KR101056658B1 - Electrode wire for electric discharge machining and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉각주형식 연속주조를 이용하여 방전가공용 전극선을 제조하는 방법에 있어서, 40 내지 42중량%의 Zn, 0.1 내지 2.0중량%의 Al, 잔부는 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되는 합금을 불활성 가스 하에서 1,000℃ 내지 1,200℃로 가열 용융하여 용탕을 준비하는 단계와, 상기 용탕이 흐르는 통로를 형성하는 통기성 내벽; 상기 내벽을 둘러싸는 외벽; 및 불활성 가스가 주입될 수 있도록, 상기 내벽과 상기 외벽 사이에 형성된 공간을 갖는 원통형 주형을 이용하여, 상기 공간에 도입된 상기 불활성 가스가 상기 통기성 내벽을 통하여 상기 용탕에 주입되는 단계와, 상기 용탕을 상기 원통형 주형 내에 10mm/min 내지 50mm/min의 주조속도로 도입하여, 상기 용탕의 응고계면이 상기 원통형 주형의 외부에 장착된 냉각수 수냉장치의 끝단으로부터 50 내지 100mm 떨어진 곳에서 일방향 응고되도록 하여, 선재로 연속주조하는 단계 및 상온에서 인발 가공하여 제조된 세선을 400℃ 내지 500℃에서 10초 내지 1분 동안 재결정 열처리하는 단계를 포함한다. The present invention relates to a method for producing an electrode wire for electric discharge machining using a continuous casting of cold casting, wherein 40 to 42% by weight of Zn, 0.1 to 2.0% by weight of Al, the balance of Cu and inevitable impurities are alloyed with an inert gas Preparing a molten metal by heating and melting at 1,000 ° C. to 1,200 ° C. under an air permeable inner wall forming a passage through which the molten metal flows; An outer wall surrounding the inner wall; And injecting the inert gas introduced into the space into the molten metal through the breathable inner wall by using a cylindrical mold having a space formed between the inner wall and the outer wall so that an inert gas can be injected therein. Is introduced into the cylindrical mold at a casting speed of 10 mm / min to 50 mm / min so that the solidification interface of the molten metal solidifies in one direction at a distance of 50 to 100 mm from the end of the coolant water cooling apparatus mounted to the outside of the cylindrical mold. Continuous casting with a wire rod and a recrystallized heat treatment for 10 seconds to 1 minute at 400 ℃ to 500 ℃ the fine wire produced by drawing processing at room temperature.
방전가공, 전극선, 냉각주형, 방향성, Al, Ti, 신선가공 Discharge Machining, Electrode Wire, Cooling Mold, Directivity, Al, Ti, Wire Machining
Description
본 발명은 방전가공용 전극선 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인장강도, 전기전도도 및 자동결선성을 향상시킨 Cu-Zn-(Al,Ti)계 방전가공용 전극선 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode wire for electric discharge machining and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an electrode wire for electric discharge machining (Cu-Zn- (Al, Ti) -based electric discharge machining improved in tensile strength, electrical conductivity and automatic connection) and a method of manufacturing the same. .
방전가공은 강한 장력을 준 방전가공용 전극선과 피가공물 사이에 방전(妨電)을 일으켜 피가공물을 가공하는 방법으로, 스파크 가공(spark machining)이라고도 하며, 전극선에 전류를 흐르게 하여 스파크를 일으키고, 스파크에 따라 발생되는 열을 이용하여 재료를 가공한다. 스파크로 일어난 열에너지는 가공하고자 하는 재료를 녹이거나 기화시켜 제거함으로써 피가공물을 원하는 모양으로 만들 수 있다. 이때, 방전은 아주 작게 또 아주 빠르게 일어나도록 제어되므로, 시편의 가공부분은 아주 작은 입자가 되어 녹거나 기화되어 제거되기 때문에 매우 정밀한 가공을 할 수 있게 된다.Discharge machining is a method of processing a workpiece by generating a discharge between the electrode wire for electric discharge and the workpiece under high tension. Also called spark machining, spark is generated by flowing an electric current through the electrode wire. Process the material using the heat generated by The thermal energy generated by the spark can be removed by melting or vaporizing the material to be processed to give the workpiece the desired shape. At this time, since the discharge is controlled to occur very small and very fast, the processing part of the specimen becomes very small particles, so that it is possible to perform very precise processing because it is melted or vaporized and removed.
방전가공용 전극선은 방전가공 중 약 3,000℃의 고온으로 가열되므로, 전극선의 소재 자체에 큰 열이 가해질 뿐 아니라, 안정된 방전을 유지하여 가공정도(精 度) 및 가공속도를 증가시키기 위해 장력도 가해지므로, 고온 방전가공 시에 높은 인장강도를 가져야 한다. 고온 방전가공 시의 인장강도가 충분하지 않은 경우, 방전가공 중에 전극선이 단선(斷線)될 수가 있다. Since the electrode wire for electric discharge machining is heated to a high temperature of about 3,000 ° C. during electric discharge machining, not only a large amount of heat is applied to the material of the electrode wire, but also a tension is applied to maintain a stable discharge and increase processing accuracy and processing speed. In high-temperature discharge machining, it must have high tensile strength. When the tensile strength at the time of high temperature discharge machining is not enough, an electrode wire may be disconnected during discharge machining.
