진공열처리 공정

진공열처리란?

 

진공열처리는 금형 부품을 진공열처리 장비에 넣어 가열, 단열, 냉각하는 공정을 말합니다. 이는 현재의 첨단 금형 열처리 기술 중 하나입니다. 금형의 품질 요구 사항이 점점 더 높아짐에 따라 일반적인 열처리가 기술 요구 사항을 충족하기가 어렵습니다. 금형을 진공 열처리한 후에는 표면이 산화되거나 탈탄되지 않고 담금질 변형이 작고 표면 경도가 균일하며 성능이 향상되고 금형의 수명이 일반적으로 늘어납니다. , 일반적으로 30% 이상 증가할 수 있습니다. 게다가,진공 열처리가공여유(연마 또는 연마)를 1/3~1/2로 줄여 생산효율을 높이고 금형제조비용을 절감할 수 있습니다. 진공 열처리는 안정적인 치수와 성능이 요구되는 고정밀 금형에 특히 적합합니다. 금형 진공 열처리 기술에는 진공 담금질, 진공 템퍼링, 진공 침탄, 진공 질화, 진공 금속 침투 등이 포함됩니다. 그림 1은 금형 진공 열처리 장비를 나타내고 그림 2는 금형 사진을 보여줍니다.

 

그림 1 금형 진공 열처리 장비

 

진공 열처리 공정 매개변수

 

(1) 진공도

진공도는 금형 표면의 거칠기에 직접적인 영향을 미치므로 표면 품질과 성능에 영향을 미칩니다. 금형 표면에서 합금 원소의 휘발을 방지하려면 합리적인 진공도를 선택해야 합니다. 합금강 금형을 진공 가열하는 동안 진공도와 가열 온도 사이의 대응 관계가 표에 나와 있습니다. 1.

 

표 1 진공도와 가열 온도의 대응

가열온도/정도	900도 이하	1000~1100도	1100~1300도
진공도/Pa	0.133 이상	1.33~13.3	1100~1300도

 

 

(2) 예열온도

진공열처리의 가열온도가 1000~1100도일 경우 예열은 800~850도에서 이루어지며; 가열 온도가 1200도를 초과하면 단순한 모양의 금형을 850도에서 예열할 수 있고 더 크거나 복잡한 금형을 850도에서 예열할 수 있습니다. 그런 다음 예열은 500~600도와 800~850도에서 두 번 실시해야 합니다.

 

(3) 절연

1) 가열 온도. 진공 담금질을 위한 가열 온도는 일반적으로 염욕로 및 공기로의 하한입니다. 진공 템퍼링, 진공 어닐링, 진공 용액 처리 및 진공 시효의 가열 온도는 일반적으로 기존 열처리의 가열 온도와 동일합니다.

 

시간을 유지합니다. 정상적인 상황에서 진공 가열 시간은 염욕로의 6배, 공기로의 2배입니다. 실험식은 τ=KB + T이며, 여기서 τ는 가열 유지 시간(min), K는 유지 시간 계수(min/mm), B는 금형의 유효 두께(mm), T는 시간 여유(또는 고정 시간)(분)입니다.

강철	유지 시간 계수 K/분·mm-1	시간 여유 T/분	주목
비합금 공구강	1.9	5~10	560도에서 1회 예열
저합금 공구강	2.0	10~20	560도에서 1회 예열
고합금 공구강	0.48	20~40	560도에서 한 번, 800도에서 한 번 예열
고속도강	0.33	15~25	560도에서 한 번, 800도에서 한 번 예열

2. 금형의 진공 담금질

 

(1) 예열

저합금강(40Cr, 60Si2Mn 등)과 중합금강(CrWMn, 9CrSi, 5CrNiMo 등)을 2단계 가열(예: 650도 예열 → 850도 담금질 가열)으로 선택할 수 있습니다. 고합금강(H13, Cr12MoV 등)을 선택할 수 있습니다. 3단계 가열(예: 650도 예열 → 850도 예열 → 1030도 담금질 가열)

 

(2) 가열 및 유지 시간의 선택

유지 시간은 일정량의 탄화물이 완전히 용해되도록 보장하고, 오스테나이트의 합금 함량을 증가시키며, 2차 경화 최고 온도에서 템퍼링하는 동안 확실한 경도 회복을 보장해야 하지만 과열을 일으키거나 영향을 주어서는 안 됩니다. 금형의 품질.

