[논문]후육 구상흑연주철의 이상흑연 제어

이상목; 신호철; 신제식; 문병문

문제 정의

%까지 변화시켰다. Si의 양이 적은 경우와 많은 경우에 대하여 고찰해 보자.
본 연구에서는 생산현장에서 바로 응용될 수 있는 테이터의 축적과 생산기술 정립을 위하여 여러가지 조성의 용탕을 한 변의 길이가 250mm인 괴상의 정육면체 사형 공간부에 시험 주조하여 후육 잉고트의 미세조직과 기계적 성질을 각 잉고트 부위별로 직접 평가하였다. 또한 주조 도중의 냉각속도, 이상흑 연 제어용 첨가원소로 많이 연구되고 있는 Bi, Sb 등 미량첨 가 원소[1-3]의 영향 등을 분석하여 250 mm 급 후육 구상흑 연주철의 시험적 주조공정의 최적화를 시도하였으며, 각종 미세 조직 특성과 기계적 성질을 주조변수의 함수로서 조사하여 향후 대형 구상흑연주철 부품의 생산기술 정립의 기초 자료로 활용하고자 한다.
본 연구에서는 생산현장에서 바로 응용될 수 있는 테이터의 축적과 생산기술 정립을 위하여 여러가지 조성의 용탕을 한 변의 길이가 250mm인 괴상의 정육면체 사형 공간부에 시험 주조하여 후육 잉고트의 미세조직과 기계적 성질을 각 잉고트 부위별로 직접 평가하였다. 또한 주조 도중의 냉각속도, 이상흑 연 제어용 첨가원소로 많이 연구되고 있는 Bi, Sb 등 미량첨 가 원소[1-3]의 영향 등을 분석하여 250 mm 급 후육 구상흑 연주철의 시험적 주조공정의 최적화를 시도하였으며, 각종 미세 조직 특성과 기계적 성질을 주조변수의 함수로서 조사하여 향후 대형 구상흑연주철 부품의 생산기술 정립의 기초 자료로 활용하고자 한다.
그리고 냉금의 표면에는 도형재 처리를 하였다. 이러한 실험을 통하여 냉금 사용의 효과, 같은 C.E 하에서의 Si 조성 변화의 영향, Bi 및 Sb 등 미량 첨가원소의 영향을 분석하고 자 하였다. 3종 조성의 경우 공히 사형 주조시 냉금을 사용하여 냉각속도를 최대한 증대시키고자 하였다.

