열처리를 통한 공구강 제작의 중요성

열처리 공정

공구강의 열처리는 최종공구의 가장 중요한 부분중 하나입니다. 적절한 열처리를 하지 않으면 도구의 품질과 기능에 결함이 발생하여 사용할수 없게 될 정도로 저하됩니다. 올바르게 설계된 열처리 공정은 최종 제품인 도구 자체가 설계 및 의도에 따라 기능하고 발표된 모든 성능 사양을 충족하도록 보장합니다. 1분자 변형 과정: 열처리가 왜 중요한지에 대한 기본원리를 이해하는 것이 중요합니다. 열처리 프로토콜중에 공구강이 일반적으로 진행되는 세가지 기본단계 (어닐링, 오스테 나이트 및 마르텐 사이트)가 있습니다. 강철 자체는 탄소와 철을 결합하여 만든 합금입니다. 도구성능 요구사항에 따라 최종 제품에 다른 특성을 부여하기 위해 다른 요소도 혼합에 추가 할수 있습니다. 예를 들어 철에 탄소를 첨가하면 최종 제품인 강철이 더 강해집니다. 크롬이 혼합물에 추가되면 스테인리스 강이라고하는 금속이 철과 같이 산화되지 않으므로 최종 공구 제품을 더 쉽게 세척하고 유지 관리 할 수 ​​있습니다. 분자 변형과정은 최종 제품의 품질과 궁극적인 가치에 매우 중요합니다. 고품질의 귀중한 공구강을 얻으려면 모든 단계와 사이클에서 탁월한 정밀도와 균일성을 갖춘 열처리 공정을 수행해야합니다. 2공구강 미세 구조: 공구강 열처리 공정을 정의하는 단계는 강철 자체의 미세구조를 변경합니다. 현미경으로 관찰 할수있는 열처리는 철, 탄소 및 기타 금속 성분의 원자를 재 배열하여 최종 재료에 특별히 원하는 특성을 부여합니다 다음은 공구강 열처리 공정의 열처리 단계에 대한 설명입니다. 다시 한 번, 공구강이 원하는 단계에 도달하는 속도와 단계 자체의 지속 시간은 열처리 공정의 전반적인 효과와 최종 공구강의 품질에 중요한 영향을 미칩니다. 3어닐링 단계: 열처리전에 공구강은 일반적으로 어닐링된 상태로 공급됩니다. 어닐링은 실제로 공구강의 경도를 감소시켜 작업하기가 더 쉽습니다. 어닐링은 공구강 합금을 특정시간 동안 정확한 온도로 가열해야합니다. 이 가열 및 냉각 프로세스의 정밀도는 열처리 프로세스의 모든 측면에서 일관됩니다. 가열 및 냉각주기의 다양한 기간과 강철이 처리되는 온도는 극도로 정밀하고 면밀하게 제어되어야 합니다. 4오스테나이트 상: 감마상 철이라고도 알려진 오스테나이트는 높은 열이 페라이트의 결정 구조를 변화시키는 미세 원자과정의 결과입니다. 오스테나이트화라고 하는 오스테나이트 생성과정은 전체 열처리 과정의 첫번째 단계입니다. 오스테나이트는 변화된 상태에서 더 많은 탄소를 분자 구조로 흡수 할수 있기 때문에 오스테나이트화가 중요합니다. 추가 열처리 공정과 이러한 공정이 어떻게 수행되는지에 따라 금속은 경도 또는 인장강도 증가와 같은 추가로 원하는 특성을 취합니다. 최종 공구강 제품의 기계적 특성을 변경하고 개선하는것은 변경된강을 사용하는 최종제품을 제조하는데 있어 중요한 단계입니다. 5마르텐 사이트 단계: 엄밀히 말하면 마르텐 사이트는 많은 수의 원자를 대체하지 않는 과정으로부터 비롯되는 결정구조를 가리 킵니다. 대신, 마르텐 사이트는 원자의 원자 구조를 미세하게 조작하여 물질에 다른 속성을 생성하는 무확산 공정을 통해 형성됩니다. 마르텐 사이트를 만드는 과정을 마르텐 사이트 변태라고합니다. 마르텐 사이트 변태는 가열된 강철이 매우 빠르게 냉각될때 발생하여 원자 구조가 천천히 평형 위치로 재배열되는 것을 방지합니다. 마르텐 사이트 변태의 최종 결과는 매우 단단한 강철입니다. 매우 단단하지만 마르텐 사이트 형태의 공구강의 원자 구조로 인해 재료가 매우 잘부서지기 때문에 공구에는 사용할 수 없습니다. 전반적인 열처리 공정의 추가 단계는 이러한 특성을 제거하는 역할을합니다. 6열처리 공구강의 기본 단계: 공구강 열처리 공정에는 예열, 가열(오스테나이트화 유발), 담금질 및 템퍼링의 네가지 기본 단계가 있습니다. 처리되는 공구강과 최종용도에 따라 다른 단계도 공정에 추가할수 있습니다. 처리 온도, 처리 기간 및 처리 빈도 (예:특정 단계를 여러번 수행해야하는 경우)는 모두 처리중인 공구강의 유형과 공구강이 사용될 최종 제품에 따라 달라집니다 7예열: 공구강을 실온에서 원자 구조가 오스테 나이트로 변하는 지점까지 빠르게 가열하면 제품이 크게 저하되거나 완전히 파괴될수 있습니다. 가공중인 공구강의 유형에 따라 이목표 온도는 섭씨 760~1315입니다. 공구강을 어닐링 단계에서 오스테 나이트 단계로 변형하면 강철의 부피가 변경됩니다. 공구강을 이러한 온도로 빠르게 가열하면 열충격이 발생하여 공구강에 균열이 생길수 있습니다. 