방전가공 및 공구강: 백색층 및 열영향부 관리

방전가공(EDM)은 유전체 유체에 잠긴 전극과 공작물 사이에서 반복적인 스파크 방전을 발생시켜 전기 전도성 재료를 제거하는 방식입니다. 전극은 강철에 직접 닿지 않으므로 기계적인 절삭력이 발생하지 않습니다. 따라서 EDM은 기존 공구로는 접근할 수 없는 복잡한 캐비티, 깊고 좁은 슬롯, 내부 형상 가공에 적합한 실용적인 공정입니다.

공구 및 금형 제작에 있어 EDM의 매력은 명확합니다. EDM은 경도 60HRC 이상의 완전 경화 공구강을 절삭할 수 있으므로, 금형을 열처리 전에 가공하는 대신 열처리 후에 가공할 수 있습니다. 경화된 블랭크를 절삭하면 최종 형상을 경화시킬 때 담금질 및 템퍼링 과정에서 발생하는 변형, 크기 변화, 뒤틀림을 방지할 수 있습니다. 하지만 금속학적 측면에서 단점이 있습니다. EDM은 절삭 부위에서 강철을 녹이고 기화시키는 열처리 공정으로, 표면이 변형되어 제대로 관리하지 않으면 조기에 파손될 수 있습니다.

EDM 표면에 특별한 주의가 필요한 이유

각각의 불꽃은 소량의 강철을 녹이는 동시에 주변의 절연 유체가 거의 즉시 냉각시킵니다. 강렬한 국부적 열과 빠른 냉각이 결합되어 가공된 표면에 세 가지 뚜렷한 층이 형성됩니다. 각 층이 무엇이며 얼마나 단단하거나 취성이 있는지 이해하는 것이 공구 수명을 보호하는 첫 번째 단계입니다.

흰색 층 또는 재주조 층

가장 바깥쪽 층은 유전체에 의해 씻겨 나가지 않고 표면에서 다시 굳어진 용융 금속입니다. 에칭 처리 후 현미경으로 관찰하면 높은 내식성 때문에 흰색으로 보이는데, 이것이 바로 이름의 유래입니다. 이 층은 주조 상태 그대로의 구조로, 매우 취성이 강하고 경도는 65~70 HRC 이상인 경우가 많습니다. 높은 인장 잔류 응력과 급속 냉각으로 인해 미세한 균열이 많이 발생합니다. 절단 시 사용된 스파크 에너지에 따라 두께는 약 0.0002~0.005인치(0.005~0.127mm) 정도입니다.

재경화 영역

흰색 층 바로 아래 부분은 열이 충분히 높아 강철이 재오스테나이트화된 후 담금질되어 템퍼링되지 않은 새로운 마르텐사이트로 변했습니다. 이 영역은 고탄소강의 경우 약 65 HRC의 매우 단단한 경도를 가지지만, 매우 취성이 강합니다. 따라서 까다로운 공구 용도에 필요한 인성이 부족합니다.

과열된 구역

재경화층 아래쪽의 강철은 더 낮은 온도의 열에 노출되는데, 이는 이미 경화된 구조에 의도치 않은 템퍼링 사이클을 유발합니다. 그 결과, 표면 아래 부분이 연화되어 경도가 46~48 HRC까지 떨어졌다가 다시 모재의 중심부 경도로 회복됩니다.

EDM 손상이 공구 수명을 단축시키는 이유

방전가공(EDM)으로 가공된 공구를 후처리 없이 바로 사용하면 첫 번째 사이클부터 성능이 저하됩니다. 템퍼링되지 않은 마르텐사이트는 취성이 강하고, 백색층에는 이미 미세 균열이 존재합니다. 이 두 가지 요소가 함께 심각한 응력 요인으로 작용합니다. 하중, 압력 또는 충격이 가해지면 이러한 균열이 중심부로 전파되어 조기 파손을 유발하며, 이는 치핑, 박리, 열 균열 또는 공구 전체에 걸친 균열로 나타날 수 있습니다.

이와 관련된 수치는 매우 중요합니다. 과도하거나 부적절한 EDM 황삭 가공은 피로 강도, 즉 내구성 한계를 최대 63%까지 감소시키고 연성을 최대 80%까지 저하시키는 것으로 나타났습니다. 두 경우 모두 원인은 동일합니다. 바로 표면 결함과 스파크로 인해 발생하는 인장 잔류 응력 때문입니다.

방전가공 공구강 가공을 위한 최적 사례

손상 정도는 관리 가능합니다. 아래 단계를 꾸준히 적용하면 열영향부의 깊이를 최소화하고 공구의 정상적인 작동에 필요한 성능을 복원할 수 있습니다.

먼저 가공 매개변수를 설정합니다. 거친 황삭 가공으로 대부분의 재료를 제거한 다음, 저출력 고주파 정삭 가공을 여러 번 수행합니다. 미세 스파크 가공은 황삭 가공으로 인해 발생한 깊은 열 손상을 제거하고 최종 백색층과 재경화 영역을 약 0.001인치(0.025mm) 미만의 매우 얕은 깊이로 유지합니다.

고강도 공구의 경우, 고압 압출 다이, 그리고 중요한 구조적 구성 요소의 경우, 흰색 층을 완전히 제거합니다. 이는 래핑, 스토닝, 폴리싱 또는 가벼운 연삭과 같은 기계적 방법으로 수행되어, 공구가 하중을 받기 전에 취성 있는 재주조 표면이 제거됩니다.

그다음 공구를 다시 템퍼링하십시오. EDM 가공을 거친 경화 공구강에는 EDM 후 응력 완화 템퍼링이 필수적이며, 백색층이 제거된 후에 수행하는 것이 가장 좋습니다. 재템퍼링은 표면 아래의 취성이 있는 미템퍼링 마르텐사이트를 더 강한 템퍼링 마르텐사이트로 변환하고 스파크로 인해 발생한 인장 잔류 응력을 완화합니다. 코어 경도를 보호하기 위해 이 템퍼링은 공구의 최초 열처리에서 사용된 최종 템퍼링 온도보다 15~25°C(25~50°F) 낮은 온도에서 진행해야 합니다.

피로 수명이 중요한 경우 쇼트 피닝을 고려해 보세요. 방전가공(EDM)은 표면에 바람직하지 않은 인장 응력을 남기기 때문에 쇼트 피닝은 유용한 최종 공정입니다. 쇼트 피닝은 압축 응력층을 형성하여 인장 응력을 상쇄하고 가공 중에 손실된 피로 수명을 상당 부분 회복시켜 줍니다.

소재는 여전히 중요합니다

후처리 공정은 공구를 보호하지만, 그 시작은 애초에 올바르게 경화 및 템퍼링된 강철에서 비롯됩니다. 균일한 화학적 조성과 견고한 원재료가 중요합니다. 열처리 표면이 EDM에 어떻게 반응하는지, 그리고 응력 완화 열처리가 얼마나 예측 가능한지를 판단합니다. 아오보 스틸은 EDM 등급 공구강을 공급하며, 여기에는 다음이 포함됩니다. 디2, H13, 그리고 기타 냉간 작업 그리고 고온 작업 엄격한 품질 관리를 통해 블록마다 일관된 경도와 구조를 보장하는 다양한 등급의 제품을 제공합니다. 문의 사항은 저희에게 연락하십시오. [email protected] 귀사의 공구에 대한 등급 및 사양을 논의하기 위해.