결정립과 경화능은 공구강의 주요 특성을 결정하는 매우 중요한 부분입니다. 결정립과 경화능에 따라 공구강의 특성이 변하기 때문에 매우 중요한 조건입니다. 결정립과 경화능에 영향을 주는 인자를 알아보도록 하겠습니다.
공구강 결정립에 미치는 온도의 영향
- W, Mo, V 등의 탄화물은 단단할 뿐 아니라 고온에서 내열성이 있어 고용화하기 어려우며, 이 탄화물 입자가 결정립의 성장을 방해합니다.
- 합금 원소가 증가할수록 강의 조립화 온도는 고온측으로 이동하게 됩니다.
- 공구강의 결정립이 미세한 경우는 강의 인성이 커서 퀜칭할 대 균열과 변형을 일으키는 경향을 억제하기 때문에 매우 중요한 요인입니다.
※ Mo 첨가로써 경화능과 인성이 향상 되지만, 오스테나이트의 결정립 크기나 잔류 오스테나이트 양에는 영향을 미치지 않습니다. V는 결정립을 미세화시키지만 0.8% 이상 첨가되면 경화능이 저하됩니다. V는 또한 잔류 오스테나이트 양을 감소시키고 10% 첨가 까지는 인성을 향상 시키는 역할을합니다. W는 고속도강에서 가장 중요한 원소이며 절삭 능력은 W량이 많을수록 향상됩니다. W량이 많으면 복탄화물량과 내마모성이 증가하고 인성이 감소합니다. (내마모성과 인성은 상반되는 성질로서 내마모성이 클수록 인성은 저하하는 경향이 있으므로 공구강의 선택에 있어서 어느 쪽 성질을 어느정도 희생하는 가를 고려하여 재료를 선정해야 함)
※ 합금 공구강 (alloy tool steel)의 대표적인 경화능을 개선한 공구강입니다. 탄소 공구강에 소량의 크롬, 텅스텐, 니켈, 바냐듐의 원소를 첨가한 강이며, 탄소 공구강보다 절삭성이 우수하고 내마멸성과 온도 경도가 높아 450℃ 정도까지는 사용할 수 있습니다.
공구강의 경화능에 미치는 요인
경화능은 퀜칭에 의해서 충분이 내부까지 경화하는 성질은 합금 원소 첨가에 의해 높아지게 되며 아래의 장점과 단점을 얻을 수 있습니다.
- 경화능이 크면 대형 제품에서도 쉽게 열처리가 됩니다.
- 공기 퀜친 등의 서냉각과 오스템퍼링, 마르퀜칭 등의 특수 열처리도 가능해서 퀜칭시 균열과 변형을 방지가 가능합니다.
- Ms점 저하에 따라 급냉 시에 균열이 발생하기 쉽게됩니다. → 특수 열처리 필요
- 퀜칭 후 잔류 호스테나이트 증가 → 퀜칭 온도 저하 (템퍼링에 의한 분해 필요)
| 성분 | 1% 첨가당 Ms점의 변화 (℃) | 1% 첨가당 잔류 오스테나이트량의 변화 (%) |
| C | -300 | +50 |
| 망 | -33 | +20 |
| Cr | -22 | +11 |
| Ni | -17 | +10 |
| Mo | -11 | +9 |
| W | -11 | +8 |
| Si | -11 | +6 |
| Co | +5.5 | -3 |
| Al | +17 | -4 |