상기 전극선 단선의 문제는 방전가공 개발 초기부터 계속 문제가 되어 왔다. 일반적으로, 전극선 단선은 방전가공 중 전극선에 집중방전, 높은 하중 또는 높은 온도에서 전극선의 강도가 감소하기 때문에 발생한다. 이렇게 발생된 전극선의 단선은 가공속도를 감소시킬 뿐만 아니라, 단선 후 피가공물의 재정비가 필요하고, 전극선을 교체해야하며, 때때로 피가공물의 표면에 영구적 손상을 남기게 되어, 방전가공 시에 치명적인 손해를 가져오게 되며, 이는 작업성 및 가격적인 면에도 큰 영향을 미치게 된다.The problem of disconnection of the electrode wire has been a problem since the early stages of development of electrical discharge machining. In general, disconnection of electrode wires occurs because the intensity of the electrode wires decreases in concentrated discharge, high load or high temperature in the electrode wires during electric discharge machining. This disconnection of the electrode wire not only reduces the processing speed, but also requires reworking of the workpiece after disconnection, replacing the electrode wire, and sometimes leaving permanent damage to the surface of the workpiece, which can cause fatal damage during electrical discharge machining. This will have a big impact on workability and cost.
따라서, 방전가공용 전극선은 높은 인장강도를 가지며, 방전가공 중 전극선이 단선되는 비율을 줄여야 한다(작업성 개선).Therefore, the electrode line for electrical discharge machining has a high tensile strength, and the rate of disconnection of the electrode wire during electrical discharge machining must be reduced (workability improvement).
또한, 방전가공용 전극선은 높은 표면 경도를 가져야 한다. 방전가공용 전극선의 경도가 낮은 경우, 가공 속도를 빠르게 할 수 없을 뿐만 아니라, 가공되는 재료의 표면이 거칠어져 표면 조도가 떨어지는 문제점이 발생하기 때문이다.In addition, the electrode line for electrical discharge machining should have a high surface hardness. This is because when the hardness of the electrode line for electric discharge machining is low, not only the machining speed can be increased, but also the surface of the material to be processed is roughened, resulting in a problem of poor surface roughness.
현재 사용되는 방전가공용 전극선으로는, 순동선, 황동선(Cu 65%와 Zn 35%를 함유하는 합금), 아연도금 황동선, 텅스텐선, 몰리브덴선 등이 있다.The electrode wire for electric discharge machining currently used includes a pure copper wire, a brass wire (alloy containing 65% Cu and 35% Zn), a galvanized brass wire, a tungsten wire, and a molybdenum wire.
상기 제안된 방전가공용 전극선 중에서, 순동선은 연신율이 우수하여 세선(細線)가공이 용이하고 전기 전도성이 좋은 장점이 있으나, 인장강도가 낮아 방전가공 시에 큰 인장력을 가할 수 없기 때문에, 전극선의 진동을 억제하기 어려워 칫 수 정밀도가 저하될 뿐만 아니라, 가공정도가 나쁘고 또 사용 중에 쉽게 단선되어 방전가공 작업의 효율이 저하되는 문제점이 있다.Among the proposed electrode wires for discharge processing, the pure copper wire has excellent elongation and thus has an advantage of easy thin wire processing and good electrical conductivity. However, since the tensile strength is not low, a large tensile force cannot be applied during discharge processing, and thus, vibration of the electrode wire It is difficult to suppress the measurement accuracy, as well as the dimensional accuracy is poor, there is a problem that the processing accuracy is bad and easily disconnected during use, the efficiency of the discharge machining operation is lowered.
황동선은 순 동선에 비해서 약 2배 이상의 인장강도가 있고, 그 합금 성분인 아연(Zn)의 존재에 의해 방전안정성, 기화폭발력 등이 향상되어 순동선보다 가공속도를 빠르게 할 수 있다는 장점이 있기 때문에, 현재 방전가공용 전극선으로는 황동선이 널리 사용되고 있지만, 황동선은 실온에서의 인장강도가 동선의 2 배에 달하지만, 3,000℃ 전후의 고온강도는 순동선보다 약간 높은 정도로써 가공정도를 올리면 역시 단선되는 경향이 있다. Brass wire has a tensile strength of about 2 times higher than that of pure copper wire, and the presence of zinc (Zn), an alloy component, improves discharge stability and evaporation explosiveness, making the machining speed faster than pure copper wire. Although brass wire is widely used as the electrode wire for electric discharge machining, brass wire has tensile strength at room temperature twice that of copper wire, but high temperature strength around 3,000 ℃ is slightly higher than pure copper wire, which is also disconnected when the processing degree is increased. There is a tendency.
또한, 아연 도금 황동선의 경우는 표면 아연층의 존재에 의해 방전안정성은 증가되지만, 고온에서의 강도가 황동선의 강도와 거의 동일하므로 역시 가공속도를 올리면 단선되는 경향이 있으며, 아연도금에 따른 제조상의 어려움과 제조단가가 높고, 방전 가공중에 아연의 분말이 많이 발생하여 재료를 쉽게 오염시키는 등 생산시에 손실(loss)이 자주 발생하는 문제점이 있다.In addition, in the case of galvanized brass wire, the discharge stability is increased by the presence of the surface zinc layer, but since the strength at high temperature is almost the same as that of the brass wire, there is a tendency to break the wire by increasing the processing speed. Difficulty and high manufacturing cost, there is a problem that often occurs in the production (loss) during production, such as a lot of zinc powder is generated during the electrical discharge machining to easily contaminate the material.
마지막으로, 텅스텐선과 몰리브덴선은 고온강도가 높지만 신선가공성(伸線加工性)이 좋지 않으며 소모품으로서 사용되는 전극선으로서는 너무 고가인 문제점이 있다.Finally, although tungsten wire and molybdenum wire have high temperature strength, they have poor drawability and are too expensive for electrode wires used as consumables.
