고경도 강재 중 하나인 「NAK재」가 있습니다. SCM계의 프리하든강으로 금형의 재료 등으로도 사용되는 강재입니다. 「경도가 높다」 「빠르다」 「저렴하다」는 3가지 특징이 있는 NAK재에 대해서 설명합니다.
목차
NAK재가 포함되어 있는 「고경도」강이란
소재의 분류에는 다양한 방법이 있지만, 그 중 하나로 재료의 「경도」로 분류하는 방법이 있습니다. NAK재는 경도에 의한 분류로 「고경도」분류되는 소재입니다.
경도란 재료의 변형 어려움이나 손상 어려움을 나타내는 수치
재료의 기계적 특성은 강도(인장 강도, 압축 강도 등) 및 인성 외에 “경도”라는 항목이 있습니다. 경도란 “변형하기 어려움”을 나타내는 것으로 강도나 인성 등은 재료 전체에 하중을 가하는 반면에 경도를 평가하기 위해서는 재료 표면에 부분적으로 하중을 가하는 것이 특징입니다 .
금속 경도를 평가하는 방법
금속 경도를 시험하는 방법으로 압입 시험법과 동적 시험법 2종류가 있습니다. 압입시험법은 압자라고 불리는 딱딱한 파츠를 시험편에 밀어 넣어서 생긴 압흔의 크기를 측정합니다. 동적 시험법은 중량물을 시험편에 낙하시켜 튀어오르는 크기를 측정합니다.
경도 시험에 많이 사용하는 4가지 검사법을 소개합니다.
- 로크웰 경도(압입 시험)
원추 또는 구의 압자를 사용하여 생긴 압흔의 깊이를 측정하는 시험입니다. 압자는 다이아몬드와 초경합금으로 만들어집니다. 작은 압흔으로 측정할 수 있는 것이 특징으로, 로크웰 경도는 HRC로 표기됩니다. - 브리넬 경도(압입 시험)
구형 초경합금의 압자를 사용하여 패인 곳의 표면적을 측정하는 시험입니다. 커다란 압흔이 생기기 때문에 면이 거친 재료라도 측정할 수 있는 것이 특징입니다. 브리넬 경도는 HB로 표시됩니다. - 비커스 경도(구리, 아연)
다이아몬드로 만든 사각뿔을 사용하여 생긴 압흔의 대각선 길이를 측정합니다. 매우 작은 압흔으로 측정할 수 있는 것이 특징으로, 비커스 경도는 HV로 표기됩니다. - 쇼어 경도(동적 시험법)
다이아몬드 칩을 내장한 해머를 시험편의 표면에 떨어뜨려 해머의 상승 높이를 측정합니다. 작은 측정기로 시편에 상처를 남기지 않고 측정할 수 있는 것이 특징입니다. 쇼어 경도는 HS로 표기됩니다.
고경도강의 정의
고경도강이란 로크웰 경도(HRC)에서는 28~48HRC, 브리넬 경도(HB)에서는 270~450HB를 말합니다. 탄소강보다 딱딱하고, 열처리 한 강재보다는 부드럽습니다.
| 로크웰 경도(HRC) | 프리넬 경도(HB) | 대표적인 소재 | |
|---|---|---|---|
| 연질 | – | 110~125 | 알루미늄 합금 A5052 |
| 중경도 | ～22 | 160~235 | 탄소강 S50C |
| 고경도 | 28~48 | 270~450 | 프리하든 스틸 NAK55 |
| 초고경도 | 52~65 | (500) | 다이스강 SKD11 베어링강 SUJ2(담금질) |
경도가 높은 재료는 소재 자체의 가격도 높고 가공에도 시간이 걸리기 때문에 비용 부담이 커지는 경향이 있습니다. 그 때문에 경도를 필요로 하면서 절삭량이 많은 가공을 하고 싶은 경우나 초고경도강만큼의 경도는 필요하지 않은 경우에 고경도강을 선택하면 좋을 것입니다.
프리하든강은 조질강이라고도 불리고 열처리가 된 재료이면서 절삭 등의 기계가공이 실시하기 쉬운 재료입니다. 대부분의 소재가 HRC40~45 정도이며 프리하든강은 고경도강의 대표적인 소재입니다.
