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가설 설정
- 4 (a), (b))의 균열은 구상의 시멘타이트 주변에 작은 점들로 형성되었지만, TM 시편(Fig. 4 (c), (d))의 균열은 기지 페라이트 조직을 따라 길게 성장한 모습을 보인다. 이것으로 SP와 TM 두 시편의 기지 페라이트 조직에 차이가 있고, TM 시편의 기지 페라이트에서 균열의 성장이 더 잘 일어남을 알 수 있다.
제안 방법
- 1wt.%C 탄소강 시편을 디스크(disk)로, 알루미나(Al2O3) 볼을 상대재로 하여 미끄럼 마멸시험을 수행하였다. 마멸시험은 습도 40±2%의 상온 대기 중에서 미끄럼 거리 300m, 적용 하중 100N, 미끄럼속도 0.
- 1 wt.%C 탄소강을 각각 구상화 열처리하고 마멸 시험하여, 서로 다른 초기 미세조직으로부터 구상화된 구상화 시멘타이트 조직 강의 마멸거동을 비교하였다.
- SP 시편과 TM 시편의 마멸시험 초기의 마멸 거동을 비교하기 위해 미끄럼 거리를 5m로 하여 시험 후 얻어진 마멸입자와 마멸면을 SEM으로 관찰하고, 그 결과를 Fig. 7에 나타내었다.
- 가공경화능은 재료의 미끄럼 마멸 거동에 영향을 미치는 인자 중 하나로, 이를 분석하기 위해 마멸 트랙 단면의 깊이에 따른 경도를 측정하였다 [11]. Fig.
- 1m/s, 마멸 트랙 반경 9mm의 조건으로 수행하였다. 마멸 시험 전후 시편의 무게변화를 정밀도 10-5g의 전자저울로 측정하고 측정된 시편의 무게 변화량을 시편의 밀도와 미끄럼 거리로 나누어, 거리에 따른 부피 변화로 미끄럼마멸속도를 산출하였다.
- 마멸단면의 SEM 관찰에서 SP 시편과 TM 시편의 기지 페라이트에서 균열 성장의 거동이 다름을 확인하였다. 두 시편의 이러한 기지 페라이트의 차이의 원인은 Fig.
- 미끄럼 마멸시험 후 마멸면 직하 단면을 SEM으로 관찰하였다. 마멸면 직하의 경도를 깊이를 변수로 측정하여 가공경화 정도를 알아보았다.
- %C 탄소강 시편을 디스크(disk)로, 알루미나(Al2O3) 볼을 상대재로 하여 미끄럼 마멸시험을 수행하였다. 마멸시험은 습도 40±2%의 상온 대기 중에서 미끄럼 거리 300m, 적용 하중 100N, 미끄럼속도 0.1m/s, 마멸 트랙 반경 9mm의 조건으로 수행하였다. 마멸 시험 전후 시편의 무게변화를 정밀도 10-5g의 전자저울로 측정하고 측정된 시편의 무게 변화량을 시편의 밀도와 미끄럼 거리로 나누어, 거리에 따른 부피 변화로 미끄럼마멸속도를 산출하였다.
- 미세조직은 5% 나이탈 용액으로 에칭한 후 FE-SEM으로 관찰하였고, 경도는 micro Vickers 경도계를 이용하여 1kg 하중으로 측정하였다. 미끄럼 마멸시험 후 마멸면 직하 단면을 SEM으로 관찰하였다. 마멸면 직하의 경도를 깊이를 변수로 측정하여 가공경화 정도를 알아보았다.
- 100% 펄라이트 조직과 마르텐사이트 조직의 시편들을 각각 구상화 열처리와 템퍼링하여 SP 시편과 TM 시편을 얻었다. 미세조직은 5% 나이탈 용액으로 에칭한 후 FE-SEM으로 관찰하였고, 경도는 micro Vickers 경도계를 이용하여 1kg 하중으로 측정하였다. 미끄럼 마멸시험 후 마멸면 직하 단면을 SEM으로 관찰하였다.
- 본 연구에서는 펄라이트와 마르텐사이트의 서로 다른 초기조직을 갖는 1wt%C 고탄소강을 각기 다른 조건으로 구상화 열처리하고 각 조직의 마멸 저항성을 비교하였다. 서로 다른 초기 미세조직을 구상화 열처리한 최종 조직은 구상화된 시멘타이트의 크기와 형태가 유사하였으나, 마멸거동은 차이를 나타내었다.
대상 데이터
- %C 탄소강의 100% 펄라이트 조직 (P)을 얻기 위한 열처리 조건은 문헌을 참고하여, Hultgren의 외삽법에 의해 100% 펄라이트 조직이 얻어졌다[2]. 100% 펄라이트 조직과 마르텐사이트 조직의 시편들을 각각 구상화 열처리와 템퍼링하여 SP 시편과 TM 시편을 얻었다. 미세조직은 5% 나이탈 용액으로 에칭한 후 FE-SEM으로 관찰하였고, 경도는 micro Vickers 경도계를 이용하여 1kg 하중으로 측정하였다.