한편, 종래의 방전가공용 황동선에 있어서는, α상 조직의 황동을 사용함으로써, 강도가 그다지 높지 않고 방전 가공속도가 낮았다. 그러나 최근에는 높은 강도, 가공정밀도, 가공속도, 자동결선성 등에 있어서 더욱 향상된 특성이 요구됨에 따라, α상 조직의 황동선으로는 그 요구조건을 충족시킬 수 없게 되었다.On the other hand, in the conventional brass for electric discharge machining, by using the brass of alpha phase structure, the strength was not so high and the electric discharge machining rate was low. However, in recent years, as the improved properties such as high strength, processing precision, processing speed, automatic connection, etc. are required, the brass wire of α-phase structure cannot meet the requirements.
따라서, 아연의 함량을 높여 아연의 효과를 얻을 목적으로, 기존의 황동선에 아연을 40중량% 이상으로 증가시켜 β상 조직을 갖는 황동선이 제안되고 있다. 그러나, 아연의 조직이 β상 조직으로 변하면 열간가공성에는 지장이 없지만, β상 분율이 증가하면 상온에서는 경도가 증가하고 인성이 떨어져 냉간가공성이 급속히 나빠져 세선으로의 인발가공이 매우 곤란하여 실용성이 없어지고, 신선가공성이 취약해지는 문제점이 있다. Therefore, for the purpose of increasing the zinc content to obtain the effect of zinc, a brass wire having a β-phase structure has been proposed by increasing the zinc to more than 40% by weight in the existing brass wire. However, if the zinc tissue is changed into β-phase tissue, the hot workability is not impaired, but if the β-phase fraction is increased, the hardness increases and the toughness decreases at room temperature, and the cold workability is rapidly deteriorated. There is a problem that the freshness is weak.
현재의 제조공정은 아연이 40중량%이상인 황동을 직경이 100~200 mm 정도인 빌렛(billet)을 주조한 후 열간압출하여, 이를 다시 여러 단계의 열처리와 인발공정을 거쳐 방전가공 전극선을 만드는데, 아연의 함량이 높을경우 신선가공성이 극히 나쁘기 때문에 제조비용의 상승과 기계적성질의 저하 등의 단점이 있다. 따라서, 현재의 방법으로는 아연의 함량을 계속적으로 높일 수가 없다. 더욱, 최근에 시도되고 있는 가열주형 연속주조법(Ohno Continuous Casting : OCC)의 경우에는 일방향응고선재 또는 단결정선재의 제조에 유리하여 많은 소재의 극세선화에 크게 기여하고 있으나, 아연이 포함된 황동, 특히 40중량% 이상 첨가된 황동의 경우에는 용탕의 응고 및 주조 도중 아연이 증발하여 주형내부에 증착되므로 선재의 원활한 제조가 거의 불가능한 단점이 있다. In the current manufacturing process, a brass with a zinc content of 40% by weight or more is cast into a billet having a diameter of about 100 to 200 mm, and then hot-extruded, and then subjected to several steps of heat treatment and drawing processes to make an electric discharge electrode line. If the zinc content is high, the drawability is extremely bad, so there are disadvantages such as an increase in manufacturing cost and a decrease in mechanical properties. Therefore, the current method cannot continuously increase the content of zinc. In addition, in recent years, the continuous continuous casting (OCC) of the heating mold is advantageous for the production of unidirectional solidified wire or single crystal wire, which greatly contributes to the ultra-fineness of many materials. In the case of brass added by 40% by weight or more, since zinc is evaporated and deposited in the mold during solidification and casting of the molten metal, it is almost impossible to manufacture wires smoothly.
한편, 황동선재의 경우에는 제조시 단선이 많이 발생되어 원가가 크게 증가되므로 대량생산은 어려우며, 제조된 선재의 신선가공성은 뛰어나지만 강도향상에는 크게 기여하지 못하고, 연신률만 증가하는 한계가 있는 편이다. 본 발명은 이와같은 가열주형식 연속주조의 장점을 살려 냉각주형의 수평연속주조기술 통하여 방 향성 응고선재를 제조한다는 점에서 의의가 크다.On the other hand, in the case of brass wire, a lot of disconnection is generated during manufacturing, so the cost is greatly increased, so mass production is difficult. . The present invention is significant in that it produces a directional solidified wire through the horizontal continuous casting technology of the cooling mold taking advantage of the continuous casting of the heating mold.
또한, 현재까지의 Cu-40~42중량%의 Zn으로 이루어진 황동합금의 연속주조시의 용탕의 온도는, 아연이 증발하여 합금조성이 변하는 것을 최소화하기 위해 약 950 ℃ 정도이었으나, 황동합금 세경봉의 수평연속주조와 응고결정조직의 일방향주조를 위해서는 용탕의 온도를 높여 황동합금의 유동성을 향상시키고, 주조속도를 낮추고, 합금의 액상과 고상의 계면이 냉각수 수냉장치의 끝단으로부터 최소 50mm이상이 되도록 제어해 주어야 한다.In addition, the temperature of the molten metal at the time of continuous casting of the brass alloy composed of Cu-40 ~ 42% by weight of Zn was about 950 ℃ to minimize the change of alloy composition due to evaporation of zinc, For horizontal continuous casting and one-way casting of solidification crystal structure, the temperature of molten metal is improved to improve the fluidity of brass alloy, the casting speed is decreased, and the interface between the liquid and solid phase of the alloy is at least 50mm from the end of the cooling water cooling device. You have to control it.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래의 방법으로는 아연의 함량을 계속적으로 높일 수가 없었기 때문에, 주요 제조공정을 제어하여 일방향 응고에 의한 방향성 응고 조직을 가진 선재를 생산함과 동시에, 알루미늄과 티타늄을 소량 첨가하여 결정입도를 미세하고 균일하게 조절함으로써, 인장강도, 표면경도 및 전기전도도 등의 특성이 향상된 전극선 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and because the conventional method was not able to continuously increase the content of zinc, by controlling the main manufacturing process to produce a wire rod having a directional solidification structure by one-way solidification. At the same time, by adding a small amount of aluminum and titanium to finely and uniformly control the grain size, an object of the present invention is to provide an electrode wire manufacturing method with improved properties such as tensile strength, surface hardness and electrical conductivity.
