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스테인리스 스틸과 티타늄 합금이 주얼리에 이상적인 이유는 무엇일까요? 생산 인사이트 및 시장 동향
스테인리스 스틸 & 티타늄 주얼리 제작: 현대 디자이너를 위한 기술
스테인리스 스틸은 처음에는 롤렉스 및 기타 유명 패션 브랜드의 시계와 고급 펜에 사용되었습니다. 이 소재는 쉽게 변색되는 실버 주얼리나 납 성분으로 인해 독성이 있는 합금 주얼리와 달리 견고하고 내식성이 뛰어나며 상온에서도 색이 유지됩니다. 그 결과 주얼리 업계에서 점점 더 많이 적용되고 있으며 트렌디한 패션 액세서리의 일반적인 소재로 자리 잡고 있습니다. 스테인리스 스틸 주얼리는 견고하고 미니멀하며 안정적이고 절제된 스타일과 시원한 메탈릭한 외관이 특징이며 많은 패션 애호가들로부터 인정과 사랑을 받고 있습니다.
티타늄은 부식에 강하고 안정적이며 독특한 은회색 톤으로 고광택, 실크 마감, 무광택 마감에 잘 어울립니다. 귀금속 외에 가장 적합한 장식용 금속 중 하나이며 해외에서는 현대 주얼리 디자인에 자주 사용됩니다. 티타늄은 유행을 타지 않으면서도 우아함을 보여주는 미래지향적인 특성을 가지고 있습니다. 티타늄은 가벼우면서도 매우 강하기 때문에 전 세계적으로 주얼리 소재로 인기가 높으며 특히 젊은 전문가들이 선호합니다.
스테인리스 스틸 링
목차
섹션 I 스테인리스 스틸 제품 및 생산 공정
1. 스테인리스 스틸 소개
1.1 스테인리스 스틸의 정의
스테인리스강은 대기, 물, 산, 알칼리, 염분 또는 기타 부식성 매체와 같은 용액에서 일정한 화학적 안정성을 가진 강철을 총칭하는 용어입니다. 일반적으로 대기, 증기, 물과 같은 약한 매체의 부식에 강한 강철을 스테인리스강이라고 합니다. 산성, 알칼리성, 염분성 부식성 매체의 부식에 강한 강철을 내식성 또는 내산성 강철이라고 합니다. 스테인리스 스틸은 녹에 강하지만 반드시 내식성이 있는 것은 아니며, 내식성 스틸은 일반적으로 녹에 대한 저항성이 더 우수합니다.
스테인리스 스틸의 내식성은 일반적으로 부식성 매체의 작용으로 표면에 "패시베이션 필름"이 형성되기 때문에 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 부식에 저항하는 능력은 "패시베이션 필름"의 안정성에 따라 달라집니다. 이는 스테인리스강의 화학적 조성뿐만 아니라 부식 매체의 종류, 농도, 온도, 압력, 유속 및 기타 요인과도 관련이 있습니다.
스테인리스 스틸은 철-탄소 합금에 크롬을 첨가하여 내식성이 우수합니다. 구리, 알루미늄, 실리콘, 니켈, 탄탈륨과 같은 다른 원소도 강철의 내식성을 향상시킬 수 있지만 크롬이 없으면 그 효과는 제한적입니다. 따라서 크롬은 스테인리스 스틸에서 가장 중요한 원소입니다. 내식성이 좋은 스테인리스 스틸에 필요한 최소 크롬 함량은 부식성 매체에 따라 다릅니다. 미국철강협회(AISI)는 4% 크롬으로 비스테인리스 강과 다른 강 사이의 경계를 정의합니다. 일본 산업 표준 JIS G 0203에서는 스테인리스강을 내식성을 향상시키기 위해 크롬 또는 크롬-니켈을 함유한 합금으로 규정하며, 일반적으로 크롬 함량이 11% 이상인 것으로 규정하고 있습니다. 독일 DIN 표준과 유럽 표준 EN10020은 스테인리스강의 크롬 함량이 10.5% 이상이라고 명시하고 있습니다. 탄소 함량은 1.2% 이하입니다. 우리나라에서 스테인리스강의 크롬 함량은 일반적으로 12% 이상으로 정의됩니다.
1.2 스테인리스 스틸의 일반적인 합금 원소
스테인리스 스틸의 성능과 구조는 주로 다양한 요소가 결정합니다. 현재 알려진 화학 원소는 100가지가 넘으며, 그중 스테인리스강의 성능과 구조에 가장 큰 영향을 미치는 원소는 탄소, 크롬, 니켈, 망간, 질소, 티타늄, 니오브, 몰리브덴, 구리, 알루미늄, 실리콘, 지르코늄, 이트륨, 붕소 등 12가지가 넘습니다. 이러한 원소를 추가하면 강철의 내부 구조가 변화하여 특별한 특성을 갖게 됩니다. 스테인리스 스틸에 대한 이해를 깊게 하기 위해서는 먼저 다양한 원소가 스테인리스 스틸의 성능과 구조에 미치는 영향을 이해할 필요가 있습니다.
(1) 크롬
크롬은 스테인리스 스틸의 내식성을 결정하는 가장 기본적인 원소입니다. 산화 매질에서 크롬은 강철 표면에 불투과성이며 부식성 매질에 불용성인 크롬이 풍부한 산화막이라는 층을 빠르게 형성할 수 있습니다. 이 산화막은 매우 조밀하고 금속에 단단히 결합되어 외부 매체에 의한 추가 산화 및 부식으로부터 강철을 보호하며, 크롬은 강철의 전극 전위를 효과적으로 높일 수 있습니다. 크롬 함량이 12.5% 원자 이상이면 강철의 전극 전위가 음전위에서 양전위로 상승하여 전극 전위가 급격히 변할 수 있습니다. 따라서 강철의 내식성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 크롬 함량이 높을수록 강철의 내식성이 향상됩니다. 크롬 함량이 25%, 37.5% 원자에 도달하면 두 번째 및 세 번째 급격한 변화가 발생하여 강철의 내식성이 훨씬 더 높아집니다.
(2) 니켈
스테인리스강의 내식성에 대한 니켈의 영향은 크롬과 결합할 때만 완전히 입증될 수 있습니다. 저탄소 니켈강은 순수한 오스테나이트 구조(오스테나이트는 γ-Fe에 소량의 탄소가 포함된 비자기성 고체 용액으로 면 중심 입방정 결정 구조)를 달성하기 위해 24%의 니켈 함량이 필요하며 특정 매체에서 강철의 내식성을 크게 변경하려면 27% 이상의 니켈 함량이 있어야 하기 때문입니다. 따라서 니켈은 그 자체로는 스테인리스강을 구성할 수 없습니다. 그러나 18% 크롬 함유 강철에 9% 니켈을 첨가하면 상온에서 단일 오스테나이트 구조를 달성하여 비산화 매체(묽은 황산, 염산, 인산 등)에 대한 강철의 내식성을 향상시키고 용접 및 냉간 굽힘에서 강철의 공정 성능을 향상시킬 수 있습니다.
(3) 망간 및 질소 - 크롬-니켈 스테인리스 스틸에서 니켈을 대체할 수 있습니다.
망간과 질소는 스테인리스강에서 니켈과 비슷한 역할을 합니다. 오스테나이트에 대한 망간의 안정화 효과는 니켈의 1/2과 비슷하지만 질소의 효과는 니켈의 약 40배로 훨씬 더 큽니다. 따라서 망간과 질소는 니켈을 대체하여 단일 오스테나이트 구조를 달성할 수 있습니다. 그러나 망간을 첨가하면 저크롬 스테인리스강의 내식성이 감소합니다. 또한 고망간 오스테나이트강은 가공이 쉽지 않습니다. 따라서 망간은 스테인리스강에 단독으로 사용되지 않고 니켈을 대체하기 위해 부분적으로만 사용됩니다.
(4) 탄소
스테인리스 스틸의 탄소 함량과 분포는 성능과 구조에 큰 영향을 미칩니다. 한편으로 탄소는 오스테나이트의 안정화 원소로서 니켈보다 약 30배 더 큰 효과를 발휘합니다. 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강(마르텐사이트는 α-Fe에 용해된 탄소 과포화 고체 용액으로, 확산 없는 상 변화를 통해 오스테나이트에서 변형된 준안정상)은 담금질 강화를 충분히 수용할 수 있어 기계적 특성 측면에서 강도가 크게 향상되며, 반면 탄소와 크롬의 강한 친화력으로 인해 스테인리스강에서 탄소량의 17배를 차지하는 크롬이 결합하여 크롬 카바이드를 형성합니다. 강철의 탄소 함량이 증가함에 따라 더 많은 크롬이 탄소와 탄화물을 형성하여 강철의 내식성이 크게 감소합니다. 따라서 강도와 내식성의 관점에서 볼 때 스테인리스강에서 탄소의 역할은 모순적입니다. 실제 적용에서 내식성을 달성하기 위해 스테인리스강의 탄소 함량은 일반적으로 0.1% 정도로 낮습니다. 강철의 내식성, 특히 입계 부식에 대한 내성을 더욱 향상시키기 위해 탄소 함량이 0.03% 이하인 초저탄소 스테인리스강이 자주 사용되지만, 구름 베어링, 스프링, 공구 및 기타 스테인리스강 제조에는 일반적으로 9Cr18강 등과 같이 높은 경도와 내마모성이 필요하기 때문에 더 높은 탄소 함량이 요구됩니다(일반적으로 0.85%~1.00% 사이).
(5) 티타늄 및 니오븀
스테인리스강을 450~800℃로 가열하면 입계에서 크롬 탄화물의 침전으로 인해 입계 근처의 크롬 함량이 감소하여 크롬 고갈 구역이 형성되어 입계 근처의 전극 전위가 감소하여 입계 부식으로 알려진 전기 화학적 부식이 발생합니다. 용접부 근처의 열 영향 영역에서 입계 부식이 흔히 발생합니다. 나트륨과 니오븀은 강력한 탄화물 형성 원소이며 탄소와의 친화력이 크롬보다 훨씬 큽니다. 강철에 티타늄 또는 니오븀을 첨가하면 강철의 탄소가 먼저 크롬 대신 티타늄 또는 니오븀으로 탄화물을 형성하여 입자 경계 근처의 크롬 고갈로 인한 입계 부식이 발생하지 않도록 할 수 있습니다. 따라서 나트륨과 니오븀은 종종 강철의 탄소를 고정하고 입계 부식에 대한 스테인리스 강의 내성을 강화하며 강철의 용접 성능을 향상시키는 데 사용됩니다.
첨가할 티타늄 또는 니오븀의 양은 탄소 함량에 따라 결정해야 합니다. 일반적으로 티타늄은 탄소 함량의 5배, 니오븀은 탄소 함량의 8배를 첨가합니다.
(6) 몰리브덴 및 구리
몰리브덴과 구리는 황산 및 아세트산과 같은 부식성 매체에 대한 스테인리스 스틸의 내식성을 향상시킬 수 있습니다. 몰리브덴은 또한 염화물 이온(예: 염산) 및 유기산이 포함된 매체에 대한 내성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 그러나 몰리브덴 함유 스테인리스강은 질산에 사용하기에 적합하지 않습니다. 끓는 65% 질산에서 몰리브덴 함유 스테인리스강의 부식 속도가 몰리브덴이 없는 스테인리스강에 비해 두 배가 되고 크롬-망간-질소 스테인리스강에 구리를 첨가하면 스테인리스강의 입자 간 부식을 가속화할 수 있기 때문입니다.
몰리브덴은 강철에서 단일 오스테나이트 구조를 얻는 데 방해가 되므로 몰리브덴 함유 강철에서는 열처리 후 강철이 단일 오스테나이트 구조를 갖도록 하기 위해 니켈 및 망간과 같은 원소의 함량을 그에 상응하게 늘려야 합니다.
(7) 실리콘 및 알루미늄
크롬강의 내산화성을 향상시키는 데 있어 실리콘의 역할은 매우 중요합니다. 5% 크롬과 1% 실리콘을 함유한 강철은 12% 크롬 강철과 비슷한 내산화성을 가질 수 있습니다. 1000 ℃의 강철이 화학 물질에 저항 할 수있는 경우 0.5% 실리콘을 포함하는 강철은 나중에 실리콘의 2.5%에 3%를 추가하는 등 22%의 크롬이 필요하며 크롬의 12% 만있을 수 있습니다. 정보에 따르면 Cr15Ni20 크롬-니켈 강철에 2.5% 실리콘을 추가하면 Cr15Ni60 크롬-니켈 합금과 비슷한 내 산화성을 얻을 수 있습니다.
고크롬강에 알루미늄을 첨가하면 내산화성을 크게 향상시킬 수 있으며, 그 기능은 실리콘을 첨가하는 것과 유사합니다.
고크롬강에 실리콘과 알루미늄을 첨가하는 것은 강철의 내산화성을 더욱 향상시키고 크롬을 절약하기 위한 것입니다.
실리콘과 알루미늄은 크롬강의 내산화성을 크게 향상시키지만 많은 단점도 있습니다. 가장 큰 문제는 강철의 입자가 거칠어지고 부서지기 쉬운 경향을 증가시킨다는 것입니다.
(8) 텅스텐 및 바나듐
강철에서 텅스텐과 바나듐의 주요 역할은 열 강도를 향상시키는 것입니다.
(9) 붕소
0.005% 붕소 (α-Fe의 탄소 고체 용액 인 페라이트, 몸체 중심의 입방 격자)를 고 크롬 페라이트 계 스테인리스 강 (Cr17Mo2Ti)에 첨가하면 65% 아세트산을 끓는 강철의 내식성을 향상시킬 수 있으며 미량 (0.006 ‰ ~ 0.007‰)의 붕소를 오스테 나이트 계 스테인리스 강에 첨가하면 강철의 고온 가소성을 향상시킬 수 있으며, 붕소는 강철의 열 강도를 향상시키는 데 좋은 효과가있어 스테인리스 강의 열 강도를 크게 향상시키고 붕소 함유 크롬-니켈 오스테 나이트 계 스테인리스 강은 원자력 산업에서 특별한 응용 분야를 가지고 있습니다. 그러나 스테인리스 스틸에 붕소가 있으면 강철의 가소성과 충격 인성이 감소할 수 있습니다.
위의 원소 외에도 일부 스테인리스강에는 성능을 향상시키기 위해 희귀 금속과 희토류 원소가 포함되어 있습니다. 산업용으로 사용되는 스테인리스강에는 여러 가지 합금 원소가 동시에 여러 개에서 수십 개까지 포함되어 있는 경우가 많습니다. 이렇게 여러 원소가 스테인리스강에 공존하는 경우 스테인리스강의 구조는 다양한 원소의 영향의 합에 의해 결정됩니다.
스테인리스강의 미세 구조에 대한 다양한 원소의 영향은 공통점에 따라 크게 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. 한 유형은 탄소, 니켈, 망간, 질소, 구리 등 오스테나이트를 형성하거나 안정화시키는 원소로 구성되며 탄소와 질소가 가장 큰 영향을 미치고 다른 유형은 크롬, 텅스텐, 탄탈륨, 니오븀, 실리콘, 티타늄, 바나듐 및 알루미늄 등 페라이트를 형성하는 원소로 구성됩니다. 크롬을 기준으로 비교할 때 페라이트를 형성하는 데 있어 이러한 유형의 원소가 크롬보다 다른 모든 원소에 미치는 영향이 더 큽니다.
