공구강의 마모 메커니즘과 이를 제어하는 요인

네 가지 메커니즘, 그중 하나가 손상을 일으킨다

공구강 마모에 관한 발표된 설명은 마모, 접착, 부식, 접촉 피로를 네 가지 기본 메커니즘으로 명시한다. 금속가공에서는 이들이 함께 발생하며, 이들 사이의 비율이 공구의 유효 수명을 결정한다. 접착은 일반적으로 건식 성형에서 수명 제한 메커니즘이며, 윤활은 이에 매우 효과적이어서 윤활제가 올바르게 되면 마모가 대신 제한 메커니즘이 된다. 혼합물이 작업에 따라 달라지므로, 발표된 조언은 물성표만이 아니라 실제 강, 윤활제, 코팅의 조합에 대한 생산 경험을 바탕으로 선택하라는 것이다.

ASM Handbook, Volume 18의 공구강 마찰 및 마모에 관한 기사에서 요약한 공구강의 네 가지 마모 메커니즘과 각각이 사용 중에 나타나는 방식. 출처는 이러한 메커니즘이 거의 단독으로 작용하지 않으며 이들 사이의 균형은 공정에 의해 결정된다고 언급한다.

마모 마모를 변화시키는 요인

마모는 그 뒤에 가장 명확한 구조를 가진 메커니즘이다. 탄소 공구강에서 내마모성은 경도와 탄소 함량에 직접 관련되며, 추가 측정은 시멘타이트의 부피 분율에 따라 선형적으로 증가함을 보여주는데, 이는 화학이 아닌 구조로 표현한 동일한 진술이다. 명시적으로, 수경화 공구강의 내마모성을 높이는 요인은 더 많은 탄소, 더 높은 표면 경도, 더 큰 시멘타이트 부피 분율이며, 첫 번째가 나머지 두 개를 이끈다.

합금강의 경우 건식 마모 마모에 대한 통제된 연구에서 단일 구조적 매개변수, 즉 일차 탄화물의 크기에 부피 분율을 곱하고 경도를 곱한 값과 좋은 상관관계를 발견했다. 그 곱의 실용적인 해석은 가장 내마모성이 높은 공구강이 크고 단단한 탄화물의 큰 부피 분율을 가진다는 것이다. 여기에는 두 가지 주의가 따른다. 마모는 거의 유일한 메커니즘이 아니며, 공구실에서 대부분의 마모는 금속 대 금속이다. 그리고 큰 탄화물은 기지에서 떨어져 나와 그 자체로 마모재로 작용할 수 있으며, 이는 고합금강이 탄화물 함량이 시사하는 것보다 더 빨리 마모되는 방식이다. 과템퍼링은 탄화물을 잡아주는 기지를 연화시켜 동일한 효과를 낸다.

접착 마모를 변화시키는 요인, 그리고 데이터가 일치하지 않는 부분

공구강의 접착 마모를 감소시키는 것으로 보고된 야금학적 요인의 발표된 목록에는 더 높은 고온 경도, 흑연계 강종의 자기 윤활 거동, 작은 결정립 크기, 일차 탄화물의 큰 부피 분율, 작은 일차 탄화물 크기가 포함된다. 그 목록의 대부분은 경험적 연구에 기반하며, 출처는 이에 대해 신중하다. 경화된 440C에 대한 무윤활 공구강과 어닐링된 1020 강에 대한 공구강의 직접 측정에서는 공구강 마모와 탄화물 크기, 탄소 함량, 탄화물 부피 분율, 총 합금 함량 또는 경도 사이에 상관관계가 없었고, 결합된 구조적 매개변수와도 상관관계가 없었다.

공구실을 위한 정직한 결론은 마모 저항은 조성과 구조로 예측할 수 있지만 접착 저항은 그렇지 않다는 것이다. 실패가 접착성인 경우, 답은 실제 쌍에 대한 시험이며, 가장 먼저 시도하기에 비용이 적게 드는 수단은 윤활제와 표면 처리인데, 둘 다 강의 벌크가 아니라 메커니즘에 직접 작용하기 때문이다.

접착의 극한 경우에는 고유한 이름이 있다. 까다로운 절삭에 사용되는 고속도강에서 팁과 마모 크레이터의 온도는 700 C에 접근할 수 있으며, 그 온도에서 탄소와 크롬이 공구강에서 칩으로 확산된다. 그 정도의 심각한 마모를 시저(seizure) 또는 갤링(galling)이라고 한다. 출처가 제시하는 세 가지 해결책은 절삭 속도를 줄이고, 공구를 코팅하고, 윤활과 냉각을 개선하는 것이다.

