공구강: 등급, 속성 및 응용

공구강은 현대 제조의 핵심입니다, 정밀도와 내구성이 요구되는 곳.

가혹한 제조 및 산업 공정을 견딜 수 있도록 설계된 특수강입니다..

뛰어난 경도로 유명, 내마모성, 그리고 힘, 공구강은 다양한 산업 분야에서 매우 중요합니다., 자동차, 항공우주부터 전자제품, 소비재까지.

이 기사에서는 공구강의 유형에 대해 설명합니다., 속성, 및 애플리케이션, 귀하의 요구에 맞는 등급을 선택할 때 고려해야 할 요소와 중요성에 대한 통찰력을 제공합니다..

1. 공구강이란??

공구강은 탄소강 및 합금강의 특수 범주입니다., 도구 제조를 위해 특별히 설계되었습니다.. 이 제품의 독특한 점은 다음과 같습니다.:

• 탄소 공구강의 근간이다, 경도와 강도에 기여. 일반적으로, 공구강에는 다음이 포함됩니다. 0.7% 에게 1.5% 탄소.
• 합금 원소 크롬처럼, 텅스텐, 몰리브덴, 특정 특성을 강화하기 위해 바나듐이 첨가되었습니다.:

• • 크롬 강화 가능성을 높입니다, 내마모성, 및 내식성. 예를 들어, D2와 같은 강철은 최대 12% 크롬.
  • 텅스텐과 몰리브덴 인성 및 내열성 강화, 고속 및 열간 작업 응용 분야에 매우 중요합니다.. M2 강철, 일반적인 고속도강, 주변에 있어요 6% 텅스텐.
  • 바나듐 단단한 탄화물을 형성합니다, 내마모성 향상. AISI A11, 예를 들어, 포함 1.5% 바나듐.

공구강의 역사는 내구성이 뛰어난 공구에 대한 요구로 인해 고속도강이 개발된 19세기 후반으로 거슬러 올라갑니다..

시간이 지남에 따라, 공구강의 진화로 다양한 등급이 도입되었습니다., 각각은 특정 애플리케이션에 맞게 조정되었습니다.:

• W1, W2 (수경화강): 단순한, 기본 도구를 위한 저렴한 옵션, 종종 함유 0.90-1.40% 탄소.
• A2, D2, O1 (냉간강): 공구가 뜨거워지지 않는 용도로 설계됨, A2는 높은 내마모성을 제공합니다. 5% 크롬 함량.
• H13, H19 (열간강): 최대 1200°F의 온도를 견딜 수 있습니다., H13 함유 5% 크롬과 1.5% 몰리브덴.

2. 공구강의 종류

공구강은 다양한 종류의 철강입니다., 각 유형은 합금 원소와 열처리의 고유한 조합을 통해 특정 산업 요구 사항을 충족하도록 제작되었습니다..

다양한 유형에 대한 자세한 탐색은 다음과 같습니다.:

비교표: 공구강 종류

유형	주요 특징	응용
W형 (수경화)	비용 효율적, 고경도	수공구, 목공 도구
차가운 일 (영형, 에이, 디)	높은 내마모성, 치수 안정성	스탬핑 다이, 트리밍 도구, 슬리팅 나이프
S형 (충격 방지)	높은 인성, 충격 저항	끌리기, 착암기 비트, 펀치
H형 (뜨거운 일)	열 피로 저항, 고강도	다이캐스팅 금형, 열간 단조 도구
HSS (중, 티)	내열성, 높은 절단 속도	훈련, 엔드밀, 정밀 절단 도구
특수 목적	특정 작업에 맞게 조정됨	플라스틱 금형, 틈새 산업 도구

3. 공구강의 성질

공구강의 특성은 제조 및 공구 제작 분야에서 없어서는 안 될 요소입니다.. 주요 속성에 대해 자세히 살펴보겠습니다.:

경도와 인성:

• • 경도: 공구강의 경도는 압입에 저항하는 능력입니다., 긁는 것, 또는 변형. 이 특성은 날카로운 절삭날을 유지하거나 마모에 저항해야 하는 공구에 매우 중요합니다.. 예를 들어:

• • • D2 강철 Rockwell C 경도를 달성할 수 있습니다. 57-62, 높은 내마모성을 요구하는 응용 분야에 이상적입니다..