이 두 가지 유형의 원소가 스테인리스 스틸에 공존하는 경우 스테인리스 스틸의 구조는 상호 영향의 결과에 따라 달라집니다. 오스테나이트를 안정화시키는 원소의 역할이 우세한 경우 스테인리스강의 구조는 페라이트가 거의 또는 전혀 없는 오스테나이트가 주를 이루고, 오스테나이트를 상온에서 유지하기에 그 영향력이 충분하지 않으면 이 불안정한 오스테나이트는 냉각 시 마르텐사이트 변형을 거쳐 마르텐사이트 구조가 되고, 페라이트를 형성하는 원소의 역할이 우세하면 강철의 구조는 주로 페리틱이 될 수 있습니다.
공정 요인 외에도 스테인리스 스틸의 성능은 주로 내부 구조의 구성에 따라 달라지며, 이는 강철의 다양한 합금 원소의 합에 의해 결정됩니다. 따라서 합금 원소가 궁극적으로 스테인리스 스틸의 성능을 결정합니다.
1.3 스테인리스 스틸의 분류
스테인리스 스틸은 다양한 범위의 특수 스틸 시리즈입니다. 우리나라에서는 100가지 이상의 스테인리스강 등급이 생산되고 있습니다. 주요 합금 성분, 금속학적 구조, 주요 산업 용도에 따라 스테인리스강은 크게 다음과 같이 분류할 수 있습니다.
(1) 스테인리스 스틸의 합금 조성에 따른 분류
스테인리스 스틸의 주요 합금 성분에 따라 다음 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
크롬 스테인리스 스틸. 이 유형의 스테인리스 스틸은 철 베이스 외에도 주로 크롬을 합금 원소로 함유하고 있습니다. 일부는 실리콘, 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴, 니켈, 티타늄, 바나듐 등의 원소도 하나 이상 포함하며, 강철 내 이러한 원소의 함량은 1%~3%입니다.
크롬-니켈 스테인리스 스틸. 이러한 유형의 스테인리스 스틸에는 철 베이스 외에도 주로 크롬과 니켈이 합금 원소로 포함되어 있습니다. 일부는 티타늄, 실리콘, 몰리브덴, 알루미늄, 바나듐, 붕소와 같은 원소도 하나 이상 포함하며, 이러한 원소는 4% 미만에서 미량으로 존재합니다.
크롬-망간-질소 스테인리스 스틸 ③ 크롬-망간-질소 스테인리스 스틸. 이 유형의 스테인리스강은 철 베이스 외에 주로 크롬과 망간을 합금 원소로 함유하고 있습니다. 대부분의 강철에는 0.5% 미만의 질소도 포함되어 있으며, 일부는 니켈, 실리콘, 구리 등의 원소도 하나 또는 여러 개 포함되어 있습니다. 강철에서 이러한 원소의 함량은 각각 5% 이하에 불과합니다.
(2) 스테인리스 스틸의 구조에 따른 분류
스테인리스 스틸은 일반적으로 구조(금속 조직)에 따라 세 가지 범주로 나뉩니다.
페리틱 타입. 즉, 니켈이 아닌 크롬을 함유한 스테인리스 스틸입니다. 이 유형의 강철은 냉간 가공으로 어느 정도 경화될 수 있지만 열처리로는 경화되지 않습니다. 이 유형의 강철은 항상 자성을 띠고 있습니다.
마르텐사이트 유형. 이 유형의 스테인리스 스틸은 소량의 니켈을 함유한 몇 가지 등급을 제외하고는 대부분 크롬만 함유하고 있습니다. 열처리로 경화시킬 수 있다는 장점이 있습니다. 이 유형의 강철은 항상 자성을 띠고 있습니다.
오스테나이트 유형. 즉, 크롬, 니켈 또는 크롬, 니켈, 망간 또는 크롬, 망간, 질소 등의 원소가 포함된 스테인리스 스틸입니다. 이러한 유형의 강철은 냉간 가공으로만 경화할 수 있으며 열처리로만 연화할 수 있습니다. 어닐링 상태에서는 비자성입니다. 냉간 가공 후 일부는 자성을 띨 수 있습니다.
위의 세 가지 분류는 강철의 매트릭스 구조만을 기준으로 한 것입니다. 오스테나이트를 안정화시키고 강철에서 페라이트를 형성하는 원소가 서로 균형을 이루지 못하기 때문에 업계에서 사용되는 스테인리스강의 실제 미세 구조에는 마르텐사이트-페라이트, 오스테나이트-페라이트, 오스테나이트-마르텐사이트 및 기타 전이 듀플렉스 스테인리스강과 마르텐사이트-카바이드 구조의 스테인리스강도 포함되어 있습니다.
2. 스테인리스 스틸로 제작된 액세서리
2.1 스테인리스 스틸 주얼리 소재에 대한 요구 사항
(1) 기계적 특성
플라스틱 가공 기술은 스테인리스 스틸 주얼리 생산에 널리 사용되어 왔습니다. 드로잉 및 압연 기계를 사용하여 시트, 와이어, 파이프 및 기타 프로파일을 생산하는 것 외에도 마무리를위한 공작 기계 사용, 스탬핑 기계 및 유압 작업을위한 유압 프레스 사용과 같은 보석의 성형 가공에도 자주 사용됩니다. 플라스틱 가공 제품의 품질을 보장하기 위해 운영 공정 사양을 올바르게 공식화하고 엄격하게 준수하는 것 외에도 재료의 기계적 특성에 대한 명확한 요구 사항이 있습니다. 재료의 기계적 특성은 주로 인장 강도, 항복 강도, 경도, 연신율 및 인성과 같은 지표에 반영됩니다. 특히 드로잉, 압연, 스탬핑, 유압 프레스와 같은 작업 시 우수한 플라스틱 가공 성능을 위해서는 스테인리스 스틸 소재가 필요합니다. 재료의 경도가 너무 높지 않아야 하며, 재료의 작업 경화 속도가 느려야 작업이 용이하고, 재료의 연성이 좋아야 하며, 그렇지 않으면 균열이 발생할 가능성이 높습니다.
(2) 연마 성능
보석은 표면 품질에 대한 명확한 요구 사항이 있으며, 대부분의 보석은 거울과 같은 광택을 내기 위해 광택 처리를 해야 합니다. 이를 위해서는 연마 공정의 올바른 실행뿐만 아니라 소재의 고유한 특성도 중요한 영향을 미칩니다. 예를 들어, 가공품은 미세하고 균일한 입자의 조밀한 구조를 가져야 하며 기공이나 내포물과 같은 결함이 없어야 합니다. 공작물의 입자가 거칠거나 수축 또는 기공 결함이 있는 경우 오렌지 껍질, 연마 함몰 및 혜성 꼬리 현상이 발생하기 쉽습니다. 마찬가지로 단단한 내포물이 있는 경우 스크래치 및 혜성 꼬리 결함이 쉽게 발생할 수 있습니다.
스테인리스 스틸 주얼리의 연마 성능에 영향을 미치는 요인은 주로 다음과 같은 사항을 포함합니다:
- 긁힘, 구멍, 과도한 산세 등 원재료의 표면 결함.
- 원재료 품질 문제. 경도가 너무 낮으면 밝은 광택을 내기 어렵고, 깊게 늘어나는 동안 표면이 오렌지 껍질을 벗기기 쉬워 광택에 영향을 미칩니다. 일반적으로 경도가 높을수록 광택성이 향상됩니다.
- 심하게 늘어나는 제품은 변형이 심한 부분에 작은 검은색 점이 있을 수 있으며, 이는 연마 품질에 영향을 줄 수 있습니다.
(3) 내식성
주얼리에는 내식성이 매우 중요합니다. 소재의 내식성은 조성에 따라 달라지며, 316은 304보다 내식성이 우수하지만 변색에 영향을 미치는 유일한 요소는 조성이 아닙니다. 변색과 변색은 화학 성분, 환경 요인, 미세 구조 및 표면 상태의 조합으로 인해 발생합니다.
일반적으로 염수 분무 테스트와 침수 테스트를 포함하는 가속 부식 테스트는 주얼리의 내식성을 결정하기 위해 필요합니다.
(4) 캐스팅 성능
합금의 주조 성능은 주조 주얼리의 표면 품질에 큰 영향을 미칩니다. 합금 주조 성능의 품질은 용융 금속의 유동성, 수축 및 다공성 경향, 변형 중 열 균열 경향 등 여러 측면에서 평가할 수 있습니다. 주조에 사용되는 스테인리스강은 결정화 간격이 작고 가스 흡수로 인한 산화 경향이 적어야 하며 유동성이 좋고 충진 성능이 우수해야 합니다. 쉽게 분산된 다공성을 형성하거나 변형 균열이 발생하지 않아야 모양이 완전하고, 프로파일이 선명하며, 결정화가 조밀하고, 구조가 건전한 주조 주얼리를 얻는 데 도움이 됩니다.
(5) 재사용성 성능
주얼리 주조 공정의 경우 수율은 일반적으로 약 50% 이하에 불과하며, 주조할 때마다 많은 양의 게이팅 시스템, 스크랩 재료 등이 발생합니다. 주얼리 회사는 생산 비용과 효율성을 고려하여 가능한 한 많은 재활용 소재를 사용하고자 합니다. 합금의 용융 과정에서 휘발, 산화 및 가스 흡수라는 불가피한 문제로 인해 주조할 때마다 합금의 구성이 어느 정도 변경되어 야금 품질과 주조 성능에 영향을 미칩니다.
재활용 공정 중 합금의 성능 저하는 운영 공정과 관련이 있을 뿐만 아니라 합금 자체의 재활용 성능과도 밀접한 관련이 있습니다. 이는 주로 합금의 가스 흡수 산화 경향과 도가니 및 주조 재료와의 반응성에 따라 달라집니다. 가스 흡수 산화 경향이 작고 도가니 및 주조 재료와의 반응성이 낮을수록 재활용 성능이 향상됩니다.
(6) 안전
장신구는 인체에 장시간 직접 닿기 때문에 장신구 소재의 안전성은 반드시 고려해야 할 중요한 요소입니다. 카드뮴, 납, 방사성 원소와 같은 유해한 원소를 사용하지 않는 소재를 사용해야 합니다. 또한 피부와의 접촉으로 인한 알레르기 반응 및 관련 박테리아 관련 문제를 피하기 위해 주의를 기울여야 합니다.
니켈은 잠재적인 알레르기 반응을 일으키고 피부에 해를 끼치는 대표적인 민감성 성분입니다. 니켈이 함유된 장신구는 착용 시 민감성 니켈 이온을 방출하여 알레르기성 접촉 피부염을 일으킬 수 있습니다. 반응의 정도에 따라 다양한 증상이 나타날 수 있습니다. 증상이 경미한 환자는 귀, 목, 손목, 손가락 등 주얼리와 피부가 접촉하는 부위에만 피부 가려움, 홍반, 발진, 물집, 침식, 삼출, 딱지, 각질 등의 반응을 보일 수 있으며 피부 병변의 경계가 뚜렷하고 주얼리의 모양과 유사한 경우가 많습니다. 반대로 증상이 더 심한 환자는 피부 발적과 부종으로 시작하여 작은 구진과 물집으로 이어지는 전신 알레르기 반응을 경험할 수 있습니다. 발암 및 기형 유발의 위험도 있습니다. 니켈 알레르기의 공통점과 피해에 대응하기 위해 유럽 연합은 니켈을 제정했습니다. 1990년대의 지침 94/27/EC와 니켈 방출 테스트 표준 EN1811:1998. 그 후에도 여전히 높은 수준의 니켈 민감성으로 인해 기준이 강화되고 개정되어 니켈 지침 2004/96/EC와 니켈 방출 테스트 표준 EN1811:1998+A1:2008이 발표되었습니다. 2011년에는 더욱 엄격한 니켈 방출 테스트 표준 EN1811:2011이 도입되어 니켈 방출률에 대한 조정값이 사라졌습니다. 기존의 크롬-니켈 스테인리스 스틸은 합금 원소로 다량의 니켈을 사용하므로 주얼리로 사용하기 위해 소재를 선택하기 전에 니켈 방출 표준 요건을 충족하는지 평가하는 것이 필수적입니다.
연구에 따르면 장신구는 특히 땀을 많이 흘리는 여름철에 박테리아가 서식하기 쉬운 것으로 나타났습니다. 장신구로 덮인 피부는 쉽게 숨을 쉬지 못해 박테리아가 증식하여 피부 질환과 감염을 일으킬 수 있습니다. 특히 피어싱은 외과적 상처이기 때문에 세균 감염의 위험이 일반 장신구보다 훨씬 높은 피어싱의 경우 더욱 심각합니다. 피어싱은 상피가 덮이지 않은 조직 내에 터널을 만들고, 이후 이식된 주얼리가 이를 지지합니다. 주변 조직은 치유를 위해 접촉할 수 없으며, 전체 치유 과정에는 양쪽 표면의 상피 조직이 터널의 내부 표면을 따라 서서히 부착되어 누공을 형성하고 궁극적으로 상피 운하를 형성하는 과정이 포함됩니다. 치유 과정에서 외부 박테리아를 만나면 쉽게 감염으로 이어질 수 있습니다. 예를 들어 귓볼을 뚫을 때 해당 부위의 피부는 얇고 피하 조직이 거의 없으며 혈관이 가늘고 피상적이어서 혈류가 느려집니다. 피어싱 후 피부 조직이 다소 손상됩니다. 손상된 국소 조직과 보석 사이의 지속적인 마찰과 접촉으로 인해 먼지, 곰팡이, 박테리아 등에 의해 쉽게 오염되어 감염으로 이어져 귓볼 구멍 주변의 가려움증을 유발하고 심한 경우 발적, 부기, 구진, 물집, 화농 및 침식을 유발하여 감염성 심내막염을 유발할 수 있습니다. 박테리아를 옮기는 장신구의 심각한 결과를 고려할 때 세계보건기구는 의료진이 병원 치료를 제공하는 동안 반지나 기타 액세서리를 착용하지 말 것을 권장하고 있습니다. 주얼리 자체에 항균성이 좋은 소재가 있다면 의심할 여지없이 주얼리에서 박테리아를 줄이거나 제거하는 데 중요한 역할을 합니다. 스테인리스 스틸은 보석 재료로 널리 사용되기 때문에 특히 피어싱 치유 과정에서 피어싱 구멍을 확장하고 피어싱 벽이 서로 달라 붙는 것을 방지하기 위해 주로 스테인리스 스틸 막대가 사용됩니다. 전통적인 스테인리스 스틸은 항균성이 없기 때문에 항균 변형 처리는 주얼리 사용의 안전에 매우 중요합니다.
(7) 경제
스테인리스 스틸 주얼리 재료의 가격은 생산 비용에 영향을 미치는 한 가지 요소입니다. 재료 선택의 원칙은 공급이 풍부하고 가격이 저렴한 재료를 선택하고 재료비를 줄이기 위해 값비싼 귀금속 사용을 최소화하거나 피하는 것이어야 합니다.
2.2 주얼리용 스테인리스 스틸의 주요 소재
(1) 전통적인 크롬-니켈 오스테나이트 스테인리스 스틸
전통적으로 주얼리에는 303, 304, 304L, 316 및 316L과 같은 몇 가지 대표적인 등급을 포함하여 주로 크롬-니켈 오스테나이트 스테인리스강이 사용되며, 화학 성분 범위는 표 5-1에 나와 있습니다.
