[논문]금속도 공구강의 기계적 성질에 미치는 진공열처리와 염욕열처리 조건의 영향

김제돈; 김경식

doi:10.12656/jksht.2013.26.1.7

금속도 공구강의 기계적 성질에 미치는 진공열처리와 염욕열처리 조건의 영향
Effects of Vacuum Heat Treatment and Salt bath Heat Treatment Conditions on Mechanical Properties of High Speed tool Steel 원문보기

열처리공학회지 = Journal of the Korean society for heat treatment, v.26 no.1, 2013년, pp.7 - 13

김제돈 (공주대학교 공과대학 신소재공학부) , 김경식 (공주대학교 공과대학 신소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Vacuum heat treatment(indirect heating method) has long exposure time at high temperature and low quenching rate. Contrarily salt bath heat treatment (direct heating method) has short exposure time at high temperature and fast cooling rate. With these different features of processes, mechanical properties such as hardness, tensile strength and impact strength of products show very different results. In this study, Salt bath heat treated products showed higher tensile strength and impact strength than vacuum heat treated products but hardness was not much different. These lower mechanical properties of vacuum heat treated products are due to differences in heat process and secondary hardening with high temperature tempering process. Consequently, It indicates that salt bath heat treatment is better way than vacuum heat treatment for product to have high mechanical properties.

주제어

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문제 정의

고속도공구강은 열처리 후 기계적 성능이 부족하거나 열처리 불량이 되면 고속도공구강의 소재비용, 열처리비용, 가공비용이 고가인 점에서 볼 때 거래 업체 간 갈등을 비롯한 시시비비가 많이 발생하는 등, 물질적, 경제적 낭비를 포함하면 수백억에서 수천억원의 손실이 추정되는바 고속도강의 보다 적정한 열처리 방법을 선정하기 위하여 진공열처리와 염욕열처리 싸이클 곡선을 적용하여 퀜칭 경화와 1차 템퍼링 후 각각 기계적 성질 실험(경도, 인장강도, 충격 인성 등)과 미세조직관찰을 통하여 고속도공구강의 열처리 방법이 기계적 성질에 미치는 문제점을 심층 분석하고자 하였다.

제안 방법

SKH55강의 조성은 구매처에 의뢰하여 참고로 하였으며 정확한 시험을 하기 위하여 그라인더 불꽃 시험을 통하여 간단하게 성분 분석을 하였고. 보다 정확을 기하기 위하여 분광 분석기를 사용하여 분석한 결과를 종합하여 볼 때 SKH55 재료로 확인 되었다.
고속도공구강은 일반강과 다르게 퀜칭 경화 후 조직시험편 채취 가공이 쉽지 않아 금속현미경 규격에 적당한 25Ø × 50 L 크기로 별도 제작하여 열처리 후 적당히 절단하여 내부 미세조직을 관찰하였다.
고속도공구강의 진공 및 염욕열처리가 기계적 성질에 미치는 영향을 (A)(B), (a)(b) 그룹 간 상호 비교 분석한다.
실험에 사용된 시험편은 인장시험편, 충격인성시험편, 조직시험편을 동일한 강재의 규격으로 각각 제작하여 진공열처리와 염욕열처리로 구분하여 열처리 실험하였다.
그러나 그 소재의 기계적 성질은 어떤 열처리를 하였느냐에 따라 크게 좌우된다. 이에 본인은 고속도공구강의 경화 열처리 방법으로써 널리 사용되고 있는 염욕 열처리 방법과 최근 적용범위가 확대되고 있는 진공열처리법을 선정 하여 경도, 인장강도, 충격인성 등 기계적 성질을 분석하고 미세조직관찰을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

