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문제 정의
- 본 연구에서는 유효 보론의 효과를 극대화시키기 위하여 Ti과 N의 성분비(Ti/N ≥ 3.45) 조정을 시킨 AISI 51B20을 사용하였으며, 오스테나이트화 온도 및 퀜칭·템퍼링 온도변화에 따른 미세조직와 이에 따른 인장특성 및 충격특성을 평가하여 AISI 51B20강의 실무적인 기초자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
- 또한, 충격흡수에너지의 변화를 측정하기 위해 KSB-0809의 규정에 따라 시험편을 제작한 후 샤르피 충격시험기로 상온에서 시험을 실시하였으며, 파단면은 SEM으로 관찰하여 열처리 조건에 따른 파괴경향을 확인하였다.
- 만능인장시험기를 사용하여 열처리 조건의 변화에 따른 인장강도, 항복강도, 연신율, 단면수축율, 항복비를 확인하였으며 시험편은 KSB-0801의 14호 시험편의 규정을 적용하였고. 시험시의 변형율속도는 3 mm/min였다,
- 소재를 최대 성형하중 1400 KN인 4단 냉간포머(4-DIE 5-STATION COLD FORMER)로 냉간단조 후 연속열처리로에서 각각 880℃, 930℃의 오스테나이트 온도로 60분 가열후 오일 퀜칭한 다음 300℃, 350℃, 400℃, 450℃, 500℃, 550℃,600℃의 온도로 각각 템퍼링을 120분 실시하였다 (Table 2참조). 이때 열처리별 온도 편차는 ± 5℃이며 오일의 냉각시간(800℃에서 400℃ 구간)은 3.
- 퀜칭온도 및 템퍼링온도 변화에 따른 조직변화를 광학현미경으로 확인하였으며 부식액은 5% Nital, 부식시간은 5초로 하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용한 재료는 인발가공에 의해 생산된 AISI 51B20강으로 직경 11.76 mm의 강선이며, 화학적 조성은 Table 1에 나타내었다.
성능/효과
- 1. 오스테나이트 결정립크기와 무관하게 300, 350, 400℃의 템퍼링온도에서는 니들과 패킷의 형태 가 뚜렷한 라스 마르텐사이트 조직이 발견되었다. 450, 500, 550, 600℃에서는 라스 마르텐사이 트의 니들이 평형한 패킷의 형상으로 변하였다.
- 2. 오스테나이트화 처리온도에 따른 템퍼링 후의 기계적 성질의 변화는 미미하지만 880℃에서 퀜칭한 시료가 930℃ 퀜 칭한 시료보다 기계적 성질에 있어서는 좋은 결과를 보여주고 있다. 특히, 350℃~450℃ 템퍼링 온도범위에서 880℃로 오스테나이트화 처리한 시료의 (항복강도/인장강도)비가 높게 나타났다.
- 3. 템퍼링온도 변화에 따른 인장강도는 템퍼링온도가 상승함에 따라 직선적으로 감소하는 경향을 나타내었다. 템퍼링온도의 변화에 따른 항복강도는 350℃의 템퍼링온도 부근까지 높은 항복강도를 유지하다가 온도의 상승에 따라 감소하고 있는 경향을 나타내었다.
- 4. 오스테나이트화 온도와 무관하게 템퍼링온도가 상승할수록 경도는 감소하였고, 연신율, 단면수축율은 증가하였다. 템퍼링온도 변화에 따른 인장시료 파단면을 관찰한 결과, 전체적으로 딤플을 포함하고 있는 연성파괴이고, 템퍼링온도가 상승함에 따라 딤플 크기가 미세하였다.
- 5. 템퍼링온도 상승에 비례하여 충격흡수에너지가 증가하였다. 템퍼링온도 변화에 따른 충격시료의 파단면을 SEM으로 관찰한 결과, 전체적으로 딤플형상을 나타낸 연성파괴였으며, 템퍼링온도가 상승함에 따라 딤플이 크기가 미세해지고 충격값은 증가하였다.
