H13 스틸 모듈: 횡방향 충격 에너지가 부적합한 이유

H13 열간 가공 금형강은 열강도, 냉간 및 고온 피로 저항성, 액체 금속 침식에 대한 저항성이 우수합니다. 따라서 열간 압출 금형, 알루미늄 합금 다이캐스팅 금형 및 기타 유형의 금형에 폭넓게 사용됩니다.

금형은 사용 과정에서 상당한 충격력을 견뎌야 하므로 금형의 충격 성능에 따라 수명이 결정됩니다.

다이 캐스팅 기술은 자동차 산업의 성장으로 인해 자동차 브래킷, 클러치, 오일 팬과 같은 자동차 부품 생산에 주로 사용되고 있습니다.

다이캐스팅의 두 가지 중요한 특징은 금형 캐비티의 고압 및 고속 충진입니다. 압출 금형에 비해 다이캐스팅 금형은 특히 대형 부품을 제작할 때 생산 공정 중에 더 많은 충격 에너지를 견뎌야 합니다. 따라서 더 높은 품질의 금형강을 사용해야 합니다.

H13으로 제작된 압출 다이 강철 막대 기존 공정과 상대적으로 작은 모듈로 생산하면 수명 측면에서 원하는 효과를 얻을 수 있습니다.

공장에서 H13 강철 모듈 배치의 생산 공정 흐름은 다음과 같습니다: 쇳물 전처리 → 20t 전기로에서 제련 → LF로(래들 정련로)에서 정련 → VD로(진공 정련로)에서 진공 처리 → 16t 잉곳으로 주조 → 16t 가스 차폐 전기로에서 16t 잉곳 재용해 → 잉곳화 어닐링 → 가열(1180℃, 20시간) → 45MN 급속 단조 빌릿/완제품(단면 규격: 400mm × 500mm) → 어닐링 → 비파괴 검사 → 샘플링 검사.

충격 에너지 테스트 중 강판충격 성능이 예상 기준을 충족하지 못하는 것으로 나타났습니다.

낮은 충격 성능의 원인을 파악하기 위해 다예 특수강 유한공사, 후베이성 고품질 특수강 중점 연구소, 후베이 황시 제품 품질 감독 및 검사 연구소의 리용덩과 양이 등 연구원들이 소재를 분석했습니다. 이들은 불만족스러운 충격 에너지의 원인을 파악하고 후속 생산 개선을 위한 토대를 제공했습니다.

1. 물리적 및 화학적 검사

1.1 화학 성분 분석

충격 에너지가 부적합한 H13 강철 모듈의 화학 성분이 검출되었으며, 그 결과는 공구 및 도구에 대한 GB/T 1299-2014의 요구 사항을 준수합니다. 다이 스틸.

1.2 충격 성능 테스트

충격 성능 테스트는 횡단 노치가 없는 충격 테스트 시편을 사용하여 수행해야 합니다.

모듈의 중앙 부분에서 샘플을 채취한 다음 블랭크가 만들어진 후 담금질 및 템퍼링 처리를 거친 다음 최종 샘플 크기로 가공해야 합니다.

3개의 샘플을 테스트했으며, 충격 샘플 크기는 55mm x 10mm x 7mm였습니다.

충격 성능이 좋은 샘플은 충격 에너지가 300J 이상이어야 하고, 충격 성능이 좋지 않은 샘플은 충격 에너지가 100J 미만이어야 합니다.

1.3 충격 시편 골절의 SEM 분석

초음파 세척을 거친 후 주사 전자 현미경을 사용하여 충격 샘플의 파단 표면을 분석했습니다.

예상 충격 에너지에 도달하지 못한 샘플의 경우, 파단 표면이 전반적으로 비교적 평평하게 보입니다. 자세히 살펴보면 파단원 영역에서 다양한 정도의 입계 파단 특성이 관찰되었습니다.

충격 에너지가 높은 샘플은 입자 간 파단 면적이 더 작은 반면, 충격 에너지가 낮은 샘플은 입자 간 파단 면적이 더 큰 것으로 나타났습니다.

예상 충격 에너지에 도달한 샘플은 입자 간 균열이 관찰되지 않은 브렘스트뢸른 골절 형태를 보였습니다. 또한 파단 표면에서 큰 내포물과 같은 결함도 발견되지 않았습니다.

충격 에너지가 낮은 시료와 높은 시료의 파단 형태는 각각 그림 1과 그림 2에 나와 있습니다.

일반적으로 입자 간 골절은 입자 경계의 한 형태입니다.

그림 1 충격 에너지가 낮은 시편의 골절 미세 형태학

그림 2 충격 에너지가 높은 시편의 골절 미세 형태학

1.4 금속 조직 검사

충격 샘플의 파단 표면을 연마하고 연마한 후 질산과 알코올로 에칭하고 금속 현미경으로 관찰했습니다.

충격 에너지가 낮은 샘플의 국부적인 입자 경계가 뚜렷한 것으로 관찰되었습니다. 탄화물은 입자 경계에서 군집 및 띠를 이루었으며, 유의미한 1차 탄화물은 발견되지 않았습니다.