• • 인성: 경도는 필수이지만, 인성은 강철이 파손되지 않고 에너지를 흡수할 수 있도록 보장합니다.. 경도와 인성 사이의 균형이 중요합니다.:

• • • A2 스틸 좋은 균형을 제공합니다, 경도가 있는 55-59 템퍼링 후 HRC, 그러나 D2에 비해 인성이 더 높습니다., 충격 하중을 받는 공구에 적합합니다..

내마모성:

• • 이 속성은 마모가 심한 공구에 필수적입니다., 절단 도구처럼, 죽는다, 그리고 펀치.
    단단한 탄화물의 존재, 크롬과 같은 원소로 형성됨, 바나듐, 그리고 텅스텐, 내마모성을 대폭 향상:

• • • 고속도강 M2처럼, ~와 함께 6% 텅스텐과 5% 몰리브덴, 열처리 중 단단한 탄화물이 형성되어 장기간 사용 후에도 가장자리를 유지할 수 있습니다..

내열성:

• • 고온 환경에서 작동하는 도구용, 연화나 뒤틀림을 방지하려면 내열성이 중요합니다.:

• • • 열간공구강 H13과 같은 유지 90% 1100°F에서의 경도, 다이캐스팅에 적합하게 만들기, 단조, 공구가 고온에 직면하는 압출.

가공성:

• • 일부 공구강은 상대적으로 쉽게 가공되도록 설계되었습니다., 성형 공정 중 공구 마모 감소:

• • • O1강 가공성이 좋기로 유명해요, 경화되기 전에 복잡한 형태로 쉽게 성형할 수 있도록 합니다..

치수 안정성:

• • 정밀 공구에는 응력이나 온도 변화에도 모양이 유지되는 재료가 필요합니다.:

• • • A2 스틸 치수안정성이 우수하다, 게이지 및 측정 장비와 같은 도구가 시간이 지나도 정확성을 유지하도록 보장.

추가 속성:

• 부식 저항: 일부 공구강, 특히 스테인리스 공구강과 같이 크롬 함량이 높은 제품, 녹과 부식에 대한 저항력 제공,
  이는 습하거나 부식성 환경에서 사용되는 도구에 매우 중요합니다..
• 열전도율: 이 속성은 도구를 통해 열이 전달되는 방식에 영향을 미칩니다., 냉각 속도 및 열팽창에 영향을 미침:

• • H13 강철 상대적으로 높은 열전도율을 가지고 있습니다, 화기 작업 중에 열을 발산하는 데 도움이 됩니다..

• 피로 저항: 반복 하중을 받는 공구는 피로 저항성이 높은 강철을 사용하는 것이 좋습니다.:

• • S7 스틸 이 점에서 탁월하다, 반복적인 충격을 받는 도구에 적합합니다..

• 탄성률: 이것은 강철의 강성을 측정합니다., 하중이 가해지면 얼마나 변형되는지 표시:

• • 고속도강 일반적으로 탄성률이 더 높습니다., 절단력에도 모양을 유지할 수 있습니다..

균형 속성:

• 절충안: 이러한 속성 간의 최적의 균형을 달성하는 것은 종종 어려운 일입니다.. 예를 들어:

• • 경도가 증가하면 일반적으로 인성이 감소합니다., 강철을 더 부서지기 쉽게 만든다.
  • 내마모성을 높이면 가공성이 저하될 수 있습니다..

• 열처리: 공구강의 특성은 열처리를 통해 크게 변경될 수 있습니다.:

• • 담금질 경도는 증가하지만 템퍼링을 수행하지 않으면 강철이 부서지기 쉽습니다..
  • 템퍼링 일부 마르텐사이트가 더 견고한 미세 구조로 변형되도록 허용하여 취성을 줄이지만 경도는 약간 떨어집니다..

• 합금 원소: 크롬과 같은 특정 요소의 추가, 텅스텐, 몰리브덴, 바나듐은 강철의 특성을 조정합니다.:

• • 크롬 경화성을 향상시킵니다., 내마모성, 및 내식성.
  • 바나듐 단단한 탄화물을 형성합니다, 내마모성 향상.
  • 텅스텐과 몰리브덴 인성 및 내열성 증가.

