열간 공구강 열처리

열간 공구강에 대한 권장 실무

아래 표는 전체 계열에 대한 원문 요약으로, 크롬 계열 H10~H19, 텅스텐 계열 H20~H26, 몰리브덴 계열 H41~H43과 함께 열간 용도로도 사용되어 원문에서 이들과 함께 분류한 합금 계열 6G, 6F2~6F7 및 6H1~6H2를 포함합니다. 노멀라이징 열은 해당 그룹이 부분적 또는 완전한 공기 경화성이므로 짧으며, 6F7을 제외하고는 어느 강종에도 노멀라이징이 권장되지 않습니다.

Source, Table 9 of Heat Treating of Specific Classes of Tool Steels. A, air; O, oil; S, salt; Not rec, not recommended; Not req, not required. (a) Holding time, after uniform through heating, varies from about 15 min for small sections to about 1 h for large sections, and the work is cooled from temperature in still air. (b) Use the lower limit for small sections and the upper limit for large sections, holding about 1 h for light sections and small charges to about 4 h for heavy sections and large charges, or 1 h per inch of pack cross section for pack annealing. (c) Maximum rate, to 425 °C (800 °F) unless a footnote says otherwise. (d) For open furnace heat treatment, or ½ h per inch of pack cross section for pack hardening. (e) Temper to precipitation harden. (f) To 540 °C (1000 °F). (g) To 480 °C (900 °F). (h) To 370 °C (700 °F). (i) To 205 to 175 °C (400 to 350 °F), then air cool. (j) Temper immediately. (k) For isothermal annealing, furnace cool to 650 °C (1200 °F), hold for 4 h, furnace cool to 425 °C (800 °F), then air cool. (l) For isothermal annealing, furnace cool to 670 °C (1240 °F), hold for 4 h, furnace cool to 425 °C (800 °F), then air cool. (m) and (p) Cool with a forced-air blast to 205 to 175 °C (400 to 350 °F), then cool in still air. (n) Air cool from the annealing temperature. (o) Furnace cool at 22 °C (40 °F) per hour maximum to 425 °C (800 °F), reheat to 595 ± 14 °C (1100 ± 25 °F), furnace cool to 425 °C (800 °F), then air cool. (p) Furnace cool at 17 °C (30 °F) per hour to 540 °C (1000 °F), reheat to 790 °C (1450 °F), furnace cool at 11 °C (20 °F) per hour to 540 °C (1000 °F), then air cool. (q) Heat in pack or in a controlled atmosphere. (r) To 50 °C (125 °F). (s) Pack heating 59 to 60 HRC, atmosphere heating 54 to 55 HRC. (t) For isothermal annealing, hold at 845 °C (1550 °F) for 2 h, furnace cool to 745 °C (1375 °F), hold for 4 to 6 h, then air cool. The source prints the 6F6 annealing temperature as 1550 (peak); it is reproduced here exactly as printed.

어닐링 작업

어닐링을 위한 가열은 느리고 균일해야 하며, 이는 경화된 공구를 재작업을 위해 어닐링할 때 가장 중요하다. 왜냐하면 뜨거운 로에 밀어 넣은 경화 공구는 균열이 발생할 수 있기 때문이다. 실제로 냉각 속도는 작업자가 아니라 로에 의해 결정되는데, 대형 장입물이 경량 장입물보다 더 천천히 냉각되기 때문이다. 시간당 22 °C (40 °F) 이하로 425 °C (800 °F)까지 로냉한 후 공랭하는 것으로 이 강종 대부분에 충분하다. 6F2, 6F3 및 6H1은 대안으로 등온 어닐링할 수 있으며, 이는 염욕 또는 납욕에 맞는 소형 공구나 소량 배치 로 장입물에 유리하고, 대형 다이 블록에는 전혀 이점이 없다.

