강 합금 및 강 합금으로 제조된 공구 또는 부품 document_id A220623107241

사출 성형, 압축 성형 및 압출 성형과 관련하여, 공구는 플라스틱 부품뿐만 아니라 플라스틱과 성형 공구 사이의 마찰을 감소시키기 위해 공구 표면 상에 도포되는 이형제 및 윤활제로부터 기인되는 부식 매체에 노출된다. 물과 보통 염화물 이온 성분을 갖는 냉각 덕트는 플라스틱용 공구의 성형시에 부식 손상을 입는 것으로 공지되어 있다. 종종, 공구는 공동을 구비한 복잡한 형상을 가진다. 공구가 사용되지 않을 때라도, 공구의 재료가 필수적인 내식성을 갖고 있지 않다면 공구의 공동에 남아 있는 액체가 국부적으로 침식 작용을 하여 부식시킨다. 겔링 (galling) 및 프렛팅(fretting)은 유지 보수 비용의 증가와 제품 수명을 단축시키는 또 다른 분야의 문제점이다. 겔링과 접착제 마모는 고 접촉압력에 노출될 때 공구 부품들 사이의 미세 용접에 의해서 공구 부품들 상에 달라붙는 금속 파편들의 응집을 초래하여 마찰의 증가를 초래한다. 결과적으로, 공구 부품 사이에 전단을 발생시켜 이들 부품의 완전 개조 또는 교체를 초래한다. 프렛팅 또는 프렛팅 부식은 성형 사이클과 관련된 진공 또는 주기적인 운동에 노출되는 부품들 사이에서 발생한다. 제품의 부식으로 인한 성형 부품의 변색은 기능성의 손상과 플라스틱 제품의 변색을 초래한다. 이들 문제점들을 제거하기 위해 공구 부품들은 폴리싱되어야 하는데, 이는 허용 공차를 잃게 되는 그때에 새로운 공구 부품으로 교체되어야 함을 의미한다. 본 출원인에 의해 제작되고 본 기술 분야에 사용되는 공지의 공구 재료는 0.38 C, 1.0 Si, 0.4 Mn, 13.6 Cr, 0.30 V, 0.02 N 나머지 철과 불순물의 일반적인 조성을 갖는 상표명 Stavax ESR(등록 상표)로 공지된 금속 야금학적으로 제조된 플라스틱용 성형용 강이다. 이러한 강은 양호한 내식성과 매우 양호한 마무리 특성을 가진다. 본 출원인에 의해 제작되고 본 기술 분야에 사용되는 다른 공지의 공구 재료는 0.25 C, O.35 Si, 0.55 Mn, 13.3 Cr, 0.35 Mo, 0.35 V, 0.12 N, 나머지 철과 불순물의 일반적인 조성을 갖는 상표명 Stavax Supreme(등록상표)으로 공지된 금속 야금학적으로 제조된 플라스틱 성형용 강이다. 이러한 강은 약 0.5 체적%의 탄화물 함량을 가지며 양호한 내식성과 매우 양호한 마무리 특성을 가진다. 본 출원인에 의해 제작되고 본 기술 분야에 사용되는 다른 공지의 공구 재료는 1.7 C, O.8 Si, 0.3 Mn, 18.0 Cr, 1.0 Mo, 3.0 V, 나머지 철과 불순물의 일반적인 조성을 갖는 상표명 ELMAX(등록상표)으로 공지된 금속 야금학적으로 제조된 플라스틱 성형용 강이다. 이러한 강은 양호한 내식성을 가지며 또한 내마모성도 양호하나, 이들 특성을 더욱 개선시키는 것이 바람직하다. 열처리에 따라서, 상기 강은 일반적으로 경화 및 템퍼링된 조건 하에서 57 내지 59의 최고 경도를 가지나, 특정 조건 하에서는 너무 낮아서 공구로 사용될 때 심각한 손상을 초래하는데, 이는 예를 들어, 다음 성형 공정에서 공구의 절반부들을 서로에 대해 압착할 때 공구 절반부 사이를 개방하고 폐쇄할 때 방출될 수 있는 플라스틱 파편들 때문이다. 