 

(3) 냉각방식

금형강의 진공 담금질은 오일 담금질, 가스 담금질, 물 담금질, 질산염 염 담금질 등을 사용할 수 있습니다. 모든 합금 금형강은 진공 오일 담금질을 통해 밝은 표면과 합리적인 성능을 얻을 수 있습니다. 공랭식 담금질에 비해 오일 냉각 속도가 빨라 높은 인성과 강도를 쉽게 얻을 수 있습니다. 공냉식 담금질은 더 작은 담금질 왜곡을 달성할 수 있습니다.

 

진공 담금질 냉각 방법은 금형의 모양, 재질, 크기, 기술적 요구 사항 등에 따라 선택해야 합니다. 자세한 내용은 표 3을 참조하세요.

 

표 3 진공 담금질 냉각 방법 선택

냉각 방식	사용 범위
진공 오일 담금질	특수 진공 오일 담금질을 사용하여 합금 공구강, 고탄소 고크롬 합금강, 고속 공구강 및 기타 금형강에 적합합니다. 진공 오일 담금질은 특히 높은 강도와 ​​인성을 요구하는 금형에 적합합니다.
공냉식	금형 변형을 줄이고 공정 주기를 단축하며 깨끗한 열처리 생산을 달성하기 위해 공냉식 담금질이 국제적으로 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 냉각 속도 요구사항: H13(4Cr5MoSiV1) 강철 28도/분 이상, Cr12MoV 강철 17도/분 이상 1) 0.2MPa 진공 공기 담금질: 즉, 저압 진공 공기 담금질. 최대 N2 담금질 냉각 압력은 0.2MPa이며 N2 순도는 99.95%(부피 분율) 이상입니다. 일반적으로 높은 냉각속도를 필요로 하지 않는 고속도 공구강, 냉간강에 사용됩니다. 열간 금형강 2) 0.6MPa 고압 가스 담금질: N2 담금질 압력은 0.6MPa입니다. 일반적으로 고속 공구강, 고탄소 고크롬 합금강 및 금형 제작용 일부 합금 공구강의 담금질에 사용됩니다. 3) 1MPa 이상의 초고압 가스 담금질: 일반적으로 모든 고속도강, 열간 금형강, 냉간 금형강, Cr13 강 및 일부 오일 담금질 합금강에 사용됩니다. 대형 및 중형 금형의 담금질에도 적합합니다.
진공 물 담금질	비철금속, 내열합금, 티타늄합금, 탄소강 등의 담금질 및 냉각에 사용됩니다.
진공 질산염 담금질	금형 분류 또는 등온 담금질에 질산염을 사용하면 금형 변형을 줄이고 균열을 방지하며 고강도 구조용 강철의 탈탄을 방지할 수 있습니다. 정적 질산염 염욕의 총 냉각 용량은 오일의 냉각 용량과 동일합니다. 저어주면 소금목욕의 효과가 향상될 수 있습니다. 냉각 용량, 일반 작동 온도는 160~280도 범위 내에서 제어됩니다.

예: H13(4Cr5MoSiV1) 강철 초대형 알루미늄 합금 다이캐스팅 금형(5t)을 Ipsen의 Super Turbo를 사용하여 담금질합니다.진공로가열 온도는 1000도입니다. 충분히 단열시킨 후 1.5MPa 질소로 담금질 및 냉각하고 400도에서 냉각을 멈춘다. 금형 변형을 줄이고 균열을 방지하기 위한 등온 유지 단계.

 

마지막으로, 우수한 기계적 특성과 최소의 담금질 변형이 얻어졌습니다. 구체적인 검사 결과는 표 4와 같다.

표 4 진공 공기 담금질 후 H13 강철 금형의 결과

프로젝트	표면	마음
미세구조	작은	미세함(담금질된 상태)
입자 크기/등급	10~11	9
인장강도 Rm/MPa	1287	1264
항복강도 ReL/MPa	1044	1019
파손 A 후 신장률(%)	19.5	17.8
단면수축 Z(%)	52.8	49.1
충격 흡수 에너지/J	262,282,279	221,239,238

(4) 진공 템퍼링

템퍼링을 위해 진공로(예: WZH 시리즈 단일 챔버 정압 템퍼링로)를 사용하는 장점: 정확하고 균일한 온도 제어; 가열 및 보온 단계에서 산화가 발생하지 않도록 보장합니다. 로로 천천히 냉각하거나 팽창시켜 빠르게 냉각할 수 있습니다. 냉각 공정에는 고순도 N2 또는 고순도 N2와 기타 환원 가스(예: H2)의 혼합물을 채워 냉각 중에 산화나 착색이 발생하지 않도록 할 수 있습니다.