표 5-1 몇 가지 장식용 오스테나이트 스테인리스강의 화학적 조성 범위
| 스틸 | 탄소(C) | 실리콘(Si) | 망간(Mn) | 인(P) | 유황(S) | 니켈(Ni) | 크롬(Cr) | 몰리브덴(Mo) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 303 | ≤0. 15 | ≤1. 00 | ≤2.00 | ≤0. 20 | ≥0. 15 | 8.00~10.00 | 17.00 ~19.00 | ≤0. 6 |
| 304 | ≤0.08 | ≤1. 00 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.030 | 8.00~10.50 | 18.00 ~20.00 | - |
| 304L | ≤0.03 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.030 | 9.00 ~13.50 | 18.00~20.00 | - |
| 316 | ≤0.08 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.030 | 10.00 ~14.50 | 10.00 ~18.00 | 2.00 ~3.00 |
| 316L | ≤0.03 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.030 | 12.00~15.00 | 16.00 ~18.00 | 2.00 ~3.00 |
| (주중핑, 2004; 구지칭, 2008) | ||||||||
303 오스테나이트 스테인리스 스틸. 303 형 오스테 나이트 계 스테인리스 강은 절삭 성능이 매우 우수하고 가공 된 공작물의 표면 조도가 높아 보석의 장식 성능에 유리합니다. 따라서 이 소재는 때때로 주얼리 소재로 선택되기도 합니다. 그러나 303 스테인리스 스틸에는 다량의 황화물이 포함되어있어 부식성 환경에서 피팅의 원인이 될 수 있으며, 우선적으로 부식되고 피트가 형성되어 주변 금속의 양극 용해를 가속화하고 니켈 방출 속도를 증가시킵니다. 그러나 측정값은 이 임계값을 크게 초과합니다. EN1811:2011 표준에 따르면 303 스테인리스 스틸은 장시간 피부에 직접 닿는 주얼리 또는 피어싱 주얼리에 사용되어 니켈 감작의 위험이 있는 니켈 방출에 대해 규정을 준수하지 않습니다. 장시간 피부에 직접 닿는 주얼리, 특히 피어싱 주얼리에는 이 소재를 선택하지 않는 것이 좋습니다. 303 스테인리스 스틸은 일반적으로 고용체 상태로 사용되며, 고용체 처리 사양은 1010℃~1150℃에서 해당 시간 동안 유지한 후 담금질하는 것입니다. 303 유형 및 기타 유형의 스테인리스 스틸의 기계적 특성은 표 5-2에 나와 있습니다.
표 5-2 고체 용액 상태의 장식용 스테인리스강의 기계적 특성
| 스틸 | 인장 강도 σb /MPa | 항복 강도 σ0.2/MPa | 신장률 Δ/% | 단면 수축률 ψ/% | 경도/HB | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 303 | ≥520 | ≥205 | ≥40 | ≥50 | ≤187 | |||
| 304 | ≥520 | ≥205 | ≥40 | ≥60 | ≤187 | |||
| 304L | ≥480 | ≥175 | ≥40 | ≥60 | ≤187 | |||
| 316 | ≥520 | ≥205 | ≥40 | ≥55 | ≤187 | |||
| 316L | ≥480 | ≥175 | ≥40 | ≥60 | ≤187 | |||
| (주중핑, 2004; 구지칭, 2008) | ||||||||
304 및 304L 오스테나이트 스테인리스 스틸. 304는 다용도 스테인리스 스틸로, 일반적으로 세 가지 방식으로 시장에 표시됩니다: 06Cr19Ni10은 일반적으로 국가 표준에 따른 생산, S30408은 일반적으로 ASTM 표준에 따른 생산, SUS 304는 일본 표준에 따른 생산을 나타냅니다. 스테인리스 스틸 고유의 내식성을 유지하려면 크롬 함량이 17% 이상, 니켈 함량이 8% 이상이어야 합니다.
304 스테인리스강은 내식성이 우수하고 입계 내식성이 우수하며 열간 및 냉간 가공 및 성형 특성이 우수합니다. 플레이트, 파이프, 와이어, 스트립, 형상 등 다양한 제품으로 가공할 수 있으며 콜드 헤딩, 딥 드로잉, 딥 스트레칭 부품 제조에 적합합니다. 저온 성능, 강도, 연신율, 면적 감소가 우수하며 -180℃ 조건에서 모두 양호합니다. 용접 성능이 우수하며 기존 용접 방법을 사용하여 용접할 수 있습니다. 그러나 304 스테인리스강은 용접 후 입계 부식에 민감하고 염화물 이온이 포함된 물(습한 대기 포함)에서 응력 부식에 매우 민감하며 기계적 강도가 상대적으로 낮고 절단 성능이 떨어지는 등 몇 가지 단점도 있습니다.
304 L 스테인리스 스틸은 탄소 함량이 낮은 304 스테인리스 스틸의 변형으로, 용접 용도에 사용됩니다. 탄소 함량이 낮으면 특정 환경에서 탄화물 침전이 스테인리스강의 입계 부식(용접부식)으로 이어질 수 있으므로 용접부 근처의 열 영향 영역에서 탄화물 침전을 최소화할 수 있습니다.
316 및 316L 스테인리스 스틸. 316 스테인리스 스틸은 일정량의 몰리브덴을 함유하고 있으며 니켈 함량이 304 스테인리스 스틸보다 높습니다. 따라서 내식성, 대기 내식성 및 고온 강도가 우수하여 더 엄격한 조건에서 사용할 수 있으며, 특히 피팅 내식성이 304 스테인리스 스틸보다 훨씬 우수하고 임계 피팅 온도가 304 스테인리스 스틸보다 높아 더 나은 피팅 온도 저항성을 나타 내기 때문에 더 엄격한 조건에서 사용할 수 있습니다. 연구에 따르면 316 스테인리스강의 임계 피팅 온도는 0.1%에서 0.5%까지 NaCl 용액의 농도에 상당히 민감하며, 이 범위 내에서 재료의 임계 피팅 온도는 90℃에 가까운 50℃로 급격히 떨어집니다. 반대로 304 스테인리스강의 임계 피팅 온도는 0.01%에서 0.05%까지 NaCl 용액의 농도에 상당한 민감도를 보이며, 이 범위 내에서 재료의 임계 피팅 온도는 90℃ 가까이에서 약 55℃로 급격히 떨어집니다. 염화물 이온에 대한 민감도 측면에서 볼 때 316 스테인리스강은 피팅 내식성 측면에서도 304 스테인리스강보다 상대적으로 우수합니다.
316 L 스테인리스 스틸은 탄소 함량이 0.03%를 초과하지 않는 316 스테인리스 스틸의 변형입니다. 316 스테인리스강보다 카바이드 침전에 대한 저항성이 우수하여 용접 후 어닐링할 수 없고 최대의 내식성이 필요한 용도에 적합합니다.
316L 스테인리스 스틸은 우수한 내식성을 보장하기 때문에 액세서리 소재로 선호됩니다. 시계 업계의 고급 시계 체인과 케이스도 주로 이 유형의 강철을 사용합니다.
(2) 새로운 유형의 니켈 프리/저니켈 오스테나이트 스테인리스 스틸
니켈 무함유/저니켈 오스테나이트 스테인리스 스틸의 대체 원소. 기존의 크롬-니켈 오스테나이트 스테인리스 스틸은 니켈을 통해 오스테나이트 상 영역을 확장하여 단상 구조를 얻기 위해 변형을 지연시킵니다. 니켈은 감작제이기 때문에 니켈 함유 스테인리스 스틸은 사람의 피부나 조직과 장기간 접촉할 경우 알레르기 위험을 초래할 수 있습니다. 따라서 인체에 친화적인 니켈 무함유 오스테나이트 스테인리스 스틸의 연구 개발은 금속 생체 재료, 시계 재료, 보석 재료 분야에서 최근 각광받고 있습니다.
니켈이 없는 스테인리스강에서 단상 오스테나이트 구조를 얻으려면 니켈을 대체할 수 있는 오스테나이트 안정화 원소를 찾아야 합니다. 합금 원소가 스테인리스강 구조에 미치는 영향은 해당 크롬 Cr로 변환할 수 있습니다.eq 및 니켈 등가물 Nieq. 단상 오스테나이트를 달성하고 페라이트 δ의 존재를 피하려면 각 합금 원소의 조성 비율을 합리적으로 선택하여 니켈 등가물이 경사진 그림자 영역 위의 단상 오스테나이트 영역에 속하도록 해야 합니다. 이를 위해서는 다음 사항을 충족해야 합니다:
Nieq≥Creq – 8
Creq, Nieq 계산 공식은 다음과 같습니다:
Creq=Cr+1.5Mo+1.5W+0.48Si+2.3V+1.75Nb+2.5Al
Nieq=Ni+Co+0.1Mn-0.01Mn2+18N+30C
탄소, 코발트, 망간, 질소는 오스테나이트 안정화를 위한 보다 경제적인 대체 원소입니다. 탄소는 오스테나이트 상 영역을 확장하는 데 가장 강력한 효과가 있지만 스테인리스강을 민감하게 만들 수 있으며, 코발트의 오스테나이트 안정화 능력은 니켈과 비슷하지만 알레르기 위험이 있어 니켈의 주요 대체 원소로는 적합하지 않습니다. 망간은 오스테나이트를 일정 범위 내에서 안정화시키지만 크롬 함량이 13%를 초과하면 망간만 추가해도 단일 오스테나이트 상을 얻을 수 없습니다. 망간 함량이 10%를 초과하면 망간은 페라이트 안정화제가 됩니다. 질소는 강력한 오스테나이트 안정화 원소로, 스테인리스강에 질소를 첨가하면 강철에 페라이트 상이 형성되는 것을 억제하여 페라이트 함량을 크게 줄이고 오스테나이트 상을 더욱 안정적으로 만들며 가혹한 냉간 작업 조건에서 응력에 의한 마르텐사이트 변형을 방지할 수 있습니다. 따라서 질소는 니켈을 대체하기에 매우 적합합니다. 그러나 시스템의 Fe-Cr-N 열역학에 따르면 크롬 함량이 12%인 경우 질소는 좁은 범위 내에서 오스테나이트에 도달할 수 있으며, 이 범위를 초과하면 Cr2N 및 CrN이 형성되고 크롬 함량이 높으면 페라이트, 오스테나이트 및 Cr2N이 형성되고 합금도 Cr2N은 저온 노화 중에 마르텐사이트 변형을 억제할 수 없습니다. 따라서 질소와 망간의 시너지 효과를 활용하여 Fe-Cr-N에 망간을 첨가해야 안정적인 오스테나이트 구조를 얻는 데 유리합니다.
고질소 무니켈/저니켈 ② 고질소 무니켈/저니켈엘 오스테 나이트 계 스테인리스 강재. 독일, 불가리아, 스위스, 오스트리아, 일본과 같은 국가에서는 고질소 스테인리스강의 연구 개발을 매우 중요하게 생각하며 미국 Carpenter Technology Corp에서 개발한 BioDur 108 합금, 독일 VSG의 P2000, 오스트리아 Bolher에서 개발한 P548, 일본 다이도스틸에서 개발한 NFS와 같은 새로운 유형의 고질소 니켈 프리 스테인리스강 소재를 연속적으로 개발했습니다(표 5-3). 이 중 일부는 이미 상용화되어 생체의료용, 시계, 보석 등의 제품에 사용되고 있습니다. 그러나 소형 정밀 부품을 생산할 때 정밀한 가공도를 달성하기 어렵고 비용이 많이 든다는 단점이 있습니다.
표 5-3 몇 가지 고질소 니켈 프리 스테인리스강의 화학 성분
| 국가 | 성적 | 구성 /wt% | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Cr | Mn | Mo | N | ||
| 스위스 | 파나시아 | ≤0. 15 | 16. 5~17. 5 | 10~12 | 3.0~3. 5 | 0.8~1.0 |
| 오스트리아 | P548 | 0.15 | 16.0 | 10.0 | 2.0 | 0.5 |
| 불가리아 | CrMnN18- 11 | ≤0.08 | 17~19 | 10~12 | - | 0. 4~1. 2 |
| 독일 | P900 | 0.05 | 18.0 | 18.0 | - | 0. 6~0. 8 |
| 독일 | P2000 | ≤0.05 | 16.0 | 14.0 | 3.0 | 0.75~1.0 |
| 일본 | NFS | 0.02 | 16.0 | 18.0 | - | 0.43 |
| 미국 | BioDur 108 합금 | 19~23 | 21~24 | 0. 5~1. 5 | 0.9 | |
| (위안 준핑, 2012) | ||||||
고질소 니켈 프리/고질소 니켈의 기계적 특성 ③ 고질소 니켈의 기계적 특성저니켈 오스테나이트 스테인리스강. 기존의 니켈 함유 오스테나이트 스테인리스강은 용액 처리 조건에서 저강도 재료로 분류되며 냉간 가공을 통해 강화되는 경우가 많습니다. 일부 강재는 상당한 변형 중에 변형에 의한 마르텐사이트 변형을 겪으며 재료에 자기적 특성을 부여합니다. 고질소 스테인리스강의 강도, 가소성 및 기타 기계적 특성은 입자 크기 및 질소 함량과 밀접한 관련이 있으며, 인장 강도와 항복 강도 모두 질소 함량이 높을수록 크게 증가합니다. 표 5-4에는 상온 용액 처리 상태와 가공 상태의 일부 새로운 고질소 오스테나이트 스테인리스강의 기계적 특성이 나와 있으며, 가공 상태의 강도가 용액 처리 상태보다 훨씬 높다는 것을 보여줍니다. 동시에 연성과 가소성이 높게 유지되어 페라이트 형성 및 변형에 의한 마르텐사이트 변형을 일으키기 어렵습니다.
질소가 스테인리스강의 강도를 향상시키는 주요 방법은 고용체 강화, 입자 크기 강화, 변형 경화입니다. 탄소와 마찬가지로 질소는 오스테나이트의 면 중심 입방 격자에서 팔면체 간극 부위를 차지합니다. 탄소보다 원자 반경이 작기 때문에 격자 확장 효과가 더 강합니다. 질소 원자는 전위와 상호작용하여 더 큰 전위 고정 효과를 제공하며, 오스테나이트 입자 경계에 최대 강화 효과를 줄 수 있습니다. 또한 미세 입자 강화도 중요한 강화 메커니즘입니다. 변형 경로는 304 스테인리스 스틸에 비해 고질소 오스테 나이트 계 스테인리스 스틸이 훨씬 더 뚜렷한 미세 입자 강화 효과를 가지고 있음을 보여줍니다. 질소가 오스테 나이트 계 스테인리스 강의 변형 경화에 미치는 영향도 매우 중요합니다. 질소의 증가는 슬립 평면과 변형 트윈의 증가로 이어지고 활성 슬립 평면과 트윈 층은 전위 이동과 트윈 확장을 효과적으로 방해하여 오스테 나이트 강의 변형 경화 속도를 크게 증가시킵니다.