또한, 본 발명은 작업성 및 신선 가공성이 향상되고 전기전도도가 우수한 방전가공용 전극선을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. Moreover, an object of this invention is to provide the electrode wire for electrical discharge machining which improves workability and wire workability, and is excellent in electrical conductivity.
상기와 같은 본 발명의 목적은 냉각주형식 연속주조를 이용하여 방전가공용 전극선을 제조하는 방법에 있어서, 40 내지 42중량%의 Zn, 0.1 내지 2.0중량%의 Al, 잔부는 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되는 합금을 불활성 가스 하에서 1,000℃ 내지 1,200℃로 가열 용융하여 용탕을 준비하는 단계와, 상기 용탕이 흐르는 통로를 형성하는 통기성 내벽; 상기 내벽을 둘러싸는 외벽; 및 불활성 가스가 주입될 수 있도록, 상기 내벽과 상기 외벽 사이에 형성된 공간을 갖는 원통형 주형으로서, 상기 공간에 도입된 상기 불활성 가스가 상기 통기성 내벽을 통하여 상기 용탕에 주입되는 원통형 주형 내에 상기 용탕을 10mm/min 내지 50mm/min의 주조속도로 도입하고, 상기 용탕의 응고계면이 상기 원통형 주형의 외부에 장착된 냉각수 수냉장치의 끝단으로부터 50 내지 100mm 떨어진 곳에서 일방향 응고되도록 하여, 선재로 연속주조하는 단계 및 상기 선재를 상온에서 인발 가공하여 세선을 제조하는 단계로서, 상기 인발 가공은 400℃ 내지 500℃에서 10초 내지 1분 동안 재결정 열처리하는 것을 포함하는 것인 세선을 제조하는 단계를 포함하는 방전가공용 전극선 제조 방법에 의해 달성된다.An object of the present invention as described above is a method for producing electrode processing for electrical discharge machining using a continuous casting of cold casting, 40 to 42% by weight of Zn, 0.1 to 2.0% by weight of Al, the balance is composed of Cu and unavoidable impurities Preparing an molten alloy by melting the alloy to be heated to 1,000 ° C. to 1,200 ° C. under an inert gas, and a breathable inner wall forming a passage through which the molten metal flows; An outer wall surrounding the inner wall; And a cylindrical mold having a space formed between the inner wall and the outer wall so that an inert gas can be injected, the molten metal being 10 mm in a cylindrical mold into which the inert gas introduced into the space is injected into the molten metal through the breathable inner wall. Introduced at a casting speed of / min to 50mm / min, and the solidification interface of the molten metal is unidirectionally solidified 50 to 100mm away from the end of the coolant water cooling device mounted on the outside of the cylindrical mold, continuous casting with wire And manufacturing the fine wire by drawing the wire at room temperature, wherein the drawing process includes the step of manufacturing the thin wire including recrystallization heat treatment at 400 ° C. to 500 ° C. for 10 seconds to 1 minute. It is achieved by an electrode wire manufacturing method.
바람직하게는, 상기 합금은 0.01 내지 0.5중량%의 Ti을 더 포함한다.Preferably, the alloy further comprises 0.01 to 0.5% by weight of Ti.
또한, 바람직하게는, 상기 재결정 열처리 이후에 상기 세선을 210℃ 내지 280℃에서 1초 30초 동안 소둔 열처리하는 것을 더 포함한다.In addition, preferably, after the recrystallization heat treatment further comprises annealing the thin wire for 1 second 30 seconds at 210 ℃ to 280 ℃.
또한, 바람직하게는, 상기 세선은 직경이 0.1 내지 0.5mm인 것이다.Also, preferably, the thin wire is 0.1 to 0.5 mm in diameter.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 제조방법들 중 어느 하나의 제조방법에 따라 제조된 방전 가공용 전극선에 의해 달성된다. Still another object of the present invention is achieved by an electrode wire for electric discharge machining manufactured according to any one of the above-described manufacturing methods.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 냉각주형식 수평연속주조법을 이용함에도 불구하고, 직경 30 mm 이하의 극세선의 선재로 제조할 수 있으며, 미세조직도 알루미늄(β상 형성을 촉진하여 선재의 기계적 강도 향상)과 티타늄(Al-Ti 금속간 화합물을 형성하여 공정조직을 미세화시킴으로써 기계적 강도 개선)의 첨가로 인장강도 및 신선가공성이 향상되도록 제어가 가능하여, 방전가공 전극선의 특성(전기전도도, 연신율 등) 향상뿐만 아니라 생산 원가절감 효과도 거둘 수 있는 장점이 있다.According to the present invention as described above, in spite of using the cooling casting type horizontal continuous casting method, it can be produced with a wire of a fine wire of 30 mm or less in diameter, and the microstructure also aluminum (promotes the β phase formation to improve the mechanical strength of the wire) And the addition of titanium (Al-Ti intermetallic compound to refine the process structure to improve the mechanical strength) can be controlled to improve the tensile strength and freshness, thereby improving the characteristics (electric conductivity, elongation, etc.) of the electrode electrode In addition, it has the advantage of reducing production costs.
