열간 단조 금형용 공구강 선정

열간 단조는 반복적인 충격이나 지속적인 압력을 통해 금속을 성형하는 공정으로, 금형을 높은 접촉 응력, 급격한 열 순환 및 심각한 표면 마모에 노출시킵니다. 접촉 압력은 일반적으로 1000 N/mm²(145 ksi)를 초과하므로 금형 표면은 지속적으로 소성 변형 위험에 처하게 됩니다.

작동 중 다이 표면 온도는 650~700°C에 도달할 수 있으며, 급격한 가열 및 냉각으로 인해 강한 열 구배가 발생합니다. 이러한 주기적인 온도 변화는 열 응력을 유발하고, 이는 균열 발생 및 성장을 촉진합니다.

동시에 최대 50m/s의 고속 재료 흐름은 금형 표면에 지속적인 마모와 접착 마모를 발생시킵니다.

공구강의 파손은 주로 마모, 소성 변형, 열피로 균열의 세 가지 메커니즘을 통해 발생합니다. 따라서 공구강 선택은 실제 사용 조건에서 어떤 파손 모드가 지배적인지를 기준으로 해야 합니다.

주요 선정 요소

내마모성과 인성은 주요한 상충 관계를 나타냅니다. 경도와 탄화물 함량이 높을수록 내마모성은 향상되지만 충격 저항성은 감소합니다. 단조 금형의 경우, 인성이 부족하면 반복 하중 하에서 모서리 균열이나 파손이 발생합니다. 따라서 실제 경도는 충분한 인성을 유지하면서도 상한선에 가깝게 설정해야 합니다.

고온 경도는 고온에서의 소성 변형 저항성을 결정합니다. 온도가 상승함에 따라 항복 강도는 급격히 감소합니다. 고온 강도가 충분하지 않으면 금형 표면이 변형되어 치수 손실 및 조기 파손으로 이어집니다.

열피로 저항성은 열 균열 발생 속도를 좌우합니다. 반복적인 가열 및 냉각 과정은 표면 균열을 발생시킵니다. 열전도율이 높고 적절한 고온 강도와 연성을 갖춘 강재는 균열의 발생 및 전파 속도를 늦춥니다.

선택은 주된 사용 조건에 따라 이루어져야 합니다. 충격이 주된 용도에는 더 높은 인성이 필요하고, 접촉 시간이 길거나 온도가 높은 환경에서는 더 높은 내열성과 내마모성이 필요합니다.

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요약표