열처리 중 금형 균열을 방지하려면 어떻게 해야 할까요? 이 문서에서는 금형 열처리의 복잡한 공정을 자세히 살펴보고 담금질 균열 및 경도 부족과 같은 일반적인 결함에 대해 설명합니다. 예방 조치를 살펴봄으로써 금형 내구성과 성능을 향상시킬 수 있는 실용적인 솔루션을 제공합니다. 각 중요한 열처리 단계를 통해 최적의 결과를 달성하고 금형의 무결성을 유지하기 위한 핵심 기술을 알아보세요.
금형은 예열, 단자 가열, 표면 경화로 구성된 열처리 공정을 거칩니다.
열처리 결함은 금형 열처리의 최종 단계 또는 후속 공정 및 사용 중에 발생하는 다양한 문제를 말합니다. 이러한 결함에는 담금질 균열, 치수 안정성 저하, 경도 부족, 전기 가공으로 인한 균열, 연삭 균열, 금형 조기 고장 등이 포함될 수 있습니다.
보다 심층적인 분석은 아래에서 확인할 수 있습니다.
담금질 균열의 원인과 예방 조치는 다음과 같습니다:
예방 조치: 둥근 모서리, 구멍 배치, 단면 전환 등 디자인을 점검하고 개선합니다.
예방 조치: 온도 제어 시스템을 유지 및 교정하고, 공정 온도를 조정하고, 작업물과 용광로 바닥 사이에 철을 추가합니다.
예방 조치: 제어 된 분위기 가열, 염조 가열, 진공로, 상자 보호 기능이있는 상자 용광로를 사용하거나 산화 방지 코팅을 적용하고 가공 여유를 2-3mm 늘리십시오.
예방 조치: 냉각 특성을 이해합니다. 담금질 매체 또는 템퍼링 처리를 하고 적절한 냉각수를 선택합니다.
예방 조치: 올바른 단조 공정을 사용하고 합리적인 예열 처리 시스템을 구현하세요.
경도가 충분하지 않은 이유와 주의 사항은 다음과 같습니다:
예방 조치: 공정 온도를 수정하고 온도 제어 시스템을 점검하고 점검합니다. 퍼니스를 설치할 때 공작물을 균일한 간격으로 배치하고 냉각을 위해 쌓거나 묶지 않아야 합니다.
예방 조치: 공정 온도를 수정하고 온도 제어 시스템을 점검 및 점검합니다.
예방 조치: 공정 온도를 수정하고 온도 제어 시스템을 점검하고 점검합니다. 설정 온도보다 높지 않은 온도로 퍼니스에 들어가세요.
예방 조치: 오븐에서 탱크에 빠르게 들어가 담금질 매체의 냉각 특성을 이해하고 필요한 경우 담금질 매체를 추가하거나 냉각하고 냉각수의 교반을 강화한 다음 Ms + 50°C의 온도에서 제거합니다.
예방 조치: 제어 된 대기 및 염조 가열, 진공로 및 상자 보호 또는 산화 방지 코팅이있는 상자 용광로를 사용하고 가공 허용치를 2-3mm 늘리십시오.
기계 제조 분야에서 열처리 중 변형의 발생은 절대적인 것으로 간주되는 반면, 변형의 부재는 상대적인 것으로 간주됩니다. 즉, 모든 것은 크기에 따라 달라집니다. 이는 주로 다음과 같은 이유로 인한 표면 릴리프 효과 때문입니다. 마텐사이트 열처리 중 변형.
열처리 중 변형(치수 및 모양 변화)을 방지하는 것은 까다로운 작업이며, 이를 해결하기 위해서는 경험이 필요한 경우가 많습니다. 그 이유는 다음과 같은 다양한 요인이 강철 유형금형의 모양, 탄화물의 부적절한 분포, 단조 및 열처리 방법 등이 모두 문제를 유발하거나 악화시킬 수 있습니다.
또한 열처리 중 다양한 조건의 변화는 강철 조각의 변형 정도에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
오랫동안 열처리 변형 문제를 해결하는 것은 주로 경험과 휴리스틱을 통해 이루어졌습니다. 그러나 금형과 변형 사이의 관계를 철저히 이해하는 것이 중요합니다. 강철 단조모듈 방향, 금형 형상, 열처리 방법, 열처리 변형 등을 파악할 수 있습니다. 이러한 이해는 축적된 데이터를 분석하고 열처리 변형에 대한 아카이브를 구축함으로써 얻을 수 있습니다.