요약표: 공구강의 주요 특성

재산	설명	주요 성적
경도	압력에 따른 변형에 대한 저항성	D2, O1, H13
인성	깨지지 않고 충격을 견디는 능력	S7, A2
내마모성	거친 조건에서의 수명	D2, M2
내열성	고온에서도 특성을 유지합니다.	H13, H21
가공성	절단 및 성형의 용이성	O1, A2
치수 안정성	사용이나 열처리 중 변형이 최소화됨	A2, H13
부식 저항	산화 및 녹에 대한 저항성	A2, D2
충격 저항	강한 기계적 충격을 견딤	S1, S7
열전도율	작동 중 효율적인 열 방출	H 시리즈
피로 저항	반복되는 스트레스 사이클에서의 성능	O 시리즈, S 시리즈

4. 공구강의 열처리

열처리는 공구강 제조에서 중요한 공정입니다., 원하는 기계적 특성을 개발하기 위해 강철의 미세 구조를 변형시키는 것.

열처리 공정을 자세히 살펴보겠습니다.:

열처리의 중요성:

• • 열처리로 공구강의 경도가 향상됩니다., 인성, 및 내마모성, 특정 애플리케이션에 맞게 이러한 속성을 조정.
    예를 들어, 드릴 비트는 효과적으로 절단하려면 높은 경도가 필요합니다., 망치는 충격을 견디기 위해 인성이 필요합니다..

기본 열처리 공정:

• • 담금질: 여기에는 강철을 임계 변태점 이상의 온도로 가열하는 것이 포함됩니다., 물과 같은 담금질 매체에서 급속 냉각됩니다., 기름, 또는 공기.
    급속 냉각은 탄소를 단단한 곳에 가두어 둡니다., 부서지기 쉬운 마르텐사이트 구조. 예를 들어, O1 강철은 다음과 같은 경도를 얻기 위해 오일로 담금질될 수 있습니다. 60-64 HRC.
  • 템퍼링: 담금질 후, 강철은 부서지기 쉽다. 템퍼링에는 강철을 더 낮은 온도로 재가열하는 작업이 포함됩니다., 일반적으로 300°F ~ 600°F 사이, 경도를 일부 유지하면서 취성을 줄이기 위해.
    A2 강철의 경우 400°F에서 템퍼링, 예를 들어, 경도를 얻을 수 있습니다 55-59 인성이 향상된 HRC.
  • 케이스 경화: 이 프로세스는 하드를 추가합니다., 코어를 튼튼하게 유지하면서 내마모성 외부 레이어.
    침탄처리로 이루어집니다, 질화, 또는 시안화, 탄소나 질소 원자가 표면층으로 확산되는 곳. M2 강철은 이상의 표면 경도를 달성할 수 있습니다. 70 이 방법을 통한 HRC.
  • 극저온 치료: 전통적인 열처리를 넘어서, 극저온 처리에는 강철을 매우 낮은 온도로 냉각하는 것이 포함됩니다. (종종 -300°F 이하)
    잔류 오스테나이트를 감소시켜 경도 및 내마모성을 더욱 향상시킵니다., 강철의 부드러운 상.

열처리의 효과:

• • 경도: 열처리는 강의 경도를 크게 증가시킵니다., 날카로운 모서리를 유지하거나 들여쓰기에 저항할 수 있도록 만듭니다..
    예를 들어, D2 강철은 Rockwell C 경도를 달성할 수 있습니다. 57-62 적절한 열처리 후.
  • 인성: 경도가 높아지면서, 적절하게 균형을 맞추지 않으면 인성이 손상될 수 있습니다..
    여기서 템퍼링이 중요합니다, 마르텐사이트의 일부가 강화 마르텐사이트와 같은 더 견고한 미세 구조로 변형되도록 하여 취성을 감소시키기 때문입니다..
  • 내마모성: 열처리 중 경질 탄화물 형성, 특히 고속강에서, 내마모성이 크게 향상됩니다.,
    도구를 사용하여 장기간 재료를 절단하거나 형성할 수 있음.
  • 치수 안정성: 적절한 열처리를 통해 응력이나 온도 변화에도 공구의 모양이 유지됩니다.,
    이는 게이지 및 측정 장비와 같은 정밀 도구에 필수적입니다..

