금형의 성능은 열처리 기술의 영향을 받는데, 열처리를 통해 금형강의 인성을 높여 금형의 수명을 크게 향상시킬 수 있기 때문이다. 열간 가공 금형의 작업 조건은 매우 가혹하고 복잡하다. 왜냐하면 모두 가열된 빌릿이나 액체 금속과 직접 접촉해야 하며 전체 공정 동안 반복적으로 가열 및 냉각되어야 하기 때문이다. 동시에 충격 하중의 영향도 있다. 따라서 열간 금형강의 성능 요구 사항은 매우 엄격하여 열간 금형의 사용을 충족시킬 수 있다. 열처리 및 표면 처리 기술을 통해 금형의 성능 지표를 개선하여 금형의 서비스 수명 개선을 촉진할 수 있다.
열처리란 무엇인가?
열처리는 금속 열처리 공정입니다. 고체 상태의 재료를 가열, 열 보존 및 냉각하여 원하는 구조와 특성을 얻는 수단을 말합니다.
금속 열처리는 기계 제조에서 중요한 공정 중 하나입니다. 다른 공정과 비교했을 때 열처리는 일반적으로 공작물의 모양과 전반적인 화학 성분을 변경하지 않습니다. 열처리는 공작물 내부의 미세 구조를 변경하거나 공작물 표면의 화학 성분을 변경하여 공작물의 성능을 부여하거나 개선하는 것입니다. 열처리는 공작물의 본질적인 품질을 개선하는 것이며, 이러한 변화는 일반적으로 육안으로는 볼 수 없습니다.
열간 작업용 다이스틸
열간가공용 금형강은 열간단조용 금형, 열간압출용 금형, 다이캐스팅용 금형 , 고속단조용 금형 등 가열된 상태에서 금속을 변형시키는 금형을 만드는 데 사용됩니다 .
열간 작업용 금형 강의 작업 조건 및 성능 요구 사항
열간 가공 금형은 작업 시 많은 충격력을 받으며, 금형 캐비티는 고온 금속과 접촉하고 반복적으로 가열 및 냉각되며 사용 조건이 가혹합니다. 열간 가공 금형의 사용 요구 사항을 충족하기 위해 열간 가공 금형 강은 다음과 같은 특성을 가져야 합니다. 고온 강도가 높고 인성이 좋습니다. 내마모성이 좋고 열 안정성이 높습니다. 열 피로 저항성이 뛰어나고 경화성이 높습니다. 열 전도성이 좋고 성형 공정 성능이 좋습니다.
합금화 처리
열간 가공 금형강의 탄소 질량 분율은 일반적으로 (0.3%~0.6%) C 사이로 유지되어 필요한 강도, 경도, 내마모성 및 인성을 얻습니다. 탄소 함량이 너무 높으면 인성과 열전도도가 감소하고 탄소 함량이 너무 낮으면 강도, 경도 및 내마모성을 보장하기 어렵습니다.
크롬은 경화성과 템퍼링 안정성을 개선합니다. 니켈과 크롬의 공존은 경화성을 개선할 뿐만 아니라 포괄적인 기계적 성질을 개선할 수 있습니다. 망간은 경화성과 강도를 증가시키지만 인성을 감소시킵니다. 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐 등은 2차 경화를 생성하고, 적색 경도, 템퍼링 안정성, 열 피로 저항성 및 입자 미세화를 개선할 수 있습니다.
열처리 공정
열처리 공정은 일반적으로 가열, 열 보존, 냉각의 세 가지 공정을 포함하며, 때로는 가열과 냉각의 두 가지 공정만 포함합니다. 이러한 공정은 연결되어 있으며 중단될 수 없습니다.
- 난방
난방은 열처리의 중요한 공정 중 하나이며, 많은 난방 방법이 있습니다. 가장 이른 시기에는 목탄과 석탄을 열원으로 사용했고, 최근에는 액체와 가스 연료를 적용했습니다. 전기를 적용하면 난방을 쉽게 제어할 수 있고 환경 오염이 없습니다.