제안 방법

E 하에서의 Si 조성 변화의 영향, Bi 및 Sb 등 미량 첨가원소의 영향을 분석하고 자 하였다. 3종 조성의 경우 공히 사형 주조시 냉금을 사용하여 냉각속도를 최대한 증대시키고자 하였다. No.
사형 주형 공간부의 치수는 250X250X250 mn? 무압탕 방식이었고 물유리형 규사 를 CO₂ 가스로 경화시켰다. Table 2에 표시한 화학조성을 사용하여 냉금을 사용하지 않고 주조한 한 변 길이 250 mm급 후육 잉고트의 제반특성을 분석한 후, 각종 미세조직 제어 및 기계적 성질의 향상을 위하여 Table 3에 표시한 3가지 조성을 용해 주조하여 냉금 사용, Si 조성, Bi 및 Sb 첨가 영향 등을 종합적으로 평가하였다.
2에 나타내었다. 경도시험은 브리넬 경도계 (3000 kg 하중, 10 mm 강구볼, 30초간 측정)를 사용하여 실시하였다.
냉금의 재질은 구상흑연 주철재이고 크기는 사형 주형 공간부의 치수와 동일하게 하였다. 그리고 냉금의 표면에는 도형재 처리를 하였다. 이러한 실험을 통하여 냉금 사용의 효과, 같은 C.
1에서 보이는 바와 같은 지역에서 얻었다. 그림에서 보듯이 250 mm 급 잉고트 표면에서부터 중심부로 두께의 1/6, 2/6, 3/6 T의 위 치에서 인장시험편과 충격시험편을 가공하여 기계적 성질을 평 가하였다. 인장시험편은 KS B 0801 4호 규격을 사용하였고, 10mm/min의 cross head 속도 조건으로 시험하였다.
냉금을 사용하지 않은 No. 1조성의 250 mm급 사형주조 결과 분석으로부터 수축공 결함 제거 및 chunky 흑연 제어를 위하여 Table 2에 정리된 것처럼 No.2에서 No.4까지의 3가지 조성을 냉금을 설치하여 주조하였다. 냉금의 재질은 구상흑연 주철재이고 크기는 사형 주형 공간부의 치수와 동일하게 하였다.
인장시험 후 인장시편을 절단, 연마 및 선택적 부식시킨 후 광학현미경으로 흑연조직과 기지 조직을 관찰하였고 , 상분석기를 사용하여 흑연구상화율, 흑연입경, 흑연입수 및 페라이트 면적 율을 정량적으로 측정하였다. 흑연입경과 입수는 각각 10개소 에 대하여 각각 100배와 50배로 확대한 상태에서 분석하였코, 직경 5pm 이하의 흑연립은 분석에서 제외하였다.
페라이트 면적율도 흑연구상화 측정부위에서 함께 분석하였다. 인창시편 파단면을 주사전자현미경 (SEM)을 이용하여 관찰하여 각 주조 공정 변수에 상응하는 파괴거동도 파악하였다.
흑연입경과 입수는 각각 10개소 에 대하여 각각 100배와 50배로 확대한 상태에서 분석하였코, 직경 5pm 이하의 흑연립은 분석에서 제외하였다. 페라이트 면적율도 흑연구상화 측정부위에서 함께 분석하였다. 인창시편 파단면을 주사전자현미경 (SEM)을 이용하여 관찰하여 각 주조 공정 변수에 상응하는 파괴거동도 파악하였다.
한 변의 길이가 250 mm인 정육면체 괴상의 후육 구상흑연 주철을 시험 주조하였고, 수축공 결함이나 이상 흑연의 생성을 억제할 수 있도록 주조 변수를 최적화 하였으며, 응고도중 냉 각조건, Si 함량 변화, Bi와 Sb의 첨가 영향 등을 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

그림에서 보듯이 250 mm 급 잉고트 표면에서부터 중심부로 두께의 1/6, 2/6, 3/6 T의 위 치에서 인장시험편과 충격시험편을 가공하여 기계적 성질을 평 가하였다. 인장시험편은 KS B 0801 4호 규격을 사용하였고, 10mm/min의 cross head 속도 조건으로 시험하였다. 충격시험 편은 KS B 0809 4호 무노치 규격을 사용하였고 상온에서 샤르피 충격시험을 행하였다.

이론/모형

인장시험편은 KS B 0801 4호 규격을 사용하였고, 10mm/min의 cross head 속도 조건으로 시험하였다. 충격시험 편은 KS B 0809 4호 무노치 규격을 사용하였고 상온에서 샤르피 충격시험을 행하였다. 인장시험과 충격시편의 치수와 형 상을 Fig.