공구와 공작물 계면의 마찰

계면 마찰은 작업 중 얼마나 많은 부분이 변형이 아닌 슬라이딩에 들어가는지를 결정하는 양이며, 발표된 값은 공구강이 작업하는 공정 전반에 걸쳐 범위가 얼마나 넓은지를 보여준다. 열간 압출에서 마찰 계수는 0.015에서 0.2까지이며, 이는 잘 윤활된 유리막에서 거의 건식 계면까지의 전체 범위이다. 단조를 대표하는 업셋팅에서 건식 값은 알루미늄과 강의 경우 약 0.2, 구리와 황동의 경우 약 0.1이며, 윤활은 전체 세트를 0.05~0.07 범위로 끌어내린다. 절삭에서 계수는 0.25에서 0.55 사이로 보고되며 공구보다 공작물과 유체에 더 의존하며, 적절한 윤활은 알루미늄 절삭 시 마찰을 약 60퍼센트, 구리 절삭 시 약 84퍼센트, 강과 스테인리스강 절삭 시 약 35퍼센트 감소시킨다.

온도가 그 수치들의 배후에 있다. 절삭에서 공구와 공작물 계면은 600 C를 초과할 수 있으며, 이는 공구를 연화시키고 마모를 가속하며, 출처는 올바른 냉각만으로 공구 마모가 약 3분의 1 감소한다고 기록한다. 단조에서 대부분의 유기 윤활제는 약 200 C 이상에서 분해되고, 알루미늄 스테아레이트는 약 400 C까지 유용한 것으로 보고되며, 많은 작업이 흑연, 유리, 산화구리와 같은 금속 산화물만이 견디는 1000 C 이상에서 이루어진다.

따라서 윤활제 선택은 강종이 아니라 공정을 따른다, 그리고 발표된 관행은 짧은 목록으로 요약될 수 있다. 대부분의 금속의 경량 프레스 성형은 경질 미네랄 오일이나 비누 이상을 거의 필요로 하지 않는다. 구리, 철, 니켈 기반 합금의 심한 성형은 황이나 염소를 함유한 극압 미네랄 오일 또는 아연 스테아레이트 비누를 필요로 하며, 철과 니켈 기반 작업의 가장 심한 프레스 성형은 인산염 코팅된 공작물과 비누로 수행된다. 티타늄은 항상 최소한 극압 오일을 필요로 하며, 성형이 어려워질수록 왁스나 비누로 이동한다. 알루미늄 압출은 일반적으로 윤활제 없이 진행되는데, 브리지, 스파이더 또는 포트홀 다이가 압력 용접 이음새에 윤활제를 가두어서는 안 되기 때문이며, 다이 픽업에 대한 보호는 다이에서 산소를 멀리하는 것으로부터 온다. 산화구리는 좋은 윤활제이고 황동 산화물은 그렇지 않으므로, 황동과 경질 구리 합금은 유리로 압출된다. 열간 단조는 물, 그리스 또는 오일中的 흑연 현탁액으로 진행되며, 톱밥, 염화물 염, 활석, 운모가 모두 기록된 사용에 있다. 절삭은 미네랄 오일, 수혼화성 오일, 합성 유체, 절삭부를 명확히 볼 필요가 있는 경우 기체, 그리고 수동 태핑과 리밍과 같은 저속 작업을 위한 고체 윤활제를 사용한다.

메커니즘에 해결책 맞추기

ASM Handbook, Volume 18에서 발췌한, 공구강의 각 마모 메커니즘을 제어하는 야금학적 요인. 접촉 피로에서 경도와 인성처럼 두 요인이 서로 상충하는 경우, 출처는 하나를 높이는 것이 해결하려는 문제보다 더 큰 문제를 만들도록 허용되어서는 안 된다고 언급한다.

한 가지 더, 강이 아니라 공구실에 속하는 점이 있다. 경도와 인성은 반대 방향으로 작용하므로, 치핑되는 날은 경화로 자동으로 해결되지 않으며, 경도를 낮추지 않고 인성을 높이는 두 가지 경로는 분말 야금 강종과 더 낮은 경화 온도이다. 같은 논점의 탄화물 측면은 다음에 제시되어 있다 공구강 탄화물 유형 및 경도 페이지, 그리고 측정된 탄화물 부피는 다음에 탄화물 부피 분율 페이지. Aobo Steel이 마모 제한 작업용으로 보유한 강종은 다음에 그룹화되어 있다 내마모성 공구강 페이지.

등급 및 재고

마모가 이미 발생했고 문제가 어떤 메커니즘이었는지인 경우, 표면 패턴이 증거이며 읽는 순서는 다음에 있다 손상 모드 식별 차트. 공구가 마모되는 대신 날 끝의 일부가 떨어져 나간 경우, 그 패턴은 다음에 속한다 충격 마모 및 스폴링. 두 표면이 매우 작은 진폭으로 서로에 대해 움직인 경우, 그 메커니즘은 프레팅 이며 별도로 설명된다.

절삭 날이 아닌 다이에서는 동일한 네 가지 메커니즘이 공정을 통해 판독되며, 공정별 매핑은 다음에 있다 금형 마모 및 파손 메커니즘 페이지. 공작물이 스테인리스이고 파손이 마모가 아닌 픽업인 경우, 측정된 임계값은 다음에 있다 스테인리스 강의 갤링 페이지.

출처: ASM Handbook, Volume 18, Friction, Lubrication, and Wear Technology, ASM International, 1992.