선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 구상흑연주철을 열처리하여 기계적 성질을 향상시키기 위한 기초 연구를 하였다. 기본 재료로 탄소와 규소 함량이 각각, 오스템퍼드 구상흑연주철을 제조할 때 일반적으로 선택되는 조성 범위의 평균 조성인[2], 3.
- 50wt% 조성의 구상흑연주철을 선택하였다. 이 조성의 구상흑연주철을 경화 열처리 및 오스템퍼링할 때 기계적 성질에 미치는 합금 원소의 영향을 연구하였다.
제안 방법
- 50wt%Si 조성의 구상흑연주철의 기계적 성질에 미치는 합금 원소의 영향을 시험하기 위하여 열처리 실험을 하였다. 3.1 kW 용량의 발열체가 칸탈인 상용 및 최고 온도가 각각 900 및 1200 ℃인 박스로를 이용하여 오스테나이트화 및 텀퍼링 처리하였다. 오스템퍼링 처리를 하기 위해서는 7.
- 3.60wt%C - 2.50wt%Si 조성의 구상흑연주철의 기계적 성질과 경화 열처리 및 오스템퍼링 처리시 기계적 성질에 미치는 합금 원소의 영향을 연구하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 60 ~ 90° 범위에서 2θ 값을 변화시켰으며 페라이트는 (200)면을 그리고 잔류 오스테나이트는(220)면의 피크를 각각 선택하여 상대 적분 강도로부터 잔류 오스테나이트의 부피 분률을 계산하였다.
- 0wt%인 페로실리콘을 노중 용탕에 첨가하였다. R 형태의 열전대를 부착시킨 침적식 온도계를 이용하여 용탕의 온도를 측정하였으며 온도가 약 1,450 ℃에 도달하였을 때 Y- 블록 시험 주조품 중 0.04wt%의 잔류 마그네슘 함량을 얻기 위하여 노 중 용탕에 5.0wt%Mg - Fe - Si 합금을 플런징하는 방법으로 구상화처리하였다. 그리고 필요에 따라 합금 원소를 첨가한 후 슬럭스를 사용하여 용탕 표면의 슬래그를 제거하고 레이들에 출탕하였다.
- 오스템퍼링 처리한 시편 중 잔류 오스테나이트 부피 분률을 측정하였다. X- 선 회절 장치를 이용하여 연속 스캐닝하여 측정하였다. 가속 전압과 전류는 각각 40 kV 및 100 mA였으며 스캐닝 속도는 5°/mm였다.
- 경화 열처리 및 오스템퍼링 처리시 기계적 성질에 미치는 합금 원소의 영향을 시험하였다. 주조하여 얻은 Y-블록 시험주조품을 절단하여 얻은 봉재 시편을 기계 가공한 표점 거리 25 mm의 서브사이즈 인장 시편을 열처리하였다.
- 경화 열처리 및 오스템퍼링 처리한 3.60wt%C - 2.50wt%Si 조성의 구상흑연주철의 기계적 성질에 미치는 합금 원소의 영향을 시험하기 위하여 열처리 실험을 하였다. 3.
- 경화 열처리 및 오스템퍼링한 구상흑연주철의 기계적 성질에 미치는 합금 원소의 영향을 시험하였다. 먼저 75wt%Mn 함량의 페로망간을 사용하여 망간을 첨가하였으며 망간을 제외한 다른 합금 원소의 영향을 시험한 경우 규소 함량이 2.
- 구리의 첨가량은 0.00, 0.20, 0.50, 0.80, 1.20, 및 1.60wt%로 변화시켰다. 몰르브덴 첨가량은 0.
- 구상흑연주철의 열처리 반응성에 미치는 동시 첨가의 영향을 연구하기 위하여 구리, 몰리브덴 및 니켈 세 가지 원소 중 두가지 또는 세 가지 모두를 동시에 첨가하여 시험하였다. 단독 첨가의 영향 시험 결과 구리 및 니켈의 최적 첨가량은 0.
