P/M H13 대비 기존 H13, 특성 및 열피로

H13은 대부분의 다이가 만들어지는 열간 가공 등급이며, 열간 가공 다이는 마모로 인해 고장 나지 않기 때문에 분말 경로를 가장 쉽게 정당화할 수 있는 등급입니다. 균열로 인해 고장 나며, 균열은 강재가 균일하지 않은 곳에서 시작됩니다. 이 페이지는 P/M H13과 기존 H13의 공개된 수치를 다이 구매자가 관심을 갖는 네 가지 사항에 대해 나란히 비교합니다: 대형 단면에서 경도가 얼마나 균일한지, 열처리 시 부품이 얼마나 변형되는지, 상온 및 538 °C에서 충격 및 인장 특성은 어떠한지, 그리고 균열이 시작되기까지 각각 몇 번의 열 사이클을 견디는지입니다.

열간 가공 다이에서 균일성이 전체 논거인 이유

기존 H13 잉곳은 응고 시 편석이 발생하고, 압연은 그 편석을 밴드로 만듭니다. 밴드는 현미경 사진에서도 보이고 실제 사용에서도 보이는데, 열간 가공 다이에서 시작된 균열이 매 사이클마다 약한 밴드를 따라 조금씩 더 진행되기 때문입니다. 분말 경로는 근본적으로 밴딩을 제거합니다. 용융물을 분말로 분사하고, 각 입자가 개별적으로 응고되며, 분말을 열간 등압 성형으로 치밀화하므로 합금이 풍부한 최후의 액체가 없고 편석이 따라갈 것이 없습니다. 아래 네 개의 표는 그 가치를 보여주기 위해 측정한 값입니다.

152 mm 단면의 경도

두 제품 모두 동일한 열처리를 거친 후 단면 전체에 걸쳐 1.6 mm 간격으로 경도를 측정했습니다. 두 평균은 47.5~48.1 HRC(P/M 제품) 대 46.0~47.7 HRC(기존 제품)로 비슷합니다. 이들을 구분하는 것은 편차입니다. P/M 단면은 152 mm에 걸쳐 0.6 HRC 변동하고, 기존 단면은 127 mm에 걸쳐 1.7 HRC 변동하며, 경도가 균일하지 않은 다이는 균일하게 마모되지 않습니다.

표 8. 기존 및 P/M H13의 경도

제품	단면 크기, mm	단면 크기, in.	단면 전체에 걸쳐 1.6 mm (1/16 in.) 간격의 경도, HRC
P/M H13	152	6 라운드	47.5-48.1
H13	127	5 라운드	46.0-47.7

Source, ASM Handbook Vol.1, article P/M Tool Steels, Table 8. (a) Preheated at 816 °C (1500 °F), austenitized at 1010 °C (1850 °F) for 1 h, air cooled, tempered at 593 °C (1100 °F) for 2 + 2 h.

경화 및 템퍼링 시 치수 변화

크기 변화는 두 제품이 가장 다르게 거동하는 부분이며, 열을 이해하면 표가 명확하게 읽힙니다. 값은 0.0001 in./in. 단위이므로 +6은 인치당 6만분의 1인치입니다. P/M 재료는 세 방향 모두 +6, +6, +6으로 동일한 수치를 보이며, 이는 등방성 재료의 거동이고 다이 공장이 원하는 것입니다. 왜냐하면 캐비티의 성장을 세 개의 숫자 대신 하나의 숫자로 예측할 수 있기 때문입니다. 기존 재료는 그렇지 않습니다. 127 mm 라운드는 길이 방향으로 -5, 두께 방향으로 +14를 보이며, 152 x 406 mm 블록은 한 위치에서 길이 방향 -1 대 두께 방향 +7, 다른 위치에서 -2 대 +17을 보입니다. 한 방향으로 17단위 성장하고 다른 방향으로 2단위 수축하는 다이는 공구실이 각 작업마다 계산해야 하는 방향으로 과대 절삭해야 합니다.

표 9. 열처리 후 기존 및 P/M H13의 크기 변화, 0.0001 in./in.

제품	단면 크기, mm	단면 크기, in.	시편 위치	길이 방향	횡방향 폭	횡방향 두께
P/M H13	152	6 라운드	에지 중심	+6	+6	+6
P/M H13	152	6 라운드	에지 중심	+6	+6	+6
H13	127	5 라운드	중간 반경	-5	+8	+14
H13	152 × 406	6 × 16	에지 중심	-1	+4	+7
H13	152 × 406	6 × 16	에지 중심	-2	+6	+17

출처, ASM Handbook Vol.1, P/M Tool Steels 항목, Table 9. (a) Table 8과 동일한 열처리. 출처에서는 그 아래에 제시된 두 측정 세트에 대해 시편 위치를 한 번만 표기하므로, 동일한 위치를 공유하는 두 행은 해당 라벨을 반복합니다.