탈탄은 가열 또는 단열 중에 주변 대기의 영향으로 인해 강철 표면층의 탄소가 완전히 또는 부분적으로 손실되는 현상 및 반응입니다.
그리고 강철의 탈탄 부품은 경도 부족, 담금질 균열, 열처리 변형 및 화학적 열처리 결함이 발생할 수 있습니다. 또한 다음에도 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 피로 강도내마모성 및 금형 성능.
금형 제조에서 방전 가공(EDM)은 점점 더 일반적인 가공 방법이 되고 있습니다. 그러나 널리 사용됨에 따라 EDM으로 인한 결함도 증가하고 있습니다.
EDM은 방전에 의해 발생하는 고온을 이용해 금형 표면을 녹이는 가공 방법입니다. 이 공정은 가공 표면에 백색의 EDM 열화 층을 형성하고 약 800MPa의 인장 응력을 발생시킵니다. 그 결과 금형의 전기 가공 과정에서 변형이나 균열이 발생할 수 있습니다.
따라서 EDM 금형을 사용할 때는 EDM이 금형 강재에 미치는 영향을 이해하고 결함을 방지하기 위한 예방 조치를 취하는 것이 중요합니다:
인성 부족은 담금질 온도가 지나치게 높고 유지 시간이 길어 입자가 거칠어지거나 취성 영역에서 템퍼링을 피하지 못했기 때문일 수 있습니다.
다량의 보유 오스테나이트 연삭 열 중에 템퍼링 변형이 발생하면 공작물에 구조적 응력이 발생하고 균열이 발생할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 두 가지 예방 조치를 취할 수 있습니다. 담금질 후 극저온 처리를 수행하거나 템퍼링 공정을 반복(일반적으로 냉간 가공에서 저합금 공구강의 경우 2~3회)하여 다음을 최소화할 수 있습니다. 유지된 오스테나이트.
금형 디자인은 주로 용도에 따라 달라지며, 그 구조가 항상 완전히 합리적이고 대칭적이지 않을 수도 있습니다.
이를 위해서는 설계자가 금형 설계 과정에서 효과적인 조치를 취해야 합니다. 금형의 성능을 저하시키지 않으면서도 제조 가능성, 구조적 합리성, 기하학적 대칭성에 주의를 기울여야 합니다.
(1) 날카로운 모서리와 두께 차이가 큰 부분을 피하세요.
두께 차이가 심하거나 가장자리가 얇고 모서리가 날카로운 부분은 피해야 합니다.
금형에서 두꺼운 부분과 얇은 부분의 접합부에 부드러운 전환을 사용해야 합니다. 이렇게 하면 금형 단면의 온도 차이를 효과적으로 줄여 열 스트레스를 최소화할 수 있습니다.
또한 단면 전체에 걸친 구조 변환의 시간 차이를 줄여 구조적 응력을 줄일 수 있습니다. 그림 1은 금형 설계에서 트랜지션 필렛과 콘을 사용하는 방법을 보여줍니다.
(2) 추가 프로세스 홀 통합
균일하고 대칭적인 단면을 확보하기가 정말 어려운 금형의 경우, 기능에 영향을 주지 않으면서 블라인드 홀을 관통 홀로 전환하거나 추가 공정 홀을 적절히 통합해야 합니다.
그림 3a는 담금질 시 점선으로 표시된 것처럼 변형이 발생하는 좁은 캐비티 다이의 한 유형을 보여줍니다. 설계 단계에서 두 개의 공정 구멍을 추가하면(그림 3b 참조) 담금질 시 단면 전체의 온도 차이를 줄여 열 응력을 낮추고 변형 상황을 크게 개선할 수 있습니다.
그림 4는 공정 구멍을 추가하거나 블라인드 구멍을 관통 구멍으로 변경하여 두께가 고르지 않아 발생하는 균열에 대한 취약성을 줄일 수 있는 사례도 보여줍니다.
(3) 가능한 한 밀폐되고 대칭적인 구조를 활용합니다.