보다 상세히 설명하면, 용탕의 온도를 1,000℃ 내지 1,200 ℃ 정도로 높여도, 용탕에 불활성 가스를 공급하기 때문에, 황동합금내에 함유된 아연이 증발하여 합금조성이 변화하는 것을 막을 수 있고, 응고결정 조직의 일방향 주조성을 높일 수 있다. 또한 용탕과 주형이 반응하는 것을 막기 위해, 주형의 내벽의 일부를 다공성 흑연으로 제조하여, 이를 응고계면 바로 전까지 설치하여 다공성 흑연을 통하여 비산화성 가스인 불활성 가스를 용탕의 응고계면 주위로 흐르게 하였다. 또한 주조속도를 낮추어 응고 결정의 방향성을 일방향으로 제어하여 직경 30mm 이하의 세경봉을 제조함으로써, 열처리 공정을 줄이고, 생산수율을 높이며, 신선가공성도 향상시킬 수 있었다. In more detail, even if the temperature of the molten metal is increased to about 1,000 to 1,200 ° C, the inert gas is supplied to the molten metal, so that zinc contained in the brass alloy can be prevented from evaporating to change the alloy composition. One-way castability can be improved. In addition, in order to prevent the molten metal and the mold from reacting, a part of the inner wall of the mold was made of porous graphite, which was installed just before the coagulation interface, so that an inert gas, which is a non-oxidizing gas, flowed around the coagulation interface of the molten metal through the porous graphite. In addition, by controlling the directionality of the solidification crystal in one direction by lowering the casting speed to produce a thin diameter bar of 30mm or less, it was possible to reduce the heat treatment process, increase the production yield, and improve the fresh workability.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방전가공용 전극선은 40 내지 42 중량%의 아연(Zn)과 0.1 내지 2.0중량%의 알루미늄(Al)이 함유되며, 나머지 중량%가 구리(Cu) 및 불가피한 불순물을 포함하는 합금 조성을 가지는 Cu-Zn-Al계 합금의 전극선이고, 바람직하게는 0.01 내지 0.5중량%의 티타늄(Ti)을 더 포함하는 Cu-Zn-Al-Ti계 합금의 전극선이다.The electrode line for electric discharge machining of the present invention for achieving the above object contains 40 to 42% by weight of zinc (Zn) and 0.1 to 2.0% by weight of aluminum (Al), the remaining weight% is copper (Cu) and unavoidable impurities An electrode wire of a Cu-Zn-Al-based alloy having an alloy composition containing a, preferably an electrode wire of a Cu-Zn-Al-Ti-based alloy further containing 0.01 to 0.5% by weight of titanium (Ti).
일반적으로 아연이 40 내지 42중량% 첨가된 황동합금은 빌렛(billet)으로 제조할 경우, 조대한 α상과 β상으로 인하여 매우 취약하고 가공성이 나빠지는데, 이를 냉각주형 수평연속주조법을 이용하여 느린 속도로 선재(소경봉)를 제조하면 α상과 β상이 주조방향과 수평하게 배열되면서 미세해지며, 여기에 0.1 내지 2.0중량%의 알루미늄(Al)을 첨가하거나, 0.1 내지 2.0중량%의 알루미늄(Al)과 0.01 내지 0.5중량%의 티타늄(Ti)을 둘다 첨가하면 더욱 조직이 미세해지고 신선가공성이 향상되는 특징이 있다.In general, brass alloys containing 40 to 42% by weight of zinc are very fragile and poor in workability due to the coarse α and β phases. When the wire rod (small diameter rod) is manufactured at a speed, the α phase and the β phase are finely aligned with the casting direction, and 0.1 to 2.0% by weight of aluminum (Al) is added thereto, or 0.1 to 2.0% by weight of aluminum ( When both Al) and 0.01 to 0.5% by weight of titanium (Ti) are added, the structure becomes finer and the fresh workability is improved.
특히, 알루미늄과 티타늄을 첨가하면, 형성된 후에는 융점이 높고 대단히 안정한 Al3Ti, AlTi 등의 금속간 화합물이 용융금속 내에 균일하게 분포하여 응고 핵생성을 촉진하게 되어 미세한 입도를 얻는데 크게 기여하게 된다. 그러나, 알루미늄은 황동합금에서 아연의 당량을 높이는 효과가 있기 때문에, 즉, 알루미늄 2.0 중량%를 초과하여 첨가하면 알루미늄의 아연 당량이 6이므로 약 12%를 초과하는 아연을 첨가한 것이 되어 강도와 경도는 증가하나 인성이 감소하고 주조조직이 조립화하는 경향이 있다. 따라서, 알루미늄은 2.0 중량% 이하의 양을 사용한다. 한편, 알루미늄으로 인한 강도 및 경도의 증가라는 효과를 실질적으로 얻기 위해서는, 알루미늄을 0.1 중량% 이상의 양으로 사용해야 한다. 또한, 소량의 티타늄을 첨가하여 주조조직을 미세화 시켜주어야 한다. 티타늄은 용탕에 첨가시 산화가 잘되어 제어가 어려우므로 0.5중량% 이하로 첨가해야 한다. 티타늄으로 인한 상기 효과를 실질적으로 얻기 위해서는 티타늄을 0.01 중량% 이상의 양으로 사용해야 한다.In particular, when aluminum and titanium are added, intermetallic compounds such as Al 3 Ti and AlTi, which have high melting points and are very stable, are uniformly distributed in the molten metal to promote coagulation nucleation, thereby greatly contributing to obtaining a fine particle size. . However, aluminum has the effect of increasing the equivalent of zinc in the brass alloy, that is, when the aluminum is added in excess of 2.0% by weight, the zinc equivalent of aluminum is 6 so that more than about 12% of zinc is added to the strength and hardness Increases but decreases toughness and tends to granulate the cast structure. Therefore, aluminum uses an amount of 2.0% by weight or less. On the other hand, to substantially obtain the effect of increasing the strength and hardness due to aluminum, aluminum should be used in an amount of 0.1% by weight or more. In addition, a small amount of titanium should be added to refine the cast structure. Titanium should be added at 0.5 wt% or less because it is difficult to control because it is well oxidized when added to the molten metal. Titanium should be used in an amount of 0.01% by weight or more in order to obtain substantially the effect due to titanium.
