조질강, 프리하든강 HPM38의 특징과 용도

프리하든(prehardening)강은 일명 조질강으로 불리우며 사전에 열처리가 실시된 금속 재료를 말합니다. 절삭가공에 적합한 조질강은 금형 등에 많이 이용되고 있지요. 프리하든강은 탄소강 등의 강재에 조질이라는 열처리를 실시한 것으로 조질강이라고 한다고 했는데요.

일반적인 탄소강에서는, 담금질의 온도는 800℃~850℃, 템퍼링의 온도는 420℃ 정도로 행해지는 것에 비해, 조질에서는 템퍼링이 약 500℃ 전후로 행해집니다. 담금질에 의해 생긴 크고 딱딱한 결정을 비교적 고온에서의 템퍼링에 의해 미세화시키기 때문입니다. 이것에 의해, 열처리가 실시된 재료이면서, 절삭 등의 기계 가공이 실시하기 쉬워지게 되는 것입니다. 프리하든강은 대부분의 소재에 있어서 HRC(로크웰 경도)는 40~45 정도가 되어 있습니다

HPM38의 특징과 용도

HPM38은 SUS420J2를 개량한 13Cr계 포함 Mo 스테인리스강입니다. 일본의 히타치금속의 브랜드강으로 주로 금형용 강으로 이용되고 있는데요.

프리하든(경도를 조정하기 위해 미리 열처리가 끝난 상태의 금속 재료를 말한다) 상태에서 출고되므로 절삭가공 후에 별도로 열처리를 할 필요가 없고 비용을 상승시키지 않고 납기 단축이 가능하다고 합니다.

성능적인 측면에서는 SUS420J2 이상의 내식성이 있어, 녹이 벌생생하지 않기 때문에 금형의 보관, 관리의 측면에서 매우 우수하고 또한, 경면(거울면) 마무리가 우수합니다.
플라스틱 성형용 금형 강재에 요구되는 경면성·피가공성·내식성 등 제품이나 수지에 대응하는 특성을 갖추고 있습니다.

 

HPM38은 주로 정밀 플라스틱 성형용 금형 강재로 사용됩니다.
일반적인 SC계의 강재와 같이, 내구성을 향상시키기 위한 절삭 후의 담금질 템퍼링, 또 그 후의 연마 마무리를 실시할 정도까지는 성능을 필요로 하지 않는 경우에 사용됩니다.
중간 정도에 담금질 템퍼 처리가 된 상태로 출하되는 강재이므로, 그대로의 상태로 절삭 가공해 사용할 수가 있습니다.
그 때문에 비용면이 뛰어나 담금질 템퍼 후의 변형이 작고, 치수 변화가 미세하기 때문에, 정밀한 금형에 적합합니다.
투명품 성형형, 난연 수지 성형형, 난연제 첨가 수지용과 HPM38이 사용되는 금형은 다방면에 걸친다.

 

HPM38의 특성(참고데이터)

 

화학성분

C(0.4%),Si(0.4%),Mn(0.4%),Cr(13.5%),Mo(0.6%)

 

경도

프리하던: 29~33HRC
담금질 템퍼링: 50~55HRC

 

열팽창계수

RT~100℃(*10-6/℃):10.4
RT~200℃(*10-6/℃):11.1
RT~300℃(*10-6/℃):11.5
RT~400℃(*10- 6/℃):11.8

 

인장강도

20℃(Mpa):1910
신장(%):13
조리개(%):35
0.2% 내력(Mpa):1620

 

열전도율

20℃(W/(m·K)):22.1
100℃(W/(m·K)):25.5
200℃(W/(m·K)):26.7
300℃(W/(m·K)) :28.5
400℃(W/(m·K)):29.6

 

정리하면 HPM38은 SUS420J2를 개량한 스테인리스강으로 프리하든 상태로 출하되기 때문에 절삭 후에 열처리할 필요가 없고, 비용을 억제해 납기를 단축할 수 있습니다.

 

프리하든강은 대부분이 HRC45 이하 정도의 경도로 조정해, 고경도이면서 피삭성이 좋고, 그대로 기계 가공을 실시할 수 있는 것을 목적으로 한 강재입니다.
조질 완료(열처리 완료) 강재이기 때문에 담금질·템퍼링·연마 마무리가 불필요 합니다.

프리하든강의 큰 특징은 피삭성이 좋고, 열처리 완료라는 점으로 HPM38이나 G-STAR 등 열처리에서의 치수 변화가 적은 특성을 살려, 가공 후에 담금질 템퍼링을 실시하는 것으로 정밀도가 요구되는 부품에서도, HRC50 이상 정도까지 경도를 올릴 수 있습니다.

한편, NAK55나 NAK80등의 시효 경화성의 강종은, 통상의 열처리와 다른 방법으로 경도를 내고 있기 때문에, 담금질 템퍼링을 함으로써 경도를 올릴 수 없습니다. 대신에 질화 처리를 실시하는 것으로, 가공 후에 표면의 경도를 향상시킬 수 있습니다.

녹이 쉽게 발생하지 않기 때문에 보관, 관리 면에서 뛰어나 금형 등에 사용됩니다.

프리하든강은 열처리가 끝난 상태이기 때문에, 담금질·템퍼링·연마 마무리가 불필요한, 가공을 실시하기 쉽도록 개발된 강재입니다. HPM38이나 G-STAR와 같이 가공 후에 담금질 템퍼링을 실시함으로써 경도를 올릴 수 있는 종류도 있습니다.

 

프리하든강의 재료가 되는 강재

프리하든강에는 주로 3종류의 강이 사용되는데 탄소강(SC계)과 합금강(SCM계) 외에 스테인리스(SUS계)가 있습니다. 열처리가 실시되고 있지만 기본적인 성질은, 강철의 성질을 참고로 하면 좋을 것입니다. 따라서 대략적인 경향으로 SC계의 프리하든강보다는 SUS계의 프리하든강이 더 단단해집니다.

 

프리하든강의 용도

주로 단조형이나 플라스틱 성형용 금형으로서 사용되고 있습니다.
다음 세 가지 경우에는 SC 계통의 강재에 대한 대안강으로 사용할 수 있습니다.

1. 요구 경도가 중간 정도라도 충분한 경우
2. 담금질 템퍼링, 그 후의 연마 마무리를 생략해 코스트의 감소나 납기의 단축을 목적으로 하는 경우
3. 열처리에 의한 변형·치수 변화를 최소한으로 하고 싶은 정밀 부품의 경우

대표적인 프리하든강의 종류와 물성

명칭	경도	특성
NAK55	HRC37~43	경면 마무리성, 시보 가공성, 용접성, 피삭성
NAK80	HRC37~43	경면 마무리성, 내마모성, 피삭성, 용접성, 시보 가공성
HPM1	HRC37~41	피삭성
HPM38	HRC29～33	경면 마무리성, 내식성, 저열처리 변치수, 추가 열처리 가능
PX5	HRC30~33	경면 마무리성, 시보 가공성, 피삭성, 방전 가공성
G-STAR	HRC33~37	내식성, 추가 열처리 가능
S-STAR	HRC31~34	경면 마무리성, 내식성, 저열처리 변치수, 시보 가공성, EDM성
STAVAX(H)	HRC27～35	경면 마무리, 내식성, 내마모성, 피삭성
GO40F	HRC36~40	저가공 왜성, 피삭성
DH2F	HRC37~41	내용손성, 피삭성

 

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