H13 다이의 사용 중 연화
다이캐스팅 다이는 열응력 자체가 높아서 균열이 발생하는 것이 아니다. 표면이 연화되어 그 응력을 견디지 못하게 되면 변형이 소성적으로 변하고 균열이 열린다. 이 페이지에서는 프리미엄 등급 H13의 열피로를 지배하는 연화, 시편이 도달한 온도에 따라 잃는 경도, 그리고 균열이 시작되기 전에 경도를 회복시켰을 때 어떤 일이 일어났는지 설명한다.
연화가 균열을 시작시킨다
심한 응력 집중부가 없는 다이에서 강의 연화는 균열 개시의 가장 중요한 요인이다. 이것이 출처가 자체 시험 시리즈에서 도출한 결론이다. 항복 강도가 높을수록 소성 변형에 대한 저항이 크며, 고온에서 공구강의 항복 강도는 경도를 따른다. 표면이 각 사이클에서 압축 응력을 항복 없이 견딜 수 있는 한 아무것도 시작되지 않는다. 표면이 온도와 응력에 의해 설정된 수준 이상으로 연화되면 압축이 소성적으로 변하고 잔류 인장이 남아 균열이 첫 번째 응력 집중부에서 열린다. 균열의 전파도 같은 방식으로, 균열 자체가 아니라 균열 선단 앞의 강도에 의해 지배된다.
균열 앞의 경도는 온도를 따른다
출처 시험의 시편은 사이클링 전에 44~46 HRC로 템퍼링되었다. 아래 표는 15,000 사이클에서 코너에 도달한 온도, 코너 근처의 경도, 평균 최대 균열 앞에서 측정된 경도, 그리고 그에 따른 균열을 보여준다. 가장 짧은 침지는 경도를 대부분 유지하고 거의 손상을 주지 않는다. 가장 긴 침지는 코너를 24.3 HRC로 떨어뜨리며, 이는 템퍼링 경도보다 약 20포인트 낮고, 균열 면적은 가장 짧은 침지 대비 약 85배 증가한다.
| 목 | 5초 | 7초 | 9초 | 12초 |
|---|---|---|---|---|
| 코너에서의 최대 온도, F | 926 | 991 | 1087 | 1147 |
| 코너에서의 경도, 0.01 in 깊이, HRC | 36.9 | 33.8 | 24.5 | 24.3 |
| 평균 최대 균열 앞의 경도, HRC | 36.9 | 33.8 | 31.6 | 29.2 |
| 총 균열 면적, x 106 µm2, 15,000 사이클 후 | 1.97 | 5.9 | 108.56 | 167.72 |
15,000 사이클에서 하나의 프리미엄 등급 H13 시편 시리즈에 대한 네 가지 침지 시간의 온도, 경도 및 균열. 균열 앞의 경도는 코너로부터 평균 최대 균열 길이와 같은 거리에서 측정된다.
균열이 시작되기 전에 경도를 회복시키기
출처는 저항이 회복될 수 있는지도 시험했다. 한 시편은 2,500 사이클 동안 사이클링한 후 원래 경도로 재열처리했으며, 이 처리를 2,500 사이클마다 반복했다. 46 HRC로 유지된 시편과 51 HRC로 유지된 다른 시편에 대비하여, 2,500 사이클마다 51 HRC로 재열처리한 시편이 열간 균열에 대한 최고의 저항을 보였다. 표면이 아직 균열되지 않은 상태에서 강도를 회복시키는 것은 균열 개시를 지연시켰고, 이미 형성된 균열의 성장도 늦췄다. 실용적인 해석은 연화되었지만 아직 균열되지 않은 다이는 복구할 가치가 있다는 것이다. 복구가 개시와 전파에 동시에 작용하기 때문이다.
템퍼링 곡선을 앞서는 연화
출처는 온도 노출만으로 손실을 설명할 수 있는지 확인했다. 12초 시편의 경우 사이클의 피크 부분이 약 5.5초 동안 1100 F와 1150 F 사이에 있으며, 이는 15,000 사이클 동안 그 온도에서 약 23시간에 해당한다. 강의 템퍼링 곡선에서 45 HRC에서 약 30 HRC로의 하락은 1150 F에서 23시간이 만들어내는 것이며, 코너에서 0.06 in 깊이에서 측정된 경도는 30.6 HRC였다. 강 내부로 더 들어가면 온도가 낮고 온도에서의 시간이 짧지만, 연화 영역은 곡선이 허용하는 것보다 더 깊게 도달한다. 출처는 열 노출만으로는 연화를 설명할 수 없으며, 반복 응력 연화가 여기에 추가된다고 결론짓는다. 둘 다 동시에 작용하므로, 사용 중인 다이의 연화는 템퍼링 곡선만으로 읽을 수 없다.
현장에서 이것이 의미하는 것
이 시험에 사용된 강재는 프리미엄 등급 H13으로, 다음 페이지에서 다루는 크롬 열간 공구강입니다: H13 공구강 페이지. 열간 공구강 계열의 연화 저항은 다음에서 비교됩니다: 열간 연화 저항 페이지, 그리고 다이를 취성 범위에서 멀리 유지하는 데 사용되는 예열 및 작업 온도는 다음에 있습니다: 예열 및 템퍼링 온도 페이지. 강이 견뎌야 하는 것은 다음에 설명되어 있습니다: 열피로 균열 페이지, 그리고 최고 온도를 낮게 유지하는 냉각 설계는 다음에 있습니다: 금형 냉각 라인 설계 페이지. 등급의 일반적인 순위는 다음에 있습니다: 열피로 저항성 공구강 페이지, 그리고 경도 손실 뒤의 조직 변화는 다음에 있습니다: H13 탄화물 조대화 페이지. 담금질 상태의 등급 조직은 다음에 설명되어 있습니다: H13 미세조직 페이지, 기타 파괴 모드는 다음에 있습니다: 다이 마모 및 파손 페이지, 그리고 프레스용 강종을 선택하는 방법은 다음 페이지에 있습니다: 고압 다이캐스팅 선정 페이지.
이것을 다이 유지보수 사양으로 사용하기 전에
이 페이지는 발표된 연구의 참조 요약이며 Aobo Steel의 사양이 아닙니다. 온도, 경도 및 균열 값은 출처에서 재현한 것으로, 하나의 등급, 하나의 시편 형상 및 하나의 주조 조건 세트를 시험한 것입니다. 생산 다이가 도달하는 연화는 다이 설계, 합금, 사이클 및 냉각 회로에 따라 달라집니다. 다이를 재열처리하는 모든 결정은 작업 현장에서 확인됩니다.
출처: Effect of Design Factors on Thermal Fatigue Cracking of Die Casting Dies, D. Schwam, J. F. Wallace and S. Birceanu, Case Western Reserve University, 미국 에너지부 최종 기술 보고서, Award No. DE-FC07-00ID138486, 2004년 10월.