한편, 상기와 같은 본 발명의 Cu-Zn-Al계 방전가공용 전극선 또는 Cu-Zn-Al-Ti계 방전가공용 전극선은 다음과 같은 제조방법에 따라 제조되는 것이 바람직하다.On the other hand, the electrode wire for Cu-Zn-Al-based electric discharge machining or the electrode wire for Cu-Zn-Al-Ti electric discharge machining of the present invention as described above is preferably manufactured according to the following manufacturing method.
먼저, Cu-Zn(40 내지 42중량%)-Al(0.01 내지 2.0중량%)으로 이루어지는 합금과, Cu-Zn(40 내지 42중량%)-Al(0.01 내지 2.0중량%)-Ti(0.01 내지 0.5중량%)로 이루어진 합금을 가열 용융하여 합금 용탕을 준비한다. 합금 용탕의 온도를 1,000 내지 1,200℃ 정도로 높게 하여 황동합금의 유동성을 향상시키는데, 이 경우 황동 합 금내에 함유된 아연이 증발하여 합금조성이 변화하고, 도가니와 흑연주형에 아연이 증착하여 세경봉 제조시 단선 및 표면 거칠기의 원인이 되므로, 불활성 가스를 가압상태로 공급하여 용탕 표면을 보호해 줄 수 있으며, 불활성 분위기 가스의 압력은 약 2 내지 3 기압으로 유지하고 연속주조기 내부의 작은 출구를 통하여 가스가 흐르도록 유지해 준다. First, an alloy consisting of Cu-Zn (40 to 42 wt%)-Al (0.01 to 2.0 wt%), and Cu-Zn (40 to 42 wt%)-Al (0.01 to 2.0 wt%)-Ti (0.01 to 0.5 wt%) of the alloy is heated and melted to prepare an alloy molten metal. By increasing the temperature of the molten alloy to about 1,000 to 1,200 ℃ to improve the fluidity of the brass alloy, in this case, the zinc alloy contained in the brass alloy evaporates, the alloy composition is changed, and the zinc is deposited on the crucible and graphite mold to produce thin rods Since it may cause disconnection and surface roughness at the time, the inert gas can be supplied under pressure to protect the surface of the molten metal. The pressure of the inert atmosphere gas is maintained at about 2 to 3 atm and the gas is discharged through a small outlet inside the continuous casting machine. Keep it flowing.
본 발명에서 바람직한 불활성 가스의 예로는 헬륨, 네온, 질소, 아르곤 가스 등이 사용될 수 있지만, 더욱 바람직하게는 질소 또는 아르곤 가스를 사용한다. Examples of preferred inert gases in the present invention may be helium, neon, nitrogen, argon gas and the like, more preferably nitrogen or argon gas.
현재까지의 Cu-40~42중량% 황동합금의 연속주조시의 용탕의 온도는 아연의 증발을 최소화하기 위해 약 950 ℃ 정도이었으나, 황동합금 세경봉의 수평연속주조와 응고선재의 결정 방향성을 수평(일방향 주조)으로 유지하기 위해서는 위에서 설명한 바와 같이 용탕의 온도를 높이고, 주조속도를 직경에 따라 10mm/min 내지 50mm/min로 낮추고, 합금의 액상과 고상의 계면이 냉각수 수냉장치의 끝단으로부터 최소 50mm 이상 100mm 이하가 되도록 제어해 주어야 한다. 연속주조 세경봉의 직경 이 30mm인 경우 약 10mm/min 내지 20mm/min로 주조속도를 낮추는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 용융된 황동합금의 액상과 고상의 응고계면이 냉각수 수냉장치 보다 70 내지 80mm 이상 떨어져 도가니 방향으로 들어가게 한다.The temperature of molten metal during continuous casting of Cu-40 ~ 42 wt% brass alloy has been about 950 ℃ to minimize the evaporation of zinc.However, the horizontal direction of continuous casting of brass alloy thin rods and the crystal orientation of solidified wire To maintain (unidirectional casting), increase the temperature of the melt as described above, lower the casting speed from 10mm / min to 50mm / min depending on the diameter, the interface between the liquid and solid phase of the alloy at least 50mm from the end of the cooling water cooling device It should be controlled to be over 100mm. When the diameter of the continuous casting thin rod is 30mm, it is preferable to lower the casting speed to about 10mm / min to 20mm / min, and more preferably, the liquid and solidified solidification interfaces of the molten brass alloy are 70 to 80mm than the cooling water cooling device. Make sure you fall in the direction of the crucible.
여기에서, 응고계면이 형성된 위치는 냉각수 수냉장치와 떨어져 있으므로 냉각속도가 매우 낮아 고온 상태로 오래 유지되므로, 용탕과 흑연으로 만들어진 원통형의 냉각주형과의 반응이 일어나기 쉽다. 그러므로, 이를 막기 위해 냉각주형의 내벽을 통기성 재질인 다공성 흑연을 사용하여 만들고, 이를 응고 계면 바로 전까 지 설치하여 다공성 흑연을 통하여 외부에서 비산화성 가스인 질소 또는 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 합금 용탕(응고되는 선재)의 응고계면 주위로 흐르게 한다.Here, since the location where the coagulation interface is formed is far from the cooling water water cooling apparatus, the cooling rate is very low and maintained at a high temperature for a long time, so that the reaction between the molten metal and the cylindrical cooling mold made of graphite is likely to occur. Therefore, in order to prevent this, the inner wall of the cooling mold is made of porous graphite, which is a breathable material, and is installed just before the solidification interface, and an inert gas such as nitrogen or argon gas, which is a non-oxidizing gas, is injected from the outside through the porous graphite. Flow around the solidification interface of the solidified wire).