표 5-4 상온에서 일반적인 고질소 오스테나이트 계 스테인리스강의 기계적 특성
| 합금 등급 | 상태 | 인장 강도 / MPa | 항복강도/MPa | 확장 속도 /% | 단면 수축률 /% | 경도 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 15-15HS-® | 견고한 솔루션 | 828 | 490 | 56 | 79 | HRB95 |
| 크로마나이트 | 견고한 솔루션 | 850 | 550 | 50 | HB250 | |
| URANUS-® B46 | 견고한 솔루션 | 650 | 420 | 40 | ||
| URANUS-® B66 | 견고한 솔루션 | 750 | 420 | 50 | ||
| AL4565TM | 견고한 솔루션 | 903 | 469 | 47 | HRB90 | |
| 데이터로이 2TM | 견고한 솔루션 | 827 | 760 | 18 | 45 | HRC33 |
| P2000 | 견고한 솔루션 | 930 | 615 | 56.2 | 77.5 | |
| NMS 140 | 처리 | 1010~1117 | 876~1020 | 30~22 | 68~60 | HB311 - 341 |
| P550 | 처리 | 1034 | 965 | 20 | 50 | HB300 - 400 |
| P580 | 처리 | 1034 | 965 | 20 | 50 | HB350 - 450 |
| Amagnit 600 | 처리 | 1034 | 965 | 20 | 50 | HB300 |
| (위안 준핑, 2012) | ||||||
내식성. 질소는 염화물 이온이 포함된 환경에서 오스테나이트 스테인리스강의 피팅 부식 및 틈새 내식성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 합금 원소의 양과 부식 성능 간의 관계를 설명하기 위해 일반적으로 피팅 등가물을 사용하여 이를 표현합니다:
PRE= %Cr + 3.3%Mo + x%N
가장 일반적으로 사용되는 값 x는 16~30입니다. 따라서 질소는 스테인리스강의 내공 내식성에 좋은 영향을 미칩니다. 그러나 질소의 작용 메커니즘은 아직 명확하지 않으며 일반적으로 다음과 같은 메커니즘이 주로 있는 것으로 추측됩니다.
- 산 소비 이론. 질소는 용해 중에 NH4+를 형성하고 그 과정에서 H+를 소비하여 pH 감소를 억제하고 용액의 국소 산성화 및 양극 용해를 늦추고 피팅의 자체 촉매 과정을 억제하여 피팅 반응에 더 도움이 됩니다.
- 인터페이스에서 질소 농축. 질소는 반응성이 높기 때문에 패시베이션 필름-금속 계면의 금속 쪽 근처에 축적되어 재패시베이션 동역학에 영향을 미치고 빠른 패시베이션을 가능하게 하여 피트 부식의 안정적인 성장을 억제합니다.
- 질소와 다른 원소의 시너지 효과. 질소는 질화 필름의 하층에서 크롬을 더욱 풍부하게 하여 안정성과 밀도를 향상시킵니다. 질소는 오스테나이트 스테인리스강에서 크롬, 몰리브덴 및 기타 원소의 내식성을 강화하여 크롬과 몰리브덴의 과부동태화 용해를 억제합니다. 또한 국부적인 부식 과정에서 더 강한 표면층을 형성할 수 있습니다.
- 생체 적합성. 고질소 니켈 무함유 오스테나이트 스테인리스강은 내식성, 특히 피팅 및 입계 부식에 대한 내식성이 우수하며 내마모성이 높습니다. 강철에 니켈이 없기 때문에 인체 및 신체 표면의 니켈 침전으로 인한 민감화 및 기타 조직 반응을 방지하여 우수한 생체 적합성을 보여줍니다.
3. 스테인리스 스틸 주얼리의 특징
스테인리스 스틸 주얼리에는 많은 장점이 있습니다:
스테인리스 스틸의 금속 광택은 백금과 매우 유사합니다. 고상하고 우아하면서도 모던합니다.
스테인리스 스틸은 부식과 열에 강하고 먼지 부식에 강하며 마른 천으로 닦기만 하면 되기 때문에 세척이 간편합니다. 광택 천이나 세제가 필요하지 않습니다.
스테인리스 스틸은 은보다 단단하고 쉽게 변형되지 않으며 은이나 다른 금속처럼 쉽게 산화되지 않습니다. 장기간 착용해도 광택이 나고 매끄럽고 매력적인 외관을 유지할 수 있어 변형 걱정 없이 보다 미니멀한 스타일로 가공하기에 적합합니다.
스테인리스 스틸은 일반적으로 표면이 매우 매끄럽거나 무광택인 다양한 스타일로 제공될 수 있습니다.
스테인리스 스틸 주얼리의 가격은 대중이 쉽게 받아들일 수 있는 수준입니다. 지난 몇 년 동안 은 가격이 크게 올랐지만 스테인리스 스틸은 여전히 수용 가능한 수준입니다.
스테인리스 스틸은 착색 특성이 우수하고 화학적 산화, 전기 화학적 산화, 이온 증착 산화물, 고온 산화 및 기체 상 균열과 같은 다양한 공정을 통해 착색 할 수있어 표면 장식 효과를 크게 풍부하게합니다. 보석.
4. 스테인리스 스틸 주얼리 카테고리
스테인리스 스틸 링
스테인리스 스틸 브레이슬릿
스테인리스 스틸 뱅글
스테인리스 스틸 귀걸이
스테인리스 스틸 펜던트
스테인리스 스틸 커프스 단추
스테인리스 스틸 배꼽 링
섹션 II 티타늄 합금 제품
1. 티타늄 합금 소개
(1) 티타늄의 발견
티타늄은 1791년 영국의 화학자 그레고어 R W(1762-1817)가 일메나이트와 루틸을 연구하던 중 발견했습니다. 4년 후인 1795년 독일의 화학자 클라프로스 M H(1743-1817)도 헝가리의 붉은 루타일을 분석하던 중 이 원소를 발견했습니다. 그는 우라늄(1789년 클라프로스가 발견)에 사용된 방법에 따라 그리스 신화에 나오는 신들의 종족인 '타이탄'의 이름을 따서 이름을 지을 것을 제안했습니다. 중국어에서는 발음에 따라 '타이'라는 이름을 붙였습니다.
당시 그레고르와 클라프로스가 발견한 티타늄은 금속 티타늄이 아닌 분말 이산화티타늄이었습니다. 산화티타늄은 매우 안정적이고 금속 티타늄은 산소, 질소, 수소, 탄소 등과 격렬하게 반응할 수 있기 때문에 원소 티타늄을 얻기가 쉽지 않습니다. 1910년에야 미국의 화학자 헌터(Hunter M A)에 의해 순도 99.9%의 순수한 금속 티타늄이 처음 생산되었습니다.
(2) 티타늄의 특성
순수 티타늄은 은빛 금속 광택이 나며 연성이 있습니다. 밀도는 4.51g/cm입니다.3녹는점은 1668℃, 끓는점은 3287℃입니다. 원자가는 +2, +3, +4입니다. 티타늄의 주요 특징은 밀도가 낮고 기계적 강도가 높다는 것입니다. 티타늄의 가소성은 주로 순도에 따라 달라집니다. 티타늄의 순도가 높을수록 가소성이 커집니다. 티타늄은 내식성이 우수하고 대기와 해수의 영향을 받지 않습니다. 실온에서 티타늄은 공기 중에서 안정적이며 묽은 염산, 묽은 황산, 질산 또는 묽은 알칼리성 용액에 의해 부식되지 않으며 불산, 고온 농축 염산 및 농축 황산만 작용할 수 있습니다. 티타늄 합금은 저밀도, 높은 비강도, 고온 및 내식성으로 인해 로켓 엔진 케이스, 인공위성 및 우주선 제작에 적합합니다. 티타늄은 "우주 금속"으로 알려져 있습니다. 이러한 장점으로 인해 티타늄은 1950년대부터 주목받는 희귀 금속이 되었습니다.
나트륨은 내식성과 높은 안정성으로 인해 인체와 장기간 접촉해도 본질에 영향을 미치지 않고 알레르기를 일으키지 않으며, 인간의 자율신경과 미각에 영향을 미치지 않는 유일한 금속입니다. 티타늄은 고유한 의료용으로 사용되며 "생체 친화적인 금속"으로 알려져 있습니다.
티타늄의 녹는점이 높기 때문에 나트륨 제련은 고온에서 이루어져야 하며, 고온에서는 티타늄의 화학적 특성이 매우 민감하게 반응합니다. 따라서 제련은 불활성 가스의 보호 아래에서 수행되어야 하며 산소 함유 물질의 사용은 피해야 하므로 제련 장비와 공정에 대한 요구가 높습니다.
(3) 티타늄 합금의 주요 범주
합금의 구성에 따라 티타늄은 산업용 순수 티타늄과 티타늄 합금의 두 가지 범주로 나뉩니다. 산업용 순수 티타늄에는 세 가지 유형이 있습니다: TA1, TA2, TA3입니다. 티타늄 합금은 티타늄을 기본으로 다른 원소를 첨가한 합금으로 TA4~TA8, TB1~TB2, TC1~TC10 등이 있으며, 이 중 업계에서 가장 널리 사용되는 티타늄 합금은 TC4, TA7 및 산업용 순수 티타늄(TA1, TA2 및 TA3)입니다. 다양한 티타늄 합금의 주요 화학 성분은 표 5-5에, 허용 불순물 원소 함량은 표 5-6에, 다양한 티타늄 합금 재료의 기계적 특성은 표 5-7에 나와 있습니다.
표 5-5 티타늄 합금의 주요 화학 성분
| 성적 | 주요 성분(질량 분율) (%) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ti | A1 | Cr | Mo | Sn | Mn | V | Fe | Cu | Si | Zr | B | |
| TA0 | 기본 | |||||||||||
| TA1 | 기본 | |||||||||||
| TA2 | 기본 | |||||||||||
| TA3 | 기본 | |||||||||||
| TA4 | 기본 | 2.0~3. 3 | ||||||||||
| TA5 | 기본 | 3. 3~4.3 | 0.005 | |||||||||
| TA6 | 기본 | 4.0~5.5 | ||||||||||
| TA7 | 기본 | 4.0~5.5 | 2. 0~3.0 | 2. 5~3.2 | 1. 0~1.5 | |||||||
| TA8 | 기본 | 4. 5~5.5 | 2.0~3.0 | |||||||||
| TB1 | 기본 | 3.0~4.0 | 10.0~11.5 | 7. 0~8. 0 | ||||||||
| TB2 | 기본 | 2. 5~3.5 | 7.5~8.5 | 4. 7~ 5.7 | 4. 7~ | |||||||
| TC1 | 기본 | 1. 0~2.5 | 0.8~2.0 | |||||||||
| TC2 | 기본 | 2.0~3. 5 | 0. 8~2.0 | |||||||||
| TC3 | 기본 | 4. 5~6.0 | 3. 5~4.5 | |||||||||
| TC4 | 기본 | 5. 5~6.8 | 3. 5~4.5 | |||||||||
| TC5 | 기본 | 4. 0~6.2 | 2.0~3.0 | |||||||||
| TC6 | 기본 | 4.5~6.2 | 1.0~2.5 | 1.0~2.8 | 0. 5~1.5 | |||||||
| TC7 | 기본 | 5.0~6.5 | 0. 4~0.9 | 0. 25~0. 60 | 0. 25~0. 60 | 0.01 | ||||||
| TC8 | 기본 | 5. 8~6.8 | 2. 8~3.8 | 0. 20~0. 35 | ||||||||
| TC9 | 기본 | 5. 8~6.8 | 2. 8~3.8 | 0. 20~0. 40 | ||||||||
| TC10 | 기본 | 5. 5~6.5 | 5. 5~6.5 | 0. 35~1.0 | 0. 35~1.0 | |||||||
| (시청무, 2005; 장시얀 외, 2005) | ||||||||||||
표 5-6 티타늄 합금의 허용 불순물 원소 함량
| 성적 | (질량 분율)보다 크지 않은 불순물 （％） | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fe | Si | C | N | H | O | |||||||
| TA0 | 0.03 | 0.3 | 0.03 | 0.01 | 0.015 | 0.05 | ||||||
| TA1 | 0. 15 | 0.1 | 0.05 | 0.03 | 0.015 | 0.1 | ||||||
| TA2 | 0. 3 | 0.15 | 0.1 | 0.05 | 0. 015 | 0.15 | ||||||
| TA3 | 0.3 | 0.15 | 0.1 | 0.05 | 0.015 | 0.15 | ||||||
| TA4 | 0. 3 | 0.05 | 0.1 | 0.05 | 0. 015 | 0.15 | ||||||
| TA5 | 0. 3 | 0.15 | 0.1 | 0.04 | 0.015 | 0.15 | ||||||
| TA6 | 0. 3 | 0.15 | 0.1 | 0.05 | 0.015 | 0.15 | ||||||
| TA7 | 0. 3 | 0.15 | 0.1 | 0.05 | 0.015 | 0.2 | ||||||
| TA8 | 0.3 | 0.15 | 0.1 | 0.05 | 0.015 | 0.15 | ||||||
| TB1 | 0.3 | 0.15 | 0.1 | 0.04 | 0.015 | 0.15 | ||||||
| TB2 | 0.3 | 0.05 | 0.05 | 0.04 | 0. 015 | 0.15 | ||||||
| TC1 | 0.4 | 0.15 | 0.1 | 0.05 | 0.015 | 0.15 | ||||||
| TC2 | 0.4 | 0.15 | 0.1 | 0.05 | 0. 015 | 0.15 | ||||||
| TC3 | 0.3 | 0.15 | 0.1 | 0.05 | 0.015 | 0.15 | ||||||
| TC4 | 0. 3 | 0.15 | 0.1 | 0.05 | 0.015 | 0.15 | ||||||
| TC5 | 0. 5 | 0.4 | 0.1 | 0.05 | 0.015 | 0.2 | ||||||
| TC6 | 0.4 | 0.1 | 0.05 | 0.015 | 0.2 | |||||||
| TC7 | 0.1 | 0.05 | 0.025 | 0.3 | ||||||||
| TC8 | 0.1 | 0.05 | 0.015 | 0.15 | ||||||||
| TC9 | 0.1 | 0.05 | 0. 015 | 0.15 | ||||||||
| TC10 | 0.15 | 0.1 | 0.04 | 0.015 | 0.2 | |||||||
| (시청무, 2005; 장시얀 외, 2005) | ||||||||||||
표 5-7 티타늄 합금의 기계적 특성
| 성적 | 상태 | 실온 성능 | 고온 성능 | 참고 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| σ b | δ | ψ | ɑ k | T | σ b | σ 100 | |||
| MPa | % | % | MJ/m2 | ℃ | MPa | MPa | |||
| TA0 | 어닐링 | ||||||||
| TA1 | 어닐링 | 350 | 25 | 50 | 0.8 | 바 재고 | |||
| TA2 | 어닐링 | 450 | 20 | 45 | 0.7 | 바 재고 | |||
| TA3 | 어닐링 | 550 | 15 | 40 | 0.5 | 바 재고 | |||
| TA4 | 어닐링 | 바 재고 | |||||||
| TA5 | 어닐링 | 700 | 15 | 40 | 0.6 | 바 재고 | |||
| TA6 | 어닐링 | 700 | 10 | 27 | 0.3 | 350 | 430 | 400 | 바 재고 |
| TA7 | 어닐링 | 800 | 10 | 27 | 0.3 | 350 | 500 | 450 | 바 재고 |
| TA8 | 적시성 확보 | 1000 | 10 | 25 | 0. 2 ~ 0. 3 | 500 | 700 | 500 | 바 재고 |
| TB1 | 적시성 확보 | ≤1 000 | 18 | 30 | 0.3 | 바 재고 | |||
| 1 300 | 5 | 10 | 0.15 | ||||||
| TB2 | 적시성 확보 | ≤1 000 | 18 | 40 | 0.3 | 바 재고 | |||
| 1 400 | 7 | 10 | 0.15 | ||||||
| TC1 | 어닐링 | 600 | 15 | 30 | 0.45 | 350 | 350 | 300 | 바 재고 |
| TC2 | 어닐링 | 700 | 12 | 30 | 0.4 | 350 | 430 | 400 | 바 재고 |
| TC3 | 어닐링 | 900 | 10 | 400 | 600 | 550 | 시트 (1. 0~2. 0) | ||
| TC4 | 어닐링 | 950 | 10 | 30 | 0.4 | 400 | 630 | 580 | 바 재고 |
| TC5 | 어닐링 | 950 | 10 | 23 | 0. 3 | 400 | 600 | 560 | 바 재고 |
| TC6 | 어닐링 | 950 | 10 | 23 | 0.3 | 450 | 600 | 550 | 바 재고 |
| TC7 | 어닐링 | 1000 | 10 | 23 | 0. 35 | 550 | 600 | 바 재고 | |
| TC8 | 어닐링 | 1050 | 10 | 30 | 0.3 | 450 | 720 | 700 | 바 재고 |
| TC9 | 어닐링 | 1140 | 10 | 25 | 0. 3 | 500 | 650 | 620 | 바 재고 |
| TC10 | 어닐링 | 1 050 | 12 | 25 | |||||
| 1 050 | 12 | 30 | |||||||
| (시청무, 2005; 장시얀 외, 2005) | |||||||||
(4) 합금 원소가 티타늄 합금의 특성에 미치는 영향
티타늄에는 두 가지 유형의 균질 결정과 불균질 결정이 있는데, 882℃ 이하에서는 밀집된 육각형 구조의 α 티타늄이, 882℃ 이상에서는 몸체 중심의 입방체 β 티타늄이 있습니다. 합금 원소는 상전이 온도에 미치는 영향에 따라 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
안정성 α 단계: 상전이 온도를 높이는 원소는 알루미늄, 탄소, 산소, 질소 등 α 안정 원소입니다. 알루미늄은 티타늄 합금의 주요 합금 원소로, 상온 및 고온에서 합금의 강도를 크게 향상시키고 비중을 줄이며 탄성률을 높입니다.
