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고출력 다이오드 레이저를 이용한 고탄소강의 경화특성에 관한 연구

A Study on Hardening Characteristics of High Carbon Steel by using High Power Diode Laser

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.35 no.5, 2011년, pp.600 - 607  

황현태 ((재)울산테크노파크 (자동차기술지원단)) ,  김종도 (한국해양대학교 기관시스템공학부) ,  소상우 ((재)울산테크노파크 (자동차기술지원단))

초록
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고탄소강은 사용자가 요구하는 특성을 만족시키기 위해 침탄, 질화, 고주파담금질 등에 의해 표면처리 되어져 왔다. 그러나 기존의 처리 방법은 모두 처리물 전체를 가열하거나 균일한 가열을 하지 못하여 표면처리 후 변형의 문제와 처리후의 후가공의 경비문제, 그리고 극히 일부분만 경화가 필요한 부품에는 적용하기 어려운 문제점이 있었다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 표면처리법으로로써 레이저열처리 방법이 대두대고 있으며, 레이저열처리는 레이저 빔을 피처리물의 표면에 조사하고 적당한 속도로 이동을 하게 되면 레이저조사부위가 급속하게 가열되고 레이저 빔이 통과한 후에는 표면의 열이 내부로 열전도 되어 급속히 자기냉각(self-quenching)됨으로써 표면에 새로운 기계적 성질을 갖게 하는 열처리법이다. 본 연구에서는 기존의 CW Nd:YAG 레이저 열원보다 효율이 좋은 HPDL을 이용한 고효율, 고기능의 고탄소강 열처리 후 재료적 물성을 평가하였다. 그 결과 레이저빔의 조사속도 및 온도변화에 따른 열처리부 및 모재 부분에 대한 경도특성 및 미세조직의 특성을 명확히 할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, high carbon steel has become essential not only for shipbuilding parts, but also mass production. Its surface has been treated by carburizing, nitriding and induction hardening, but these existing treatments cause considerable deformation and increase the expense of postprocessing after tr...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 고출력 다이오드 레이저를 이용하여[6-9] 고탄소강인 HP1A 시료를 사용하여 시료 표면에서 측정된 열처리 온도 및 레이저 빔의 이송속도를 각각 달리 변화시켜 레이저열처리를 실시한 후 현미경 조직관찰과 경도분포 특성을 고찰하고 입열량 특성 및 표면조건 변화를 레이저열처리 인자에 따라 규명하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 고탄소강 HP1A 소재를 사용하여 레이저열처리 특성을 평가 하였다. 고탄소강 소재에 대한 레이저열처리 특성에 미치는 지배인자 및 열처리 조건에 따른 경화특성에 관한 연구 결과를 다음과 같이 정리하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
레이저열처리란 무엇인가? 그러나 기존의 처리 방법은 모두 처리물 전체를 가열하거나 균일한 가열을 하지 못하여 표면처리 후 변형의 문제와 처리후의 후가공의 경비문제, 그리고 극히 일부분만 경화가 필요한 부품에는 적용하기 어려운 문제점이 있었다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 표면처리법으로로써 레이저열처리 방법이 대두대고 있으며, 레이저열처리는 레이저 빔을 피처리물의 표면에 조사하고 적당한 속도로 이동을 하게 되면 레이저조사부위가 급속하게 가열되고 레이저 빔이 통과한 후에는 표면의 열이 내부로 열전도 되어 급속히 자기냉각(self-quenching)됨으로써 표면에 새로운 기계적 성질을 갖게 하는 열처리법이다. 본 연구에서는 기존의 CW Nd:YAG 레이저 열원보다 효율이 좋은 HPDL을 이용한 고효율, 고기능의 고탄소강 열처리 후 재료적 물성을 평가하였다.
고탄소강은 사용자가 요구하는 특성을 만족시키기 위해 무엇을 해왔는가? 고탄소강은 사용자가 요구하는 특성을 만족시키기 위해 침탄, 질화, 고주파담금질 등에 의해 표면처리 되어져 왔다. 그러나 기존의 처리 방법은 모두 처리물 전체를 가열하거나 균일한 가열을 하지 못하여 표면처리 후 변형의 문제와 처리후의 후가공의 경비문제, 그리고 극히 일부분만 경화가 필요한 부품에는 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
사용자가 요구하는 특성을 만족시키기 위해 해왔던 기존의 고탄소강 처리 방법의 문제점은 무엇인가? 고탄소강은 사용자가 요구하는 특성을 만족시키기 위해 침탄, 질화, 고주파담금질 등에 의해 표면처리 되어져 왔다. 그러나 기존의 처리 방법은 모두 처리물 전체를 가열하거나 균일한 가열을 하지 못하여 표면처리 후 변형의 문제와 처리후의 후가공의 경비문제, 그리고 극히 일부분만 경화가 필요한 부품에는 적용하기 어려운 문제점이 있었다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 표면처리법으로로써 레이저열처리 방법이 대두대고 있으며, 레이저열처리는 레이저 빔을 피처리물의 표면에 조사하고 적당한 속도로 이동을 하게 되면 레이저조사부위가 급속하게 가열되고 레이저 빔이 통과한 후에는 표면의 열이 내부로 열전도 되어 급속히 자기냉각(self-quenching)됨으로써 표면에 새로운 기계적 성질을 갖게 하는 열처리법이다.
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참고문헌 (9)

  1. 한국표준과학연구원, 알기 쉬운 국제단위계해설, 한국표준과학연구원, 1987. 

  2. K. W. Park, J. B. Lee, Y. H. Han and S. Y. Lee, "A Study on the Residual Stress of AISI4140 Formed during Surface Hardening Treatment by using the CO2 Laser Beam", J. of the Korea for Heat Treatment, vol. 9, no.4, pp. 289-300, 1996. 

  3. R. Vilar, R. Colaco and A. Almeida, "Laser surface treatment of tool steels", Optical and Quantum Electronics, vol. 27, no. 12, pp.1273-1289, 1995. 

  4. M. Heitkemper, C. Bohne, A. Pyzalla and A. Fischer, "Fatigue and fracture behaviour of a laser surface heat treated martensitic high-nitrogen tool steel", International Journal of Fatigue, vol. 25, pp. 101-106, 2003. 

  5. T. Hirogaki, H. Nakagawa, M. Hayamizu, Y. Kita and Yoshiaki Kakino, "In-situ heat treatment system for die steels using YAG laser with a machining center", Precision Engineering, vol. 25, pp. 212-217, 2001. 

  6. S. Skvarenina and Y. C. Shin, "Predictive modeling and experimental results for laser hardening of AISI 1536 steel with complex geometric features by a high power diode laser", Surface and Coatings Technology, Vol.201, pp. 2256-2269, 2006. 

  7. H. T. Hwang, J. D. Kim, H. S. Song, M. K. Song and Y. K. Kim, "Surface treatment in edge position of spheroidal", Korean Journal of Materials Research, vol. 19, no. 9, pp. 457-461, 2009. 

  8. J. D. Kim, H. T. Hwang, S. W. So, Y. K. Kim and B. H. Kim, "Heat treatment characteristics of a press draw mold by using high power diode laser", J. of the Korean Society for Heat Treatment, vol. 22, no. 6, pp.339-344, 2009. 

  9. J. D. Kim, B. L. Kil and W. J. Kang, "Surface transformation hardening for rodshaped carbon steels by high power diode laser", The Korean Society of Marine Engineering, vol. 31, no. 8, pp. 961-969, 2007. 

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