이론/모형
- 1 wt.%C 탄소강의 100% 펄라이트 조직 (P)을 얻기 위한 열처리 조건은 문헌을 참고하여, Hultgren의 외삽법에 의해 100% 펄라이트 조직이 얻어졌다[2]. 100% 펄라이트 조직과 마르텐사이트 조직의 시편들을 각각 구상화 열처리와 템퍼링하여 SP 시편과 TM 시편을 얻었다.
성능/효과
- (1) 마르텐사이트를 템퍼링한 조직이 층상 펄라이트를 구상화한 조직보다 높은 경도를 갖지만 구상화 펄라이트 조직과 비슷한 마멸속도를 보였다.
- (2) 템퍼드 마르텐사이트 조직 기지 페라이트가 구상화 펄라이트 조직의 기지 페라이트에 비해 더 큰 취성을 갖는 것을 마멸 단면, 마멸입자, 그리고 마멸 면 분석을 통해 보였고, 이로 인해 템퍼드 마르텐사이트 조직이 높은 경도에 비해 낮은 마멸 저항성을 보인 것을 설명하였다. 템퍼드 마르텐사이트 조직의 기지 페라이트가 갖는 취성은 시멘타이트 부피분율과 3-body 연삭마멸 마멸면 관찰을 통해 또한 확인되었다.
- (3) 깊이에 따른 마멸단면 경도 측정으로 구상화 펄라이트 조직이 마멸 중에 마멸면의 변형과 가공경화에 더 많은 에너지를 소모하여, 템퍼드 마르텐사이트 조직에 비해 상대적으로 마멸저항성이 더 우수함을 밝혔다.
- 마르텐사이트 조직 M 시편을 템퍼링한 TM 시편 또한 템퍼링 과정에서 구상의 시멘타이트 조직이 석출된 모습을 보인다. SP 시편과 TM 시편은 페라이트 기지 내에 구상의 시멘타이트들이 자리하고 있는 비슷한 모습을 보이며, 구상 시멘타이트의 크기 또한 두 조직에서 서로 유사하였지만 시멘타이트의 부피분율은 SP 시편이 37.3%로 25.8%인 TM 시편보다 높았다. 미소 비커스경도는 SP 시편에 비해 TM 시편이 더 높았다.
- 마멸면 직하의 단면 관찰과 깊이에 따른단면 경도 측정을 통해 이들 구상화 조직의 마멸 거동 차이가 기지 페라이트 조직에 원인이 있음을 밝혔다. 또한 구상화열처리 전 초기 펄라이트 조직과 마르텐사이트 조직의 미끄럼 마멸 시험을 통하여, 층상 시멘타이트 조직이 고경도 마르텐사이트 조직과 유사한 높은 마멸저항성을 나타냄을 보였다.
- 8(b)와 같이 미처 석출되지 못한 탄소원자가 결정구조의 C축에 남아있고, 이러한 TM 시편의 기지 페라이트가 SP 시편의 기지보다 좀 더 높은 취성을 갖고, 균열 성장이 더 잘 일어나며, 변형이 거의 수반되지 않는 마멸을 일으킨 것으로 해석된다. 또한 미세조직을 관찰하며 두 시편의 시멘타이트 부피분율을 측정한 결과, SP 시편이 37.3%로 25.8%인 TM 시편보다 높았는데, TM 시편의 시멘타이트 부피분율이 SP 시편보다 더 낮은 결과 또한 기지 내의 탄소가 모두 탄화물로 석출되지 못했음을 뒷받침한다.
- 타 시편들에 비해 경도가 월등히 높은 M 시편이 가장 낮은 마멸속도를 보였으나, 100% 펄라이트 조직인 P 시편이 M 시편에 비해 상대적으로 경도가 크게 낮음에도 불구하고 매우 낮은 마멸속도를 나타내어 층상 시멘타이트의 우수한 마멸 저항성을 보였다. 유사한 미세조직을 지닌 SP 시편과 TM 시편에서는, SP 시편이 경도가 더 낮음에도 TM 시편과 비슷한 마멸속도를 보였다
- 1µm 범위의 크기를 가졌다. 이 결과를 통하여 SP 시편이 TM 시편 보다 더 다양한 크기의 마멸입자들을 생성했음을 알 수 있다. 이는 변형을 수반하지 않고 마멸되는 TM 시편은 비슷한 크기의 입자들을 생성하는 것에 반해, SP 시편에서는 마멸 과정 중에 높은 정도의 소성변형이 수반되므로 다양한 크기의 마멸 입자들이 생성된 것으로 해석할 수 있다.
- 3에 나타내었다. 타 시편들에 비해 경도가 월등히 높은 M 시편이 가장 낮은 마멸속도를 보였으나, 100% 펄라이트 조직인 P 시편이 M 시편에 비해 상대적으로 경도가 크게 낮음에도 불구하고 매우 낮은 마멸속도를 나타내어 층상 시멘타이트의 우수한 마멸 저항성을 보였다. 유사한 미세조직을 지닌 SP 시편과 TM 시편에서는, SP 시편이 경도가 더 낮음에도 TM 시편과 비슷한 마멸속도를 보였다
- 보인 것을 설명하였다. 템퍼드 마르텐사이트 조직의 기지 페라이트가 갖는 취성은 시멘타이트 부피분율과 3-body 연삭마멸 마멸면 관찰을 통해 또한 확인되었다.
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