4Cr5 Mo2V는일반적으로사용되는다이캐스팅금형강입니다. 알루미늄합금을다이캐스팅하는과정에서용융알루미늄의침식및 접착으로인해금형은열 피로및 열용융손실과같은열 손상을입어경도가감소하고조기고장까지발생할수 있습니다.
니켈또는건조가알루미늄합금다이캐스팅금형의열 손상저항성을향상시킬수 있는지연구하기위해 1% Ni와 1% Co(질량분율)를포함하는 4Cr5 Mo2V 강철및 4Cr5Mo2V 강철테스트블록을제조하고담금질및 템퍼링후 인레이드했습니다. 다이캐스팅금형의고정금형에서 800℃ 온도의 ADC12 알루미늄합금을 200~1, 000회다이캐스팅하고테스트블록의거시적형태와표면경도를조사했습니다.
결과는알루미늄합금을 1, 000 회다이캐스팅한 후 4Cr5Mo2V 강철테스트블록이알루미늄에가장심하게부착되어그물과같은균열이거의발생하지않았으며, Ni-함유강철테스트블록은알루미늄에약간부착되었고 Co 함유강철테스트블록은알루미늄에가장적게부착되어 1% Co 4Cr5Mo2V 강철의함량이다이캐스트알루미늄합금에대한열 손상저항성이가장우수하다는것을나타냅니다. 또한알루미늄합금다이캐스팅전 경도와비교하여 1, 000회다이캐스팅후 4Cr5Mo2V 강철, 니켈함유및 건식함유 4Cr5Mo2V 강철시편의표면경도는 2. 8, 1. 8 및 1. 4 HRC, 즉다중다이캐스팅알루미늄합금의경도가 2. 8 % 감소했습니다. 니켈함유및 건식 4Cr5Mo2V 강철의표면경도에대한악영향은 4Cr5Mo2V 강철보다적으며, 이는금형의알루미늄액체내식성을개선하고금형을열 손상에덜 민감하게만드는데 도움이되는 Co 및 Ni의고용체강화효과와관련이있습니다.
알루미늄합금다이캐스팅은복잡한고온및 고압공정입니다. 알루미늄합금다이캐스팅금형의열 손상(열피로및 열손실포함) 성능에영향을미치는요인은여러가지가있습니다. 그중에서도열간가공다이강의구성이특히중요합니다.
정상적인상황에서는균열및 소성변형으로인한다이캐스팅다이의고장을피할수 있습니다. 금형균열은일반적으로우발적인기계적과부하또는열 과부하로인해발생하며, 이로인해심각한응력집중이발생합니다. 다이캐스팅금형의조기열 피로균열및 용접손실(표면열 손상)이주요고장모드이며, 이두 가지가서로영향을미치는경우가많습니다. 4Cr5Mo2V 강철은내마모성과소성변형저항성이우수하여널리사용되는열간가공다이강입니다. 드릴과니켈은일반적으로사용되는합금원소로강철의강도와경도를효과적으로높일수 있으며열 손상에저항하는데 일정한영향을미칩니다. 따라서 1% Ni와 1% Co(질량분율, 아래동일)를함유한 4Cr5Mo2V 강철, 4Cr5Mo2V를연구합니다. 용융알루미늄손상에대한강철의저항성은실제생산을안내하는데 큰의미가있습니다.
그러나입 전다이캐스팅다이강의열 손상을연구하는대부분의방법은가열및 냉각을시뮬레이션하는것입니다. 다이강샘플은용융알루미늄과직접접촉하지않으며다이강샘플의직접유도가열과같은용융알루미늄의정련효과를포함하지않습니다. -A. 이논문에서는 ADC12 알루미늄합금의다이캐스팅테스트를수행하기위해 3 성분금형강철테스트블록을준비하고다이캐스팅금형에내장했습니다. 용융알루미늄의손상성능.
1. 테스트재료및 방법
1. 1 시험재료
4Cr5Mo2V 강철, 1% Ni를함유한 4Cr5Mo2V 강철(이하 4Cr5Mo2V + Ni 강철) 및 1% Co를함유한 4Cr5 Mo2V 강철(이하 4Cr5Mo2V + Co 강철)의화학성분은표 1에나와있습니다. 알루미늄합금의화학적조성은표 2에나와있으며, 테스트는 ADC12로주조했습니다.
1. 2 테스트방법
어닐링된 4Cr5Mo2V 강철, 4Cr5Mo2V + Ni 강철및 4Cr5Mo2V + Co 강철은그림 1과같이테스트블록으로가공되었습니다. 진공담금질후 약 47 HRC의경도로두 번템퍼링하고미세하게연마하여산화물스케일을제거했습니다.