안정된 β 단계: 상전이 온도를 낮추는 원소는 β 안정 원소이며, 이 원소는 동형 원소와 유텍토이드 원소의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 전자는 몰리브덴, 니오븀, 텅스텐을 포함하며 후자는 크롬, 망간, 구리, 철, 실리콘을 포함합니다.
중립적 요소, 코발트나 주석과 같은 원소는 상전이 온도에 거의 영향을 미치지 않습니다.
산소, 질소, 탄소, 수소는 티타늄 합금의 주요 불순물입니다. 산소와 질소는 α상에서 상대적으로 높은 용해도를 가지며 티타늄 합금을 크게 강화하지만 가소성을 감소시킵니다. 일반적으로 나트륨의 산소 및 질소 함량은 각각 0.15%~0.2% 및 0.04%~0.05% 미만이어야 한다고 규정되어 있습니다. α 상에서 수소의 용해도는 매우 낮으며 티타늄 합금에 용해된 과도한 수소는 수화물을 형성하여 합금을 부서지기 쉽게 만들 수 있습니다. 일반적으로 티타늄 합금의 수소 함량은 0.015% 이하로 제어됩니다. 티타늄의 수소 용해는 가역적이며 진공 어닐링으로 제거할 수 있습니다.
(5) 티타늄 합금의 특성
- 비강도가 높기 때문에 인장 강도는 1000~1400MPa에 달하지만 밀도는 강철의 60%에 불과합니다.
- 중온 강도가 우수하고 작동 온도가 알루미늄 합금보다 수백도 더 높습니다. 중온에서도 필요한 강도를 유지할 수 있으며 450~500℃의 온도에서 장시간 작동할 수 있습니다.
- 내식성이 우수합니다: 티타늄의 표면은 대기 중에 균일하고 조밀한 산화막을 즉시 형성하여 다양한 매체의 침식에 저항할 수 있습니다. 일반적으로 티타늄은 산화성 및 중성 매질에서 내식성이 우수하며 해수, 습한 염소 가스 및 염화물 용액에서 내식성이 더욱 우수합니다.
- 저온 성능이 우수하여 매우 낮은 온도에서도 일정 수준의 가소성을 유지합니다.
- 낮은 탄성 계수, 낮은 열전도율, 비강자성.
2. 장식용 티타늄 합금
주얼리 제작에 사용되는 티타늄 합금은 일반적으로 산업용 순수 티타늄입니다. 산업용 순수 티타늄과 화학적으로 순수한 티타늄의 차이점은 산소, 질소, 탄소 및 기타 불순물 원소(철, 실리콘 등)가 더 많이 포함되어 있다는 것입니다. 합금 함량이 낮은 티타늄 합금입니다. 화학적으로 순수한 티타늄에 비해 불순물 원소가 많으면 강도가 크게 증가하며 기계적 특성과 화학적 특성은 스테인리스 스틸과 비슷하지만 티타늄 합금에 비해 강도는 여전히 낮습니다.
산업용 순수 티타늄의 특징은 강도는 낮지만 가소성이 우수하고 특정 가공 및 성형 능력이 있으며 스탬핑, 용접 및 절단과 같은 기술을 사용하여 가공 할 수 있으며 대기, 해수, 습한 염소 가스 및 산화, 중성 및 약 환원 매체에서 내식성이 우수하며 내 산화성은 대부분의 오스테 나이트 계 스테인리스 강보다 우수하지만 내열성은 상대적으로 낮고 작동 온도가 그리 높지 않다는 것입니다.
불순물 함량에 따라 산업용 순수 티타늄은 세 가지 등급으로 나뉩니다: TA1, TA2 및 TA3. 이 세 가지 등급의 산업용 순수 티타늄의 간질 불순물 원소는 점차적으로 증가하여 기계적 강도와 경도가 그에 따라 증가하는 반면 가소성과 인성은 그에 따라 감소합니다.
주얼리 산업에서 사용되는 산업용 순수 나트륨은 적당한 내식성과 포괄적인 기계적 특성으로 인해 TA2입니다. 더 높은 내식성과 강도가 필요한 경우 TA3를 사용할 수 있으며, 더 나은 성형 성능이 필요한 경우 TA1을 사용할 수 있습니다.
현재 국내에는 티타늄 스틸이라고 불리는 액세서리가 많이 있지만 사용되는 소재는 티타늄이 아니라 스테인리스 스틸입니다. 관심을 끌기 위해 티타늄 스틸이라고 부르며 일부는 티타늄을 포함하지 않는 스테인리스 스틸 액세서리 인 티타늄 합금 액세서리라고도합니다. 티타늄 스틸과 스테인리스 스틸은 쉽게 구분할 수 있는 두 가지 다른 소재입니다:
- 무게 측면에서 티타늄은 강철보다 가볍습니다. 같은 부피에서 티타늄은 강철 무게의 약 절반에 불과합니다. 티타늄의 밀도는 4.5g/cm입니다.3강철의 무게는 7.845g/cm입니다.3.
- 색상 측면에서 티타늄은 스틸보다 약간 더 어두운 반면 스틸은 더 흰색으로 두 색상의 차이는 매우 분명합니다.
3. 티타늄 합금 주얼리의 특징
(1) 필수 특성
빛. 티타늄의 비중은 4.5로 스테인리스 스틸, 코발트, 크롬과 같은 합금의 약 절반 수준입니다. 또한 금이나 은보다 훨씬 가벼워 귀걸이, 목걸이 등의 장신구를 만드는 데 유리합니다.
티타늄은 내식성이 우수합니다. 티타늄은 산소와 쉽게 반응하여 TiO2를 형성하는 반응성이 높은 원소입니다. 그럼에도 불구하고 티타늄 표면에 형성되는 산화막은 매우 완전하고 밀도가 높아 국소적인 손상 후 즉시 자가 복구할 수 있으며 대부분의 환경에서 안정적입니다. 이것이 티타늄의 내식성에 대한 이론적 근거입니다. 티타늄이 주얼리에서 보여주는 장점은 부식되거나 색이 변하지 않고 오랫동안 좋은 광택을 유지할 수 있으며 물을 두려워하지 않는다는 것입니다.
티타늄은 색상을 지정할 수 있습니다. 티타늄 금속은 전해질에 티타늄을 넣고 일정한 전류를 가하면 표면이 전기 분해되어 산화막 층을 형성하고 산화막의 두께에 따라 추가 원소 없이도 색상 변화를 결정할 수 있다는 매우 흥미로운 특성을 가지고 있습니다. 현재 생산할 수 있는 색상은 금색, 검정색, 파란색, 갈색 등 다양한 색상이 있습니다. 이러한 특성 덕분에 더욱 화려하고 세련된 디자인의 주얼리를 제작할 수 있습니다.
나트륨은 쉽게 변형되지 않으므로 모양을 바꿀 필요가 없습니다. 티타늄은 경도가 높고 쉽게 변형되지 않으며 일반 금은 보석과 달리 한동안 착용한 후에도 모양을 바꿀 필요가 없습니다.
(2) 패션 포워드의 특징
새로운 소재 기호. 티타늄 주얼리의 등장은 새로운 소재로 전통을 깨고 업계에서 고대 금은 주얼리의 지배에 도전하는 것을 의미합니다. 주얼리는 장식을 넘어 지위와 정체성의 상징이 된 지 오래입니다. 세 번째 유형의 금속인 티타늄이 주얼리 업계에 등장하면서 티타늄은 건강, 우아함, 패션의 매력을 더하고 있습니다.
여성 정신 상징. 티타늄은 매우 가볍지만 매우 견고하여 가볍고 아름답고 탄력 있는 도시 여성을 상징합니다.
남성 정신 상징. 1795년 독일의 과학자 클라프로스는 루틸을 연구하던 중 티타늄을 발견했습니다. 그는 고대 그리스 신화에 나오는 타이탄(거인)에서 이름을 따왔는데, 이는 정신과 용기를 상징하는 것과 같은 의미를 담고 있습니다. 티타늄의 자연스러운 강인함과 질감은 타이탄의 영웅적인 정신을 반영하며, 대지의 아들로서 도시 남성의 '타이탄' 정신을 보여줍니다.
사랑 심볼 ④. 티타늄은 부식에 강하고 은처럼 변색되지 않으며 상온에서 평생 색상을 유지합니다. 커플 주얼리는 배신하지 않고 항상 최고의 품질을 유지하는 사랑의 충실함을 상징합니다.
(3) 건강 특성
티타늄 금속은 인체에 해가 없습니다. 의료 행위는 티타늄 장기가 인체에 오랫동안 이식 될 수 있다는 것을 입증하여 인체에 무해 함을 입증했습니다. 티타늄 주얼리는 신체와 장기간 접촉해도 피부, 신경 또는 미각에 알레르기나 부작용을 일으키지 않으며 우수한 생체 적합성과 안정성을 나타냅니다. 따라서 티타늄 금속은 생체 적합성 금속이라고도 합니다. 인체에 무해하며 피부 알레르기가 있는 현대인이 선호하는 주얼리가 될 수 있습니다.
(4) 항공 특성
나트륨은 우주 금속이라고도 합니다. 빠르게 발전하는 우리나라의 항공 우주 산업에서 대중은 반드시 항공에 더 많은 관심을 기울일 것이며, 우주선에 선호되는 소재 인 티타늄은 항공 우주에 대한 열정에 의해 필연적으로 현대인의 삶에 들어갈 것입니다. "선저우" 우주선의 반복되는 우주 여행에서 티타늄은 일반인들이 우리나라의 항공 우주 업적을 기념하는 상징이 될 수 있습니다.
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4. 티타늄 합금 주얼리 카테고리
티타늄 특유의 은회색 톤으로 인해 유광, 새틴, 무광에 관계없이 우수한 성능을 발휘하며 백금, 금과 같은 귀금속 다음으로 가장 적합한 주얼리 금속입니다. 해외에서는 현대 주얼리 디자인에 자주 사용되며 젊은 전문가들에게 높은 평가를 받는 국제적으로 인기 있는 소재입니다. 또한 티타늄 공예품은 시중에 나와 있는 차세대 고급 선물입니다. 티타늄 공예품은 전통적인 장인 정신과 현대 과학 기술의 생생한 조합입니다. 실용성, 보관성, 미적, 예술적 가치를 모두 갖추고 있어 친구나 해외 방문 시 필수적인 고급 선물이 될 수 있습니다.
티타늄 주얼리의 주요 제품 시리즈에는 다음 9가지 유형이 있습니다.
- 티타늄은 우드 세이빙, 스톤 세팅, 도금, 중공, 조각, 단순함, 장식 조각 시리즈 등의 제품을 링으로 제작합니다.
- 티타늄 펜던트.
- 티타늄 체인. 팔찌와 목걸이를 중심으로 팔찌와 목걸이를 포함합니다.
- 티타늄 커프스 단추, 넥타이 클립 등
- 귀걸이 및 바디 피어싱 주얼리. 바디 피어싱 주얼리는 해외에서 꽤 인기가 있으며 국내 시장에서는 이제 막 시작 단계에 있으며 티타늄 금속은 인체에 해를 끼치지 않으며 건강과 장수를 추구하는 사람들에게 우선적으로 적합합니다. 의료 행위는 티타늄 장기가 인체에 오랫동안 이식 될 수 있다는 것을 입증하여 인체에 무해 함을 입증했습니다.
- 티타늄 시계.
- 티타늄 및 게르마늄과 같은 금속과 결합된 건강 제품. 주로 나트륨 계열 건강 제품으로 현재 대부분 수입되고 상당히 비싸며 티타늄 주얼리는 혈액 순환을 촉진하고 자연 치유 능력을 향상시킬 수 있으며 게르마늄은 산소의 기능적 성능을 대체 할 수도 있습니다. 피부에 닿은 후 약 0.5℃의 온도 상승부터 시작하여 혈액 순환을 개선하고 혈액에서 노폐물(양이온, 양성자)의 원활한 배출을 도울 수 있습니다. 게르마늄은 신체의 전위를 정상적인 균형 상태로 회복시킬 수 있습니다. 이 현상에 대한 한 가지 설명은 게르마늄이 체온 에너지를 기반으로 전자를 가장 바깥쪽 궤도로 이동시켜 자유 전자가 자유롭게 들어오고 나갈 수 있도록하여 신경 회로의 혼란스러운 전위 균형을 정상 작동으로 복원하기 시작할 수 있다는 것입니다. 이러한 반도체의 전자 효과는 신경 세포의 활성화를 자극하여 신체의 불편한 증상을 완화할 수 있습니다.
- 생활용품 시리즈는 다양한 제품을 제공합니다. 예를 들어 티타늄 안경테, 티타늄 문구류, 티타늄 지팡이, 티타늄 칼, 티타늄 재떨이, 티타늄 판화, 티타늄 와인 도구, 티타늄 식기 등이 있습니다.
- 스포츠 장비 시리즈. 골프 클럽, 테니스 라켓, 배드민턴 라켓 등이 있습니다.