- 오스테나이트화 처리온도가 상승함에 따라 질화물의 분해에 의한 결정립 조대화 및 질소농도 증가로 인해 냉각중 결정입계에서 BN 및 보론 탄화물(Fe23(B,C)6)이 우선적으로 형성됨으로써 오스테나이트 결정입계에 편석된 유효 보론의 원자수가 감소하여 베이나이트 생성을 용이하게 할 것으로 사료된다. 또한 냉각속도가 일정할 경우, 오스테나이트화 처리온도가 증가할수록 탄화물의 더 많은 분해 및 결정입의 조대화에 기인하여 상대적으로 결정입계 면적이 줄어들어서 펄라이트 핵생성 개시점으로 작용하는 핵의 수가 감소할 것으로 사료된다.
- 930℃에서 미미하지만 상대적으로 결정립 성장이 관찰되었다. 오스테나이트화 처리온도가 상승함에 따라 질화물의 분해에 의한 결정립 조대화 및 질소농도 증가로 인해 냉각중 결정입계에서 BN 및 보론 탄화물(Fe23(B,C)6)이 우선적으로 형성됨으로써 오스테나이트 결정입계에 편석된 유효 보론의 원자수가 감소하여 베이나이트 생성을 용이하게 할 것으로 사료된다. 또한 냉각속도가 일정할 경우, 오스테나이트화 처리온도가 증가할수록 탄화물의 더 많은 분해 및 결정입의 조대화에 기인하여 상대적으로 결정입계 면적이 줄어들어서 펄라이트 핵생성 개시점으로 작용하는 핵의 수가 감소할 것으로 사료된다.
- 오스테나이트화 처리온도에 따른 템퍼링 후의 기계적 성질 변화는 극히 미미하지만 880℃에서 퀜칭한 시료가 930℃ 퀜칭한 시료보다 기계적 성질에 있어서는 더 좋은 결과를 보여주었다. 특히, Fig.
- 11, 12는 충격시료의 파단면을 SEM으로 관찰한 것이다. 전체적으로 딤플을 포함하고 있는 연성 파괴이며 입계파괴의 흔적은 전혀 보이지 않고 있으며, 템퍼링온도가 상승함에 따라 딤플이 크기가 미세해지고 충격값이 증가하고 있다는 것을 알 수 있다.
- 8, 9는 인장시료의 파단면을 SEM으로 관찰한 것이다. 전체적으로 딤플을 포함하고 있는 연성파괴이고, 템퍼링온도가 상승함에 따라 딤플이 크기가 미세해지는 것을 알 수 있다.
- 오스테나이트화 온도와 무관하게 템퍼링온도가 상승할수록 경도는 감소하였고, 연신율, 단면수축율은 증가하였다. 템퍼링온도 변화에 따른 인장시료 파단면을 관찰한 결과, 전체적으로 딤플을 포함하고 있는 연성파괴이고, 템퍼링온도가 상승함에 따라 딤플 크기가 미세하였다.
- 템퍼링온도 상승에 비례하여 충격흡수에너지가 증가하였다. 템퍼링온도 변화에 따른 충격시료의 파단면을 SEM으로 관찰한 결과, 전체적으로 딤플형상을 나타낸 연성파괴였으며, 템퍼링온도가 상승함에 따라 딤플이 크기가 미세해지고 충격값은 증가하였다.
- 10은 880℃와 930℃에서 각각 1시간 동안 오스테나이트화 처리를 한 후 2시간 템퍼링을 실시한 시료에 있어서 템퍼링온도의 변화에 따른 충격값의 변화를 나타낸 것이다. 템퍼링온도 상승에 비례 하여 충격흡수에너지가 증가하고 있다는 것을 알 수 있고, 저온 템퍼링에 있어서 충격흡수에너지의 급격한 저하로 인한 템퍼드 마르텐사이트 취성은 발견되지 않았다.
- 템퍼링온도 변화에 따른 인장강도는 템퍼링온도가 상승함에 따라 직선적으로 감소하는 경향을 나타내었다. 템퍼링온도의 변화에 따른 항복강도는 350℃의 템퍼링온도 부근까지 높은 항복강도를 유지하다가 온도의 상승에 따라 감소하고 있는 경향을 나타내었다.
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