[논문]0.36Mn이 함유된 구상흑연주철의 냉각조건에 따른 기계적 거동 고찰

김석동; 김성규

doi:10.7777/jkfs.2021.41.4.349

초록
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우수한 기계적 성질과 가격경쟁력을 갖는 구상흑연주철 합금 개발을 위해 Cu와 Sn을 소량 첨가한 고 Mn 구상흑연주철의 응고 후 냉각조건에 따른 미세조직과 기계적 특성을 분석하였다. 첨가원소인 Cu와 Sn의 경우 펄라이트 형성 촉진을 통한 인장특성 향상을 위해 선택하였다. 또한 물성에 미치는 냉각속도의 영향을 확인하기 위해, Mg 처리된 다양한 조성의 합금을 블록시편에 주입한 후 주형 내 냉각과 800℃에서 주형 해체 후 공랭의 두 가지 냉각 조건을 비교분석하였다. 주형 내 냉각 시편의 경우, 펄라이트 분율은 27-44%, 인장강도와 연신율은 각각 513-568N/mm²와 10.4-14.3%로 나타났다. 반면, 이른 형해체 공랭 시편의 경우에는 펄라이트 분율은 77~85%, 인장강도와 연신율은 각각 728~758N/mm²와 3.2~6.0% 이었다. 결론적으로, 소량의 Cu 및 Sn 함유 Mn 구상흑연주철의 공랭 시 괄목할만한 인장강도와 연신율의 증가를 확인할 수 있었다.

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Effects of cooling condition after solidification on the microstructure and the mechanical properties of 0.36Mn containing ductile cast iron have been studied based on the minimized addition of Cu and Sn for vehicle component applications with better quality and cost competitiveness. Cu and Sn were ...

Effects of cooling condition after solidification on the microstructure and the mechanical properties of 0.36Mn containing ductile cast iron have been studied based on the minimized addition of Cu and Sn for vehicle component applications with better quality and cost competitiveness. Cu and Sn were selected for additional elements judging from the well-known fact of strong tendency of pearlite promotion followed by the tensile property improvement. After pouring of the Mg treated cast iron melt with various chemical compositions into the block specimens, two ways of post solidification cooling conditions were applied for comparison; both cooling in the mold and cooling in the air after dismantle at 800℃. The pearlite fraction of the mold-cooled specimens was analyzed as 27-44%, with the tensile strength and elongation of 513-568N/mm2 and 10.4-14.3%, respectively. Whilest, the air cooled specimens showed the pearlite fraction of 77~85%, with the tensile strength and elongation of 728~758N/mm2 and 3.2~6.0%, respectively. It is worthwhile to note that the remarkable improvement of both tensile strength and elongation of the ductile iron was achieved by the present air cooling condition with the minimized combined addition of Cu and Sn to the 0.36Mn containing ductile iron.

주제어

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그림 Fig. 1. Schematic diagram of classification of alloy design and cooling condition.
표 Table 1. Actual compositions of as-cast specimens cooled by both mold cooling (hereinafter as M group alloys) and air cooling after dismantle (hereinafter as A group alloys) (%)
그림 Fig. 2. Typical microstructures of the mold cooled specimens; (a) M1 (0.1%Cu), (b) M2 (0.1%Cu+0.01%Sn), (c) M3 (0.1%Cu+0.02%Sn), (d) M4 (0.2%Cu), (e) M5 (0.2%Cu+0.01%Sn) and (f) M6 (0.2%Cu+0.02%Sn), respectively.
그림 Fig. 3. Typical microstructures of the air cooled specimens; (a) A1 (0.1%Cu), (b) A2 (0.1%Cu+0.01%Sn), (c) A3 (0.1%Cu+0.02%Sn), (d) A4 (0.2%Cu), (e) A5 (0.2%Cu+0.01%Sn) and (f) A6 (0.2%Cu+0.02%Sn), respectively.
표 Table 2. Comparison of graphite nodulization characteristics and microstructural constituent of the matrix between the mold-cooled and the air-cooled specimens
표 Table 3. Comparison of the Brinell hardness of various alloys between the mold-cooled and the air-cooled specimens
$Table 4. Pearlite fraction, tensile strength and elongation of various alloys at different cooling conditions$ 표 Table 4. Pearlite fraction, tensile strength and elongation of various alloys at different cooling conditions
그림 Fig. 4. Effect of cooling condition on the tensile strength of various alloys with different Cu and Sn contents.
그림 Fig. 7. Fractography of tensile tested specimens for (a) M6 (0.2%Cu+0.02%Sn) and (b) A6 (0.2%Cu+0.02%Sn) alloys.
$Fig. 5. Effect of cooling condition on the pearlite fraction an tensile strength of various alloys (comparison between mol cooling and air cooling).$ 그림 Fig. 5. Effect of cooling condition on the pearlite fraction an tensile strength of various alloys (comparison between mol cooling and air cooling).
$Fig. 6. Effect of cooling condition on the pearlite fraction and elongation of various alloys (comparison between mold cooling and air cooling).$ 그림 Fig. 6. Effect of cooling condition on the pearlite fraction and elongation of various alloys (comparison between mold cooling and air cooling).

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