테스트블록의그룹번호는고정금형의홈에내장되어있으며, 그림 2와같이다이캐스트알루미늄합금의캐비티는이동식금형에설정되어있습니다. ADC12 알루미늄합금시트의다이캐스팅테스트에는 500t 수평저온챔버다이캐스팅기계와자체설계된금형이사용되었으며알루미늄합금은재사용되었습니다. 용융알루미늄의온도는테스트를가속화하기위해 800°C로더 높습니다(일반적으로 ADC12 알루미늄합금의다이캐스팅온도는 (650120)°C입니다). 용융알루미늄의온도가 800℃로 Fe-A1 금속간 화합물의융점에도달하지않기때문에결과화합물은용융알루미늄에서떨어진후 불순물로존재하게됩니다. 용융알루미늄을반복적으로사용하면불순물이증가하고알루미늄이강화됩니다. 액체의정련효과로인해테스트가가속화됩니다.
다이캐스팅테스트후 실체현미경을사용하여테스트블록표면의알루미늄접착현상을관찰하고, 초심도현미경을사용하여알루미늄접착정도와테스트블록표면에균열이있는지여부를추가로관찰했습니다.
2. 테스트결과및 분석
2. 1 테스트블록의표면형태
2. 1. 1 표면접착알루미늄
그림 3은다이캐스팅을하지않은상태와 600회, 1000회다이캐스팅후의세 가지강철테스트블록의표면형태를보여줍니다. 그림 3(b, e, h)에서 600회다이캐스팅후 4Cr5Mo2V 강철테스트블록의알루미늄고착이가장심각하다는것을알 수있습니다.
4Cr5Mo2V + Co 강철테스트블록은알루미늄에가장적게달라붙습니다. 그림 3(c, f, i)은세 개의테스트블록표면의알루미늄접착력이 1, 000회다이캐스팅후 증가했음을보여줍니다. 4Cr5Mo2V 강철테스트블록의표면은알루미늄접착이뚜렷한반면, 다른두 테스트블록은알루미늄접착이미미합니다. 4Cr5Mo2V + Co 강철테스트알루미늄덩어리가가장적고균일하여다이아몬드함유 4Cr5Mo2V 강철이액체알루미늄손상에대한저항성이가장우수하고 4Cr5Mo2V 강철이가장나쁘다는것을나타냅니다. 드릴및 니켈원소를첨가하면다이스틸 9-10의고온경도를안정화하는데 도움이되며용융알루미늄과반복적으로접촉하는동안표면이 "연화"되기쉽지않으므로액체알루미늄내식성이더 좋고알루미늄접착력이미미합니다. 다이캐스팅테스트중에용융알루미늄이캐비티로들어가테스트블록과접촉하고테스트블록의고르지않은구조, 가공결함영역및 기타국소영역이알루미늄에약간달라붙습니다. 알루미늄결합영역의알루미늄은강철과반응하여 Fe를형성합니다. } 고압알루미늄액체의정련으로인해부서지고벗겨져금형표면에구덩이가생기고알루미늄액체의정련으로인해더 심각한알루미늄결합이발생하는 Al 취성중간화합물.
2. 1. 2 표면균열
그림 4는 1, 000회다이캐스팅후 4Cr5Mo2V 강철, 4Cr5Mo2V + Ni 강철및 4Cr5Mo2V + Co 강철시편의초심도전계모폴로지를보여줍니다. 그림 4(a)에서 4 Cry Mot V 강철테스트블록의표면에거의그물모양으로분포된소수의미세균열이있음을알 수있습니다. 부착된알루미늄과용융된알루미늄은강철과반응하여 Fe를형성합니다. } Al 화합물을형성합니다. Fe의열팽창계수. } Al의열팽창계수는매트릭스의그것과다르기때문에부착된알루미늄과 Fe에매우적은양의미세균열이발생합니다. } Al 및화합물에미세균열이생깁니다. 용융알루미늄의세정효과로인해미세균열이전파되고용융알루미늄이균열내부로침투하여매트릭스와추가로반응하여 Fe 2 Al 화합물을형성합니다. 이후반복되는다이캐스팅공정에서 Fe. } Al 화합물이테스트블록표면에서벗겨져구덩이를형성합니다. 산세및 초음파세척후 테스트블록의표면은그물모양의알루미늄액체세정특성과유사하게나타났습니다. 그림 4 (b, c)는 4Cr5Mo2V + Co 강철및 4Cr5Mo2V + Ni 강철테스트블록에균열이없음을나타내며, 1% 드릴또는몰리브덴을첨가하면알루미늄의표면접착력을줄일수 있을뿐만아니라금형의균열경향을줄이고알루미늄저항액체손상성능을향상시킬수 있음을나타냅니다. 니켈및 다이아몬드비 카바이드성형요소를추가하면금형의고온경도를향상시킬수 있으며다이아몬드는템퍼링공정중에몰리브덴카바이드의분산및 침전을촉진하고침전경화효과 'z-}'를향상시킬수 있습니다. 3. Ling Qian 등의연구에따르면다이캐스팅다이강에오스테나이트안정화요소를추가하면응력집중을줄일수 있습니다. 드릴과니켈은모두오스테나이트영역을확장하는요소이므로 4Cr5Mo2V + Ni 강철및 4Cr5Mo2V + Co 강철다이캐스팅금형표면은균열이생기지않습니다.