 

템퍼링 가열 속도는 0.8min/mm이며, 코어는 최소 2시간 동안 따뜻하게 유지됩니다. 템퍼링 온도는 경도 요구 사항에 따라 다릅니다. 1차, 2차 뜨임은 필수이며, 기술적 요구사항 및 최종 경도에 따라 3차 뜨임은 생략될 수 있습니다.

 

3. 금형의 진공 어닐링

금형(모듈)을 진공 어닐링하면 산화 및 탈탄 없이 쉽게 열처리가 이루어질 수 있어 금형의 표면 품질 및 생산 효율이 향상되고 공정 사이클이 단축되며 금형 표면이 밝아지고 미세 조직이 균일해집니다. .

(1) 일반적인 진공 어닐링 공정

그림 3은 H13(4Cr5MoSiV1) 강철 모듈의 일반적인 진공 어닐링 공정이다. 금형 어닐링은 진공로(예: WZT 시리즈 단일 챔버 진공로, 최고 진공도 0.1Pa)를 사용하고 모듈은 6{{의 속도로 870도까지 천천히 가열됩니다. 14}}도/h. 유지 시간(2~4h)은 모듈의 유효 크기에 따라 결정됩니다. 예열 후에도 0.8min/mm로 유지가 가능합니다. 보온단계의 압력은 0.1~10Pa로 조절됩니다. 냉각 중에는 진공 상태에서 노 냉각을 수행할 수 있습니다. 온도가 500도보다 낮을 때 1×105Pa 고순도 N2 또는 고순도 N2와 기타 환원 가스(예: H2)의 혼합물을 냉각용으로 채워 모듈 표면이 산화되지 않고 비산화되도록 할 수 있습니다. -채색. 어닐링된 모듈의 경도는<235HBW, and the structure is pearlite + uniformly distributed granular carbides.

 

진공 고압 가스 담금질로의 주요 데이터 매개 변수
모델	평균 온도대 크기	최대 온도	궁극의 압력	압력 상승률	온도 균일성	적재량
RVSQ-224	250×250×400	1300	4×10-1	0.5	±5	50
RVSQ-335	300×300×500	1300	4×10-1	0.5	±5	100
RVSQ-446	400×450×600	1300	4×10-1	0.5	±5	200
RVSQ-558	500×500×800	1300	4×10-1	0.5	±5	300
RVSQ-669	600×600×900	1300	4×10-1	0.5	±5	500
RVSQ-7710	700×700×1000	1300	4×10-1	0.5	±5	800
RVSQ-8812	800×800×1200	1300	4×10-1	0.5	±5	1200
RVSQ-70×11	Φ700×1100	1300	4×10-1	0.5	±5	800

 

그림 3 H13 강철 진공 어닐링 공정

 

(2) H13 금형강 등온 어닐링 공정

진공로 압력은 0.1~10Pa, 200도/h 이하에서 천천히 875~890도까지 상승하고 2~4시간 동안 유지한 후 710~740도까지 빠르게 냉각하여 유지합니다. 3~4시간 동안 방치 후 고순도 질소를 사용하여 100도 이하로 냉각 후 배출합니다.

 

(3) Cr12MoV 금형강 등온소둔 공정

진공로 압력은 0.1~10Pa, 200도/h 이하에서 천천히 830~870도까지 상승하고 2~4시간 동안 유지한 후 720~740도까지 빠르게 냉각하여 유지합니다. 3~4시간 동안 방치한 후 고순도 N2를 사용하여 100도 이하로 냉각 후 배출한다.

 

4. 금형의 진공침탄

진공 침탄은 금형을 오스테나이트화 상태로 가열하는 것입니다.진공로, 침탄분위기에서 침탄시킨 후 확산시켜 담금질한다. 금형을 진공 상태에서 가열하기 때문에 금형 표면이 매우 매끄러워 표면 품질 요구 사항이 높은 금형의 침탄 처리에 적합합니다.

 

예: 65Nb(65Cr4W3Mo2VNb) 강철 테이크업 커넥팅 로드용 압출 다이의 진공 침탄.

 

(1) 침탄 매체(부피 분율): 70% CH4 + 30% H2. H2는 희석 가스로 사용되며 CH4(메탄)은 침탄 가스로 사용됩니다. 침탄 장비는 내부 가열식 소형 진공 침탄로입니다. 금형 진공 침탄 공정은 그림 4에 나와 있습니다.

서비스 수명. 진공침탄 열처리 후 65Nb강 금형의 수명은 침탄을 하지 않은 금형에 비해 2.5배, Cr12MoV강 금형(기존 열처리)에 비해 7.5배 길다.

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