21 및 538 °C에서의 충격 및 인장 특성

분말 경로가 모든 면에서 더 우수하다고 가정하기 전에 읽어야 할 표입니다. 두 시험 온도 모두에서 P/M 제품은 균일하며, 이는 길이 방향 및 횡방향 시편과 에지 및 중심 위치에 대해 동일한 결과로 나타납니다. 기존 H13은 균일하지 않으며 편차가 큽니다. 상온에서 횡방향 시편의 경우 기존 재료는 길이 방향 13.6 J에 비해 4 J로 떨어지고, 단면 수축률은 43%에서 24%로 감소합니다. P/M 제품은 양 방향 모두 13.6 J과 42%를 유지합니다. 인장 및 항복 강도는 두 제품 간에 실질적으로 동일하므로, 구매자는 여기서 강도에 대해 비용을 지불하는 것이 아니라 방향 독립성과 약한 횡방향 배향의 부재에 대해 지불하는 것입니다.

표 10. 기존 및 P/M H13의 충격 및 인장 특성

제품	단면 크기, mm	단면 크기, in.	시편	샤르피 V-노치, J	샤르피 V-노치, ft·lbf	0.2% 항복, MPa	0.2% 항복, ksi	인장, MPa	인장, ksi	연신율, %	단면 수축률, %
21 °C (70 °F)에서 시험
P/M H13	152	6 라운드	A	13.6	10	1407	204	1682	244	11	42
P/M H13	152	6 라운드	B	13.6	10	1407	204	1682	244	11	42
H13	152 × 406	6 × 16	C	13.6	10	1413	205	1696	246	12	43
H13	152 × 406	6 × 16	D	4	3	1400	203	1669	242	9	24
H13	152 × 406	6 × 16	E	12.2	9	—	—	—	—	—	—
538 °C (1000 °F)에서 시험
P/M H13	152	6 라운드	A	24.4	18	945	137	1213	176	17	51
P/M H13	152	6 라운드	B	24.4	18	945	137	1213	176	17	51
H13	152 × 406	6 × 16	C	24.4	18	910	132	1200	174	17	53
H13	152 × 406	6 × 16	D	16.3	12	924	134	1213	176	14	42
H13	152 × 406	6 × 16	E	40.7	30	—	—	—	—	—	—

출처, ASM Handbook Vol.1, P/M Tool Steels 항목, Table 10. (a) Table 8과 동일한 열처리. (b) 시편 위치, A 종방향, B 횡방향, C 종방향 중심, D 횡방향 가장자리, E 종방향 가장자리. 대시는 출처에 값이 없음을 의미합니다.

열피로 수명

열피로 시험은 열간 가공 다이가 겪는 사이클을 재현하기 때문에 다이 사용에 매핑되는 시험입니다: 시편을 621 °C (1150 °F)의 용융 납과 93 °C (200 °F)의 물에 분당 3회 교대로 담그고, 균열 개시까지의 사이클을 세었습니다. P/M H13은 9000 사이클에 도달한 반면 기존 제품은 6000 사이클로 50% 향상을 보였으며, 이 수치는 위 두 표의 직접적인 결과입니다. 동일한 메커니즘은 출처가 보고한 하나의 현장 시험에서도 나타나는데, 열간 단조 작업에서 CPM H19V 펀치는 고장 간 1700~4500개를 생산한 반면 기존 H13은 평균 900개였습니다.

표 11. 일반 및 P/M H13의 열피로 저항성, 균열 개시까지의 평균 사이클

제품	단면 크기, mm	단면 크기, in.	균열 개시까지의 평균 사이클
P/M H13	152	6 라운드	9000
H13	152 × 406	6 × 16	6000

Source, ASM Handbook Vol.1, article P/M Tool Steels, Table 11. (a) Same heat treatment as Table 8. Test condition, alternate immersion in molten lead at 621 °C (1150 °F) and water at 93 °C (200 °F), three cycles per minute.

이 수치들이 이미 일반강에도 존재하는가

일반 H13은 더 우수한 편석 등급으로 공급되며, 출처에서도 이 비교를 명시적으로 제시합니다. 프리미엄 품질의 일반 H13은 더 엄격한 한도로 용해되어 밴딩을 실제로 감소시키므로, 그룹의 최하위가 아니라 표준 일반 H13과 P/M H13 사이에 위치합니다. 분말 경로가 여전히 우위를 점하는 부분은 단면 범위의 대형 쪽과, 파괴 모드가 밴드를 따라가는 균열인 공구에서입니다. P/M 응고 단계가 밴드를 감소시키는 것이 아니라 완전히 제거하기 때문입니다. 중간 정도의 부하를 받는 소형 인서트의 경우 프리미엄 일반 등급이 보통 더 저렴한 답이며, 분말 프리미엄은 거의 이점을 주지 않습니다.

여기서 주문할 곳

CPM H13, CPM H19 및 CPM H19V를 포함한 P/M 열간 가공 등급의 조성은 P/M 공구강 조성 차트에 있으며, 전체 P/M 제품군의 내마모성, 충격 에너지 및 탄화물 크기 데이터는 P/M 공구강 특성 페이지에 있습니다. 일반 H13 등급 데이터는 H13 강철 특성 페이지에, 사이클은 H13 열처리 페이지에, 그리고 담금질이 도달해야 하는 냉각 속도는 H13 담금질 및 냉각 속도 페이지에 있습니다. Aobo Steel은 단조 및 열간 압연 봉재와 판재로 H13을 공급하며, 밀 시험 성적서가 주문과 함께 제공됩니다.

출처: ASM Handbook, Vol 1, Properties and Selection: Irons, Steels and High-Performance Alloys.