초록 ▼

4140-Ni강과 4140-Si강에서의 전반적인 파괴거동과 템포드 마르텐사이트취화 (tempered martensite embrittlement:TME)현상을 합금 원소 첨가에 따른 본질적 기지 인성의 변화 및 탄화물형성, 불순물편석, 합금원소 첨가에 따른 결정입계와 결정입내인성(intergranular and transgranular toughness)의 상대적 변화의 관점에서 분석하였다. 시험온도에 따른 파괴 양상을 관찰하기 위하여 -196℃에서 15℃ 범위에서 충격시험을 행하였다.
4140-Si강에서는 Si의 첨가로

4140-Ni강과 4140-Si강에서의 전반적인 파괴거동과 템포드 마르텐사이트취화 (tempered martensite embrittlement:TME)현상을 합금 원소 첨가에 따른 본질적 기지 인성의 변화 및 탄화물형성, 불순물편석, 합금원소 첨가에 따른 결정입계와 결정입내인성(intergranular and transgranular toughness)의 상대적 변화의 관점에서 분석하였다. 시험온도에 따른 파괴 양상을 관찰하기 위하여 -196℃에서 15℃ 범위에서 충격시험을 행하였다.
4140-Si강에서는 Si의 첨가로 저온에서의 본질적 기지 인성이 감소되고 결정입내 인성이 감소되므로, 시험온도가 감소함에 따라 결정입내 취성파괴가 주된 파괴 양상으로 나타났다. 그러나, 4140-Ni강에서는 결정입계 탄화물이 거의 없는 경우, Ni의 첨가로 저온에서의 본질적 기지 인성이 증가되고 결정입내 인성이 증가되므로, 매우 낮은 온도에 이르러야, 결정입내 취성파괴가 가능하였다. 또한 조대한 결정입계 탄화물이 있는 경우, Ni첨가에 의한 결정입내 인성의 증가와 결정입계 탄화물 형성에 의한 결정입계 인성의 감소로 인해, 매우 저온에서도 주로 결정입계 취성파괴가 관찰되었다. 이들 강의 서로 다른 파괴거동은 합금원소 첨가에 따른 본질적 기지 인성의 변화는 상용 합금강의 파괴거동을 조절하는 근본적인 역할을 할 수 있다.
한편, 이들 강의 TME는 결정 입계에서의 탄화물과 불순물의 연합작용에 의한 결정입계 취성의 형상으로 관찰되었다. Ni의 첨가로 저온에서의 본질적 기지 인성이 증가된 4140-Ni강에서는, 취화된 경우, 결정입계 취성파괴에 대한 결정입계 탄화물의 활성도(degree of activation)는-196℃에서도 매우 켰으며, 또한 비교적 높은 불순물 농도로 인해 결정입계 취성파괴가 심화 되었다. 그러나, Si의 첨가로 저온에서의 본질적 기지 인성이 감소된 4140-Si강에서는, 취화된 경우 결정입계의 조대한 탄화물과 많은 불순물의 존재에도 불구하고, 시험온도의 감소에 따라 결정입계-결정입내 취성파괴 천이 거동을 나타냈다.
즉, 저온에서는 4140-Ni강에 비해서, 취황된 경우 결정입계 취성 파괴의 활성도가 매우 감소 되었다. 따라서, TME에 있어 파괴거동은 결정입계의 탄화물 및 불순물의 존재와 관련된 결정입계 인성과 근본적으로 합금원소 첨가에 따른 본질적 기지 인성과 연과된 결정 입내 인성의 상대적 변화에 의해 조절될 수 있다.

Abstract ▼

The general fracture behavior and tempered martensite embrittlement (TME) have been analyzed in terms of the variation in intrinsic matrix toughness with alloying additions and the relative variation of the intergranular and transgranular toughness which is associated with the carbides formation, im

The general fracture behavior and tempered martensite embrittlement (TME) have been analyzed in terms of the variation in intrinsic matrix toughness with alloying additions and the relative variation of the intergranular and transgranular toughness which is associated with the carbides formation, impurity segregation, and alloying additions, in 4140-Ni and 4140-Si steels. Charpy impact testing was performed in order to investigate the fracture mode as a function of test temperature.
In 4140-Si steel, the transgranular brittle fracture becomes a primary brittle fracture mode with decreasing test temperature since Si-addition decreases the low-temperature intrinsic toughness of matrix and hence the transgranular toughness. In 4140-Ni steels, however, the transgranular brittle fracture occurs at very low test temperature in the nearly absence of the grain boundary carbides since Ni-addition increases the low-temperature intrinsic matrix toughness and hence the transgranular toughness. In addition, the intergranular brittle fracture is a predominant fracture mode even at low test temperatures (in the presence of coarse grain boundary carbides) because Ni-addition increases the transgranular toughness and the formation of coarse grain boundary carbides decrease the integranular toughness. The different fracture behavior between these steels is attributed to the variation of intrinsic matrix toughness with alloying additions. Hence, the variation in intrinsic matrix toughness with alloying additions can play a fundamental role in controlling the fracture behavior for commercial alloy steels.
In 4140-Ni and 4140-Si steels, TME is the intergranular brittle type which is caused by the incorporated action of the carbides and impurities at the grain boundaries. In 4140 steel where Ni-addition increases the low-temperature intrinsic toughness of matrix, the degree of activation of the grain boundary carbides for the intergranular brittle fracture in an embrittled condition becomes very large even at -196?. In addition, the relatively high content of impurities can increase the severity of intergranular brittle fracture. In 4140-si steel, however, since Si-addition decreases the low-temperature intrinsic matrix toughness, the intergranular to transgranular brittle fracture transition with decreasing test temperature takes place, despite the presence of carbides and impurities of high content at the grain boundaries in an embrittled condition. At lower test temperatures, the degree of activation of intergranular brittle fracture becomes thus smaller in an embrittled condition, in comparison with that in 4140-Ni steel. Thus, the fracture behavior in TME can be controlled by the relative variation of the intergranular toughness(which is associated with the carbides and impurities at the grain boundaries) and the transgranular toughness (which is correlated fundamentally with the intrinsic matrix toughness with alloying additions).

목차 Contents

• 제 1 장 중탄소강의 파괴거동에 대한 합금원소첨가의 영향...12
• 1.1 서 론...12
• 1.2 실험방법...13
• 1.3 결 과...16
• 1.4 고 찰...26
• 1.5 결 론...28
• 참고문헌...29
• 제 2 장 중탄소강의 Tempered Martensite Embrittlement 에 대한 함금원소첨가의 영향...30
• 2.1 서론...30
• 2.2 실험방법...31
• 2.3 결과 및 고찰...31
• 2.4 결 론...43
• 참고문헌...44