주요 고려사항:

• 열처리 분위기: 열처리 중 분위기는 강철의 특성에 영향을 미칠 수 있습니다..
  예를 들어, 질소가 풍부한 분위기는 질화를 통해 표면 경도를 향상시킬 수 있습니다..
• 담금질 매체: 담금질 매체의 선택은 냉각 속도에 영향을 미치며, 따라서, 강철의 최종 특성.
  물은 가장 빠른 냉각 속도를 제공합니다, 그러나 뒤틀림과 균열을 줄이기 위해 오일이나 공기를 사용할 수도 있습니다..
• 온도 조절: 균열이나 뒤틀림과 같은 결함을 유발하지 않고 원하는 특성을 달성하려면 가열 및 냉각 온도를 정밀하게 제어하는 ​​것이 필수적입니다..
• 후열처리: 열처리 후, 도구는 응력 완화와 같은 추가 프로세스를 거치는 경우가 많습니다.,
  내부 응력을 줄일 수 있는, 또는 성능을 더욱 향상시키기 위한 코팅이나 광택과 같은 표면 처리.

5. 공구강의 응용

절단 도구

• 훈련: 다양한 재료에 구멍을 뚫는 데 사용됩니다.. 고속도강 (HSS) 훈련, M2와 같은, 단단한 금속을 드릴링하는 데 일반적으로 사용됩니다..
• 리머: 기존 구멍을 확대하고 매끄럽게 만드는 데 사용됩니다.. HSS 리머는 정확하고 부드러운 마감을 제공합니다..
• 톱날: 나무를 자르는 데 사용됩니다., 금속, 그리고 다른 재료. D2와 같은 냉간 공구강은 내마모성이 뛰어나 톱날에 자주 사용됩니다..

다이와 펀치

• 스탬핑: 판금을 특정 모양으로 형성하는 데 사용됩니다.. D2 및 A2와 같은 냉간 공구강은 높은 경도와 내마모성으로 인해 스탬핑 다이에 이상적입니다..
• 단조: 금속을 고압으로 압축하여 성형하는 데 사용됩니다.. H13 등 열간공구강은 내열성이 우수하여 단조금형에 적합합니다..
• 압출: 특정 단면 프로파일을 생성하기 위해 다이를 통해 금속을 강제로 통과시키는 데 사용됩니다..
  열간 공구강은 고온에 견딜 수 있는 능력으로 인해 압출 금형에 자주 사용됩니다..

금형

• 사출 성형: 용융된 플라스틱을 금형에 주입하여 플라스틱 부품을 생산하는 데 사용됩니다..
  P20과 같은 특수 공구강 및 718 광택성과 내식성이 좋아 사출금형에 많이 사용됩니다..
• 다이 캐스팅: 용융된 금속을 금형에 밀어 넣어 금속 부품을 생산하는 데 사용됩니다.. H13과 같은 열간공구강은 높은 강도와 ​​내열성으로 인해 다이캐스팅 금형에 이상적입니다..

게이지 및 측정 장비

• 캘리퍼스: 물체의 크기를 측정하는 데 사용됩니다.. A2와 같은 냉간 공구강은 치수 안정성으로 인해 캘리퍼에 자주 사용됩니다..
• 마이크로미터: 정확한 거리를 측정하는 데 사용됩니다.. 치수 안정성이 높은 냉간 공구강은 마이크로미터에 이상적입니다..
• 게이지: 부품의 치수를 확인하는 데 사용됩니다.. D2와 같은 냉간 공구강은 내마모성이 뛰어나 게이지용으로 흔히 사용됩니다..

광업 및 유정 도구

• 드릴 비트: 암석이나 토양에 구멍을 뚫는 데 사용됩니다.. M2와 같은 고속도강은 고속 절단 능력으로 인해 드릴 비트에 자주 사용됩니다..
• 다운홀 도구: 석유 및 가스 추출에 사용. H13과 같은 열간 공구강은 내열성과 강도가 우수하여 다운홀 공구에 적합합니다..

기타 도구

• 칼: 다양한 재료를 절단하는데 사용됩니다.. D2, A2 등의 냉간공구강은 경도가 높고 내마모성이 우수하여 칼용으로 많이 사용됩니다..
• 가위: 종이를 자르는 데 사용됩니다., 구조, 그리고 다른 얇은 재료. A2와 같은 냉간 공구강은 경도와 인성의 균형으로 인해 가위에 이상적입니다..
• 끌리기: 나무와 돌을 조각하고 성형하는 데 사용됩니다.. S7과 같은 내충격 공구강은 인성이 높고 충격에 견디는 능력이 뛰어나 끌용으로 적합합니다..

6. 올바른 공구강 선택

고려해야 할 요소

• 운영 유형: 절단, 형성, 또는 기타 특정 작업.
• 운영 조건: 온도, 스트레스, 환경적 요인.
• 작업 중인 자료: 가공되는 재료의 특성.
• 비용 대. 성능 분석: 공구강 비용과 성능 요구 사항의 균형 유지.