또한 공구강의 모양과 구성에 따라 급격한 부피변화로 인해 사용할수없는 지점까지 뒤틀릴수 있습니다. 이러한 문제는 공구강을 실온에서 목표 오스테나이트화 지점 바로 아래지점까지 가열하는 철저한 예열 공정으로 방지 할수있습니다. 예열과정의 기간은 공구가 전체적으로 균일하게 가열 될수 있도록 충분해야합니다. 예열과정이 완료되고 공구강이 안정되면 오스테나이트화를 시작할수 있습니다. 8가열 (오스테나이트화): 페라이트에서 오스테나이트로의 변환은 처리되는 합금의 성분함량에 따라 다양한 온도에서 발생합니다. 예를들어 기본 탄소강에서 오스테나이트화는 섭씨 732° 정도에서 발생합니다. 합금이 임계 오스테나이트 화 온도에 도달하면 미세원자구조가 열리므로 이미 존재하는 탄화철에서 더 많은탄소를 흡수할수 있습니다. 이공정은 공정온도와 지속시간 측면에서 정밀하게 제어되는것이 매우 중요합니다. 불완전한 초기 오스테나이트화는 원자 매트릭스에 용해되지 않은 탄화물을 남길수있습니다. 야금 엔지니어는 처리되는 공구강 및 원하는 최종결과와 같은 여러요인을 기반으로 가열에 최적의 시간과 온도를 결정합니다. 예를 들어, 일반적으로 오스테나이트화 온도가 낮을수록 최종 제품의 인성이 증가하고 온도가 높을수록 경도가 높아집니다. 9담금질: 담금질은 뜨거운 오스테나이트를 훨씬 더 단단하고 원하는 최종 상태인 마르텐 사이트 마이크로 원자구조로 빠르게 냉각하는 과정입니다. 가열공정과 마찬가지로 담금질에 사용되는 기간 및 공정방법은 원하는 최종제품을 기반으로 구성됩니다. 마르텐 사이트 구조를 보존하기 위해 빠르게 급냉해야하는 저합금 공구강의 경우 일반적으로 오일이 최상의 결과를 제공하는 매체입니다. 고합금 공구강의 경우 공기냉각이 가장 효과적인 접근 방식입니다. 또한 특정유형의 강철의 경우 물 담금질 프로세스가 권장됩니다. 공구강 경화 공정의 모든 단계와 마찬가지로 담금질은 세심하게 측정, 관리 및 제어되어야합니다. 담금질되는 제품의 구성, 크기 및 모양에 따라 신속한 오일 담금질도 완제품 전체에서 고르지 않을수 있습니다. 이러한 균일성이 부족하면 완성된 모양이 왜곡되거나 균열이 발생할 수 있습니다. 10템퍼링: 템퍼링 공구강은 새로 형성된 마르텐 사이트를 덜 부서지게 만듭니다. 적절한 템퍼링 없이는 마르텐 사이트가 매우 쉽게 깨지거나 심지어 부서질 것입니다. 적절한 템퍼링은 전체 공구강 열처리 공정에서 필수적인 단계입니다. 즉, 적절한 오스테나이트화에 필요한 정밀도는 템퍼링 단계에서 훨씬 덜중요하지만 공구강의 빠른 가열은 피해야합니다. 열강도는 일반적으로 완제품에 필요한 경도에 의해 결정됩니다. 뜨임 온도가 높을수록 제품이 더 단단해집니다. 정확한값 대신 대부분의 합금은 비교적 넓은 범위의 허용 가능한 템퍼링 온도를 가지고 있습니다. 효과적인 템퍼링의 핵심은 인내심입니다. 공구강 및 최종용도에 따라 여러 템퍼링 단계가 필요할 수 있습니다. 템퍼링 단계는 두께 1인치당 약 1시간의 가열을 포함해야하지만 어떤 경우에도 크기에 관계없이 각 단계에 대해 2시간 이상이어야합니다. 재료는 사이클이 반복되기 전에 실내 온도(터치까지 약 75°)까지 냉각해야 합니다. 11기타 단계: 공구강의 조성에 따라 담금질만으로는 오스테나이트를 마르텐 사이트로 완전히 전환하는 데 충분하지 않은 경우가 있습니다. 이결과는 최종 제품이 완전히 단단해지 않고 깨지기 쉬울 수 있습니다. 이 결함을 해결하는 한가지 방법은 공구강을 섭씨 –17.78 ° 미만의 온도로 극저온으로 동결시키는 것입니다. 극저온 동결 처리시 균열의 위험이 있으므로 1차 템퍼링 처리후 급속 동결 사이클을 실시합니다. 12최종 제품에 영향을 미치는 요인: 적절하게 실행된 열처리 공정에서 공구강은 원자구조의 변화로 인해 팽창합니다. 원인은 여러 가지가 있지만 일반적으로 열처리 후 공구강의 팽창은 .002”에서 .0005”사이입니다. 최종 용도에 따라 (예를 들어 공구강의 약간의 확장은 해머보다 메스에서 더 중요합니다) 명목상이지만이 확장을 고려해야합니다. 반면 열처리 공정이 정밀하게 제어되지 않고 공구강의 정확한 구성에 따라 공정이 실제로 재료의 수축을 초래할수 있습니다. 일반적으로 온도(너무 높거나 너무 낮음) 또는 시간(너무 길거나 충분하지 않음)의 부적절한 조절로 인해 오스테나이트가 마르텐 사이트로 완전히 전환되지 않습니다. 재료수축 외에도 이시나리오는 공구강의 다른 기계적특성에 부정적인 영향을 미칠수 있습니다. 일반적으로 수축이 발생하면 극저온 냉각은 변환과정을 완료하고 공구강을 원하는 상태로 되돌립니다.