NAK재의 특징은 경도가 높다, 빠르다, 저렴하다
NAK재는 프리하강으로, SCM재에 열처리를 한 것입니다. 수지의 사출 성형용 재료로서 널리 사용되고 있으며, 그 중에서도 NAK55와 NAK80이 특히 잘 알려져 있습니다. NAK재의 특징을 아래에 정리합니다.
경도가 높다
NAK55(NAK80)의 경도는 37~43HRC로, 고경도강 중에서도 비교적 높은 경도를 가지고 있습니다. 수지의 사출 성형에 사용되는 금형은 고온에서 반복 하중을 견디거나 반복 마찰에 견디는 기능이 요구되기 때문에 NAK 재와 같은 단단한 소재가 많이 사용됩니다.
【NAK재와 열처리품의 비교】
| 재질 | 열처리(℃) | 기계적 성질의 대표값 | 물리적 특성의 대표 값 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 인장 강도 (N/mm2) |
내력 (N/mm2) |
신장 | 경도 | 비중 (20℃시) (g/cm3) |
선팽창계수 (20~100℃) (×10-6/℃) |
||||
| HRC | HB | ||||||||
| NAK55 | – | 1255년 | 981 | 15% | 37~43HRC | (344~400HB) | 7.8 | 12.5 | |
| HPM1 | – | 1215년 | 1010년 | 10% | 37~41HRC | (344~381HB) | 7.8 | 11.4 | |
| S50C | 불림 | 810~860 공냉 | 610 이상 | 365 이상 | 18% 이상 | (8~22HRC) | 179~235HB | 7.87 | 11.7 |
| 풀림 | 약 800 노냉 | – | – | – | (0~10HRC) | 143~187HB | |||
| 담금질 | 810~860 수냉 | 740 이상 | 540 이상 | 15% 이상 | (18~29HRC) | 217~277HB | |||
| 뜨임 | 550~650 급냉 | ||||||||
※상기 특성치는 참고치이며 보증치가 아닙니다.
※괄호는 경도 환산표(SAE J 427*1983년 개정)
빠르다
NAK재는 열처리가 끝난 소재로 높은 경도를 가지면서 절삭성이 뛰어난 것이 특징입니다. 그래서 열처리재 등에 비해 절삭 가공이나 마감에 걸리는 시간을 단축할 수 있습니다.
이미 열처리가 행해진 상태로 납품되기 때문에 가공 후의 열처리도 필요없고 단시간에 제품을 완성할 수 있습니다.
【NAK재와 열처리제품의 가공 공정의 차이】
저렴하다
NAK재는 단시간에 가공할 수 있는 것이 특징으로 가공에 드는 비용도 절감할 수 있습니다. 일반적으로 재료는 경도가 오르면 비용도 오르지만 NAK재는 전체의 비용이 절감되어 결과적으로 저렴하게 제품을 만들 수 있습니다.
【NAK재의 가공 조건】
D: 공구 직경
| 가공 | 가공 공정 | 공정 재질 | 절삭 속도 m/min |
이송 mm/1날 |
절입 깊이 mm |
|---|---|---|---|---|---|
| 선삭 가공 | 황삭 가공 | 초경(코딩) | 40~60 | 0.7mm／rev | 6~8 |
| 마무리 가공 |
초경(코딩) | 40~60 | 0.7mm／rev | 2~3 | |
| 밀링 가공 | 황삭 가공 | 초경 | 80~90 | ≤0.12 | ≤3 |
| 초경(코딩) | 100~120 | ≤0.15 | ≤4 | ||
| 엔드밀 가공 | 황삭 가공 | 초경 | 30~35 | ≤0.12 | 0.25D(지름 방향) 2D(축방향) |
| 마무리 가공 | 분말 하이스 | 20~25 | ≤0.10 | 0.2D(지름방향) 2D(축방향) |
|
| 드릴 가공 | – | Co계 하이스 | 12~15 | 0.05~0.2 | – |
| 탭 가공 | – | 고V계 하이스 | 5 | – | – |
요약
NAK재는 프리하든강 중 하나로 고경도강으로 분류되는 금속재료입니다. 열처리가 끝난 재료로 경도가 높고, 절삭 가공 하기 쉬운 것이 특징입니다. 그러므로 가공에 걸리는 시간이 빨라, 결과적으로 저렴하게 제품을 만들 수 있습니다.