특정 요구 사항에 따라 선택하는 방법에 대한 가이드

1. 애플리케이션 식별: 도구의 구체적인 용도 결정.
2. 작동 조건 평가: 온도를 평가해 보세요, 스트레스, 환경적 요인.
3. 재료 특성 고려: 작업 중인 재료의 특성을 이해합니다..
4. 비용 및 성능 평가: 다양한 공구강의 가격과 성능상의 이점을 비교하세요.
5. 전문가에게 문의하세요: 최상의 선택을 보장하려면 야금학자 또는 공구강 공급업체의 조언을 구하세요..

8. 과제 및 고려 사항

비용

• 고가의 재료: 공구강은 비용이 많이 들 수 있습니다., 특히 고성능 등급의 경우.
  하지만, 초기 투자는 공구 수명 연장과 가동 중지 시간 감소 측면에서 보상을 받는 경우가 많습니다..
• 경제적 영향: 귀하의 응용 분야에 공구강을 사용하는 데 따른 전반적인 비용 효율성을 고려하십시오..
  예를 들어, D2 강철은 W1 강철보다 비쌀 수 있습니다., 뛰어난 내마모성은 시간이 지남에 따라 유지 관리 비용을 낮추어 줍니다..

유지

• 정기점검: 예상치 못한 고장을 방지하기 위해 도구의 마모 및 손상 징후를 정기적으로 검사하십시오..
• 적절한 보관: 도구를 건조한 곳에 보관하세요., 녹과 부식을 방지하기 위한 통제된 환경. 적절한 보관으로 도구의 수명을 연장할 수 있습니다.
• 청소 및 윤활: 성능을 유지하려면 도구를 청소하고 윤활하십시오.. 정기적인 유지 관리를 통해 도구의 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다..

환경에 미치는 영향

• 재활용: 폐기물과 환경에 미치는 영향을 줄이기 위해 오래된 공구강을 재활용하는 것을 고려하세요.. 많은 공구강 제조업체가 재활용 프로그램을 제공합니다..
• 처분: 환경 피해를 최소화하려면 적절한 폐기 지침을 따르세요.. 적절한 폐기를 통해 위험 물질을 안전하게 처리할 수 있습니다..

9. 미래 동향

공구강 야금학의 발전

• 새로운 합금: 특성이 강화된 신합금 개발, 내마모성, 내열성 향상 등.
  예를 들어, 연구원들은 공구강에 초미립자 구조를 생성하기 위해 나노기술을 사용하는 방법을 모색하고 있습니다..
• 미세구조 제어: 성능을 최적화하기 위해 공구강의 미세 구조를 제어하는 ​​고급 기술.
  특정 미세 구조를 달성하기 위해 미세 합금화 및 제어된 냉각 속도가 사용되고 있습니다..

새로운 합금 또는 처리 개발

• 표면 처리: 내마모성과 내식성을 강화하는 새로운 표면 처리. 플라즈마 질화 및 다이아몬드 유사 탄소 (DLC) 코팅이 인기를 얻고 있습니다..
• 적층 제조: 3D 프린팅을 사용하여 정밀한 형상의 복잡한 공구강 부품 제작.
  적층 제조를 사용하면 기존 제조 방법으로는 달성하기 어려운 복잡한 디자인을 만들 수 있습니다..

10. 결론

공구강 제조업과 산업에 꼭 필요한 소재입니다., 탁월한 경도 제공, 내마모성, 그리고 힘.
다양한 종류의 공구강 이해, 그들의 속성, 귀하의 특정 요구 사항에 적합한 재료를 선택하려면 해당 응용 프로그램이 중요합니다..
작업 유형 등의 요소를 고려하여, 운영 조건, 및 재료 특성, 최적의 성능과 비용 효율성을 보장하는 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다..
기술이 계속 발전하면서, 공구강의 미래는 유망해 보입니다, 새로운 합금과 처리로 그 성능을 더욱 향상시켰습니다..

이 기사가 공구강의 세계에 대한 귀중한 통찰력을 제공하고 귀하의 프로젝트에서 공구강의 잠재력을 탐구하는 데 도움이 되기를 바랍니다..
질문이 있거나 추가 도움이 필요한 경우, 자유롭게 우리에게 연락해.