- 60%로 증가하면 오히려 낮아지고 연신률도 감소하였다. 그 이유를 알아보기 위하여 기지 조직 중 잔류오스테나이트 부피 분률을 측정하여 비교하였으며 그 결과는 Fig. 9에서 보이는 바와 같다. 기지 조직 중 잔류 오스테나이트 부피 분률을 측정한 값이 오차가 비교적 클 것으로 예상되기는 하나 구리 함량이 0.
- 투영기를 이용하여 인장 시험 전의 단면의 직경과 인장 시험 전후의 표점 거리를 측정하여 항복 및 인장 강도 그리고 연신률을 측정하였으며 각 조건별로 3 회 시험하여 평균값을 얻었다. 그리고 미세 조직 관찰용 시편을 다시 연마하여 하중 3,000 kg의 조건에서 브리넬 경도를 측정하였다. 이때에도 3 회 측정하여 평균 값을 얻었다.
- 일반적으로 구상흑연주철 주조품을 열처리하여 미세 조직과 기계적 성질을 제어할 수 있으며 그 목적에 따라 열처리 방법은 달라진다. 그리고 열처리 반응성을 향상시키기 위하여 망간, 구리, 몰리브덴 및 니켈 등과 같은 합금 원소를 첨가한다. 이와 같은 합금 원소는 오스테나이트가 페라이트와 펄라이트로 변태하는 것을 억제한다[2,3].
- 구상화율 측정 장치를 이용하여 구상화율을 측정하였으며 시편당 5 위치를 선정하여 측정하고 최대값과 최소값을 제외한 세 값의 평균을 얻었다. 그리고 주방 상태와 열처한 시편의 경우 3.0% 나이탈 용액으로 부식시킨 후 기지 조직을 관찰하였다. 주방 상태 시편의 경우 구상화율 측정 장치를 이용하여 기지 조직 중 펄라이트 부피 분률을 측정하였다.
- 0wt%Mg - Fe - Si 합금을 플런징하는 방법으로 구상화처리하였다. 그리고 필요에 따라 합금 원소를 첨가한 후 슬럭스를 사용하여 용탕 표면의 슬래그를 제거하고 레이들에 출탕하였다. 이 때 용탕의 규소 함량은 약 2.
- 60wt%로 주물선과 강 고철을 장입하여 20 kg의 용탕을 얻었다. 기본 용탕의 규소의 목표 함량 1.32wt%를 얻기 위하여 규소 함량이 약 75.0wt%인 페로실리콘을 노중 용탕에 첨가하였다. R 형태의 열전대를 부착시킨 침적식 온도계를 이용하여 용탕의 온도를 측정하였으며 온도가 약 1,450 ℃에 도달하였을 때 Y- 블록 시험 주조품 중 0.
- 1에서 보이는 바와 같다. 두 개의 Y- 블록 금형과 주형 상자를 이용하여 각 조건별로 생형을 조형하였다.
- 00wt% 니켈을 각각 단독으로 첨가할 경우 오스템퍼링 처리한 주조품의 기계적 성질이 가장 우수한 것으로 나타났다. 따라서 이 두 함량의 합금 원소와 0.30wt%의 몰리브덴 두 가지씩 또는 세 가지 모두를 동시에 첨가하여 동시 첨가의 영향을 시험하였다.
- 이 때 주입 온도는 1,300 ~ 1350 ℃의 범위 내에 있었다. 또한 구리판 위에 설치한 금형에 소형 레이들을 이용하여 용탕을 주입하여 화학 성분 분석용 칠 시편을 얻었다. 주형에 주입된 용탕이 완전히 응고되고 상온으로 냉각된 후 탈사 및 쇼트 피닝하여 각 조건별로 2 개의 Y 블록 시편을 얻었다.
- 75 kW 용량의 고주파 유도 용해로를 이용하여 용해하였다. 망간의 함량을 변화시키거나 낮게 유지하기 위하여 장입용으로 저 망간 주물선을 사용하였다. 탄소의 목표 함량을 3.