금형 모양이 열려 있거나 비대칭인 경우 담금질 후 응력 분포가 고르지 않아 변형이 쉽게 발생합니다. 따라서 일반적으로 변형 가능한 홈 몰드의 경우 담금질 전에 리브를 남겨두고 담금질 후 잘라내는 것이 좋습니다.
그림 5와 같이, 홈이 있는 공작물은 원래 담금질 후 R 지점에서 변형되었습니다. 리브(그림 5의 음영 처리된 부분)를 추가하면 담금질 변형을 효과적으로 방지할 수 있습니다.
(4) 복합 구조 구현하기
복잡한 모양의 400mm가 넘는 대형 오목 금형과 얇고 길쭉한 볼록 금형의 경우 복합 구조를 사용하는 것이 이상적입니다.
이 접근 방식은 복잡성을 단순화하고 크기를 줄이며 금형의 내부 표면을 외부 표면으로 변환합니다. 이렇게 하면 열처리가 용이할 뿐만 아니라 변형과 균열도 효과적으로 최소화할 수 있습니다.
복합 구조를 설계할 때 분해는 일반적으로 핏의 정밀도에 영향을 미치지 않는 한 이러한 원칙을 따라야 합니다:
(1) 특히 초기 단면이 현저하게 차이가 나는 금형의 경우 분해 후 균일한 단면이 되도록 두께를 조정합니다.
(2) 응력이 집중되기 쉬운 부분을 분해하여 응력을 분산하고 균열을 방지합니다.
(3) 구조적 대칭을 유지하기 위해 정렬된 프로세스 구멍을 통합합니다.
(4) 열처리가 용이하고 조립이 간편합니다.
(5) 무엇보다도 사용성이 보장되어야 합니다.
그림 6은 오목한 대형 다이를 보여줍니다. 모놀리식 구조를 선택하면 열처리가 어렵고 담금질 후 다이 캐비티 전체에 걸쳐 수축이 일정하지 않게 됩니다.
이로 인해 칼날 가장자리가 고르지 않고 평면 왜곡이 발생할 수 있으며, 이는 후속 가공에서 수정하기 어렵습니다. 따라서 모듈식 구조를 사용할 수 있습니다. 그림 6의 점선으로 표시된 것처럼 구조는 네 부분으로 나뉩니다.
열처리 후 이러한 부품을 재조립하고 연마하여 함께 장착합니다. 이렇게 하면 열처리 공정이 단순화될 뿐만 아니라 변형 문제도 해결됩니다.
열처리 변형 및 균열은 사용되는 강철 및 품질과 밀접한 관련이 있습니다. 따라서 금형의 성능 요구 사항에 따라 소재를 선택해야 합니다.
금형 정밀도, 구조 및 크기, 공작물의 특성, 수량 및 가공 방법과 같은 요소를 고려해야 합니다.
일반적으로 금형에 변형 및 정밀도 요구 사항이 없는 경우 탄소 공구강을 사용하여 비용을 절감할 수 있습니다. 변형 및 균열이 발생하기 쉬운 부품의 경우 임계 담금질 냉각 속도가 느린 고강도 합금 공구강을 선택할 수 있습니다.
그림 7은 전자 부품용 다이를 보여줍니다. 원래는 T10A 강철을 사용했는데, 담금질 및 오일 냉각 공정으로 인해 변형이 심하고 균열이 발생하기 쉬웠습니다.
게다가 알칼리 담금질은 다이 캐비티를 경화시키는 데 어려움이 있었습니다. 이제는 담금질 경도와 변형에 대한 요구 사항을 충족하는 9Mn2V 강철 또는 CrWMn 강철이 사용됩니다.
탄소강으로 만든 금형이 변형 요구 사항을 충족하지 못할 경우, 탄소강을 합금강 9Mn2V 또는 CrWMn과 같은 소재를 사용하면 변형 및 균열 문제를 해결할 수 있습니다.
재료비가 약간 높지만 큰 틀에서 보면 여전히 비용 효율적입니다.
동시에 올바른 소재 선택과 함께 원자재 결함으로 인한 금형 열처리 균열을 방지하기 위해 원자재에 대한 검사 및 관리를 강화하는 것이 중요합니다.
