크로에칭 시험 표준 방법 | 일반 강 매크로에칭 방법으로, 공구강 봉재를 다른 제품 형태와 비교할 때 사용 |
| MIL-STD-430A | 강 봉재, 빌렛 및 블룸의 매크로사진 표준 | 에칭의 심도를 판정하는 기준이 되는 매크로사진 참조 세트 |
출처: ASM Handbook, Vol 9, Metallographic Techniques for Tool Steels (G.F. Vander Voort), 매크로검사 섹션에 인용된 참고문헌. 제목은 인쇄된 대로 재현함.
봉재의 나머지 부분을 확인할 곳
원판이 보여주지 않는 조직은 이 페이지 다음에 오는 페이지들에 있다. 공구강 미세조직 페이지에는 동일 강종의 어닐링, 압연 상태 및 경화 상태에 대한 현미경 사진이 실려 있으며, 탄화물 유형 및 경도 페이지에는 편석이 어떤 탄화물로 이루어져 있는지가 제시되어 있으며, 품질 검증 페이지는 이러한 시험들이 주문에서 어디에 위치하는지를 보여줍니다.
ASM Handbook, Volume 9, Metallography and Microstructures, George F. Vander Voort의 논문 Metallographic Techniques for Tool Steels, ASM International, 2004(매크로 검사 섹션, Fig. 1~Fig. 4 및 거기서 인용된 표준)에서 발췌했습니다. 모든 캡션은 파일의 검색 가능한 텍스트 레이어에서 읽어 인쇄된 도판과 대조 확인했으며, 각 도판은 인쇄된 픽셀 너비의 1.5배로 파일에서 잘라냈습니다. 도판과 표준 표는 Aobo Steel의 사양이 아니라 공개된 관행에 대한 참고 요약이므로, 매크로 에칭 결과에 따라 주문하기 전에 밀 증명서로 강종, 봉재 직경 및 허용 심도를 확인하십시오.