티타늄 링
티타늄 펜던트
티타늄 팔찌
티타늄 커프스 단추
티타늄 타이 클립
티타늄 귀걸이
티타늄 시계
게르마늄 구슬이 내장된 티타늄 건강 팔찌
5. 티타늄 주얼리 시장 상황
티타늄 주얼리는 점점 더 많은 사람들이 점차 인정하고 받아들이고 있는 새로운 유형의 주얼리 제품입니다. 티타늄 금속은 많은 우수한 특성을 가지고 있기 때문에 주얼리 가공에 매우 적합합니다. 가공 기술이 개선되면서 티타늄 주얼리는 2000년 이후 국제적으로 인기를 얻고 있습니다. 이제 많은 사람들이 티타늄을 보석 생산용 금속으로 받아들이고 있으며 티타늄 보석에 대한 수요는 매년 증가하고 있습니다. 일부 세계적으로 유명한 보석 브랜드도 티타늄 주얼리를 출시하기 시작하여 티타늄 금속 제품에 대한 관심을 끌고 수요를 자극 할 수 있습니다.
나트륨 가공에 대한 높은 기술 요구 사항으로 인해 기존 장비로는 주조 및 성형이 어렵고 일반 도구로 용접하는 것도 어렵기 때문에 생산 규모를 달성하는 데 상당한 어려움이 있습니다. 또한 티타늄 주얼리를 만드는 기술과 지식이 국내에 제대로 보급되어 있지 않습니다. 따라서 티타늄 주얼리는 서구 국가에서는 오랫동안 인기가 있었지만 중국인에게는 여전히 새로운 개념이며 국내 생산 능력이 낮습니다. 현재 국내에서 티타늄 제품의 소비는 이제 막 시작되었으며 전통적인 금은 보석과 같은 수준이 아닙니다. 현재 시장이 확대되고 있지만 이는 드문 기회입니다. 주얼리 소재의 다양화는 시장의 주요 트렌드가 될 것이며, 제3의 금속인 티타늄은 그 고유한 특성으로 인해 금은 주얼리의 전통적인 지배를 필연적으로 깨뜨릴 것입니다.
섹션 III 스테인리스강 및 티타늄 합금 제품의 성형 공정
1. 기계적 성형 공정
1.1 가공 및 성형
구조적으로 단순한 일부 부품은 직접 가공 및 성형하여 스테인리스 스틸 및 티타늄 합금 주얼리를 제작할 수 있습니다. 일반적인 방법으로는 기계 가공, 방전 가공, 에칭 등이 있습니다.
(1) 절단 및 성형
선반을 사용하여 스테인리스 스틸 또는 티타늄 합금 프로파일을 주얼리로 직접 가공하는 것은 반지 및 팔찌 주얼리에서 가장 일반적이며 큰 비중을 차지합니다. 그림 5-1과 5-2는 선반을 사용하여 성형한 스테인리스 스틸 및 티타늄 합금 링을 보여줍니다.
그림 5-1 선반에서 완성된 스테인리스 스틸 링
그림 5-2 선반 정삭 가공으로 성형된 티타늄 합금 링
스테인리스 스틸과 티타늄 합금의 재료 특성으로 인해 마감이 어렵습니다. 이러한 특성을 바탕으로 주얼리의 가공 정확도와 표면 품질을 보장하기 위해 해당 가공 파라미터를 선택하고 공식화해야 합니다.
스테인리스 스틸 링 가공. 실제 생산에서 스테인리스 스틸의 가공은 상대적으로 어렵습니다. 특성을 숙지하지 못하면 절단 중에 원하는 가공 품질을 얻지 못하고 공구에 심각한 손상을 입힐 수 있습니다.
스테인리스 스틸 가공이 어려운 이유는 주로 다음 다섯 가지 측면에서 비롯됩니다.
- 스테인리스 스틸의 포괄적인 기계적 특성은 높습니다. 스테인리스강은 크롬, 니켈 등의 합금 원소 함량이 높아지면서 재료의 기계적 특성이 크게 변화했습니다. 다양한 기계적 성능 지표의 관점에서 볼 때 스테인리스 스틸의 기계적 특성은 강도 성능 지표와 소성 인성 지표가 상대적으로 높은 일반 스틸과 구별되는 특성을 가지고 있습니다. 이로 인해 스테인리스 스틸은 가공이 어렵다는 특징이 생겼습니다.
- 강력한 칩 접착력으로 툴을 쉽게 제작할 수 있습니다. 스테인리스 스틸은 접착력이 높기 때문에 마감 작업 중에 재료가 도구에 "접착"되어 "도구가 쌓이게" 됩니다.
- 열전도율이 낮아 절단 열이 제때 방출되지 않습니다. 공구로 전달되는 열은 20%에 달할 수 있으며, 공구의 절삭 날이 과열되어 절단 능력이 떨어지기 쉽습니다.
- 칩은 쉽게 깨지지 않습니다. 금속 절삭에서 연성 재료(거친 재료)에서 칩이 형성되는 과정은 압출, 미끄러짐, 파단, 분리의 네 단계를 거칩니다. 스테인리스 스틸, 특히 보석에 사용되는 304(L) 및 316(L) 오스테나이트 크롬-니켈 스테인리스 스틸의 경우 일반적으로 연신율, 단면 수축 및 충격 값이 높기 때문에 연신율과 인성이 모두 우수하여 절단 공정 중에 칩이 말리거나 파손되기 어렵습니다. 보링, 드릴링 및 절단 작업에서 칩 제거가 어렵고 칩이 가공된 표면을 쉽게 긁을 수 있습니다.
- 작업이 경화되는 경향이 강해 공구가 마모되기 쉽습니다. 오스테나이트 계 스테인리스강은 가공 경화 층의 경도가 높고 가공 경화 깊이가 일정하여 가공의 난이도와 공구 마모가 증가하는 등 가공 경화 경향이 강합니다.
스테인리스 스틸 절단 시 취해야 할 조치는 다음과 같습니다.
먼저 절삭 공구의 합리적인 기하학적 모양을 선택하여 절삭 변형을 쉽게 하고 절삭력을 줄이며 칩이 원활하게 형성 및 배출되도록 합니다. 공구마다 절삭 부품의 형상에 대해 다음과 같은 요구 사항이 있어야 합니다:
- 레이크 각도. 경사각이 클수록 절삭력과 열이 감소하고, 절삭 시 진동이 감소하며, 공작물 경화 효과가 약해집니다. 일반적으로 공구 유형, 공구 재질 및 절삭 조건에 따라 12°~30° 사이의 경사각을 선택할 수 있습니다. 동시에 양의 측면 각도는 절삭날의 강도를 높이고, 음의 모따기는 주 절삭날을 연마하여 칼날을 강화합니다.
- 앞의 모양입니다. 스테인리스 스틸을 가공할 때 재료가 비교적 단단하고 부드럽기 때문에 칩이 형성되고 말리는 과정에서 공구 전면과 강한 마찰이 발생하여 공구 전면에 초승달 모양의 구덩이가 점차적으로 형성됩니다. 초승달 모양의 구덩이의 중심은 공구 전면에 대한 칩의 압력 중심입니다. 위의 특성을 바탕으로 공구 전면에 곡선형 칩 홈을 미리 연마하여 절삭 날의 마모를 늦추고 팁의 강도를 향상시킵니다.
- 릴리프 각도. 절삭 공정에 대한 릴리프 각도의 영향은 일반적으로 레이크 각도만큼 민감하지 않습니다. 그러나 스테인리스강 절삭 시 금속 변형이 심하기 때문에 공구의 릴리프 각도가 작으면 공작물 표면과 심한 마찰이 발생하여 표면 거칠기 증가, 작업 경화 및 공구 마모가 악화되기 쉽습니다. 동시에 이는 후속 절삭 공정의 조건을 악화시킵니다. 정삭 공구의 릴리프 각도가 α＜6°인 경우 공작물 표면이 거칠어지는 현상이 나타납니다. 이 현상은 이송 속도와 후방 절삭량이 상대적으로 작을 때 특히 심합니다. 따라서 스테인리스 스틸을 절단할 때는 일반적으로 조금 더 큰 릴리프 각도를 선택합니다. 그러나 후면 모서리가 너무 크면 절삭 날의 강도가 감소합니다.
둘째, 적합한 공구 재질을 선택합니다. 스테인리스 스틸 자체의 특성으로 인해 공구의 절삭 부분은 가공 중 내마모성과 적색 경도가 높아야하며 내구성보다 인성 선택에 중점을 두는 것이 더 중요한 경우가 많습니다.
세 번째 요점은 절삭 매개 변수의 선택입니다. 절삭 매개 변수를 선택할 때 다음 요소를 고려해야합니다. 스테인리스 스틸 및 다양한 원자재의 경도를 기준으로 절삭 매개 변수를 선택하고, 공구 재료, 용접 품질 및 선반 공구의 연삭 조건을 기준으로 절삭 매개 변수를 선택하고, 부품의 직경, 가공 공차의 크기 및 선반의 정밀도에 따라 절삭 매개 변수를 선택해야 합니다.
넷째, 냉각 및 윤활에 대한 요구 사항입니다. 스테인리스강 절삭에 사용되는 절삭유는 많은 양의 열을 제거할 수 있는 높은 냉각 성능을 가져야 합니다. 또한 효과적인 외부 윤활을 제공하기 위해 윤활 성능이 우수해야합니다. 쐐기, 확산 및 내부 윤활을 용이하게 하기 위해 투과성이 좋아야 합니다. 또한 칩 제거의 요구를 충족하기 위해 세척 성능과 공급 방법이 우수해야 합니다.
티타늄 합금 링 가공. 티타늄 합금의 열악한 가공 성능은 공구 내구성, 가공된 표면의 품질, 칩 형성 및 제거의 어려움 측면에서 측정할 수 있습니다. 나트륨 및 티타늄 합금 소재 가공이 어려운 이유는 주로 다음과 같은 측면에 반영됩니다.
- 열전도율과 열확산 계수가 낮습니다. 티타늄 합금 소재의 열전도율과 열확산 계수는 알루미늄 및 알루미늄 합금의 1/15, 강철의 1/5에 불과합니다. 스테인리스 스틸 및 고온 합금의 열전도율 계수보다 낮습니다. 열전도율과 확산도가 낮기 때문에 가공 시 온도 차이가 크고 열 응력이 높아 절삭 열이 방출되기 어렵고 가공 접착 현상이 발생합니다.
- 절삭날과 전면 절삭면 사이의 접촉면이 작아 절삭날에 높은 응력이 발생합니다. 이러한 응력 집중으로 인해 공구가 마모되고 손상되기 쉽습니다.
- 화학 반응성이 높으면 가공 중에 산화물 층이 형성되어 매우 단단하고 공구 마모가 가속화됩니다.
- 큰 마찰 계수, 작은 탄성 계수, 높은 항복 강도는 가공 제품 표면에 상당한 반동 변형을 일으켜 가공 정확도에 영향을 미칩니다.
티타늄 합금의 절삭 가공에서 취하는 조치는 스테인리스 스틸의 절삭 가공과 유사하지만 티타늄 합금 재료의 특수한 특성으로 인해 절삭 가공 중에 다음 세 가지 사항에주의를 기울여야합니다.
첫 번째는 절단 기계 공구와 고정 장치의 선택입니다. 절삭 공구는 높은 출력, 우수한 강성, 넓은 범위의 속도와 이송 속도를 가져야 합니다. 고정 장치의 강성이 좋아야하며 가공 부품의 변형을 줄이고 가공 정확도를 보장하기 위해 마무리 중 클램핑 력이 너무 크지 않아야합니다.
두 번째는 공구 재료의 선택입니다. 고강도, 고인성 티타늄 합금을 절단하는 과정에서 공구의 절삭력이 매우 크고 때로는 공작물 역 절삭 현상이 발생할 수 있습니다. 단단한 산화물 층은 카바이드 블레이드의 표면을 손상시킬 수 있습니다. 이를 위해서는 공구 재료가 고온 및 내열성에서 충분한 경도와 우수한 내마모성을 유지해야 합니다. 따라서 티타늄 합금을 절단할 때는 카바이드 공구를 우선적으로 사용해야 하며, 고속강 공구는 온도가 상대적으로 낮은 경우에만 사용해야 합니다. 티타늄이 포함된 공구 재료는 고온에서 티타늄 합금과 쉽게 결합하여 공구가 빠르게 마모될 수 있으므로 절대로 사용하지 마세요.
세 번째는 절단 매개변수를 올바르게 선택하는 것입니다. 여기에는 절삭 속도, 깊이 및 이송 속도가 포함되어 가공 효율성을 개선하고 생산 비용을 절감 할 수 있습니다. 초경 공구의 절삭 온도는 600~800℃ 이내로 제어해야 하며, 고속 공구의 절삭 온도는 450~560℃ 이내로 제어해야 합니다.
(2) 전기 방전 형성
방전 가공 소개. 방전 가공은 공작 기계의 자동 이송 조정 장치가 공작물과 공구 전극 사이에 적절한 방전 간격을 유지하는 액체 매체에서 수행됩니다. 공구 전극과 공작물 사이에 강한 펄스 전압이 가해지면(갭에서 매체의 항복 전압에 도달하면) 매체의 절연 강도가 가장 낮은 곳에서 분해됩니다. 방전 면적이 작고 방전 시간이 매우 짧기 때문에 에너지가 고도로 집중되어 방전 영역의 온도가 순간적으로 10000-12000℃에 도달하여 공작물과 공구 전극 표면의 금속이 국부적으로 용융되고 심지어 기화됩니다. 국부적으로 용융 및 기화된 금속은 폭발적인 힘으로 작동 유체로 방출되어 작은 금속 입자로 냉각된 다음 작동 유체에 의해 작업 영역에서 빠르게 씻겨 나가면서 공작물 표면에 작은 구덩이를 형성합니다. 각 방전 후 매체의 절연 강도가 회복되어 다음 방전을 기다립니다. 이 과정을 반복하여 공작물 표면을 지속적으로 침식하고 공구 전극의 형상을 복제하여 성형 및 가공 목적을 달성합니다.
방전 가공에는 방전 성형, 방전 전선 절단, 방전 연삭, 방전 드릴링 및 다양한 전문 방전 가공 응용 분야와 같은 다양한 형태가 포함됩니다.
방전 가공은 주로 두 가지 측면에서 스테인리스 스틸 및 티타늄 합금 보석 생산에 널리 사용됩니다. 첫째, 방전 와이어 절단은 보석의 직접 가공에 사용되며 둘째, 방전 절단 및 성형은 보석의 후속 스탬핑 및 유압 생산을위한 금형을 만드는 데 사용됩니다.
와이어 절단이라고도 하는 와이어 컷 방전 가공(WEDM). 기본 작동 원리는 지속적으로 움직이는 미세 금속 와이어 (전극 와이어라고 함)를 전극으로 사용하여 공작물에 펄스 스파크 방전 가공을 수행하여 절단 및 성형하는 것입니다. 주로 펀치 금형, 다이 금형, 볼록 오목 금형, 고정 판, 방전 판, 성형 도구, 템플릿, 방전 성형 가공용 금속 전극, 다양한 미세 구멍, 홈, 좁은 이음새, 임의의 곡선 등과 같은 다양한 복잡한 모양과 정밀 소형 공작물을 가공하는 데 사용됩니다. 작은 가공 공차, 높은 정확도, 짧은 생산 주기, 낮은 제조 비용 등 뛰어난 장점을 가지고 있으며 생산에 널리 적용되고 있습니다. 와이어 컷 방전 기계는 국내외 전기 가공 기계의 총 수 중 60% 이상을 차지합니다.