- 경화 열처리 및 오스템퍼링한 구상흑연주철의 기계적 성질에 미치는 합금 원소의 영향을 시험하였다. 먼저 75wt%Mn 함량의 페로망간을 사용하여 망간을 첨가하였으며 망간을 제외한 다른 합금 원소의 영향을 시험한 경우 규소 함량이 2.50wt%인 것을 고려하여 망간 첨가량을 0.25wt%로 일정하게 하였다. 각 합금 원소 첨가제의 화학 조성은 Table 1에서 보이는 바와 같다.
- 60wt%로 변화시켰다. 몰르브덴 첨가량은 0.00, 0.30 및 0.50wt%로 변화시켜 시험하였으며 니켈 첨가량은 0.00 ~ 2.40wt% 범위에서 0.40wt% 간격으로 변화시켰다. 이와 같이 변화시켜 실험한 결과 0.
- 시험 주조품의 화학 조성을 확인하기 위하여 얻은 화학 조성 분석용 칠 시편을 100 번 연마지를 사용하여 연마한 후에미션 스펙트로미터(emission spectrometer)를 이용하여 분석 하였다. 주방 상태의 한 쪽 끝으로부터 25 mm위치를 절단하여 미세조직 관찰용 시편을 얻었다.
- 이 경우에도 5 위치를 선정하여 측정하고 최대 및 최소값을 제외한 세 값의 평균값을 얻었다. 열처리한 시편의 경우 기지 조직을 관찰하여 열처리 결과를 확인하였다.
- 오스템퍼링 처리한 시편 중 잔류 오스테나이트 부피 분률을 측정하였다. X- 선 회절 장치를 이용하여 연속 스캐닝하여 측정하였다.
- 용해 및 주조하여 얻은 표준 Y- 블록 시편을 밴드 쏘를 이용하여 절단하여 직사각형 단면의 봉재 시편을 2 개씩 얻었다. 이를 기계 가공하여 얻은 단면적 감소부의 직경과 표점 거리가 각각 6.
- 그리고 필요에 따라 합금 원소를 첨가한 후 슬럭스를 사용하여 용탕 표면의 슬래그를 제거하고 레이들에 출탕하였다. 이 때 용탕의 규소 함량은 약 2.10wt%이며 2.50wt%의 최종 함량을 얻기위하여 규소 함량을 0.40wt% 증가시키는 방법으로 후접종 처리하였다. 접종제로는 직경 약 1.
- 용해 및 주조하여 얻은 표준 Y- 블록 시편을 밴드 쏘를 이용하여 절단하여 직사각형 단면의 봉재 시편을 2 개씩 얻었다. 이를 기계 가공하여 얻은 단면적 감소부의 직경과 표점 거리가 각각 6.25 및 25.0 mm인 서브 사이즈 인장 시편을 각 조건별로 3 개씩 사용하여 열처리하였다. 서브 사이즈 인장 시편의 모양과 크기는 Fig.
- 0% 나이탈 용액으로 부식시킨 후 기지 조직을 관찰하였다. 주방 상태 시편의 경우 구상화율 측정 장치를 이용하여 기지 조직 중 펄라이트 부피 분률을 측정하였다. 이 경우에도 5 위치를 선정하여 측정하고 최대 및 최소값을 제외한 세 값의 평균값을 얻었다.
- 모든 경우 절단면을 보통의 방법으로 조연마하고 다이아몬드 페이스트로 1 µm 등급까지 세연마하였다. 주방 상태의 시편의 경우 부식시키기 전의 흑연 형상을 관찰하였다. 구상화율 측정 장치를 이용하여 구상화율을 측정하였으며 시편당 5 위치를 선정하여 측정하고 최대값과 최소값을 제외한 세 값의 평균을 얻었다.
- 경화 열처리 및 오스템퍼링 처리시 기계적 성질에 미치는 합금 원소의 영향을 시험하였다. 주조하여 얻은 Y-블록 시험주조품을 절단하여 얻은 봉재 시편을 기계 가공한 표점 거리 25 mm의 서브사이즈 인장 시편을 열처리하였다. 이와 같이 얻은 시편의 열처리 만족도를 확인하기 위하여 미세 조직을 관찰하였으며 그 대표적인 조직은 Fig.
