SKD11 재질의 특징과 장단점, 성분

지난 포스팅에서 SKD11의 의미와 용도에 대해 간략히 소개해드렸는데요. 아래 링크부터 읽어보시는걸 추천합니다.

 

프레스 금형 재질 SKD11의 의미와 사용처

 

오늘은 SKD11 재질의 특성과 장단점 등에 대해 알아보려고 합니다.

 

SKD11의 장점

1. 내마모성이 뛰어나다
2. 열처리 후에는, HRC58~63 정도의 높은 경도를 얻을 수 있다
3. 열처리 후의 변형이 작아 정밀한 제품의 재료에 적합하다
4. 냉간 금형의 재료들 중에서 유통이 잘되어 구입하기 쉽다
5. 냉간 가공용이지만 열간 강도가 높고, 500℃ 정도까지라면 사용에 견딜 수 있다

 

SKD11의 단점

1. 열처리 후의 경도가 높고, 피삭성이 나쁘다
2. 열처리하기전의 경도(어닐링 경도)도 HRC25 (HBW255) 정도로 비교적 높은 편이며, 피삭성이 좋지 않다.
3. 열처리 후에는, 금속 조직에 거칠고 큰 탄화물이 분산되어, 고속의 슬라이딩 마모에 약해진다
4. 탄화물로 인해 피삭성이 더욱 저하된다
5. 탄화물로 인해 인성이 저하되어, 균열이 발생하거나 깨지기 쉬워진다
6. 용접시에 균열이 생기기 쉽고, 350~450℃ 정도의 예열과 후열이 필요하다
7. 담금질 온도가 1030℃ 정도로 높다

SKD11의 물리적 특성

SKD11은 밀도나 세로 탄성계수의 값에 대해서 SS400이나 S45C, SUS304와 큰 차이는 없습니다. 그러나 열전도율은 SS400의 58W/mK나 S45C의 41W/mK와 비교하면 낮고, SUS304의 16W/mK와 비교하면 높습니다. 열팽창계수에 있어서는 SS400이나 S45C와 거의 동등한 값으로 나타나며, SUS304의 17.2×10-6/℃와 비교하면 약간 낮은 편입니다.

이와 같이 SKD11의 고온 특성은 우수한 내열재료인 스테인리스강에 가깝고 열팽창계수에 대해서는 SUS304보다 낮기때문에 온도변화에 대한 형상변화도 작습니다. 따라서 프레스 기계의 금형 등에 사용하는 경우에도 마찰열의 영향을 받기 어렵고, 또한 검사 게이지 등의 형상 불변성이 요구되는 재료에도 적합합니다. 그러나 열전도율이 낮기 때문에 절삭 가공에 따른 열이 확산되기 어렵고 절삭 공구가 쉽게 손상됩니다.

SKD11의 화학적 성질

SKD11의 화학성분은 JIS 규격 (JIS G4404:2015)으로 규정되어 있으며, 위 표와 같습니다. 다만 SKD11 화학성분의 주의사항으로 텅스텐(W)은 의도적으로 첨가해서는 안 됩니다. 또 위 표에 기재된 화학성분 이외의 함유 원소는 철(Fe)이며 그 함유량은 약 83.4~86.6%입니다.

SKD11은 크롬을 11~13% 함유하고 있으며 크롬 함량은 마르텐사이트계 스테인리스강과 비슷합니다. 그러나 스테인리스강은 크롬 함량이 10.5% 이상이고 탄소 함량이 1.2% 이하인 철강이어서 탄소 함량이 1.2% 이상인 SKD11은 스테인리스강으로 분류되지 않습니다. 또한 스테인리스강의 내식성은 크롬의 존재로 구현되어 SKD11도 비교적 내식성이 뛰어나지만 탄소 함량이 많아 스테인리스강만큼의 내식성은 없습니다.

 

 

반면 SKD11은 탄소 함량이 많은 만큼 경도가 높아 담금질이 좋아지고 있습니다. 또한 몰리브덴의 첨가로 내마모성 및 열처리 경화성이 향상되고, 바나듐의 첨가를 통해 내마모성이 향상됩니다.

SKD11의 가공 방법

SKD11의 대표적인 가공 방법은 절삭 가공과 방전 가공 방식이 있습니다.

1. 절삭 가공
SKD11은, 열처리 전에 절삭 가공으로 성형하고, 열처리 후에는 연삭 가공으로 마무리를 실시하는 방법이 자주 채용되는데요. SKD11은 열처리 전이라도 S45C 등 탄소강보다 피삭성이 떨어지지만 절삭가공이 어려운 것은 아닙니다. 한편, 열처리 후에는 경도가 높아지기 때문에 절삭 가공이 어렵습니다. 따라서 열처리 전에 모든 절삭 가공을 완료하기도 합니다.

그러나 SKD11 재질도 열처리에 의해서 변형이 생기는 일이 있기 때문에, 아주 높은 정밀도가 필요할 경우, 열처리 후에 연삭 가공을 실시하는 것입니다. 단, 열처리 후 SKD11 연삭가공도 쉬운 것만은 아니기 때문에 열처리 후 가공이 최소화되도록 열처리 전 절삭가공을 잘 해두는 것이 중요합니다.

 

2. 방전 가공

SKD11은 방전가공에 의한 변형이 적기 때문에 방전가공의 가공성이 좋고, 열처리 후의 가공방법으로서 방전가공이 자주 사용됩니다. 방전 가공은 재료와 전극 사이에서 아크 방전을 발생시켜 재료 표면을 녹여 제거함으로써 성형하는 가공법인데요. 경도에 의하지 않는 가공법이므로 고경도인 열처리 후 SKD11에서도 문제없이 가공할 수 있습니다.

단, 방전가공을 실시하는 경우는 150~200℃의 환매(저온 템퍼링)가 아니라 500℃ 이상의 환매(고온 템퍼링)를 실시하는 것이 권장됩니다. 

 

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