초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 D, M 계열 냉간공구강의 합금조성을 기본으로 기계적 성질에 미치는 합금원소 효과에 대한 체계적인 분석을 시작으로 최종 2차년도에는 상용공구강과 비교해 각각, 50% 향상된 충격인성과 20% 향상된 내마모 특성을 겸비하는 고내마모성 공구소재를 개발하는 것을 최종 목표로 함. 이를 위해 1차년도는 주로 기계적성질 및 미세조직변화에 미치는 Ti 첨가에 대한 연구를 수행하였으며, 이러한 결과를 기초로 2차년도에는 탄화물 형성원소(Cr, W, V, Ti)의 함량 제어 뿐만 아니라 기지형성원소인 Ni

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 D, M 계열 냉간공구강의 합금조성을 기본으로 기계적 성질에 미치는 합금원소 효과에 대한 체계적인 분석을 시작으로 최종 2차년도에는 상용공구강과 비교해 각각, 50% 향상된 충격인성과 20% 향상된 내마모 특성을 겸비하는 고내마모성 공구소재를 개발하는 것을 최종 목표로 함. 이를 위해 1차년도는 주로 기계적성질 및 미세조직변화에 미치는 Ti 첨가에 대한 연구를 수행하였으며, 이러한 결과를 기초로 2차년도에는 탄화물 형성원소(Cr, W, V, Ti)의 함량 제어 뿐만 아니라 기지형성원소인 Ni을 추가적으로 첨가하여 개발소재의 기계적 성질을 극대화 할 수 있는 방안에 대한 연구를 실시함.

연구결과
1차년도 : D2, D7계열에 Ti을 첨가하였을 때 발생하는 기계적성질 및 미세구조변화에 대한 고찰을 실시하였으며, 관련 결과를 요약하면 다음과 같음:
- D2 합금에 Ti을 약 0.02wt.%첨가한 경우, 초기 오스테나이트 결정립크기가 효과적으로 미세화되었을 뿐만 아니라 1차입자 중 약 5μm이상의 조대한 탄화물의 조질을 통해 이차경화 석출물이 상대적으로 낮은 온도에서 석출되었으며, 그 결과 마모저항성이 약 20%이상 크게 향상되는 것으로 분석됨.
- D7 합금의 경우, 약 0.2, 0.5 wt.%Ti 첨가는 1차입자의 분포특성의 제어뿐만 아니라 MC 탄화물의 열화학적, 역학적 안정성을 증가시킴. 이러한 결과는 나노압입 시험 및 확장된 Griffith-Irwin 모델을 이용하여 설명하였음.
2차년도 : 1차년도의 연구결과를 기초로 최적 합금조성을 함유하는 4종류 합금을 제조하였으며, 관련 연구를 통해 도출된 가장 흥미로운 결과를 요약하면 다음과 같음:
- 상용 D2합금내 존재하는 조대한 공정탄화물인 M₇C₃을 M₇C₃+MC 복합 탄화물로 대체하는데 성공하였으며, 그 결과 과시효시에도 기계적성질 열화를 지연시켰을 뿐만 아니라 시효 전구간에 걸쳐 인성의 뚜렷한 저하없이 약 2배이상 향상된 마모저항성을 나타냄.

연구결과의 활용계획
일반적으로 short-peening 산업에 있어서, blade 소재는 고속의 금속 및 비금속 입자의 충돌과 같은 매우 열악한 환경에서 사용되기 때문에 매우 우수한 내마모 특성이 요구된다. 따라서 본 연구에서 개발된 소재와 같이 충격인성 및 경도의 큰 저하없이 최대 2배 이상의 마모저항성을 가지는 경우, 기존에 사용되던 D, M계열 고속도 공구강을 완벽히 대체할 수 있을 것으로 기대되며, 특히 본 연구를 통해 도출된 합금 및 공정설계 아이디어는 냉간 공구금형 뿐만 아니라 국방 및 우주항공 산업에 사용되는 다양한 첨단구조재료 소재의 특성을 효과적으로 업그레이드 할 수 있기 때문에 활용 범위가 매우 크다 하겠다.

(출처 : 한글요약문 5p)

Abstract ▼

Purpose& contents
The 1^st goal of this study was to analyze the effects of alloying elements on mechanical properties of commercial D and M grade cold-worked tool steels. Based on the alloying effects, final goal was to develop a material having 50% and 20% higher values in toughness a

Purpose& contents
The 1^st goal of this study was to analyze the effects of alloying elements on mechanical properties of commercial D and M grade cold-worked tool steels. Based on the alloying effects, final goal was to develop a material having 50% and 20% higher values in toughness and wear-resistance, respectively. For the achievement of the final goal, we performed a systematic study for analyzing the influences of adding carbide-forming elements (Cr, W, V, Ti) as well as a matrix forming element (Ni) on carbide modifications including particle size, distribution, volume fraction, and composition.

Result
1^st year : in D2 and D7 grade commercial steels, the effects of Ti addition on mechanical and microstructural variations can be determined as follows:
- For the case of a 0.02 wt.%Ti-containing D2 steel, 1) prior-austenite grains (PAGs) were effectively refined, compared to the steel without Ti. Also, the mean size of coarse carbide (~5μm) was reduced. As the carbide modification enable the secondary carbides to be formed at more rapid aging time, Ti-containing D2 steel indicated 20% higher wear-resistance, compared to that of a commercial D2 steel.

- In addition, we confirmed that in D7 grade tool steel, the addition of 0.2 and 0.5 wt.% Ti not only change the particle distribution of primary carbides, but also increase thermal, chemical, and mechanical stability of MC-type carbide. As the increase in wear-resistance and toughness of Ti-containing D7 steel is attributed by the carbide modification, we determined the effects of Ti addition on mechanical properties using a modified Griffth-Irwin model, coupled with nano-indentation experiments.

2^nd year: Based on the result of 1^st year study, 4 types of alloy steels with optimized compositions were produced and a most important result can be summarized as follows:
- Coarse eutectic(or primary) carbides were effectively refined from M₇C₃ to M₇C₃ plus MC, and these carbide modification lead an increase in wear-resistance (which was two time higher than those of comparison alloys) without a significant toughness throughout the entire range of aging.

Expected Contribution
In shot peening industry, the blade material used under severe working condition require super high wear–resistance. Therefore the developed alloy steel with high wear-resistance as well as enhanced hardness and impact toughness can widely be used, as replacing D and M grade high speed tool steels used previously. Also, the idea for carbide modification using carbide-forming and/or matrix elements can effectively be used to upgrade material properties of cold-worked tool dies as well as various advanced structural materials in aerospace and military.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 3연구계획 요약문 ... 4연구결과 요약문 ... 5 한글요약문 ... 5 SUMMARY ... 6연구내용 및 결과 ... 7 1. 연구개발과제의 개요 ... 7 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 41 5. 연구결과의 활용계획 ... 42 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 42 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 43 8. 참고문헌 ... 43 9. 연구성과 ... 44 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 45 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 46 12. 기타사항 ... 47별첨1 ... 48별첨2 ... 54끝페이지 ... 59