동일한 배치에서 낮은 충격 에너지로 어닐링된 샘플을 채취했습니다. 연마, 연마 및 질산 알코올 에칭 후 미세 구조는 구형 펄라이트로 나타났습니다. 구형 탄화물은 국부적으로 사슬 형태로 분포되어 있었으며, 명백한 탄화물 응집은 발견되지 않았습니다. 이는 제련 공정에서 분리가 정상 수준임을 나타냅니다.

그림 3은 충격 에너지가 낮은 샘플의 미세 구조를 보여줍니다.

그림 3 충격 에너지가 낮은 시편 골절의 미세 구조

충격 에너지가 더 높은 샘플의 경우 담금질 및 템퍼링 구조는 균질한 강화 마르텐사이트를 보여주며, 명백한 입자 경계 탄화물은 발견되지 않았습니다.

반면, 해당 어닐링 구조는 균일한 구상 펄라이트를 나타내며 카바이드 응집 네트워크 현상이 관찰되지 않았습니다(그림 4 참조).

그림 4 충격 에너지가 높은 시편 골절의 미세 구조

2. 종합 분석

제련된 H13 강철의 화학 성분은 다음과 같습니다. 일렉트로슬래그 재용융은 GB/T 1299-2014 표준의 요구 사항을 충족합니다.

미세 구조 관찰 결과 명백한 탄화물 축적이나 밴드 분리가 없으며, 유의미한 비금속 골절 표면에 내포물이 있습니다. 이는 제련 공정이 정상적으로 제어되고 있음을 나타냅니다.

충격파괴의 미세 형태와 금속학적 구조를 분석한 결과, 충격 에너지가 낮은 샘플은 입계 특성을 나타내며 구조상 네트워크 탄화물이 뚜렷합니다.

충격 에너지가 높은 샘플은 보조개 형태가 나타나고 구조가 균일합니다.

입계 골절은 강철의 입자 경계가 상대적으로 약하기 때문에 충격 하중을 견딜 때 발생합니다.

H13 강철의 충격 인성이 낮은 주된 이유는 입자 경계를 따라 이차 탄화물이 침전되기 때문입니다. 연구에 따르면 H13 강철에서 발견되는 탄화물은 주로 V8C7, Cr23C6 및 Cr3C2(Cr2VC2)입니다.

단조 중 불충분한 가열과 공정 후 부적절한 냉각은 입자 경계를 따라 이러한 탄화물이 축적되는 원인이 됩니다. 이러한 축적은 입자 경계를 약화시키고 결과적으로 강철의 충격 인성을 감소시킵니다.

H13 강철의 충격 특성을 개선하려면 입자 경계를 따라 이차 탄화물이 침전되는 것을 방지하는 것이 중요합니다. 이는 단조 전 가열 온도와 공정 후 냉각 속도를 엄격하게 제어함으로써 달성할 수 있습니다. 이를 통해 네트워크 탄화물의 침전을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

강철의 탄화물 정제 및 분산은 고온에서의 균질화, 단조 중 변형 증가, 최종 단조 온도 감소를 통해 달성할 수 있습니다. 이 공정은 입자 경계를 따라 이차 탄화물의 침전을 억제하는 데 유용합니다.

H13강에 고온 균질화 처리를 하면 제련 및 응고 과정에서 발생하는 성분 분리를 효과적으로 개선할 수 있으며, 입자 경계에서 탄화물과 불순물이 분리되는 경향을 약화시킬 수 있습니다.

단조 후 급속 냉각은 강철에서 거친 탄화물 또는 망상 탄화물의 침전을 방지하고 이차 탄화물이 입자 경계를 따라 침전되어 탄화물 사슬을 형성하는 것을 방지할 수 있습니다.

단조 후 급속 냉각 후 재어닐링하면 강철에 균일한 구상 펄라이트 구조를 생성할 수 있습니다.

단조 공정 중 변형이 증가하면 강철의 내부 구조가 개선될 수 있습니다. 큰 주조 구조와 불안정한 공융 탄화물은 큰 응력을 가하면 분해될 수 있습니다.

가능하다면 업셋 및 드로잉 단조 공정을 사용하여 H13 강철의 구조와 특성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

3. 결론 및 제안

(1) 제련 된 H13 강철의 횡 충격 성능이 다음과 같은 주된 이유는 일렉트로슬래그 재용융이 예상 목표에 도달하지 못하는 것은 단조 공정에 대한 적절한 제어가 부족하기 때문입니다.

열처리 후 이차 탄화물은 입자 경계를 따라 침전되어 입자를 약화시킵니다. H13 강철의 횡방향 충격 인성을 효과적으로 개선하려면 입자 경계를 따라 네트워크에 이차 탄화물 침전을 방지하는 것이 필수적입니다.

(2) 고온 균질화 처리, 단조 변형 증가, 단조 후 냉각 속도 향상, 분리 최소화, 입자 경계를 따라 탄화물 침전을 방지함으로써 H13 강철의 충격 인성을 크게 향상시킬 수 있습니다.