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과공석강의 열처리(Heat treatment techniques in field work : Heat treatment of hyper-eutectoid steels)

전문가 제언: □ 과공석강 (0.77%C<이상)은 오스테나이트 고용체 단상영역에서 서서히 냉각하면 A㎝선에서 Fe3C (시멘타이트)가 석출되고 온도가 계속 내려가면 Fe3C의 석출이 계속되며 A1변태선 (727℃)에서 오스테나이트 고용체가 공석변태를 일으켜서 펄라이트와 Fe3C가 혼합한 조직을 갖는다. 이와 같은 과공석강에 합금원소를 첨가하여 고온에서 가동하는 프레스 금형, 다이캐스팅용 금형, 압출다이스 등에 활용하기 위해서는 고온강도와 고온인성, 가공성, 고온내식성 등과 같은 품질특성을 확보를 위해 담금질, 템퍼링 등과 같은 열처리를 실시한다.

□ 금형재료는 내마모성과 충격인성, 담금질 경화능이 우수하고 기계가공성이 양호해야 한다. 냉간 단조용 합금강은 실온 근방에서 사용되고 높은 경도와 내마모성, 변형 저항이 요구되므로 C, Cr, Mo, W 등의 합금성분이 낮은 재료는 열처리에 의한 경화조직에 의해 강도가 증가하고 C와 합금성분이 많은 재료는 정도가 매우 높은 복합탄화물 조직에 의해 분쇄강도가 커지게 된다. 오일강화(oil-hardening) 재료는 기계가공성이 좋고 변형저항이 크며 가격이 저렴하여 많이 사용되고 있다. 공기강화(air-hardening)재료는 담금질성이 향상되고 변형저항과 내마모성이 높아 포밍(forming) 다이와 트리밍(trimming) 다이에 많이 사용된다. 고탄소·고Cr재료는 내마모성이 뛰어나고 경화과정에서 치수 변화가 거의 없어 정밀한 제품에 많이 사용된다. 열간 단조용 합금강은 고온에서 사용되므로 고온경도가 높고 내마모성이 우수하며 열적변형과 충격성이 높아야 하므로 Cr, Mo, W 등과 같은 합금원소가 최소 5%이상이 되어야 한다. 모든 열간 금형은 반복되는 고온작업과 급속냉각에 의해 열충격 균열이 금형 표면에 발생하는 열체킹(heat checking)이 일어나므로, 이것을 막기 위해서는 Cr, Si 등의 합금성분을 높여야 하는데 이 성분들이 증가할수록 고온경화에 대한 저항성이 약화된다. 따라서 열간 단조용 합금은 적절한 열처리를 실시하여 취약한 잔류 오스테나이트와 언템퍼드(untempered) 마르텐사이트를 최소로 줄여 고온인성을 높일 수 있도록 열처리 조건을 선정하는 것이 중요하다.

저자: FUJISAWA Shoichi
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