고속도강과 고탄소강에 대하여 공부하기

고속도강

고속도강과 고탄소강에 대하여 알아보려고 한다. 먼저 고속도강에 대하여 공부해 보자. 1900년대 초기의 유명한 기술자 프레드 테일러와 동료들은 당시 존재하던 경화강보다 주철에 90% 정도 절삭속도를 증가시킨 공구강을 개발하였다.

 

고속도강

고속도라는 용어는 봉재의 회전속도에서 이 엄청난 증가를 반영하여 사용되었다. 고속도강이라는 용어는 초기의 별명을 나타낸다. 오늘날의 재료에 비하여 이 재료는 고속이 아니다. 근래 이 재료의 속도는 다른 선진 공구재료에 비하여 저속으로 분류된다. 고속도강은 합금양이 많고 경화능이 우수하며, 약 650°C 의 온도까지 좋은 절삭날을 유지한다.

 

절삭날을 거의 적열까지 유지한 최초의 공구강은 테일러 화이트에 의하여 개발되었다. 이것은 주요 합금요소 성분으로 18% 텅스텐, 5.5% 크롬을 강에 첨가하여 제조되었다. 현재의 고속도강 제조에 있어서도 거의 동일한 비율의 이 두 요소성분을 사용한다. 고속도강의 다른 합금요소는 바나듐, 몰리브덴, 코발트이다. 수많은 고속도강 성분이 있으나 아래의 3가지로 분류될 수 있다.

• 18-4-1 고속도강 : 이 강은 텅스텐 18%, 크롬 4%, 바나듐 1%를 포함하고 있으며, 최상의 범용공구강 중 하나이다.
• 몰리브덴 고속도강 : 많은 고속도강이 주요 합금요소로서 몰리브덴을 사용한다. 그것은 몰리브덴이 2배의 텅스텐을 대신하기 때문이다. 6-6-4-2 몰리브덴강은 텅스텐 6%, 몰리브덴 4%, 크롬 2%, 바나듐 2%를 함유하여 우수한 인성과 절삭능을 갖는다.
• 초고속도강 : 어떤 종류의 고속도강은 2%내지, 15% 범위의 양을 첨가한 코발트를 가지고 있다. 이것은 코발트가 절삭능률, 특히 고온에서 절삭능률을 증가시키기 때문이다. 이 강종의 한 재질은 텅스텐 20%, 크롬 4%, 바냐듐 2%, 크롬 12%를 함유한다. 이 재료가 고가이기 때문에 주로 공구에 고온, 고압이 작용하는 중절삭작업에 사용된다. 이 재질은 로크웰 경도 HRC70까지 경화될 수 있으나, 절삭공구용으로는 67 내지 68로 경화된다.

 

고탄소강

고속도강이 개발되기 전 여러 해 동안 모든 절삭공구로 고탄소강이 사용되었다. 탄소함유량은 0.8% 내지 1.3% 범위이다. 이 강재는 양호한 경화능을 가지며, 적당한 열처리로 고속도강과 같은 경도에 도달한다. 최대 경도에서 이 강은 취약하며 만일 어느 정도의 인성이 요구될 때는 경도를 희생해야 한다. 깊이 경화능은 불량하므로 이 강재의 사용은 소형공구에 제한된다. 

 

고탄소강 공구는 약 200°C 내지 260°C 에서 경도를 상실하기 때문에 고절삭속도와 강력절삭 작업에는 적합하지 않으며, 목재, 알루미늄, 청동, 또는 연강과 같은 연질재료를 가공하는데만 유용하다. 온도가 더욱 상승하면 사용 중 공구날이 빨리 마멸되고 연화된다. 이 공구재료는 고속도강의 1/3 내지 1/2 이하의 낮은 절삭속도에서 사용되어야 한다.

 

절삭공구로써 고탄소강을 사용하는 주된 이점은 비용이 낮은 점이나 용도가 매주 제한적이다. 일번적인 예는 드릴, 리머, 수작업 탭과 나사 다이를 포함한다. 이 재료는 생산작업에 많이 쓰이지 않는다.

 

주조비철합금

주로 크롬, 코발트 및 텅스텐을 함유하고 ,탄탈륨, 몰리브덴 또는 붕소와 같은 탄화물 형성요소를 한 가지 이상 미량 포함하는 여러 가지 비철합금은 절삭공구로써 우수한 재료이다. 이 합금은 주조로 성형되며 높은 적열강도를 가지고 또한 935°C 까지의 온도에서 공구의 절삭날을 유지할 수 있다. 고속도강과 비교하면 2배의 절삭속도에서 같은 이소을 유지하여 사용할 수 있다. 그러나 이 합금은 더욱 취약하며 열처리가 되지 않고 연삭으로써만 기계가공이 된다.

 

복잡한 공구는 세라믹형 또는 금형에 주조하여 성형이 되고 연삭에 의하여 다듬질된다. 이 공구의 특성은 주조할 때 재료는 주어지는 냉각 정도에 따라 크게 결정된다. 이 합금의 원소량 범위는 12% 내지 25%의 텅스텐, 40~50%의 코발트, 15~35%의 크롬이다. 하나 이상의 탄화물 형성요소 이외에 탄소를 1~4% 추가한다.

 

이 합금은 크레이터링에 저항이 크고, 초경합금보다 충격하중에 더 잘 견딜 수 있다. 공구재질로서, 이 주조합금은 절삭효율에서 고속도강과 초경합금의 중간에 위치한다. 그러나, 다른 주조금속과 같이, 인장에 비교적 약하고 충격하중을 받으면 파괴될 수 있다.