고속도공구강은 ① 18-4-1형(W 18%, Cr 4%, V 1%) ② 텡스텐계 + 코발트 ③ 몰리브덴계열 등 여러 가지 강종의 재질이 있으나 이번 실험에 사용된 강종은 몰리브텐 계열의 SKH55이다.
SKH55강의 조성은 구매처에 의뢰하여 참고로 하였으며 정확한 시험을 하기 위하여 그라인더 불꽃 시험을 통하여 간단하게 성분 분석을 하였고. 보다 정확을 기하기 위하여 분광 분석기를 사용하여 분석한 결과를 종합하여 볼 때 SKH55 재료로 확인 되었다. 성분 결과는 [Table 1]과 같다.
본 실험에 사용된 강종은 국내에서 생산되지 않으므로 히다찌 금속사가 제조한 강종을 구매 사용하였다. 이번 실험에 사용된 소요 시험편은 인장시험편(5Ø, L₀ = 15, P = 20), 충격시험편(Charpy type), 별도의 미세조직시험편을 각각 제작하였다.
본 실험에 사용된 강종은 국내에서 생산되지 않으므로 히다찌 금속사가 제조한 강종을 구매 사용하였다. 이번 실험에 사용된 소요 시험편은 인장시험편(5Ø, L₀ = 15, P = 20), 충격시험편(Charpy type), 별도의 미세조직시험편을 각각 제작하였다.

성능/효과

1. 1200^oC 진공에서 오스텐나이트화 한 후 질소퀜칭한 (A)그룹의 경도는 65.8 HRC이며, 질소퀜칭 뒤 1차 템퍼링한 (B)그룹의 경도는 66.9 HRC이다.
2. 1200^oC 염욕에서 오스테나이트화 한 후 마르퀜칭한 (a)그룹의 경도는 62.2 HRC이며, 마르템퍼링한 (b)그룹의 경도는 65.2 HRC 이다.
3. 인장강도시험 결과 (A)그룹의 1088 MPa, (a)그룹은 1855 MPa이며 (B)그룹의 인장강도는 1651 MPa, (b)그룹의 경우 2432 MPa이다.
5. 미세조직을 관찰한 결과 템퍼링한 것이 잔류오스텐나이트가 적으며, 진공열처리 된 것보다 염욕열처리 된 것이 탄화물과 기지조직이 미세하게 나타났다.
이상의 결과로부터 템퍼링 실시 된 것이 충격인성이 더욱 우수함을 알 수 있다.
이상의 결과로부터 템퍼링이 실시된 재료가 인장강도 값이 크게 증가함을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고속도공구강의 강종 재질은?	고속도공구강은 ① 18-4-1형(W 18%, Cr 4%, V 1%) ② 텡스텐계 + 코발트 ③ 몰리브덴계열 등 여러 가지 강종의 재질이 있으나 이번 실험에 사용된 강종은 몰리브텐 계열의 SKH55이다.
	고속도공구강의 열처리방법에는 어떤 것들이 있는가?	고속도공구강의 열처리는 염욕열처리를 하여 왔으나 오늘날 새로운 진공열처리 기술이 발전하면서 간단히 진공열처리로 처리할 수 있다는 점이 기계 산업계는 물론 열처리 산업계의 큰 관심사였다.
	로크웰경도 시험에서 경도 값이 차이나는 이유는?	3]. 이때 경도 값이 차이나는 이유는 냉각속도 차이에 의한 마르텐사이트 변태분열 차이로 판단된다[Fig. 3].

참고문헌 (8)

日本熱處理技術協會 : 金屬熱處理技術便覽日刊工業新聞社 (2000) 471-473.
特殊鋼ガイド編纂委員會 : 特殊鋼俱樂部 (1977) 150-152.
Harry chandler : Heat Treatter.s Guide. ASM (2001) 639-647.
Compiled by consulting : Tool and Die Failures, ASM (1982) 471-473.
大和久重雄 : ハイスの熱處理ノ一ト (1993) 99-140.
김문일 : 熱處理 가이드 북 工具鋼의 熱處理 (1994) 261-301.
한봉희 : 金屬材料 (2011) 393-434.
洪英煥 : 鋼의 熱處理實務 (1996) 225-257.

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