성능/효과

Fig. 5(b) 에는 연신율을 나타내고 있는데, 잉고트 표면에서 중심부로 갈 수록 약 11%에서 9% 정도로 약간씩 감소하는 경향을 보이고 있으며, 일반적인 구상흑연주철 소재의 연신율에 비해서는 크게 떨어지는 것을 알 수 있었다. 상온 샤르피 충격치의 경우도 Fig.
1) 250mm급 후육 구상흑연주철을 무압탕 방안으로 주조 시, 냉금을 사용하여 수축공 결함과 chunky 흑연의 발생을 억 제할 수 있었다.
2) 적정 C.E하에서는 Si의 함량이 적을수록 chunky 흑연 은 효과적으로 억제되나, 기지조직의 페라이트 분율이 떨어지 기 때문에, Si함량을 증가시켜 페라이트 기지조직을 안정화시 켜야 하는데, Si 함량이 증가하면 chunky 흑연화 경향이 증 가한다.
3) Bi 첨가는 잉고트 표면부의 결정립 미세화에는 우수한 특성을 가지나 잉고트 내부에서는 흑연 결정립이 조대화 되며, 구상화율 저하 등의 문제가 있어 주천할 만하지 못 하다.
8에 타내었다. 3가지 잉고트 모두 위 치에 상관없이 구상화율이 85% 이상으로 양호한 구상화를 나타내고 있고, 1/6 T 지점에서는 미세한 흑연 입자가 잘 발 달되어 있고 2/6 T 지점부터 급격하게 조대화되고 있으며, 2/ 6T 지점의 미세조직 특성은 잉고트의 중심부(3/6T)와는 별 차이가 없는 것을 알 수 있었다. 또한 3종의 잉고트 모두 chunky 흑연 등 이상흑연은 거의 관찰되지 않았다.
4) 고 Si 조성의 용탕에 소량의 Sb 첨가에 의해 페라이트 기지를 유지하면서도 효과적인 chunky 흑연억제를 할 수 있었고, 흑연립의 기하학적 형상도 우수한 특성을 가질 수 있었으며, 기계적 특성도 우수한 것으로 평가되었다.
5) 공정응 고시간의 단축, Si 첨가량 적정화, Sb 첨가 등의 처방을 통하여 250 mm급 후육 구상 흑 연주철을 제조할 수 있었고, 우수한 미세조직과 기계적 성질을 확보할 수 있었다.
Fig. 4에서처럼 No.l 조성의 미세조직을 살펴보면, 구상화율 이 60% 정도로 불량하고, 많은 양의 chunky 흑연이 발생하였으며, 잉고트 내부로 갈수록 흑연입경도 점차적으로 증가하는 것으로 나타났다. 후육 잉고트 응고시 공정응고 시간이 길어짐 으로서 페이딩 효과에 의한 접종효과 감소로 흑연 입자의 집 적, 조대화, 성분 편석 등에 의해 흑연의 형상이 구형에서 벗 어나 구상화율은 감소하며, 이러한 경향은 잉고트 내부로 갈수 록 심화되는 경향이다.
No.2에서 No.4까지 3종의 조성에 대하여 본 실험에서 사용한 무압탕 방안에 냉금을 설치하고 No.l과 같은 주조공정 변 수를 설정하여 시험 주조한 후 잉고트의 중앙을 절단하여 관 찰한 결과, 3종 조성에서 모두 수축공 주조결함이 없는 건전한 주물을 얻을 수 있었다. Fig.
또한 후육 감수성이 가장 민감하며 표면부에서 중심 부로 갈수록 충격에너지는 약 75J/CD12에서 64J/CH₁₂로 감소하여 약 15% 이상 감소하는 경향을 나타낸다. Sb이 첨가된 No.4 조성의 경우 전 위치에서 가장 우수한 충격특성을 나타내고 있으며, 충격치도 표면에서 내부로 갈수록 82, 81, 73J/ cm² 정도로 우수한 값을 가지고 있으며 후육 감수성도 민감하 지 않아 표면부에 비해 중심부의 충격에너지는 약 89% 정도로, 잉고트 각 위치에 따라 일정하고 안정적인 충격 거동을 보이는 것으로 나타난다.
8에서 보는 바와 같이 저 Si 조성의 경우에는 오스테나이트 결정립 주변의 과냉된 지역에서 흑연 조장화 원소인 Si 역할의 한계로 인해 흑연의 생성 대신 펄라이트 (Fe3C + 페라이트)의 생성이 촉진된다. 결론적으로 Si의 함량이 적게 되면, chunky 흑연의 발생은 효과적으로 억제하지만, 기지조직의 페라이트 분율은 감 소하며 펄라이트 생성으로 기계적 성질이나 가공성 등을 해치 게 된다. 실제로, Figs.
이때 주의할 사항은 Si의 영향으로 흑연화는 조장되지만, 후육 주물일 경우에는 위 에서 설명한 이유로 chunky 흑연의 발생이 쉽게 일어나기 때문에 Sb 등과 같은 미량 첨가원소를 투입하여 chunky 흑연을 제어하게 된다. 결론적으로 페라이트 기지 안정화를 위하여 Si 의 함량은 일정치 이상이어야 하며, 이때 발생하기 쉬운 chunky 흑연은 미량 첨가원소로 제어해야 한다는 것을 제안할 수 있다. Figs.
5(c)에 나타난 것처럼 잉고트 표면에서 중심으로 갈수록 약간 떨어지는 경향을 나타내었다. 따라서 이상 흑연이 잉고트 전 구역에서 발생한 No.l 시편의 경우 두께에 따른 편차는 크지 않지만, 연신율과 충격치는 일반 구상흑연주철의 경우에 비해 매우 적은 것으로 평가되었고, 이는 .기존의 연구 결과와 잘 일치 한다[2, 3].
3가지 잉고트 모두 위 치에 상관없이 구상화율이 85% 이상으로 양호한 구상화를 나타내고 있고, 1/6 T 지점에서는 미세한 흑연 입자가 잘 발 달되어 있고 2/6 T 지점부터 급격하게 조대화되고 있으며, 2/ 6T 지점의 미세조직 특성은 잉고트의 중심부(3/6T)와는 별 차이가 없는 것을 알 수 있었다. 또한 3종의 잉고트 모두 chunky 흑연 등 이상흑연은 거의 관찰되지 않았다. 한편, No.
8 조직사진 참 조) 이는 냉각속도가 낮은 잉고트 중심부에서의 Bi 첨가의 결 정립 미세화 효과가 현저히 떨어지는 것을 의미한다. 또한 미 량 첨가원소 무첨가의 경우나 Sb 첨가의 경우에 비해 흑연립 의 구상화율이 떨어지는 것으로 나타났다. (Fig.
본 실험결과에 의해서 냉금을 사용하지 않은 No.l 조성 잉 고트의 경우에는 수축공 결함이 발생되었고, 미세조직의 경우에는 chunky 흑연 등 이상흑연이 발생하였지만, 냉금을 사용한 No.2, No.3, No.4의 잉고트에서는 수축공 결함도 억제되고, chunky 흑연의 발생도 효과적으로 억제되는 것을 알 수 있었다. 결국, 후육 주철의 제조에 있어서 냉각속도의 향상이 매우 중요하다는 것을 알 수 있다.
11-13 참조) 등에서 우위에 있음을 알 수 있다. 특히 50ppm 정도의 소량 첨가로 chunky 흑연을 효과적으로 잘 억제하고 있으며, 우수한 기계적 성질을 확보하고 있다는 것을 알 수 있다. Sb의 chunky 흑연 방지 기구, Sb 조성 최적화 등에 관한 연구는 체계적으로 진행되어야 할 사항이다.