- 0 mm/min의 크로스 헤드 속도 조건에서 인장 시험하였다. 투영기를 이용하여 인장 시험 전의 단면의 직경과 인장 시험 전후의 표점 거리를 측정하여 항복 및 인장 강도 그리고 연신률을 측정하였으며 각 조건별로 3 회 시험하여 평균값을 얻었다. 그리고 미세 조직 관찰용 시편을 다시 연마하여 하중 3,000 kg의 조건에서 브리넬 경도를 측정하였다.
- 50톤 용량의 만능 재료 시험기를 이용하여 시험하였다. 표준 인장 시편의 경우 2.0 mm/min의 크로스 헤스 속도 조건에서 그리고 서브사이즈 시편의 경우 STS 316L 스테인레스 강 치구와 조립하여 만능 재료 시험기에 장착시킨 후 1.0 mm/min의 크로스 헤드 속도 조건에서 인장 시험하였다. 투영기를 이용하여 인장 시험 전의 단면의 직경과 인장 시험 전후의 표점 거리를 측정하여 항복 및 인장 강도 그리고 연신률을 측정하였으며 각 조건별로 3 회 시험하여 평균값을 얻었다.
대상 데이터
- 기계적 성질 시험과 미세 조직 검사용 시편을 얻기 위하여 표준 Y- 블록 시편을 주조하였다. 이 때 얻은 Y- 블록 시편의 모양과 크기는 Fig.
- 본 연구에서는 구상흑연주철을 열처리하여 기계적 성질을 향상시키기 위한 기초 연구를 하였다. 기본 재료로 탄소와 규소 함량이 각각, 오스템퍼드 구상흑연주철을 제조할 때 일반적으로 선택되는 조성 범위의 평균 조성인[2], 3.60 및 2.50wt% 조성의 구상흑연주철을 선택하였다. 이 조성의 구상흑연주철을 경화 열처리 및 오스템퍼링할 때 기계적 성질에 미치는 합금 원소의 영향을 연구하였다.
- 8 kW 용량의 발열체가 니크롬선인 사용 및 최고 온도가 역시 900 및 1,200 ℃인 염욕로를 이용하였다. 염으로는 질산나트륨과 질산칼륨을 중량비로 45 : 55인 저온용 혼합염을 사용하였다.
- 40wt% 증가시키는 방법으로 후접종 처리하였다. 접종제로는 직경 약 1.0 ~ 3.0 mm 크기의 입자형 1.0wt%Ba- Fe - Si 합금을 사용하였다. 용해시 사용한 장입물, 용탕 처리제 및 합금 원소 첨가제의 화학 조성은 Table 1에서 보이는 바와 같다.
- 주방 상태의 경우 미세 조직 관찰용 시편을 절단하고 남은 봉형 시편을 기계 가공하여 얻은 KS B 0801 규격 중 10호 표준 시편을 사용하여 인장 시험하였다. 두 가지 종류의 인장 시편의 모양과 크기는 Fig.
- 또한 구리판 위에 설치한 금형에 소형 레이들을 이용하여 용탕을 주입하여 화학 성분 분석용 칠 시편을 얻었다. 주형에 주입된 용탕이 완전히 응고되고 상온으로 냉각된 후 탈사 및 쇼트 피닝하여 각 조건별로 2 개의 Y 블록 시편을 얻었다.
데이터처리
- 주방 상태의 시편의 경우 부식시키기 전의 흑연 형상을 관찰하였다. 구상화율 측정 장치를 이용하여 구상화율을 측정하였으며 시편당 5 위치를 선정하여 측정하고 최대값과 최소값을 제외한 세 값의 평균을 얻었다. 그리고 주방 상태와 열처한 시편의 경우 3.
성능/효과
- 0.25 및 0.45wt%로 변화시킨 망간 함량은 각각 0.24 및 0.44로, 그리고 0.20, 0.50, 0.80, 1.20 및 1.60wt%로 변화시킨 구리 함량은 각각 0.20, 0.50, 0.77, 1.16 및 1.56wt%로 나타났다. 그리고 0.