소형 부품은 일반적으로 스케일과 탈탄을 억제하기 위해 팩 어닐링하고, 대형 다이 블록은 일반적으로 제어 분위기에서 어닐링한다. 패킹 재료는 사용한 주철 칩 또는 사용한 피치 코크스와, 반밀폐 용기에서 1205 °C (2200 °F)까지 가열하여 가스와 수분을 제거한 석유 코크스여야 한다. 석회, 모래 및 운모가 때때로 사용되지만, 그러한 재료에 약간의 목탄과 함께 팩킹된 경화강은 보호되지 않고 오히려 탈탄될 수 있다. 패킹은 건조해야 하고, 산화성 물질이 없어야 하며, 모든 금속 표면을 분리하고 용기를 채워야 한다. 유지 시간은 용기 두께 1인치당 1시간이다. H 강종은 특히 중성 패킹 재료가 필요한데, 침탄과 탈탄 모두에 극도로 민감하기 때문이다.

응력 제거, 예열 및 오스테나이트화

황삭 가공 후 최종 가공 전의 응력 제거는 단면 변화가 크거나 깊은 캐비티가 있는 모든 공구에 대해 수행할 가치가 있다. 650~730 °C (1200~1350 °F)로 가열한다. 최종 경도가 기계 가공 가능 범위 내에 머무는 공구에는 더 정확한 대안이 있는데, 황삭 가공 후 경화 및 템퍼링한 다음 정삭 가공하는 것이다.

오스테나이트화 전 예열은 6G, 6F2, 6F3 및 6F5를 제외한 모든 열간 금형강에 권장되며, 이들은 크기와 형상에 따라 필요할 수도 있고 아닐 수도 있다. 개방로 처리용 다이 블록은 260 °C (500 °F) 이하의 로에 넣고, 용기에 팩킹된 작업물은 370~540 °C (700~1000 °F)의 로에 넣을 수 있다. 작업물이 로 온도에 도달하면 시간당 65~110 °C (150~200 °F)로 예열 온도까지 가열하고 두께 1인치당 1시간 유지한다. 열전대는 용기 내부의 작업물 옆에 두어야 한다. 650 °C (1200 °F) 이상에서는 제어 분위기 또는 다른 보호 매체가 필요하다.

예열로부터의 오스테나이트화는 H16~H43 및 6F4의 경우 느린 상승보다 빠른 승온이어야 한다. 오스테나이트화 온도에서의 시간은 작업물을 완전히 관통 가열하는 데 필요한 만큼만 길면 되며, 표에서 15~40분 범위를 제시하는 H10~H14는 예외이다. 장시간 유지는 권장되지 않는다. 보호 매체는 여기서 가장 중요하다. 다이캐스팅 다이의 침탄된 표면은 열간 균열에 매우 민감하고, 탈탄된 표면은 더 조용한 방식으로 더 나쁘다. 탈탄된 표층은 연하게 측정되므로, 공구는 그 표층을 범위 내로 끌어올리기에 너무 낮은 온도로 템퍼링되고, 그런 다음 과경화된 심부를 가진 채 작동하여 첫 하중 적용 시 파괴된다. 발생기로부터의 흡열 분위기가 일반적인 해답이며, 노점은 2~7 °C (35~45 °F)로 유지하고, 1010 °C (1850 °F)에서 오스테나이트화된 H11 또는 H13의 경우 3~4 °C (38~40 °F)가 적절하다.

담금질

열간 금형강은 경화능이 높은 것에서 극도로 높은 것까지 분포하며, 대부분은 정지 공기 중에서 완전 경화에 도달한다. 다이 블록은 공기로는 부족할 만큼 두꺼울 수 있으며, 그럴 때는 공기 분사 또는 오일 담금질이 필요하다. 열간 금형강은 절대 수냉하지 않는다. 공기 분사는 건조해야 하고 균일하게 경화될 표면에 닿아야 하며, 공랭 중인 다이는 콘크리트 바닥이나 수증기가 닿을 수 있는 곳에 놓아서는 안 된다.