경도 요구 사항을 포함한 기술 조건을 합리적으로 수립하는 것은 담금질 변형과 균열을 방지하는 중요한 경로입니다.
국소 경화 또는 표면 경화 가 사용 요구 사항을 충족할 수 있다면 전체 조각을 담금질하지 않도록 하세요.
국소화된 요구 사항을 완화할 수 있는 완전 담금질 금형의 경우, 균일성을 엄격하게 추구해서는 안 됩니다.
고비용 또는 복잡한 구조의 금형의 경우 열처리로 기술 요구 사항을 충족할 수 없는 경우, 여러 번의 재작업으로 인한 폐기를 방지하기 위해 수명에 거의 영향을 미치지 않는 요구 사항을 적절히 완화하여 조건을 변경해야 합니다.
선택한 강철 유형은 설계의 기술적 조건으로 달성 가능한 최대 경도가 설정되어 있지 않아야 합니다.
이는 제한된 크기의 샘플로 최대 경도를 측정하는 경우가 많기 때문에 실제 크기의 대형 금형에서 얻을 수 있는 경도와 크게 다를 수 있기 때문입니다.
최대 경도를 추구하려면 담금질 냉각 속도를 높여야 하는 경우가 많아 담금질 변형 및 균열 발생 가능성이 높아지므로, 더 높은 경도를 기술 조건으로 사용하면 열처리 중 작은 크기의 금형에서도 특정 문제가 발생할 수 있습니다.
요약하면, 설계자는 사용 성능과 선택한 강종을 기반으로 실현 가능한 기술 조건을 공식화해야 합니다.
또한 선택한 강종에 대한 경도 요구 사항을 설정할 때는 성질 취성을 유발할 수 있는 경도 범위를 피해야 합니다.
기계 가공과 열처리 간의 관계의 올바른 관리와 합리적인 배치 기술 프로세스냉간 가공과 열간 가공 사이의 긴밀한 조정을 가능하게 하는 것은 금형 열처리 변형을 줄이는 효과적인 조치입니다.
경우에 따라 금형의 변형은 열처리의 관점에서만 해결할 수 없는 경우도 있습니다. 하지만 사고방식을 전환하고 전체 기술 프로세스를 다루면 예상치 못한 결과를 얻을 수 있습니다.
그림 8은 비대칭 모양으로 인해 담금질 중에 상당한 비틀림 변형이 발생하는 반원형 금형을 보여줍니다.
담금질 전에 전체 링으로 가공한 다음 열처리 후 톱날 연삭 휠로 두 조각으로 절단하면 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 변형도 최소화할 수 있습니다.
처리 중에는 왜곡이 불가피합니다.
그 특성을 이해하고 적절한 가공 여유를 합리적으로 확보할 수 있다면 열처리 작업을 단순화할 수 있을 뿐만 아니라 후속 기계 가공, 특히 연삭 작업도 줄일 수 있습니다.
그림 9는 다음과 같은 성형 금형을 보여줍니다. 45# 스틸. 열처리 후 내부 구멍이 팽창하는 경향이 있으므로 열처리 후 설계 요구 사항을 충족하려면 기계 가공 중에 미리 마이너스 공차를 예약해야 합니다.
변형의 크기와 방향을 미리 예측할 수 없는 금형의 경우, 금형 캐비티를 설계 치수로 가공하기 전에 시험 담금질을 수행할 수 있습니다.
변형 특성에 따라 해당 기계적 처리 허용치를 예약할 수 있습니다.
정밀 금형의 경우 절단 또는 연삭 공정에서 발생하는 응력으로 인해 변형과 균열이 발생할 수 있습니다.
따라서 스트레스 해소 어닐링 또는 처리 흐름에서 노화 처리를 하면 변형을 크게 줄이고 균열을 방지할 수 있습니다.
예를 들어, 가느다란 샤프트형 및 복잡한 형상의 금형의 경우 황삭 가공 후 응력 완화 어닐링을 수행하여 절삭 응력을 제거하면 담금질 변형을 줄이는 데 매우 효과적입니다.
마찬가지로 정밀 연삭이 필요한 일부 금형의 경우 열처리 및 황삭 연삭 후 에이징 처리를 예약하여 연삭으로 인한 응력을 제거하고 치수를 안정화하며 변형 및 균열을 방지할 수 있습니다.