- 1) 합금 원소의 첨가량이 증가함에 따라 강도 및 경도는 증가하였으며 연신률은 감소하였다.
- 2) 합금 원소에 의한 강도 증가 효과는 구리를 첨가한 경우가 가장 컸다.
- 3) 경화 열처리로 강도와 경도는 크게 증가하고 연신률은 감소하였다.
- 4) 탄소와 규소 함량이 높아 경화 열처리시 기계적 성질의 변화에 미치는 다른 합금 원소의 영향은 그리 크지 않았다.
- 5) 오스템퍼링 처리로 강도와 경도는 크게 증가하였으며 경화 열처리한 경우에 비하여 강도의 차이는 크지 않으나 연신률이 더 컸다.
- 6) 0.25wt%의 망간을 단독으로 첨가한 경우에 오스템퍼링 처리한 시편의 강도와 연신률이 최대 값을 나타냈으며 이와 같은 망간과 함께 0.80wt%의 구리 또는 2.00wt%의 니켈을 첨가한 경우에 최대 강도를 얻었다.
- 36wt%였다. 각각 0.80, 0.30 및 2.00wt%의 구리, 몰리브덴 및 니켈을 두 원소 또는 세가지 모두를 첨가한 경우 각 원소의 함량은 0.80 ~ 0.81, 0.27 ~ 0.33 그리고 1.96 ~ 1.98wt%범위인 것으로 나타났다. 모든 시편의 화학 조성은 실험 오차 범위 내에 있었으며 경화 열처리 및 오스템퍼링 처리한 3.
- 구리를 합금 원소로 첨가한 경우 구리 함량이 0.80 및 1.20%로 증가함에 따라 항복 및 인장 강도는 각각 998 및 1,083 그리고 957 및 1084 MPa까지 증가하였다가 1.60%로 증가하면 오히려 낮아지고 연신률도 감소하였다. 그 이유를 알아보기 위하여 기지 조직 중 잔류오스테나이트 부피 분률을 측정하여 비교하였으며 그 결과는 Fig.
- 50%로 매우 높기 때문에 다른 합금 원소의 영향은 그리 크지 않은 것으로 나타났다. 그러나 니켈의 경우 첨가량이 1.20%까지 증가함에 따라 강도는 증가하였다가 니켈 함량이 그 이상으로 증가하면 감소하는 것으로 나타났다. 이것은 니켈 함량이 증가함에 따라 경화능은 증가하나 MS 온도도 증가하여 잔류 오스테나이트 부피 분률이 약간 증가하였기 때문으로 생각된다.
- 망간 첨가량을 변화시킨 경우 전체적으로 경도는 그렇지 않으나 강도와 연신률은 경화 열처리한 경우보다 더 높았다. 그리고 망간 첨가량이 0.25%인 경우에 항복 강도, 인장 강도 및 연신률이 각각 1,010, 1070 MPa 및 15.0%로 다른 두 경우보다 더 높았다. 따라서 다른 합금 원소의 영향을 시험시 모든 경우에 망간 함량을 0.
- 구상화율은 96%이상이고 단위 면적당 구상흑연의 수도 대체로 80이상으로 건정한 구상흑연주철 조직을 얻었다. 그리고 망간 첨가량이 0.45%까지 증가함에 따라 기지 조직 중 펄라이트 부피 분률이 증가하였다. 망간은 탄화물 형성 원소이며 비록 펄라이트 기지 조직을 얻기 위하여 의도적으로 첨가하는 원소가 아니지만 응고가 일어나는 동안 오스테나이트 기지에 고용되어 공석 온도 부근에서 오스테나이트가 변하는 동안 탄소의 확산을 억제하여 펄라이트의 형성을 촉진한다.
- 45%까지 증가함에 따라 항복 강도와 인장 강도는 증가하였다. 그리고 연신률은 감소하였으며 브리넬 경도값은 증가하였다. 이의 원인을 밝히기 위하여 각시편의 미세 조직을 관찰하였으며 그 결과도 Table 3에서 보이는 바와 같다.