실제다이캐스팅공정에서용융된알루미늄은금형에매우강합니다. Fe-A1 상다이어그램에따르면강철과용융알루미늄의반응에의해형성된 Fe-Al 금속간 화합물은주로 FeAlz, Fez A15, FeA13 등이며, 이는부서지기쉽습니다. 등이며부서지기쉽습니다. 알루미늄합금의 Al이풍부한상은매트릭스에서떨어져나와용융알루미늄의세정아래용융알루미늄으로들어가금형표면에구덩이를남깁니다. 알루미늄합금의일부와금형구덩이의조합은상대적으로강하고떨어지지않으며 Fe A1 화합물을추가로형성합니다. 알루미늄, Fe. } Al 및화합물이부착되면냉각중에미세균열이발생하기쉽습니다. 다이캐스팅시트에는액체알루미늄이적기때문에더 빨리응고되고금형과액체알루미늄사이의반응이느립니다. 따라서테스트블록의표면은 Fe와 Al의반응으로인해구덩이가적고알루미늄액체의침식으로인해더 끈적끈적한알루미늄이생성됩니다.
2. 2 표면경도
표 3은다이캐스팅시간이다른세 가지다이스틸테스트블록의표면경도의평균값입니다. 표 3의데이터는세 종류의테스트블록의표면경도가모두약간감소하는것을보여줍니다. 다이캐스팅금형의수가증가함에따라테스트블록의템퍼링이반복되는것과같으므로경도가감소합니다. 1, 000 회다이캐스팅후 4Cr5Mo2V + Co 강철테스트블록의경도는 1. 4 HRC로가장작은감소를보였으며 4Cr5Mo2V 강철테스트블록의감소가가장두드러졌습니다.
분명히 2. 8 HRC만큼떨어졌습니다. 4Cr5Mo2V + Ni 강철테스트블록의표면경도는 1. 8 HRC만큼떨어졌습니다. 안정적인금형경도는알루미늄고착을줄이는데 유리하며, 즉다이캐스팅열 손상에저항하는데 유리합니다.
금형강을장시간템퍼링하면마르텐사이트가분해되고이차탄화물이더 거칠어져표면경도가감소합니다. 드릴과니켈은모두비 탄화물성형요소로, 강철고용체를 '5 ~'8로강화하기위해 Fe 원자를대체할 수있으므로금형이더 높은고온강도를가지며반복적인 급속가열및 냉각후에도더 높은경도를유지합니다. 중국다이캐스팅협회는담금질및 템퍼링된 Cr-Mo-V-Ni 강철의원소분포를연구한 결과템퍼링과정에서 Ni 원소가탄화물주위에농축되어탄화물주변의페라이트의탄소원자를방해하여탄화물의지속적인확산은탄화물거칠기의활성화에너지를증가시키고탄화물의성장을방해하여니켈함유 4Cr5Mo2V 강철의경도저하를줄이고용융알루미늄손상에대한내성을향상시키는것을발견했습니다.
중국다이캐스팅협회는니켈 1%와니켈이없는다이강의열 안정성및 미세구조변화를연구했으며, 열안정성테스트의후반단계에서니켈이다이강의경도를늦추어강철의열 안정성을향상시키는것을발견했습니다. 드릴링은오스테나이트상 영역을확장하는요소입니다. 4Cr5Mo2V 강철에드릴을추가하면오스테나이트화과정에서탄화물의용해를촉진하고오스테나이트의탄소함량을증가시키며오스테나이트의안정성을증가시켜유지된오스테나이트의인장량과마르텐사이트의경도를높일수 있으며드릴은또한템퍼링과정에서탄화몰리브덴의분산및 침전을촉진하고침전경화효과 z\'-1을향상시킬수 있습니다.
매트릭스에대한니켈및 드릴의강화효과는용융알루미늄을반복적으로세정한 후에도다이스틸테스트블록이여전히더 높은표면경도를가지므로침식에더 강하여용융알루미늄의손상에대한테스트블록의저항력을향상시키는데 도움이됩니다. 테스트블록의표면경도와알루미늄접착정도도표시됩니다(그림 3, 표 3 참조): 드릴링된 4Cr5 Mo2V 강철테스트블록은 1, 000 회다이캐스팅후 표면피트와알루미늄접착력이가장적습니다. 즉, 알루미늄액체손상에대한저항력이가장좋습니다. 따라서강철에 1% Co를첨가하는강화효과는 1% Ni를첨가하는것보다크며, 둘다 다이강철의알루미늄손상방지성능을향상시키는데 도움이됩니다.