강철의 밴드형 구조와 성분 분리는 종종 금형의 고르지 않은 변형으로 이어집니다. 담금질 전 매트릭스 조직 상태도 담금질 전후 금형의 체적 차이에 영향을 미칠 수 있습니다.
특정 조건에서 강철의 원래 구조의 품질은 열처리 변형에 영향을 미치는 주요 요인이 됩니다.
담금질 변형을 최소화하려면 담금질 과정에서 효과적인 조치를 취하는 것 외에도 담금질 전 강재 내부의 구조도 적절히 제어해야 합니다.
합리적인 단조는 열처리 변형을 최소화하고 금형의 수명을 연장하는 데 핵심적인 역할을 한다는 것은 경험을 통해 입증되었습니다. 이는 합금강(예: CrWMn, Cr12 및 Cr12MoV 강)의 경우 특히 중요합니다.
이러한 유형의 강철이 낮은 변형을 달성하기 위한 전제는 충분한 단조를 통해 강철 내부의 카바이드 분리 정도를 최소화하는 것입니다.
따라서 단조 공정은 다음 다섯 가지 측면에서 올바르게 제어되어야 합니다:
(1) 단조 방법: 성형 공정에는 탄화물이 파쇄되고 균일하게 분포되도록 하기 위해 여러 단조 단계, 일반적으로 고합금강의 경우 3개 이상의 단조 단계가 필요합니다.
(2) 단조 비율: 특정 단조 비율이 필요합니다. 예를 들어, 고합금강의 총 단조 비율은 일반적으로 8~10입니다.
(3) 가열 속도: 약 800°C까지 서서히 가열한 다음 온도를 1100~1150°C까지 천천히 높입니다. 가열하는 동안 작업물을 정기적으로 뒤집어 균일한 가열과 철저한 침투를 보장해야 합니다.
(4) 최종 단조 온도 제어: 최종 단조 온도가 너무 높으면 입자 크기가 증가하여 성능이 저하되는 경향이 있습니다. 반면에 최종 단조 온도가 너무 낮으면 재료의 연성이 떨어지고 밴드와 같은 구조가 발생하기 쉬우며 쉽게 파손될 수 있습니다.
금형의 변형과 균열은 담금질 과정에서 발생하는 응력뿐만 아니라 담금질 전의 원래 구조 및 잔류 내부 응력과도 관련이 있습니다. 따라서 금형 블랭크에 필요한 예열 처리를 실시하는 것이 필수적입니다.
일반적으로 T7 및 T8 스틸로 제작된 소형 금형은 담금질 중에 부피가 팽창하는 경향이 있습니다. 미리 템퍼링하면 원래 부피보다 더 큰 템퍼링 소르바이트 구조를 얻을 수 있어 담금질 중 변형을 줄일 수 있습니다.
반면에 T10 및 T12 강철과 같은 고탄소강으로 제조된 대형 금형은 담금질 시 부피가 수축하는 경향이 있습니다. 이 경우 템퍼링보다 더 나은 결과를 얻을 수 있는 구상화 어닐링을 채택해야 합니다.
저합금 공구강의 경우 기계 가공 후 템퍼링 공정을 배치하면 합금 탄화물을 고르게 분포시켜 구조를 크게 개선하고 단조 및 원래 구조의 부작용을 완화할 수 있습니다.
템퍼링 프로세스는 균일하게 분포된 탄화물과 미세한 입자의 소르바이트 구조를 생성하여 원래 구조의 비교 부피를 증가시킵니다.
이는 강철의 기계적 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 변형을 최소화하는 데에도 도움이 됩니다. 고합금 공구강(예: 고크롬강) 금형의 경우 템퍼링 후 담금질 중에 다른 정도의 수축이 발생할 수 있습니다.
따라서 템퍼링 과정에서 고온 템퍼링을 어닐링으로 대체하면 담금질 후 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다.
합금 구조용 강철은 사전 템퍼링 처리를 통해 경도를 높일 수 있으며, 담금질 시 부피 변화를 최소화하여 변형 및 균열 가능성을 줄일 수 있습니다.