냉간 가공에는 종종, 시이트의 성형 중에 그리고 실온에서의 금속 가공품의 절단, 펀칭, 딥 드로잉, 및 다른 형태의 가공 단계를 포함한다. 냉간 가공 공구들은 조합되기 어려운 다수의 요건들이 공구에 요구되는 그러한 형태의 작동에 사용된다. 공구 재료는 연삭 마모(abrasive wear)에 대한 양호한 내식성과 적절한 강도를 가져야 하며, 몇몇의 경우에는 가공 조건에 따른 연삭 마모에 대한 양호한 내식성과 적절한 인성도 가져야 한다. Sverker 21(등록 상표)은 1.55 C, 0.3 Si, 0.3 Mn, 11.8 Cr, 0.8 Mo, o.8 V, 나머지 일반적인 함량의 철과 불순물의 조성을 갖는 종래 방식대로 제작된 강이며, 이러한 강은 냉간 가공 및 다른 적용 분야에 폭넓게 사용되어 왔다. 전술한 강과 통용되고 있는 강들은 연삭 마모 저항성 및 인성에 대해 높은 요건을 만족시킨다. 그러나, 이들은 시이트 프레싱, 파이프 벤딩과 같은 냉간 성형 공구 분야 및 예를 들어, 말텐사이트 강 또는 페라이트 강, 오스테나이트 및 페라이트 강, 구리, 황동 알루미늄 등의 시이트의 냉간 단조 분야와 같은 상이한 형태의 냉간 성형에서 빈번하게 나타나는 문제점인 연삭 마모 저항성에 대한 매우 높은 요건을 만족시키지 못한다. 그러한 문제점은 경질 크롬 코팅 또는 표면 질화에 의해 예를 들어, TiN과 같은 마찰을 낮추는 세라믹 층에 의해, 공구 표면을 윤활 및/또는 코팅함으로써, 예를 들어 PVD 또는 CVD 기술에 의해 감소되나, 그러한 해결책은 너무 고비용이고 시간 소모적이다. 게다가, 상기 층들의 손상 및/또는 박리와 같은 커다란 위험이 있다. 높은 응력을 받는 공구의 일부분에서만 늘 손상되므로, 연마제 또는 접착제 마모 손상이 발생하는 경우에 보수가 매우 복잡해 진다. 전술한 특성 이외에도, 상기 공구는 매우 양호한 내식성, 높은 경도, 높은 내마모성, 양호한 연마성, 양호한 기계 가공성 및 높은 마무리 특성, 양호한 칫수 안정성, 높은 압축 강도, 양호한 연성, 양호한 피로 강도 및 높은 순도를 가져야 한다. 고상 질화에 의해, 분말 야금학적으로 제조된 재료는 높은 질소 함량을 가지며, 이에 의해 빌드-인 질화 층이 달성된다. 그와 같은 재료 중에서도 특히 일 예는 중량비로, 1-2.5 C, 1-3.5 N, 0.05-1.7 Mn, 0.05-1.7 Mn, 0.05-1.7 Mn, 0.05-2.1 Si, 3-6 Cr, 2-5 Mo, 0.5-5 W, 6.2-17 (V + 2Nb), 나머지 철과 불가피한 정상적인 함량의 불순물을 갖는, 본 출원인이 소유한 스웨덴 특허 SE 514,410호이며 VANCRON 40(등록 상표)로 시판되는 강이다. 탄소와 함께 바나듐과의 조합에 의해 M(C, N) 탄질화물 및 M6C 탄화물을 형성하는 질소가 공구강의 겔링 특성 방지에 관한 양호한 효과를 갖는다는 "PM 공구강의 겔링 특성에 관한 질소 합금의 영향"이란 2002년 칼스타드에서의 6차 인터내셔널 툴링 컨퍼런스에서의 논문으로부터 공지되어 있다.