전극 와이어의 다른 주행 속도에 따라 방전 와이어 절단기는 일반적으로 전극 와이어가 고속으로 앞뒤로 움직이는 고속 와이어 공급 방전 와이어 절단기이며 일반적으로 와이어 공급 속도가 0 인 두 가지 범주로 나뉩니다.2m/s, 전극 와이어를 재사용할 수 있고 처리 속도는 상대적으로 높지만 빠른 와이어 공급으로 인해 역방향 이동 중에 전극 와이어가 쉽게 흔들리고 일시 중지되어 처리 품질이 저하될 수 있습니다. 다른 하나는 전극 와이어가 저속 단방향 방식으로 이동하는 저속 와이어 공급 방전 와이어 절단기로, 일반적으로 와이어 공급 속도가 낮고 전극 와이어는 방전 후 재사용되지 않으며 작동이 안정적이고 균일하며 흔들리지 않고 처리 품질이 향상되지만 처리 속도가 느립니다.
주얼리 생산에서는 그림 5-3의 스테인리스 스틸 펜던트 패턴의 예와 같이 와이어 절단을 통해 장식 패턴을 형성하는 경우가 많습니다.
1.2 금형 스탬핑(유압식) 성형
(1) 스탬핑 프로세스 소개
스탬핑은 프레스와 금형을 사용하여 금속 시트, 스트립, 파이프 및 프로파일에 외력을 가하여 소성 변형 또는 분리되도록 하는 성형 가공 방법입니다. 금형의 표면 모양이 명확하게 복제되어 원하는 모양과 크기의 공작물(스탬핑 부품)을 얻을 수 있습니다. 기존의 로스트 왁스 주조에 비해 스탬핑은 단시간에 동일한 제품을 경제적으로 반복적으로 대량 생산할 수 있으며 제품 표면이 매끄럽고 품질이 안정되어 후속 공정의 작업량을 크게 줄이고 생산 효율성을 높이며 생산 비용을 낮출 수 있습니다. 따라서 스탬핑은 보석 제조 산업에서 점점 더 많은 관심을 받고 있으며 그 적용이 더욱 널리 퍼지고 있습니다.
(2) 스탬프 액세서리의 특성 및 적용 가능성
스탬핑 액세서리는 다음과 같은 특징이 있습니다:
- (인베스트먼트 주조 주얼리에 비해 스탬핑 부품은 얇고 균일하며 가볍고 강하다는 특징이 있으며 스탬핑 방법을 사용하면 공작물의 벽 두께를 크게 줄일 수 있습니다.
- 스탬핑은 구멍이 적고 표면 품질이 우수하며 품질이 개선되고 불량률이 감소한 보석을 생산합니다.
- 대량 생산 시 스탬핑은 생산 효율이 높고 작업 조건이 좋으며 생산 비용이 저렴합니다.
- 금형의 정밀도가 높으면 스탬핑된 액세서리의 정확도가 높고 일관된 사양으로 반복성이 우수하여 트리밍, 연마 및 연마 작업량이 크게 줄어듭니다.
- 스탬핑은 더 높은 수준의 기계화 및 자동화를 달성할 수 있습니다.
그러나 스탬핑 프로세스에서 액세서리를 생산하려면 다음 조건을 고려해야 합니다.
첫째, 보석의 구조는 스탬핑 가공성이 좋아야 하며, 작은 구멍, 좁은 홈, 스탬핑이 불가능한 각진 구조나 바닥이 비어 있는 구조는 피하는 것이 가장 좋습니다. 구배 각도를 설계해야 합니다. 스탬핑된 부품의 모양은 응력 집중, 편심 하중, 고르지 않은 금형 마모 등의 문제를 방지하기 위해 가능한 한 대칭을 이루어야 합니다. 보석의 두께가 너무 크지 않아야 하며 벽 두께 차이가 너무 크지 않아야 합니다.
둘째, 액세서리는 생산량이 많아야 합니다. 스탬핑 공정으로 인해 특수 금형을 제작해야 하므로 시간이 오래 걸리고 금형 비용이 높습니다. 따라서 생산량이 적으면 생산 비용이 유리하지 않습니다.
셋째, 스테인리스강과 티타늄 합금의 강도가 상대적으로 높아 압출 공정 중 캐비티 내 재료의 우수한 유동 성능, 특히 모서리, 모서리 및 융기 부분에서 모서리, 모서리 또는 융기 붕괴와 같은 심각한 결함을 일으키지 않고 완전히 채워야 하는 것이 필요합니다. 더 큰 충격이나 압력이 필요하므로 선택한 스탬핑 기계는 충분한 힘을 가져야 하고, 금형 재료는 적절한 강도를 가져야 하며, 스탬핑을 위한 지지점과 위치 지정 지점 및 표면에 대한 정확한 치수가 있어야 합니다.
(3) 액세서리 스탬핑의 주요 프로세스
스탬핑된 부품의 가공성을 분석합니다. 제품 부품 도면은 스탬핑 공정 계획 및 금형 설계를 수립하는 데 중요한 기초가 됩니다. 스탬핑 공정 계획의 수립은 제품 부품 도면에서 시작해야 합니다. 스탬핑 가공의 경제성 분석은 스탬핑 부품의 생산 프로그램을 기반으로 제품 비용을 분석하여 스탬핑 생산을 채택함으로써 얻을 수있는 경제적 이익을 명확히하고, 스탬핑 부품의 가공성 분석은 부품의 스탬핑 가공의 난이도를 나타냅니다. 기술적 관점에서 주로 부품의 형상 특성, 크기, 정밀도 요구 사항 및 재료 특성이 스탬핑 공정의 요구 사항을 충족하는지 여부를 분석합니다. 가공성이 불량한 것으로 확인되면 스탬핑 부품 제품에 대한 수정 제안이 필요하며, 제품 설계자의 동의가 있어야만 수정할 수 있습니다.
스탬핑된 부품의 성형 공정 계획을 결정합니다. 스탬핑 부품의 가공성을 분석 한 후 일반적으로 공정의 특성, 공정 수, 공정 순서 및 조합 방법 분석을 기반으로 여러 가지 스탬핑 공정 계획을 개발합니다. 제품 품질, 생산 효율성, 장비 점유율, 금형 제작 난이도 및 금형 수명, 공정 비용, 작업 편의성 및 안전성 등 다양한 측면에서 종합적으로 분석 및 비교하여 공장의 특정 생산 조건에 적합한 가장 경제적이고 합리적인 공정 계획을 결정합니다.
그런 다음 결정된 부품 성형에 대한 전체 계획을 기반으로 각 스탬핑 작업에 대한 공정 계획을 결정하고 설계합니다. 여기에는 각 작업의 성형 완료를위한 처리 방법, 각 작업의 주요 공정 매개 변수, 각 스탬핑 작업의 성형 한계에 따라 필요한 성형 공정 계산, 각 작업의 성형력 결정, 각 작업의 재료, 에너지 및 노동 시간 소비 할당량 계산, 각 작업 조각의 모양과 치수를 계산 및 결정하고 각 작업의 공정 다이어그램을 그리는 것이 포함됩니다.
스탬핑 다이의 구조적 형태를 결정합니다. 스탬핑 다이는 재료를 부품(또는 반제품)으로 가공하는 특수 공정 장비로, 스탬핑 생산에 필수적인 장비입니다. 스탬핑된 부품의 품질, 생산 효율성 및 생산 비용은 다이의 설계 및 제조와 직접적인 관련이 있습니다. 금형 설계 및 제조 기술 수준은 한 국가의 제품 제조 수준을 나타내는 중요한 지표 중 하나이며, 제품의 품질, 효율성 및 신제품 개발 능력을 크게 좌우합니다.
스탬핑 몰드에는 다양한 형태가 있으며, 일반적으로 다음 두 가지 주요 특징에 따라 분류할 수 있습니다.
a. 프로세스의 성격에 따라 다음과 같이 분류합니다.
펀칭 다이: 닫힌 또는 열린 윤곽선을 따라 재료를 분리하는 금형입니다. 블랭킹 다이, 펀칭 다이, 커팅 다이, 노칭 다이, 트리밍 다이, 스플릿 다이 등이 있습니다.
벤딩 다이: 블랭크 또는 기타 원재료가 직선(굽힘선)을 따라 굽힘 변형을 일으켜 일정한 각도와 모양을 가진 공작물을 얻을 수 있도록 하는 금형입니다.
딥 드로잉 다이는 판금 블랭크를 개방형 중공 부품으로 변형하거나 중공 부품의 모양과 크기를 추가로 변경하는 금형입니다.
몰딩 다이: 블랭크 또는 반제품을 사용하여 도면에 따라 볼록 및 오목 금형의 모양을 직접 복사하는 금형입니다. 재료 자체는 확장 금형, 넥킹 금형, 플레어링 금형, 기복 성형 금형, 플랜지 금형, 성형 금형 등과 같이 국부적인 소성 변형만 겪습니다.
b. 프로세스 조합 정도에 따라 다음과 같이 분류합니다.
단일 공정 다이: 다이가 한 번의 프레스 스트로크로 한 번의 스탬핑 프로세스만 완료합니다.
복합 다이: 한 번의 프레스 스트로크 동안 동일한 스테이션에서 두 개 이상의 스탬핑 프로세스를 동시에 완료하는 스테이션이 하나만 있는 다이입니다.
프로그레시브 다이(연속 다이라고도 함): 블랭크 이송 방향으로 두 개 이상의 스테이션이 있는 다이로, 한 번의 프레스 스트로크로 서로 다른 스테이션에서 두 개 이상의 스탬핑 프로세스를 완료합니다.
액세서리용 스탬핑 다이는 일반적으로 두 가지 유형의 구성 요소로 구성됩니다. 첫 번째 유형은 공정 완료에 직접 참여하고 작업 부품, 위치 지정 부품, 언로딩 및 프레스 부품 등을 포함하여 원자재와 직접 접촉하는 공정 부품이고, 두 번째 유형은 공정 완료에 직접 참여하지 않고 원자재와 직접 접촉하지 않지만 가이드 부품, 고정 부품, 표준 부품 및 기타 부품을 포함하여 공정 완료를 보장하거나 다이의 기능을 향상시키는 역할을하는 구조 부품입니다. 스탬핑 다이 제조 공정은 그림 5-4에 나와 있습니다.
스탬핑 장비를 선택합니다. 선택한 스탬핑 장비의 유형은 주로 완성할 스탬핑의 특성, 생산량, 스탬핑 부품의 치수 및 정밀 요구 사항을 기반으로 하며, 장비의 기술적 매개 변수를 선택하는 주요 기준은 스탬핑 부품의 치수, 변형력의 크기 및 금형의 크기입니다.
스탬핑 프로세스 문서를 작성합니다. 생산을 과학적으로 조직 및 구현하고 생산 중 공정 설계에서 결정된 기술 요구 사항을 정확하게 반영하며 생산 공정의 원활한 진행을 보장하려면 일반적으로 공정 흐름의 형태로 제시된 다양한 생산 유형에 따라 세부 공정 문서를 준비해야합니다. 여기에는 공정명, 공정 수, 공정 스케치(반제품의 모양과 크기), 사용된 금형, 선택한 장비, 공정 검사 요구 사항, 판재의 사양 및 성능, 거친 부품의 모양과 크기 등이 포함됩니다.
스탬핑 쥬얼리 생산. 설정된 스탬핑 프로세스 매개변수에 따라 스탬핑 장비를 사용하여 재료를 성형합니다.
(4) 스탬핑 부품의 단면 품질 향상을 위한 조치
액세서리 스탬핑 공정은 기술에 따라 성형 공정과 분리 공정의 두 가지 주요 범주로 분류할 수 있습니다. 성형 공정의 목적은 블랭크를 깨지 않고 시트 소재에 소성 변형을 일으켜 원하는 모양과 크기의 공작물을 만드는 것입니다. 블랭킹이라고도 하는 분리 공정은 특정 윤곽선을 따라 판재에서 스탬핑된 부품을 분리하는 동시에 분리 표면의 품질 요건을 보장하는 것을 목표로 합니다. 블랭킹 표면의 품질은 블랭킹 조건과 모서리 간격 및 모서리 모양, 모서리의 날카로움, 블랭킹 힘, 윤활 조건, 시트 재료의 품질 및 성능 등과 같은 재료 자체의 특성에 따라 달라집니다. 스탬핑 생산에서는 절단된 부품의 밝은 밴드가 커야 하고 파단 밴드 영역의 폭을 최소화해야 합니다. 이는 소성 변형을 증가시키고 전단 균열의 발생을 지연시키는 조치를 취하는 데 결정적으로 의존합니다. 예를 들어, 절단 간격을 줄이고, 압력판을 사용하여 다이 표면의 스트립을 압축하고, 상판으로 펀치 아래의 스트립에 역압을 가하고, 오버랩을 합리적으로 선택하고, 윤활에주의를 기울이는 등 절단 간격을 줄입니다. 또한 절단하는 동안 붕괴 각도, 버 및 뒤틀림을 최소화하기 위해 노력해야합니다. 이를 위해서는 가능한 한 합리적인 간격의 하한값을 채택해야합니다. 금형 모서리를 날카롭게 유지하고 모서리 값을 합리적으로 선택할 수 있습니다. 압력 플레이트 및 이젝터 플레이트와 같은 조치를 사용할 수 있습니다.
2. 인베스트먼트 캐스팅 프로세스
2.1 스테인리스 스틸 주조 및 성형
304 스테인리스 스틸의 녹는점은 1454℃이고 316 스테인리스 스틸의 녹는점은 1398℃입니다. 이 온도는 석고 몰드가 견딜 수 있는 한계를 훨씬 초과합니다. 따라서 스테인리스 스틸 주얼리는 산 결합 주조 분말을 사용하여 주조해야 하므로 생산 비용이 크게 증가합니다.
(1) 스테인리스 스틸 주얼리용 주조 분말
스테인리스 스틸의 주조 온도가 높기 때문에 주조 분말은 석고를 바인더로 사용할 수 없으며 내화도가 높은 주조 분말을 사용해야 합니다. 석고 주조 분말과 마찬가지로 스테인리스 스틸 주얼리에 사용되는 주조 분말도 바인더와 필러로 구성됩니다. 필러는 일반적으로 석영과 장석이며 총량은 약 80%입니다. 인산은 처음에는 바인더로 널리 사용되었지만 현재는 메테나민 인산염이 선호됩니다. 다음과 같이 주조 분말을 고형화하기 위해 바인더 시스템의 화학 반응을 활용하여 분말 혼합물에 쉽게 첨가할 수 있는 건조 분말입니다:
NH4H2PO4 + MgO +5H2O→ NH4MgPO4-6H2O
전체 인산 반응은 매우 복잡합니다. 메틸 포스 폰산의 반응에 필요한 MgO의 양이 화학적으로 같을 때 실제로는 실제로 과량의 MgO가 필요하므로 NH를 형성하는 경우가 많습니다.4MgPO4-6H2O 콜로이드가 필러와 과잉 MgO를 둘러싸고 있습니다. 로스팅하는 동안 온도가 1000℃에 도달하고 곰팡이가 열 반응을 일으켜 Mg2P2O7 결정성 필러의 최종 생성물, 과잉 MgO 및 SiO2 필러.
인산염 결합 주조 분말을 사용하면 주조 분말의 전체 강도가 석고 주조 분말보다 훨씬 높고 금형 캐비티의 표면이 더 부드럽고 미세하며 주물의 표면 조도가 더 높습니다. 그러나 금형의 잔류 강도도 높아 금형에서 주물을 제거하기가 다소 어렵습니다.