저온 어닐링을 사용하여 금형의 냉간 가공 응력을 완화하는 것은 템퍼링보다 간단하며, 사이클이 짧고 산화가 적으며 동일한 공정을 사용하여 다양한 재료에 적용할 수 있습니다.
단조 불량으로 인한 네트워크 탄화물을 제거하고 경화 층의 깊이를 늘리기 위해 정규화 처리를 적용할 수 있습니다.
요약하면, 모든 유형의 예열 처리는 금형의 팽창 및 수축 패턴에 따라 수행하여 초기 구조를 조정하고 가공 응력을 제거하여 변형과 균열을 줄여야 합니다.
공작물 담금질 왜곡을 최소화하고 방지하기 위해서는 공작물의 합리적인 설계, 재료 선택, 열처리 기술 요구 사항의 공식화, 올바른 열처리(주조, 단조, 용접) 및 공작물 블랭크의 예열 처리가 필요할 뿐만 아니라 열처리 시 다음 문제에 주의를 기울이는 것도 필수적입니다:
(1) 합리적인 가열 온도 선택
경화를 보장하려면 일반적으로 담금질 온도를 가능한 한 낮게 유지해야 합니다. 그러나 특정 고탄소 합금강 금형(예: CrWMn, Cr12Mo강)의 경우 담금질 온도를 적절히 높여서 담금질 왜곡을 제어할 수 있습니다. Ms 포인트를 사용하여 잔류 오스테나이트의 양을 늘립니다.
또한 두꺼운 고탄소강 금형의 경우 담금질 균열 발생을 방지하기 위해 담금질 온도를 약간 높일 수도 있습니다.
뒤틀림과 균열이 발생하기 쉬운 금형의 경우, 담금질 전에 응력 완화 어닐링을 수행해야 합니다.
(2) 합리적인 가열 프로세스
가열 중 열 스트레스를 최소화하려면 가능한 한 균일한 가열이 이루어져야 합니다.
단면이 넓고 모양이 복잡하며 왜곡 요구 사항이 높은 고합금강 금형의 경우 일반적으로 예열 또는 제한된 가열 속도를 적용해야 합니다.
(3) 올바른 냉각 방법 및 매체 선택
가능한 한 예냉 담금질, 단계 담금질 및 단계 냉각 방법을 선택해야 합니다.
예냉 담금질은 길거나 얇거나 얇은 금형의 왜곡을 줄이는 데 좋은 효과가 있으며, 두께 변화가 큰 금형에서도 어느 정도 왜곡을 줄일 수 있습니다.
For 복잡한 모양 또는 단면 차이가 큰 금형에는 단계 담금질이 바람직합니다. 예를 들어 고속 강철에 580~620°C에서 단계 담금질을 사용하면 담금질 왜곡과 균열을 근본적으로 방지할 수 있습니다.
(4) 담금질 작업 방법의 올바른 숙달
공작물을 매체에 담그는 방식을 올바르게 선택하면 가장 느린 냉각면이 액체 이동 방향을 향하도록 하여 저항이 가장 적은 경로를 따라 금형을 가장 균일하게 냉각하고 냉각 매체로 진입할 수 있습니다.
금형이 Ms 지점 이하로 냉각되면 움직임을 멈춰야 합니다. 예를 들어 두께가 고르지 않은 금형은 두꺼운 부품을 먼저 담그고, 단면 변화가 큰 공작물은 공정 구멍을 늘리거나 보강 리브를 확보하고 석면으로 구멍을 막는 등의 방법으로 열처리 변형을 줄일 수 있습니다.
오목한 표면이나 관통 구멍이 있는 공작물의 경우, 오목한 면과 구멍을 위쪽으로 담가서 관통 구멍 내부의 기포를 배출해야 합니다.
열처리는 금형 생산에 필수적인 제조 공정으로, 금형의 품질과 비용에 큰 영향을 미치며 금형의 수명을 늘리는 데 중요한 역할을 합니다. 금형 열처리 과정에서 변형과 균열은 두 가지 주요 과제입니다.
이러한 문제의 원인은 복잡하지만, 패턴을 이해하고 철저한 분석과 연구를 수행하여 문제를 정확하게 해결하면 금형 변형을 줄이고 균열을 효과적으로 제어할 수 있습니다.