금속을 가열할 때, 공작물이 공기에 노출되기 때문에 산화 및 탈탄이 자주 발생하여 열처리 후 부품의 표면 특성에 도움이 되지 않습니다. 따라서 금속은 제어된 분위기 또는 보호 분위기, 용융염 및 진공 상태에서 가열하거나 코팅 및 포장 방법을 사용한 보호 가열을 해야 합니다. 가열 온도는 열처리 공정의 중요한 공정 매개 변수 중 하나이며, 가열 온도의 선택 및 제어는 열처리의 품질을 보장하는 주요 문제입니다.
- 보온성
가열 온도는 열처리 목적과 처리할 금속 재료에 따라 다르지만 일반적으로 상전이 온도 이상으로 가열하여 고온 구조를 얻습니다. 그러나 변형에는 일정 시간이 걸리므로 금속 공작물 표면이 필요한 가열 온도에 도달하면 일정 시간 동안 이 온도를 유지하여 내부 및 외부 온도가 일정하고 미세 구조가 완전히 변형되도록 해야 합니다. 이 기간을 열 보존 시간이라고 합니다.
- 냉각
냉각은 또한 열처리 공정에서 없어서는 안 될 단계입니다. 냉각 방법은 다른 공정에 따라 달라지며 주로 냉각 속도를 제어합니다. 일반적으로 어닐링의 냉각 속도가 가장 느리고, 정규화의 냉각 속도가 빠르고, 담금질의 냉각 속도가 가장 빠릅니다. 그러나 강철 등급이 다르기 때문에 요구 사항도 다릅니다.
금형강의 표면처리기술
일반적으로 사용되는 표면 강화 기술로는 화학적 열처리, 고에너지 빔 표면 강화, 물리적 또는 화학적 기상 증착 등이 있습니다.
일반적인 화학 열처리에는 침탄, 질화, 붕소화 등이 있습니다. 이러한 표면 처리 공정은 다른 공정에 비해 비용이 낮고 신뢰성이 높은 특성을 가진 전통적인 공정이며 옵션도 많습니다.
고에너지 빔 표면 강화 기술의 특징은 가열 속도가 빠르고, 공작물의 변형이 작고, 냉각 매체가 없고, 제어성이 좋으며, 자동 제어를 실현하기 쉽다는 것입니다. 고에너지 빔 표면 강화 기술 중에서 레이저 표면 개질은 가장 많은 연구 응용 분야를 가지고 있습니다. 현재 레이저 표면 처리 연구는 주로 이 기술의 제어성이 좋고 기판에 미치는 영향이 적다는 특성을 사용하고 다른 기술을 결합하여 새로운 공정 연구를 수행합니다.
증착은 화학 증착과 물리 증착으로 나뉜다. 이러한 방법은 주로 금형 표면에 세라믹 코팅을 형성하는 데 사용되지만 세라믹 코팅을 적용하는 데 있어 가장 큰 문제는 세라믹 코팅의 열 팽창 성능이 금형 강재 매트릭스와 일치하지 않아 코팅의 조기 균열 고장을 유발한다는 것이다. 따라서 세라믹 코팅 전 플라즈마 질화는 세라믹 코팅과 기판 사이의 결합력을 개선하는 효과적인 방법이며 열 작업 금형의 수명을 개선하는 데 상당한 영향을 미친다. 그러나 단층이든 다층이든 질화와 결합된 다양한 세라믹 코팅은 필연적으로 매트릭스와 열 팽창 성능에 차이를 일으켜 금형의 열 피로 성능에 영향을 미친다. 따라서 복합 코팅 시스템이 필요하다. 복합 코팅 시스템은 다이캐스팅 금형 표면에 용접 방지, 용융 손실 방지, 산화 방지 및 내마모성 기능을 부여할 수 있다. 이 코팅 시스템의 가장 큰 특징은 금형으로의 열전달을 줄이고, 금형의 온도변화를 늦추며, 금형강의 열피로 저항성을 향상시키는 것입니다.