- 9에서 보이는 바와 같다. 기지 조직 중 잔류 오스테나이트 부피 분률을 측정한 값이 오차가 비교적 클 것으로 예상되기는 하나 구리 함량이 0.80%까지 증가함에 따라 21.4%로 약간 감소하였다가 구리 함량이 1.20 및 1.60%로 더욱 증가함에 따라 41.5%로 급격히 증가하였다. 따라서 구리 첨가량이 0.
- 구상흑연주철의 열처리 반응성에 미치는 동시 첨가의 영향을 연구하기 위하여 구리, 몰리브덴 및 니켈 세 가지 원소 중 두가지 또는 세 가지 모두를 동시에 첨가하여 시험하였다. 단독 첨가의 영향 시험 결과 구리 및 니켈의 최적 첨가량은 0.80% 및 2.00%인 것으로 나타났으며 몰리브덴의 첨가량은 0.30%를 선택하였다.
- 앞에서도 언급했듯이 잔류 오스테나이트 부피 분률이 감소할수록 강도는 증가하고 연신률은 감소하는 것으로 알려져 있으나, 얻은 실험 결과는 강도와 연신률이 동시에 증가하였다. 따라서 니켈 첨가량에 따라 2.00%에서 기계적 성질 시험시 제일 큰 것으로 생각되어 다른 합금과의 동시 첨가시 최적 니켈 첨가량을 2.00%로 하였다.
- 망간은 탄화물 형성 원소이며 비록 펄라이트 기지 조직을 얻기 위하여 의도적으로 첨가하는 원소가 아니지만 응고가 일어나는 동안 오스테나이트 기지에 고용되어 공석 온도 부근에서 오스테나이트가 변하는 동안 탄소의 확산을 억제하여 펄라이트의 형성을 촉진한다. 따라서 망간 첨가량이 증가함에 따라 주방 상태의 기지 조직 중 펄라이트 부피 분률이 증가하고 이에 따라 강도 및 경도는 증가하고 연신률은 감소하였다.
- 망간 첨가량을 변화시킨 경우 전체적으로 경도는 그렇지 않으나 강도와 연신률은 경화 열처리한 경우보다 더 높았다. 그리고 망간 첨가량이 0.
- 98wt%범위인 것으로 나타났다. 모든 시편의 화학 조성은 실험 오차 범위 내에 있었으며 경화 열처리 및 오스템퍼링 처리한 3.60wt%C - 2.50wt%Si 조성의 구상흑연주철의 기계적 성질에 미치는 합금 원소의 영향 시험 결과를 분석하는 데에는 대체로 문제가 없는 것으로 판단되었다.
- 이것은 경화 열처리로 템퍼드 마르텐사이트 기지가 형성되었기 때문이다. 시편의 화학 조성 중 탄소와 규소 함량이 각각 3.60 및 2.50%로 매우 높기 때문에 다른 합금 원소의 영향은 그리 크지 않은 것으로 나타났다. 그러나 니켈의 경우 첨가량이 1.
- 3에서 보이는 바와 같다. 열처리 결과 얻은 미세 조직은 열처리한 시편의 기계적 성질에 미치는 합금 원소의 영향을 분석하는 데에는 별 문제가 없는 것으로 나타났다. 그리고 인장 시험한 결과와 첨가한 합금 원소의 함량과 열처리 종류에 따른 강도의 변화는 각각 Table 4 및 Fig.
- 오스템퍼링 처리한 경우 망간을 0.25% 첨가한 경우에 강도, 경도 및 연신률이 상대적으로 가장 높은 것으로 나타났다. 따라서 다른 합금 원소의 영향을 시험하는 모든 경우에 망간의 함량을 0.
- 40wt% 간격으로 변화시켰다. 이와 같이 변화시켜 실험한 결과 0.80wt% 구리와 2.00wt% 니켈을 각각 단독으로 첨가할 경우 오스템퍼링 처리한 주조품의 기계적 성질이 가장 우수한 것으로 나타났다. 따라서 이 두 함량의 합금 원소와 0.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.