공구강의 극저온 처리

냉간 처리가 공구강에 미치는 영향

담금질만으로는 작업이 거의 끝나지 않습니다. 출처에 따르면, 레시피를 정확히 따르고 모든 단계에서 타이밍이 적절하며 로가 교정되었을 때 우수한 열처리는 오스테나이트에서 마르텐사이트로 95%에서 96% 변태됩니다. 대량 처리된 부품에서는 이 수치가 훨씬 낮으며, 출처는 상업적으로 처리된 드릴 비트와 톱날에서 50%에서 60%를 확인했습니다.

남아 있는 오스테나이트는 장기간에 걸쳐 계속 변태되지만 매우 느리므로, 부품은 사용 중에도 구조와 크기가 계속 변합니다. 이것이 출처가 품질 관리 게이지를 극저온 공정에 통과시키도록 지시하는 이유입니다. 아직 움직이는 게이지는 공차를 유지할 수 없습니다.

냉간 처리는 출처가 알고 있는 유일한 방법으로, 99.8%에서 100% 마르텐사이트로 완전 변태에 가깝게 도달합니다. 드라이아이스는 침지 시간이 충분히 길면 최대 97%에 도달합니다. 두 방법 간의 차이는 백분율로 작지만, 출처는 여전히 많은 공구의 내마모성에 중요하다고 말합니다.

세 가지 경로와 각각의 수치

실용적인 세 가지 경로가 있으며, 출처는 각각의 수치를 제시합니다. 상업 회사는 냉동고를 채울 만큼 큰 배치로 공구를 서비스로 처리하며, 일반적인 요금은 파운드당 $1에서 $9, 최소 $50에서 $100입니다. 건조 가스만 사용하는 처리업체는 -260에서 -300°F(-162에서 -184°C)에 도달하며, 출처는 이를 변태가 일어나기 위한 최소 온도라고 말합니다.

가장 낮은 온도에 도달하는 경로는 부하가 가스에서 천천히 내려온 후에만 액체 질소를 투입하므로, 부품은 열충격을 받지 않습니다. 액체 질소는 사내 작업용으로 듀어에 구매할 수도 있지만, 출처는 이를 위해 훈련과 공정에 맞게 제작된 장비가 필요하며, 내부에 용기를 넣은 가정용 냉동고가 아니라고 분명히 밝힙니다.

드라이아이스는 자본 장비가 필요하지 않습니다. 출처는 플라스틱 시트로 안을 댄 스티로폼 상자, 바닥에 공구, 냉기를 고르게 전달하기 위해 그 위에 부은 K1 등유, 통풍되는 뚜껑을 설명합니다. 등유는 그 온도에서 얼지 않습니다. 드라이아이스는 해동되면서 부피의 3~4배로 팽창하므로 상자는 숨을 쉴 수 있어야 합니다.

극저온 처리 경로와 그 온도 및 유지 시간

출처, 극저온 장, 인쇄 페이지 108에서 113. 건조 가스로 제한된 처리업체는 -260에서 -300°F(-162에서 -184°C)에만 도달하며, 출처는 이를 필요한 변태를 일으키는 데 필요한 최소 온도라고 말합니다.

오스테나이트가 얼마나 변태되는가

위의 두 표를 나란히 놓은 데에는 이유가 있습니다. 부품의 최종 상태는 열처리가 남긴 것에 따라 달라지며, 자료도 이 점을 분명히 밝힙니다. 제조 당시 열처리가 불량했던 공구는 처음부터 잔류 오스테나이트가 가장 많기 때문에 냉간 침지에서 가장 큰 이득을 얻습니다.

조건별 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 변태

출처, 극저온 장, 인쇄 페이지 107 및 113.

(a) 출처는 97% 및 99.8%~100% 수치 모두 그 자체로 75%~80% 마르텐사이트를 생성한 건전한 열처리를 전제로 한다고 덧붙인다.

냉간 처리 후의 템퍼링

냉간 처리 후 템퍼링은 선택 사항이 아니다. 부품은 먼저 실온으로 돌아와야 하며, 그런 다음 두께 1인치당 2시간 동안 300°F(150°C)에서 유지해야 한다. 공정 초기에 사용한 템퍼링 온도를 알고 있다면 그보다 25°F(14°C) 낮추면 더 나은 결과를 얻을 수 있으며, 그렇게 해도 부품을 목표 경도 이하로 연화시킬 수는 없다.

출처는 모든 상업적 처리업체가 이 템퍼링을 수행하는 것은 아니라고 보고하며, 간단한 확인 방법을 제안한다. 의문이 있으면 공구를 300°F의 작업장 오븐에 넣을 수 있는데, 이는 공구강에 대해 규정된 어떤 템퍼링 온도보다도 낮으므로 이미 설정된 경도를 변경할 수 없다.

극저온 처리 후 템퍼링 요건

출처, 극저온 장, 인쇄 페이지 109, 111 및 112.

갓 처리된 공구에 대한 박막 효과

갓 처리한 공구는 대개 마모가 조금만 개선되고 기대한 수준에는 미치지 못합니다. 그 이유는 0.001인치(0.0254 mm) 미만의 표면층이 남아 처리하지 않은 강재와 비슷한 마모를 보이기 때문입니다. 연삭으로 그 층을 제거하면 그 뒤에서 향상된 내마모성이 나타납니다.

여기서 따라오는 실무 순서는 자료가 첫 시험에 권하는 방법입니다. 이미 무딘 공구를 처리에 보내고, 돌아오면 날을 세우십시오. 날 세우기는 공정에 영향을 주지 않습니다. 처리는 코팅처럼 표면에만 있는 것이 아니라 단면 전체에 적용되기 때문입니다. 공구가 더 취성해지지도 않습니다.

액체 질소 및 드라이아이스 취급 시 안전

액체 질소와 드라이아이스 모두 주의가 필요하다. 어느 쪽이든 밀폐 용기는 가스가 팽창하면서 파열되므로 챔버는 환기되어야 한다. 액체 질소는 공기를 밀어내므로 질식 방지를 위해 해당 구역은 환기가 잘 되어야 한다. 냉동된 부품은 열충격으로 치명적으로 파손될 만큼 취성이 있어 일찍 챔버에서 꺼내서는 안 되며, 차가운 챔버로 공기가 들어오면 부품에 응축과 산화물이 생긴다.

열처리 전 확인 사항

공구강은 어닐링 상태로 공급되며, 이는 다음 페이지에 설명되어 있습니다: 공구강의 어닐링 상태 페이지, 그리고 냉간 침지 전에 오는 처리는 다음에 있습니다: 공구강 열처리 가이드, 공구강 경화 및 템퍼링 차트 및 공구강 템퍼링 차트. 경화 단계에서의 치수 변화는 다음 페이지에서 다룹니다: 열처리 시 공구강 치수 변화 페이지, 그리고 게이지 작업은 다음에서 다룹니다: 게이지 및 정밀 공구용 공구강 페이지. 냉간 처리를 위해 가장 자주 보내지는 강종은 다음과 같습니다 D2 공구강, H13 공구강, M2 공구강 그리고 O1 공구강 페이지.

참고 데이터는 Heat Treatment, Selection, and Application of Tool Steels (William E. Bryson, 2nd edition, Hanser)의 극저온 처리 장, 인쇄 페이지 107~113에서 편집했으며, 잔류 오스테나이트 수치는 같은 책 CPM 10V 장, 인쇄 페이지 105에도 사용되었습니다.