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[기술특집]차세대 표준 다이캐스트 금형용 강 ‘DAC-i’의 특성

입력 : 2020.01.14 14:28

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[첨단 헬로티]


카타오카 코타 (片岡 公太), 최 희진 (崔 熙辰), 와타누키 토모히로 (綿貫 友裕), 마츠오카 요시카즈 (松岡 禎和)   日立금속(주)


1. 서론


다이캐스트 제품의 대형화, 고의장화 및 하이사이클화가 추진되는 가운데, 기존과 비교해 주조 시의 금형 재료에 대한 부하가 커지는 경향에 있다. 그렇기 때문에 금형 재료에는 보다 높은 인성이 요구되고 있다.


금형 재료의 새로운 강종을 개발하는데 있어, 기존의 합금 설계에 의존한 개발 방법에서는 담금질성을 높여 인성이 높은 마르텐사이트 조직을 얻기 쉽게 함으로써 금형이 대형화되어도 인성을 유지시키려고 해 왔다. 그러나 그 반면, 담금질 시의 변형 팽창이 커져 버닝 균열 리스크가 높아지는 단점이 있었다.


그래서 합금 설계뿐만 아니라 동사 야스기(安來) 공장에서 2018년 5월에 본격 가동을 개시한 1만t급 자유단조 프레스를 활용한 조직 제어 프로세스를 조합함으로써 버닝 균열 리스크를 적극적으로 억제하면서 고인성화한 다이캐스트 금형용 차세대 범용강 ‘DAC-iTM’을 개발했으므로 소개한다.


2. DAC-i의 특징


새로운 강종인 DAC-i는 기존 범용강 DAC®(JIS SKD61 상당)과 비료해 고온 강도와 인성의 양쪽을 높인 위치매김을 지향했다. 그림 1에 고온 강도와 인성의 위치매김을 나타냈다. DAC-i는 DAC와 비교해 고온 강도와 인성을 높인 위치매김에 있다.

 


그림 2에 DAC-i의 특징인 인성을 실온의 샤르피 충격시험으로 평가한 결과를 나타냈다. 시험편은 500mm각의 강재를 유냉했을 때의 중심부에 해당하는 매우 느린 냉각 속도(베이나이트 변태 온도역의 평균 냉각 속도가 2.3℃/min)로 담금질한 것이다. 대형 금형을 생각한 담금질 조건에서 이 강종은 DAC보다 높은 인성을 나타내고 있다.

 


그림 3은 DAC-i의 650℃에서의 인장강도를 DAC와 비교한 결과이다. 시험편은 중량이 1t 이상인 대형 금형을 담금질했을 때에 히트크랙이 발생하는 금형 표층에서 생길 가능성이 있는 느린 냉각 속도(베이나이트 변태 온도역의 평균 냉각 속도가 5℃/min)로 다듬질한 것이다. DAC-i는 DAC보다 높은 고온강도를 나타내는 것이 확인됐다.

 


3. DAC-i의 내히트체크성


다이캐스트에 사용되는 금형의 형상면에는 알루미늄 용탕 충전에 의한 가열(금형 표면에서 생기는 열팽창)에 의해 발생하는 압축응력과 이형제 도포에 의한 냉각(금형 표면에서 생기는 열수축)에 의해 발생하는 인장응력이 반복 부여된다.


이 열피로 현상에 의해 히트크랙이 발생한다. 이에 DAC-i의 히트크랙 특성에 대해 시뮬레이션 시험기에 의해 히트크랙 발생 사이클 수와 크랙의 진전 상황을 평가했다.

 


그림 4에 히트크랙 시뮬레이션 시험기에 의한 내히트크랙성 평가 개념도를 나타냈다. 알루미늄 용탕이 금형의 제품면에 접촉해 금형 표면이 승온하는 공정을 고주파 코일에 의해 시험편 끝단면의 중앙부를 유도 가열함으로써 재현하고, 그 후 분무 물냉각을 해서 이형제가 뿌려지고 금형 표면이 냉각되는 공정을 재현하고 있다.


이 방법으로 45HRC 경도의 시험편에 대해 가열 온도 650℃에서 3,000사이클까지 시험을 했다. 우선 히트크랙 발생까지의 사이클 수는 DACRK 500사이클이었던 것에 대해 DAC-i에서는 1,000사이클까지 향상됐다.


이것을 고온 강도를 높인 효과라고 생각된다. 또한 3,000 사이클까지 시험을 한 후, 시험부 단면에서 크랙의 진전 상황을 관찰한 결과를 그림 5에 나타냈다.


DAC-i는 DAC와 비교해 최대 크랙 깊이가 반 정도로 되어 있었다. 이것은 히트크랙의 발생이 느려진 것 외에, 인성을 높인 효과로 크랙의 진전이 느려졌기 때문으로 생각된다. 이와 같이 DAC-i는 내히트크랙성이 우수한 결과를 얻을 수 있었다.


4. 맺음말


이상과 같은 내히크체크성이 우수한 기초 평가 결과에 기초해 고객이 샘플 평가를 시작하고 있다. DAC-i는 소형에서 대형까지 폭넓은 사이즈에서 특성을 발휘할 수 있는 차세대 표준강으로서 개발했다.


큰 구조계 부품까지 다이캐스트 제품의 적용이 추진되고 있는 자동차 분야를 비롯해, 여러 가지 용도에 공헌을 기대하고 있다.

/서재창 기자(prmoed@hellot.net)

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