D2 공구강의 경화: 공랭 경화 사이클, 단계별 안내

목표로 하는 것

D2는 고탄소·고크롬 냉간 가공용 공구강입니다 (공칭 약 1.5% C, 12% Cr). 올바르게 경화되면 58–62 HRC를 제공하며, 마모에 대한 내성을 위한 단단한 크롬 탄화물이 다량 존재하고, 공랭 경화되므로 어떤 공구강보다도 변형이 적은 편에 속합니다.

사이클

1. 예열 — 천천히 균일화하며, 보통 650 °C 부근, 그 다음 약 820 °C의 단계로 진행합니다. D2는 열전도도가 낮고 합금 함량이 높아 열충격에 취약하며, 차가운 공구를 뜨거운 오스테나이트화 노에 곧바로 장입해서는 안 됩니다.
2. 오스테나이트화 — 보통 1010–1045 °C 영역에서 수행하며, 약 1030 °C가 널리 쓰이는 작업점입니다. 구간 안에서 높을수록 더 많은 탄화물이 고용됩니다: 경도와 내마모성은 오르지만, 결정립 조대화, 잔류 오스테나이트, 균열 위험도 함께 오릅니다. 단면이 균일해지고 의도한 탄화물 고용이 완료되는 데 필요한 시간만큼만 유지합니다.
3. 담금질 — 공기 또는 고압 가스 (진공로가 표준 관행입니다). D2의 경화능은 충분히 높아 대부분의 단면은 정지 공기에서도 경화됩니다. 요구 사항은 균일하게 냉각하는 것이며, 결정립계 탄화물을 석출시키는 느리고 불균일한 냉각을 피하는 것입니다. 얇은 모서리가 블록보다 앞서 나가지 않도록 중단하고 균일화합니다.
4. 템퍼링 — 최소 두 번. 템퍼링 사이에는 상온까지 (또는 잠시 손으로 만져 따뜻할 정도까지) 냉각합니다. 첫 번째 템퍼링은 잔류 오스테나이트를 변환시키고 담금질 응력을 완화합니다. 두 번째 템퍼링은 첫 번째가 만들어 낸 새로운 마르텐사이트를 템퍼링합니다. 두 번째 템퍼링을 생략하는 것이 전형적인 D2 실수입니다. 온도 선택이 최종 경도를 결정합니다:

템퍼링 영역 (참고)	결과
약 200 °C	최대에 가까운 경도, 대략 60–62 HRC급
약 500–540 °C	이차 경화 영역; 경도가 유지되고 인성과 안정성이 개선됨

나중에 PVD 코팅이나 질화를 할 금형은 템퍼링 온도가 코팅 공정 온도보다 안전하게 위에 있어야 합니다 — 이차 경화 영역이 존재하는 이유 중 일부가 바로 이것입니다.

치수 변화

D2는 경화 시 약간 성장합니다 — 보통 0.01% 단위의 변화가 보고되지만, 정확한 움직임은 오스테나이트화 온도와 잔류 오스테나이트 수준에 따라 달라집니다. 정밀 금형은 경화 후 마무리 연삭해야 하며 연삭 여유를 남겨두어야 하고, 고정밀 작업은 마무리 전에 조직을 안정화하기 위한 서브제로 단계 (잔류 오스테나이트 가이드 참조)의 도움을 받습니다.

피해야 할 파손 양상

• 장시간 분위기 침지 중의 탈탄 — 진공, 염욕 또는 보호 분위기를 사용하고 표면 경도를 검증합니다.
• 과열 — 조대한 결정립과 탄화물 용해는 템퍼링으로 되돌릴 수 없습니다.
• 방전 가공 손상을 그대로 두는 것 — 경화된 D2의 재응고층은 균열이 생기기 쉽습니다. 이를 제거하고 방전 가공 후 응력을 제거합니다.

이웃 강종들과 비교한 D2

D2는 고크롬 냉간 가공 강종군의 일원입니다. D3는 탄소와 탄화물이 더 많지만 인성과 경화능을 내줍니다. D2가 범용 선택지로 남는 것은 내마모성과 큰 단면을 공랭으로 경화할 수 있는 능력 사이의 균형 때문입니다. 마모가 아니라 치핑이 파손 양상인 경우에는, 탄소가 더 적은 내충격 강종이나 Cr-Mo-V 강종으로 D2에서 한 단계 이동하는 것이 보통입니다 — 부서지는 날에 대한 답은 경도를 더 높이는 것이 아닙니다.