텅스텐 및 몰리브덴 타입은 공기 중에서 실온으로 냉각되는 동안 스케일이 심하게 발생한다. 중단 담금질은 온도에서 공기 중 장시간 유지를 제거하여 스케일을 줄이지만, 변형이 더 커지는 대가를 치른다. 일반적인 형태는 595~650 °C (1100~1200 °F)에서의 염욕 담금질로, 작업물이 욕 온도에 도달할 때까지 염욕에서 유지한 후 공기 중으로 꺼낸다. H23 강은 다른 중단 담금질이 필요한데, 595 °C (1100 °F)에서 페라이트가 빠르게 석출되고 그 M_s 이 실온 이하이므로, H23은 165~190 °C (325~375 °F)의 용융 염욕에서 담금질한 후 공랭한다. 이는 담금질 시 전혀 경화되지 않고 템퍼링에서의 2차 경화로 경도에 도달한다. 오일 담금질된 작업물은 완전히 침지하고, 욕 온도에 도달할 때까지 유지한 후 곧바로 템퍼링 로로 옮기며, 오일은 55~150 °C (130~300 °F) 사이이고 항상 인화점 이하이다.

냉각 속도가 조직에 미치는 영향

템퍼링은 담금질 직후에 이어지며, 그 간격 동안의 균열 민감도는 계열 전체에 걸쳐 크게 다르다. 공랭된 6F4는 실온에서 몇 시간을 견딜 수 있는 반면, 6G, 6F2 및 6F3은 템퍼링 전에 175 °C (350 °F)보다 훨씬 낮게 냉각되면 균열이 발생할 수 있다. 템퍼링은 일반적으로 강제 대류 공기로에서 수행하며, 염욕은 소형 부품에는 적합하지만 대형 복잡 부품에는 균열이 발생할 만큼 강한 충격을 줄 수 있다.

H13에서 담금질과 템퍼링 사이의 냉각 속도가 조직을 결정하며, 아래 두 그림은 그 이유를 보여준다. 너무 느린 냉각은 펄라이트 형성을 허용하며, 인성 저하는 그에 따르는 경도 저하에 비해 불균형적으로 크다. Fig. 1은 1075 °C (1970 °F)에서 오스테나이트화된 H13의 연속 냉각 곡선과 각 미세조직에서 비롯되는 인성을 대응시키고, Fig. 2는 충격 에너지를 냉각 속도에 대해 도시하며 출처가 12가지 처리에 걸쳐 측정한 세 가지 인성 밴드를 보여준다.

실제 예시, H13 다이 블록

출처는 위 규칙이 단계로 어떻게 전환되는지 보여주는 H13 다이 블록의 전체 팩 경화 절차를 제시한다. 취급용으로 블록에 아이볼트를 넣고, 블록을 사용한 피치 코크스에 팩킹하며, 덮개를 석면 페이스트로 밀봉하고, 75~100 mm (3~4 in.) 이상 깊은 모든 개구부에 패킹을 채운다. 용기는 냉간 상태로 로에 넣고 예열 온도까지 가열하여 4시간 유지한 후, 오스테나이트화 온도까지 6시간 동안 올린다. 블록은 아이볼트로 꺼내어 공기 중에서 40 °C (100 °F)까지 냉각한 후 두 번 템퍼링하며, 템퍼링 사이에 실온까지 공랭하고, 최종 공랭 후 경도를 확인한다. 이 순서가 출처가 블록에 대해 제시하는 46~49 HRC를 제공한다.

출하 전 확인 사항

이 표는 출처의 작업 관행이며 승인된 사이클이 아니며, 열간 금형강은 다른 어떤 것보다 두 가지 실수를 더 엄격하게 벌한다. 첫째는 오스테나이트화 온도에서 장시간 유지하는 것으로, 이는 결정립을 성장시키고 템퍼링으로 되돌릴 수 없는 인성을 손실시킨다. 둘째는 보호되지 않은 표면으로, 이는 침탄되어 열간 균열이 발생하거나 탈탄되어 경도 판독값을 오도한다. 노점을 유지하고, 유지를 관통 가열에 필요한 시간으로 제한하며, 담금질 직후 템퍼링하라.

출처: ASM Handbook, Volume 4, Heat Treating, ASM International, 1991.