냉각주형식 연속주조법으로 선재를 제조한 다음에는, 주조 된 선재 보다 작은 직경의 선재로 인발가공하여 세선으로 제조한다. 인발공정은 400 내지 500℃에서 10초 내지 1분 동안 재결정 열처리를 한다. 바람직하게는, 450 내지 500℃에서 약 30초 정도 재결정 열처리를 수행하여, 세선으로 신선한다. After the wire is manufactured by cold casting continuous casting method, it is drawn into a wire of smaller diameter than the cast wire and manufactured into fine wire. The drawing process is a recrystallization heat treatment for 10 seconds to 1 minute at 400 to 500 ℃. Preferably, recrystallization heat treatment is performed at 450 to 500 ° C. for about 30 seconds to freshen the fine wire.
세선으로 신선한 후, 200 내지 280℃에서 30초 이내로, 바람직하게는 200 내지 250℃에서 5 내지 10초간 소둔 열처리한다.After being fresh with thin wire, annealing heat treatment is performed within 200 seconds at 200 to 280 ° C for 5 to 10 seconds, preferably at 200 to 250 ° C.
상기와 같은 방전가공용 전극선의 제조방법에 따라, 40 내지 42 중량%의 아연을 포함하고, 0.1 내지 2.0 중량%의 알루미늄 또는 0.1 내지 2.0 중량%의 알루미늄 및 0.01 내지 0.5 중량%의 티타늄을 첨가함으로써, 신선가공성 및 일방향성에 따른 우수한 작업성을 갖는 방전가공용 전극선을 제조할 수 있다. According to the manufacturing method of the electrode wire for electrical discharge machining as described above, by adding 40 to 42% by weight of zinc, by adding 0.1 to 2.0% by weight of aluminum or 0.1 to 2.0% by weight of aluminum and 0.01 to 0.5% by weight of titanium, It is possible to manufacture the electrode line for electric discharge machining having excellent workability according to the drawability and unidirectionality.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail.
(실시예)(Example)
표 1은 종래의 아연도금 전극선(비교예 1), 황동선(비교예 2) 및 본 발명의 바람직한 실시예(실시예 1, 2)에 따른 방전가공용 전극선의 금속조성을 나타낸 것이다. Table 1 shows the metal composition of the conventional galvanized electrode wire (Comparative Example 1), brass wire (Comparative Example 2) and the electrode wire for electrical discharge machining according to the preferred embodiments (Examples 1 and 2) of the present invention.
상기의 표 1에 나타난 성분을 기준으로, 냉각주형식 연속주조법에 의해 직경 6mm의 선재로 제조하였다. 용탕의 온도는 약 1,100℃로 유지하고 질소 가스를 용탕과 주형 내부에 주입시켜 산화를 방지시키고, 수평연속주조 속도는 약 15mm/min 내지 20mm/min로 설정하였으며, 응고계면은 냉각장치로부터 약 70mm 떨어진 곳에 위치하도록 하였다. Based on the components shown in Table 1 above, it was made of a wire of 6mm in diameter by the cooling casting continuous casting method. The temperature of the molten metal was maintained at about 1,100 ° C and nitrogen gas was injected into the molten metal and the mold to prevent oxidation, and the horizontal continuous casting speed was set at about 15 mm / min to 20 mm / min, and the solidification interface was about 70 mm from the cooling device. It was located far away.
여기에서, 주조된 직경 6mm인 선재는 도 1에 나타낸 바와 같이 응고의 방향성이 뚜렷이 형성되어 있었으며, Al 과 Ti를 동시에 첨가한 합금의 조직이 가장 미세하여, 방전가공용 전극선에 더욱 바람직하였다. 이 선재를 직경 0.248mm까지 인발 가공한 후 450℃ 내지 500℃에서 약 30초 정도 재결정 열처리 실시하여 인발공정 중 가공경화 효과를 줄여, 원하는 기계적 특성을 갖출 수가 있었다. 직경 0.248mm까지 신선 가공된 세선은 응력제거를 위하여 열처리 온도 240℃에서 5초동안 유지하여, 우수한 와이어 방전가공용 전극선을 제조하였다. Here, as shown in Fig. 1, the cast wire having a diameter of 6 mm was clearly formed in the direction of solidification, and the structure of the alloy to which Al and Ti were added at the same time was the finest, which was more preferable for the electrode for electrical discharge machining. After drawing the wire to 0.248mm in diameter, it was subjected to recrystallization heat treatment at 450 ° C to 500 ° C for about 30 seconds to reduce the work hardening effect during the drawing process, thereby providing desired mechanical properties. The fine wire processed to a diameter of 0.248 mm was maintained at a heat treatment temperature of 240 ° C. for 5 seconds to remove stress, thereby producing an excellent wire discharge machining electrode wire.