후속연구

8, Fig. 9 참 조) Bi 등 각종 미량 첨가원소가 흑연립의 성장기구와 형상에 미치는 연구는 향후 진행되어야 할 사항이다.
(예: 원심주조법으로 대형 구상흑연주철 클래딩 롤을 제작할 때 등) 따라서, 응고중 냉각속도가 구상흑연주철의 응고거동에 미치는 영향을 이해하 고, 각각의 특별한 주조공정에서 각종 주조결함 및 미세조직 제어에 활용하는 것은 매우 중요한 일이다. 냉각속도를 증가시 키는 것이 물리적으로 제한적인 주조 품목일 경우에는 특정 냉각속도 하에서의 공정응고 시간을 단축시킬 수 있도록 후육 구상흑연주철용 합금설계, 최적 C.E값 설정, 미량 첨가원소 투 입 등 대안을 찾아야 할 것이다.
본 연구에서 검토한 4종의 조성에 대한 250 mm급 후육 구상흑연주철 주조 실험의 개요 및 주요 결과를 요약하여 Table 4에 나타내었다. 이러한 실험을 통하여 획득한 기초 자료는 향후 후육 구상흑연주철의 상업적 생산 기술을 정립하는데 사용될 수 있다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

후육 구상흑연주철의 이상흑연 제어
Control of Abnormal graphite Structure in Heavy Section Ductile Cast Iron 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

후육 구상흑연주철의 이상흑연 제어 Control of Abnormal graphite Structure in Heavy Section Ductile Cast Iron 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

이상목 (29) 신호철 (1) 신제식 (16) 문병문 (17)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

후육 구상흑연주철의 이상흑연 제어
Control of Abnormal graphite Structure in Heavy Section Ductile Cast Iron 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper