다이캐스팅용 내화금속 인서트 및 코어

강 코어가 열을 견디지 못하는 경우, 다이캐스팅 산업에는 선택할 수 있는 두 번째 재료군이 있습니다. 텅스텐 기반 및 몰리브덴 기반 합금은 강보다 열전도율이 몇 배 높고 팽창률은 약 절반이므로, 이러한 조합이 열피로, 솔더링 및 침식에 대한 저항성을 부여합니다. 이 페이지에서는 두 재료군, 그 조성, 제조 방법, 허용 범위와 허용하지 않는 범위, 그리고 다른 곳에서는 작동하지만 압력 다이캐스팅에서는 실패한 니켈 기반 재료군 하나를 설명합니다.

내화금속이 거론되는 이유

매력은 강도가 아닙니다. 두 가지 열적 특성이 함께 발휘하는 것입니다. 이 합금의 열전도율은 강보다 몇 배 높아 표면에서 열이 더 빠르게 빠져나가고, 열팽창률은 약 절반이어서 홀더의 구속에 대해 표면이 덜 움직입니다. 이러한 결합 효과는 열피로, 솔더링 및 침식에 대한 우수한 저항성으로 이어집니다. 용도는 알루미늄 다이캐스팅의 코어부터 융점이 더 높은 황동 및 철계 주조 합금용 다이의 완전한 인서트에 이르기까지 다양합니다. 높은 열전도율은 또한 대부분의 코어 응용 분야에서 수냉이 필요하지 않다는 것을 의미합니다. 이들은 열간 공구강보다 비싸며, 강 부품이 이미 만족스럽게 기능하고 있는 경우에는 권장되지 않는다는 것이 출처의 명확한 입장입니다.

텅스텐 기반 합금

1960년대 미국의 Mallory Company가 개발한 텅스텐 기반 합금은 Anviloy로 알려져 있습니다. 영국에서는 Johnson Matthey Metals가 판매하며 Matthey 4000으로 알려져 있습니다. 일반적으로 텅스텐 기반 고밀도 복합재라고 불리는 재료군에 속하는 이 합금은 높은 융점 때문에 분말 야금으로 제조됩니다. 미세 분말의 균일한 혼합물을 등방압 또는 밀폐 다이에서 압축하고, 약 1500 C에서 소결 처리하여 니켈 및 철 액상이 텅스텐 및 몰리브덴과 상호작용함으로써 조직을 치밀화합니다. 결과물은 니켈, 철 및 몰리브덴 기지로 둘러싸인 텅스텐 입자의 균일한 조직이며, 합금 밀도는 90퍼센트 이상입니다. 이 합금에는 열처리가 필요하지 않습니다. 4100 합금의 낮은 텅스텐 함량은 추가적인 연성을 부여합니다.

요소	Matthey 4000	Matthey 4100
텅스텐	90.0	86.0
니켈	4.0	6.7
철	2.0	3.3
몰리브덴	4.0	4.0

두 텅스텐 기반 고밀도 복합재의 공칭 조성(중량 퍼센트). 4100 합금의 낮은 텅스텐 함량은 추가적인 연성을 부여합니다.

몰리브덴 기반 합금

아래 표의 두 몰리브덴 합금은 99퍼센트 이상의 몰리브덴을 함유하며 Climax Molybdenum Company가 개발했습니다. Mo 0.5 Ti 등급은 TZM보다 강도가 약간 낮습니다. 생산은 금속 분말의 압축, 소결 및 진공 주조를 포함합니다. 활용할 상변화가 없으므로 열처리가 불필요합니다. 대신 경도와 강도는 변형 경화, 몰리브덴에 용해된 합금 원소에 의한 고용체 경화, 그리고 복합 탄화물의 석출에 의한 분산 경화에 의해 발현됩니다. 약 650 C에서 전도율은 강의 약 8배이고, 1000 C에서는 약 4배입니다.

요소	TZM	Mo 0.5 Ti
티타늄	0.50	0.50
탄소	0.015	0.020
지르코늄	0.08	명시되지 않음
몰리브덴	균형	균형

두 몰리브덴 기반 합금의 공칭 조성(중량 퍼센트). 둘 다 99퍼센트 이상의 몰리브덴을 함유하며, 두 경우 모두 분석의 잔량은 몰리브덴입니다.

H13과의 두 재료군 비교

이 재료들의 비용을 정당화하는 특성은 대체 대상인 열간 공구강과 비교하여 아래에 제시되어 있습니다. 함께 읽으십시오. 어느 재료군도 경화 또는 템퍼링되지 않으므로 제어할 열처리도, 고려할 변형도 없으며, 텅스텐 합금은 약 650 C까지 H13에 필적하는 인장 강도를 유지하고 그 이상에서는 능가합니다. 몰리브덴 합금은 650 C에서 H13보다 강하고 경도가 높습니다.

재료	열전도율	열팽창	650 C에서의 강도	열처리	일반적인 사용
텅스텐 기반 합금, Matthey 4000 및 4100	강의 약 4배	강의 절반 미만	H13에 필적하며 그 이상에서는 더 강함	필요 없음	코어 및 완전한 인서트, 황동 및 철계 다이캐스팅까지
몰리브덴 합금, TZM 및 Mo 0.5 Ti	650 C에서 강의 약 8배, 1000 C에서 약 4배	H13의 약 절반	H13보다 우수	필요 없음	융점이 더 높은 주조 합금용 코어 및 인서트
H13 열간 공구강	참조	참조	참조	경화 및 뜨임	표준 다이 인서트 및 코어 재료

H13 열간 공구강과 비교한 내화금속 다이 재료. 전도율 및 팽창 열은 출처에 게재된 대로 상대적입니다.

장착 시 주의사항

내화 합금 부품은 강 홀더 내부에 위치하며, 둘은 함께 움직이지 않습니다. 내화 합금의 열팽창이 주변 강과 다르므로 다이가 원활하게 작동하도록 간극을 조정해야 합니다. 높은 열전달률의 이점을 충분히 얻으려면 인서트 또는 코어의 배면과 강 홀더의 대응 면이 깨끗하고 매끄러워야 하며, 두 면이 견고하게 접촉해야 합니다. 또한 이 합금은 다이강보다 노치에 민감하므로 날카로운 내부 모서리와 노치를 피하고 가능한 한 넉넉한 라운드를 제공해야 합니다. 가공에 관해서는 텅스텐 기반 합금을 초경 팁 공구로 절삭할 수 있지만, 텅스텐은 방전 가공으로는 느리게 제거되고 전극 마모가 크므로 재래식 가공을 최대한 사용합니다. 몰리브덴 기반 다이 인서트의 용접은 줄이거나 완전히 피해야 합니다.

다른 곳에서는 작동하지만 여기서는 그렇지 않은 니켈 기반 재료군

Nimonic 합금은 제2차 세계대전 중 제트 항공기용으로 개발되었습니다. 이들은 80퍼센트 니켈과 20퍼센트 크롬의 전기 저항선 조성을 기반으로 하며 다른 원소가 첨가됩니다. Nimonic 75는 약 0.4퍼센트 티타늄과 0.1퍼센트 탄소를 함유하며, Nimonic 80a 및 이 계열의 다른 합금에서는 복합 니켈, 알루미늄 및 티타늄 상을 통한 석출 경화가 일어납니다. Nimonic 75 및 80a는 알루미늄 청동의 영구 주형 주조에서 코어 및 다이 인서트로 사용됩니다. 압력 다이캐스팅에서는 기록이 반대입니다. 압력 다이캐스팅 다이에서 Nimonic을 사용한 모든 시험은 가치 있는 결과를 보여주지 못했으며, 주로 입계 공격 때문입니다.

다음으로 볼 곳

이 재료들이 장착되는 다이 부분은 다음에서 다룹니다: 다이캐스팅 다이 구성 재료 페이지, 그리고 이들이 대체하는 코어와 인서트는 다음에서 다룹니다: 코어 및 인서트 선택 페이지. 주조 금속별로 선택되는 강 등급은 다음에 있습니다: 다이캐스팅 다이강 페이지, 그리고 위 표의 기준이 되는 H13은 H13 공구강 페이지. 열간 가공용 강종의 열적 특성은 다음 페이지에 정리되어 있습니다: 열간 가공 열 상수 페이지, 그리고 몰리브덴 함유 열간 가공용 강종의 특성은 다음 페이지에 있습니다: H21 페이지. 금형이 사용 중에 연화되고 균열되는 방식은 다음 페이지에 있습니다: 열피로 균열 페이지, 냉각 설계는 다음 페이지에 있습니다: 금형 냉각 라인 설계 페이지, 저압 공정의 금형 수명 문제는 다음 페이지에 있습니다: 영구 금형 수명 페이지, 그리고 전반적인 파손 양상은 다음 페이지에 있습니다: 다이 마모 및 파손 페이지. 다이캐스팅 공정별 강종 선택은 다음 페이지에 있습니다: 고압 다이캐스팅 선정 페이지.

이것을 재료 사양으로 사용하기 전에

이 페이지는 공개된 출처의 참고 요약이며 Aobo Steel의 사양이 아닙니다. 조성과 특성 설명은 여러 상표명으로 판매되는 강종을 설명하는 해당 출처에서 인용한 것입니다. 내화금속 부품은 공급업체 사양에 따라 제조되며 당사가 재고로 보유한 공구강 범위에 포함되지 않습니다. 최종 사양은 작업 시 확정됩니다.

출처, Die Casting Metallurgy, A. Kaye and A. Street, Butterworths Monographs in Materials, 1982, Chapter 25, Pressure die casting dies.