참고로, 도 1은, 비교예 2(Cu-42중량%Zn)와 본 발명의 실시예 1(Cu-42중량%Zn-1.0중량%Al 합금 선재)와 실시예 2(Cu-42중량%Zn-1.0중량%Al-0.05중량%Ti 합금 선재)의 미세조직을 보여주고 있다. 도 1을 참고하면, 수평연속주조의 일방향응고 제조공정에 의해 미세한 결정입자들이 주조방향에 수평으로 배열된 것을 Al과 Ti를 동시에 첨가한 실시예 2의 경우에서 확인할 수 있었다. 또한, 방전가공용 전극선 내에 존재하는 조직은 α상과 β상이 있으며, β상은 α상에 비하여 상대적으로 강도가 높다. Al을 첨가함으로써 강도가 향상되는 이유는 알루미늄을 첨가하면 이러한 β상의 분율이 증가하여 인장강도를 향상시키는 인자로 작용하기 때문인 것으로 여겨진다. 또한, 알루미늄을 첨가하여 β상 분율이 증가하였을 뿐만 아니라, 티타늄을 첨가하여 공정조직이 미세화가 되어, 인장강도를 크게 향상시키는 원인으로 작용한 것으로 분석된다.For reference, FIG. 1 shows Comparative Example 2 (Cu-42 wt% Zn), Example 1 (Cu-42 wt% Zn-1.0 wt% Al alloy wire rod) and Example 2 (Cu-42 wt%) of the present invention. Zn-1.0 wt% Al-0.05 wt% Ti alloy wire) shows the microstructure. Referring to FIG. 1, it was confirmed in Example 2 that Al and Ti were simultaneously added to fine crystal grains arranged horizontally in the casting direction by a one-way solidification manufacturing process of horizontal continuous casting. In addition, the structure existing in the electrode line for electric discharge machining has the (alpha) phase and the (beta) phase, and the (beta) phase has a comparatively high intensity | strength compared with the (alpha) phase. The reason why the strength is improved by adding Al is considered to be that the addition of aluminum increases the fraction of the β phase and acts as a factor for improving the tensile strength. In addition, the β phase fraction was increased by adding aluminum, and it was analyzed that the process structure was refined by adding titanium, which acted as a cause of greatly improving the tensile strength.
아래의 표 2는 표 1에 따른 각각의 방전가공용 전극선의 조성에 따른 방전가공용 전극선과의 기계적 특성 및 전기전도도를 비교하여 나타낸 것이다.Table 2 below shows the mechanical properties and the electrical conductivity of the electrode electrode for electrical discharge machining according to the composition of the electrode electrode for electrical discharge machining according to Table 1.
(Cu-40중량%Zn)Comparative Example 1
(Cu-40 wt% Zn)
(Cu-42중량%Zn)Comparative Example 2
(Cu-42 wt% Zn)
(Cu-42중량%Zn
-1중량%Al)Example 1
(Cu-42 weight% Zn
-1 wt% Al)
(Cu-42중량%Zn-1중량%Al
-0.05중량%Ti)Example 2
(Cu-42 wt% Zn-1 wt% Al
-0.05 wt% Ti)
(Mpa)The tensile strength
(Mpa)
(%)Elongation
(%)
IACS (%)Electrical conductivity
IACS (%)
표 2에 따르면, 본 발명의 방전가공용 전극선인 실시예 1 및 실시예 2에 따른 합금 선재가 종래의 아연도금 전극선(비교예 1)에 비해 인장강도, 연신율 및 전기전도도가 월등히 우수하고, 비교예 2의 황동선에 비해서도 인장강도가 우수하며 연신율 및 전기전도도에서 동등하거나 그 이상인 것을 알 수 있다.According to Table 2, the alloy wires according to Examples 1 and 2, which are the electrode lines for electric discharge machining of the present invention, have superior tensile strength, elongation, and electrical conductivity as compared to conventional galvanized electrode wires (Comparative Example 1), and Comparative Examples Compared with brass wire of 2, the tensile strength is excellent, and it can be seen that it is equal or higher in elongation and electrical conductivity.
또한, 본 발명에 따른 전극선을 사용하는 경우, β상 조직이 증대되고, 조직상태가 치밀하고 미세화되고, 이로 인해 높은 인장강도를 유지할 수 있으며, 그 결과 방전가공의 안전성이 높아진다. In addition, in the case of using the electrode wire according to the present invention, the β-phase structure is increased, the structure state is dense and finer, thereby maintaining a high tensile strength, and as a result, the safety of the electric discharge machining is increased.
또한, 알루미늄이나 알루미늄과 티타늄의 합금 원소를 첨가하여 소재의 가공성, 자동결선성 등이 상대적으로 현저히 우수하게 나타났으며, 가공시 아연가루가 거의 발생하지 않는 우수한 방전가공용 전극선을 제공하는 효과가 있다.In addition, the addition of aluminum or an alloying element of aluminum and titanium showed relatively excellent workability, automatic wiring, and the like, and has an effect of providing an excellent electrode wire for electric discharge machining in which zinc powder hardly occurs during processing. .
이상과 같이, 본 발명에 다른 와이어 방전가공용 전극선은 인장강도를 향상시키는 효과가 있으며, 전기전도도 또한 우수하게 나타났다. 결과적으로, 종래의 와이어 방전가고용 전극선에 비해 인장강도가 향상되었고, 또한 본 발명의 제조방법에 따라 연신율 및 전기전도도가 향상되어, 작업성 및 신선가공성이 향상된 방전가공용 전극선을 얻을 수 있다.As described above, the electrode wire for wire discharge processing according to the present invention has the effect of improving the tensile strength, and also showed excellent electrical conductivity. As a result, the tensile strength is improved compared to the conventional wire discharge electrode wire, and the elongation and electrical conductivity is improved according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to obtain the electrode wire for electric discharge machining with improved workability and drawability.
도 1은 방전가공용 전극선에서 Al 및 Ti의 원소첨가의 효과를 알아보기 위하여, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 Cu-Zn-Al 합금 선재, Cu-Zn-Al-Ti 합금 선재와 비교예 2(Cu-Zn 합금 선재)의 미세조직을 보여주는 사진이다.1 is a Cu-Zn-Al alloy wire prepared in accordance with an embodiment of the present invention, Cu-Zn-Al-Ti alloy wire and Comparative Example 2 in order to determine the effect of elemental addition of Al and Ti in the electrode line for electrical discharge machining Photo shows the microstructure of (Cu-Zn alloy wire rod).
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