(2) 스테인리스 스틸 주얼리의 주조 공정
스테인리스 스틸 주얼리는 원심 주조 방법, 진공 흡입 주조 또는 진공 압력 주조 방법을 사용하여 생산할 수 있습니다. 주조 공정에는 많은 절차가 포함됩니다(그림 5-5).
2.2 티타늄 합금의 주조 및 성형
(1) 용융용 티타늄 합금 주조의 요구 사항
티타늄 합금 액체의 반응성이 높기 때문에 용융은 고진공 상태에서 수행하거나 불활성 가스(아르곤 또는 헬륨)로 보호해야 합니다. 용융에 사용되는 도가니는 모두 수냉식 구리로, 세 가지 용융 과정을 거칩니다.
진공 비소모성 전극 아크 용광로 제련. 합금 제련은 진공 또는 불활성 가스 보호 상태에서 수행됩니다. 이 공정은 주로 고온 및 고속 용융이 특징인 소모성 전극 제련을 준비합니다. 진공 비소모성 전극 아크 퍼니스는 진공 및 불활성 가스 충전 후 아크의 안정성을 유지하여 용융하기 어려운 금속, 특히 반응성 금속의 휘발을 방지하여 정제 목적으로 금속 성분을 안정화합니다.
진공 자가 소비 전극 아크 용광로 제련. 티타늄 또는 티타늄 합금으로 만든 자가 소비 전극을 음극으로, 수냉식 구리 도가니를 양극으로 사용합니다. 녹은 전극은 물방울이 되어 도가니에 들어가 용융 풀을 형성합니다. 용융 풀의 표면은 아크에 의해 가열되어 항상 액체 상태로 유지됩니다. 동시에 도가니와 접촉하는 바닥과 주변 영역은 강제 냉각되어 아래에서 위로 결정화됩니다. 용융 풀의 금속 액체가 굳어져 티타늄 잉곳이 됩니다.
진공 자체 소비 전극 쉘 용해로 ③ 진공 자체 소비 전극 쉘 용해로. 이 유형의 용광로는 불규칙 주물을 위한 용융 및 원심 주조를 통합하는 진공 자가 소비형 전극 아크 용광로를 기반으로 개발되었습니다. 가장 큰 특징은 수냉식 구리 도가니와 셸로 알려진 금속 용융물 사이에 티타늄 합금 고체 셸 층이 있다는 것입니다. 동일한 재료로 만들어진 이 쉘은 도가니의 내부 라이닝 역할을 하여 티타늄 액체를 저장하기 위한 용융 풀을 형성하여 도가니에 의한 티타늄 합금 액체의 오염을 방지합니다. 붓고 난 후 도가니에 남은 껍질 층은 도가니의 내부 라이닝으로 재사용할 수 있습니다.
최근 몇 년 동안 기술의 발전과 생산의 요구에 따라 티타늄 합금 및 기타 반응성 금속을 제련하는 새로운 방법과 장비가 지속적으로 연구 및 개발되어 주로 전자빔로, 플라즈마로 및 진공 유도로를 포함하여 어느 정도의 응용을 달성했습니다. 그러나 전력 소비, 용융 속도 및 비용 비교와 같은 기술 및 경제 지표와 관련하여 자체 소비 전극 아크 용광로 (쉘로 포함)가 가장 경제적이고 적합한 제련 방법으로 남아 있습니다.
주얼리 생산의 경우 일반적으로 용융량이 적고 표면 품질 요구 사항이 높습니다. 따라서 일반적으로 치과 주조 장비를 사용할 수 있습니다. 그림 5-6은 티타늄 주얼리 주조에 사용할 수 있는 치과용 티타늄 주조기를 보여줍니다. 이 티타늄 주조기는 가압, 흡입 및 원심 분리를 통합하고, 작고, 작동하기 쉽고, 전용 공간이 필요하지 않으며, 플라이휠 에너지 저장과 장치 힘의 순간적 증가 및 빠른 흐름 가속을 활용하여 티타늄 용융 액체를 금형 캐비티의 미세한 세부 사항에 주입하여 주조 성공률을 높입니다. 작은 용융 및 주조 챔버는 빠른 진공 추출을 가능하게 하고 아르곤 가스 소비를 줄이며 잔류 공기를 최소화하고 비교적 우수한 품질의 티타늄 주조를 보장합니다.
(2) 티타늄 합금 주조에서 주조 재료에 대한 요구 사항
티타늄과 그 합금은 화학 반응성이 매우 높은 금속으로, 용융 상태에서 모든 내화 물질과 거의 반응하여 취성 화합물을 형성하므로 티타늄 합금의 용융 및 주조 난이도가 크게 증가합니다.
티타늄 합금을 주조하는 금형에는 세 가지 유형이 있습니다.
- 영구 금형 주로 가공된 흑연 및 금속 금형(철 및 티타늄 금형)이 포함됩니다. 금형은 모두 기계적으로 가공됩니다. 생산된 주물은 비교적 단순한 구조와 낮은 치수 정확도를 가지며, 일반적으로 거친 부품을 생산하는 데 사용됩니다.
- 일회용 금형: 비교적 복잡한 모양과 높은 치수 정확도를 가진 주물을 생산할 수 있습니다. 성형 방법에 따라 압축 흑연 모래 주형과 손실 폼 주형의 두 가지 유형이 있습니다. 후자는 높은 치수 정확도와 낮은 표면 거칠기(Ra3.2)로 더 복잡한 주물(벽 두께 2mm)을 제조할 수 있습니다. 몰드 쉘의 다른 재료에 따라 손실 된 폼 몰드 쉘은 순수 흑연 몰드 쉘 시스템의 세 가지 시스템으로 나뉩니다. 입자 크기가 다른 흑연 분말을 내화 충전제 및 모래 분사 재료로 사용하고 수지를 바인더로 사용합니다. 몰드 쉘은 고강도, 경량, 저비용 및 다양한 원료 공급원을 갖추고 있어 원심 주조 또는 중력 주조에 적합합니다. 두 번째는 내화 금속 표면층 몰드 쉘 시스템입니다. 이것은 복합 시스템으로, 표면층은 성형 재료(알루미늄 분말 및 기타 내화 금속 등)가 다르기 때문에 특수 공정이 필요하지만, 후면층은 성형 재료 및 쉘 제작 공정 측면에서 주강의 로스트 폼 주조와 동일합니다. 세 번째는 산화물 세라믹 몰드 쉘 시스템입니다. 몰드 쉘의 표면과 백층은 성형 재료로 산화물로 만들어져 몰드 쉘 강도가 높고 세 가지 유형의 몰드 쉘 중 열전도율이 가장 낮아 복잡하고 벽이 얇은 형상을 주조하는 데 적합합니다. 위의 세 가지 유형의 쉘 시스템을 사용하여 주조한 티타늄 주물은 화학 성분과 기계적 특성에서 거의 차이가 없지만 표면 품질에는 상당한 차이가 있으며, 후자의 두 가지 유형의 쉘의 수축률은 흑연 쉘보다 현저히 낮아 주물의 치수 정확도가 높습니다.
- 임베디드 캐스팅: 임베디드 주조는 주로 티타늄 합금 주얼리 주조에 사용됩니다. 산화물 세라믹 쉘과 매우 유사하지만 레이어드 쉘이 사용되지 않고 투자 방법이 직접 적용된다는 점을 제외하면 매우 유사합니다.
티타늄 주얼리 주조 시 재료 삽입에 대한 요구 사항. 순수 티타늄 주조 중 티타늄의 선형 수축률은 1.8%~2.0%입니다. 우수한 치수 정확도를 달성하려면 임베딩 재료가 나트륨의 주조 수축을 보정할 수 있는 충분한 팽창을 제공해야 합니다. 티타늄 주조용 임베딩 재료를 선택하기 위한 조건에는 티타늄과의 최소한의 반응, 좋은 표면 형상을 얻을 수 있는 능력, 주물의 오염 없음, 티타늄 수축을 보정하기 위한 적당한 팽창 및 충분한 강도가 포함되어야 합니다.
주조 티타늄 임베딩 재료는 팽창 방식에 따라 실리콘의 경화 및 열 변형에 의해 팽창하는 임베딩 재료, 금속 분말 지르코늄(Zr)의 산화에 의해 팽창하는 임베딩 재료, 스피넬(MgO, Al2O3), 주로 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 산화 마그네슘, 산화 칼슘, 산화 지르코늄과 같은 내화성 물질로 구성된 임베디드 재료를 포함합니다.
현재 임베디드 재료의 확장은 주로 SiO에 의존하고 있습니다.2 가열되면 동소체 변형을 겪으며 상당한 부피 팽창을 동반하여 SiO의 특별한 위치를 결정합니다.2 은 임베딩 재료 중 가장 많이 사용됩니다. 그러나 용융된 티타늄은 화학적으로 반응하여 티타늄 주물의 품질에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 일정 비율의 ZrO2. 고온에서 용융 티타늄과 화학적으로 반응하지 않기 때문에 현재 이상적인 주조 티타늄 임베딩 소재에 추가된 고온 저항성 불활성 소재입니다. ZrO로 만든 주물2-기반 임베딩 재료는 표면 아래의 오염이 적고 모래에 달라붙지 않아 금속 광택이 있지만 팽창 계수가 작아 주물의 치수 정확도에 영향을 줄 수 있습니다.
고온 용융 금속의 정련 효과는 붓는 동안 중요합니다. 임베딩 재료의 강도가 충분하지 않으면 임베딩 재료 분말의 일부가 떨어져 티타늄 액체의 정련으로 티타늄 액체에 혼합되어 티타늄 액체의 유동성이 저하되고 주조 캐비티의 끝에 도달하지 못하게됩니다. 따라서 티타늄 주조에 이상적인 임베딩 재료는 안정성과 팽창 계수가 우수하고 티타늄 액체의 충격을 견딜 수 있는 일정한 강도를 가져야 합니다.
(3) 티타늄 합금 주얼리의 주조 방법
티타늄 합금 주얼리를 주조하려면 티타늄 표면 오염을 방지하기 위한 특수 열원, 전용 금형 재료 및 장비가 필요합니다. 치과 전용 티타늄 주조기는 진공 또는 불활성 가스(아르곤 또는 헬륨)로 보호되는 용융 환경을 갖춘 주얼리 제작에 도입되었습니다. 주조 방법에는 압력 주조, 진공 주조, 원심 주조 등이 있습니다. 티타늄 합금의 주입 온도가 높고 밀도가 낮으며 유동성이 낮기 때문에 신속하게 충전을 완료해야 하며, 가장 좋은 방법은 진공 원심 주조입니다. 그림 5-7과 5-8은 티타늄 합금 주얼리 주조의 예시입니다.
그림 5-7 티타늄 주얼리 주조
그림 5-8 주조 방식으로 생산된 티타늄 주얼리
(4) 티타늄 주얼리 주조의 일반적인 문제
티타늄 합금 주얼리를 주조할 때 흔히 발생하는 문제는 다음 다섯 가지입니다.
캐스팅이 불완전합니다. 캐스팅의 불완전성은 다음과 같은 측면과 관련이 있습니다.
- 주조 기계. 주조기의 모델은 주조 유량, 주조기의 진공 수준 및 불활성 가스의 유량과 밀접한 관련이 있습니다.
- 붓기 채널 설정. 타설 채널이 너무 좁거나 너무 길거나 위치와 양이 부적절하면 주물의 무결성에 영향을 줄 수 있습니다.
- 환기 채널 설정. 티타늄은 용융 과정에서 불활성 가스에 의해 보호되며, 불활성 가스는 금형 캐비티에도 들어갈 수 있습니다. 녹은 티타늄 액체가 금형 캐비티에 주입되면 캐비티의 작은 영역에있는 가스가 티타늄 액체의 흐름을 방해하여 가스 구멍을 형성합니다. 따라서 왁스 몰드에 배기 채널을 신중하게 설정해야 합니다.
- 성형 온도. 성형 온도가 높으면 주조 결함은 줄어들지만 주조물의 표면 오염층이 두껍고 기계적 특성이 좋지 않습니다. 성형 온도를 낮추면 표면 오염을 줄일 수 있지만 주조 결함이 더 많이 발생합니다. 성형 온도가 350~400℃인 경우 오염과 주조 결함을 모두 줄일 수 있습니다.
- 티타늄 소재 사용량. 금형의 주조 수가 너무 많고 티타늄 재료의 양이 충분하지 않으면 불완전한 주조가 불가피하게 발생합니다.
주물의 내부 다공성. 티타늄 주물에 내부 다공성이 나타나는 것은 용융 나트륨을 금형 캐비티에 부을 때 불활성 기체와 잔류 공기가 금형 캐비티에 유입되기 때문입니다. 티타늄 액체가 캐비티에 주입되면 즉시 쉘이 형성되어 유입된 가스가 빠져나가지 못하여 주물 내부에 다공성이 생깁니다. 형성된 다공성의 양과 유형은 장비와 관련이 있습니다. 가압식, 흡입식, 가압식(비흡입식)에서 형성된 다공성은 분산됩니다. 가압식(비흡입식) 유형에서 형성된 다공성은 가압식 흡입식보다 적습니다. 원심 주조 티타늄 기계의 다공성은 대부분 회전체의 내부 끝에서 발견되며 다공성 발생률은 가압 흡입 및 가압 유형보다 현저히 낮습니다.
임베딩 재료의 투과성은 기공과도 관련이 있습니다. 가압에는 투과성이 좋은 임베딩 재료가 사용되며 흡입식 티타늄 주조기는 더 많은 기공을 생성할 수 있습니다. 원심 티타늄 주조기는 임베딩 재료의 투과성과 관련이 없습니다. 또한 러너와 배기 덕트의 위치도 특정 관계가 있습니다.
수축 공동. 티타늄 주물 내부에 수축 공동이 형성되는 것은 티타늄 주조 기술에서 어려운 문제입니다. 용융 티타늄의 부피는 응고되는 동안 1%만큼 줄어듭니다. 티타늄 주조 공정이 제대로 제어되지 않고 충분한 보상이 제공되지 않으면 티타늄 주조품에 수축 공동이 필연적으로 발생합니다. 주조 티타늄 주얼리의 수축 공동은 대부분 스프 루와 주조 접합부에 있습니다. 스프 루 설계는 금형 캐비티로 들어가는 용융 금속의 속도, 흐름 및 무결성을 조절하기 때문에 티타늄 주물의 수축 캐비티를 제어하는 가장 중요한 방법입니다. 크기, 유형, 모양, 위치 및 방향과 같은 요소는 모두 주조 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.
티타늄 주물의 표면은 거칠습니다. 표면 거칠기는 돌기나 흐름 자국이 있는 고르지 않은 표면을 말합니다. 원인으로는 지나치게 높은 금형 온도, 임베딩 재료와 나트륨 액체 사이의 소결 반응, 금형 파손, 모래 고착 또는 임베딩 재료의 품질 저하 등이 있습니다.
나트륨 주물의 표면 오염층이 너무 두껍습니다. 플럭스 유형, 금형 온도, 장비 진공 수준 및 불활성 가스의 순도를 포함하여 많은 요소가 티타늄 주물의 표면 오염 층의 두께를 결정합니다. 그 중 플럭스의 종류는 일반적으로 지르코니아 기반 플럭스가 가장 얇은 층을 가지며, 알루미나, 마그네시아, 인산염 기반 플럭스 순으로 오염층 두께에 영향을 미칩니다.
