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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 예병준
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 경북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
이 논문의 연구 히스토리 (2)
2015
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1. 서론
지난 이십여년 동안 ADI (Austempered Ductile Cast Iron)에 대한 관심과 연구가 많은 연구자들에 의해 활발히 이루어져 왔다. 이러한 ADI는 지금까지 기계나 차량 등의 부품제조에 주로 사용하고 있는 주강(cast iron)이나 단조강(forged steel)에 필적하거나 그 이상의 기계적 성질을 가지는 우수한 특성의 소재로 이미 자동차 부품으로 상용화를 하고 있는 실정이며, 현재 우리나라에서도 자동차 부품으로 상용화가 이루어져 있다.
오스템퍼드 고탄소 고규소 강은 이런 ADI의 미세조직에서 구상흑연을 제거하고 페라이트와 잔류 오스테나이트로만 구성되도록 만든 것이다. 이것은 ADI에 비해 더 우수한 인장강도(1400~2200Mpa)를 갖고, 주철에서 얻을 수 없는 높은 연신율(10~25%)을 가지며 제조 시, 원가절감 효과가 크므로 이에 대한 관심이 점차 고조되고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 고탄소 고규소강에서 탄소 함량과 오스템퍼링 온도에 따른 미세조직과 기계적 성질의 변화를 측정하는 것이다.
2. 실험방법
시편의 탄소 함량은 0.7, 1.0, 1.3wt%로 하였고 Si 함량은 2.0wt%로 고정하였다. 탄소 함량에 따라 850, 925, 1020℃에서 각각 75, 34, 29분 동안 오스테나이타이징(Austenitizing)을 실시하고, 260℃, 320℃, 380℃의 염욕에서 3, 10, 30, 100, 300분까지 시간별로 오스템퍼링(Austempering)을 한 후, 로 밖에서 공랭하였다. 그 후 광학 현미경으로 미세조직을 관찰하였으며, 로크웰 경도기로 경도를 측정하고 XRD로 잔류오스테나이트 양을 측정하였다. 그리고 열처리에 의한 경도 증가로 인해 가공이 어렵기 때문에, ASTM E8M 규격에 따라 인장시편을 제작하여 각 열처리 조건에 따라 열처리를 실시하여 인장시험을 진행하였다.
3. 결과 및 고찰
오스템퍼링 시간이 짧을 경우에는 오스페라이트(Ausferrite) 변태 초기 시점이므로 잔류 오스테나이트가 거의 관찰되지 않는다. 그러나 오스템퍼링 시간이 길어질수록 오스페라이트의 양이 늘어나지만, 임계 시간을 지나면 탄화물이 석출되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 탄소함량이 적고 오스템퍼링 온도가 높을수록 잔류 오스테나이트가 빨리 분해되는 모습을 보였다. 380℃에서는 0.7wt%C와 1.0wt%C에서는 반응이 3분 이전에 종료되어 잔류오스테나이트 조직이 카바이드(Carbide)로 분해되고 있는 것을 관찰할 수 있었다. 최대 인장강도는 오스템퍼링 온도가 높을수록 감소하였으며, 연신율은 반대로 오스템퍼링 온도가 높을수록 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 미세조직의 경우, 시간이 지남에 따라 0.7wt%C는 변화가 거의 없었으며, 1.0wt%C는 오스페라이트가 증가하다가 30분 이후부터 변화가 없음을 확인하였다. 1.3wt%C는 1.0wt%C와 유사한 경향을 보였으나 오스페라이트 조직이 조대해짐을 관찰할 수 있었다.
지난 이십여년 동안 ADI (Austempered Ductile Cast Iron)에 대한 관심과 연구가 많은 연구자들에 의해 활발히 이루어져 왔다. 이러한 ADI는 지금까지 기계나 차량 등의 부품제조에 주로 사용하고 있는 주강(cast iron)이나 단조강(forged steel)에 필적하거나 그 이상의 기계적 성질을 가지는 우수한 특성의 소재로 이미 자동차 부품으로 상용화를 하고 있는 실정이며, 현재 우리나라에서도 자동차 부품으로 상용화가 이루어져 있다.
오스템퍼드 고탄소 고규소 강은 이런 ADI의 미세조직에서 구상흑연을 제거하고 페라이트와 잔류 오스테나이트로만 구성되도록 만든 것이다. 이것은 ADI에 비해 더 우수한 인장강도(1400~2200Mpa)를 갖고, 주철에서 얻을 수 없는 높은 연신율(10~25%)을 가지며 제조 시, 원가절감 효과가 크므로 이에 대한 관심이 점차 고조되고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 고탄소 고규소강에서 탄소 함량과 오스템퍼링 온도에 따른 미세조직과 기계적 성질의 변화를 측정하는 것이다.
2. 실험방법
시편의 탄소 함량은 0.7, 1.0, 1.3wt%로 하였고 Si 함량은 2.0wt%로 고정하였다. 탄소 함량에 따라 850, 925, 1020℃에서 각각 75, 34, 29분 동안 오스테나이타이징(Austenitizing)을 실시하고, 260℃, 320℃, 380℃의 염욕에서 3, 10, 30, 100, 300분까지 시간별로 오스템퍼링(Austempering)을 한 후, 로 밖에서 공랭하였다. 그 후 광학 현미경으로 미세조직을 관찰하였으며, 로크웰 경도기로 경도를 측정하고 XRD로 잔류오스테나이트 양을 측정하였다. 그리고 열처리에 의한 경도 증가로 인해 가공이 어렵기 때문에, ASTM E8M 규격에 따라 인장시편을 제작하여 각 열처리 조건에 따라 열처리를 실시하여 인장시험을 진행하였다.
3. 결과 및 고찰
오스템퍼링 시간이 짧을 경우에는 오스페라이트(Ausferrite) 변태 초기 시점이므로 잔류 오스테나이트가 거의 관찰되지 않는다. 그러나 오스템퍼링 시간이 길어질수록 오스페라이트의 양이 늘어나지만, 임계 시간을 지나면 탄화물이 석출되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 탄소함량이 적고 오스템퍼링 온도가 높을수록 잔류 오스테나이트가 빨리 분해되는 모습을 보였다. 380℃에서는 0.7wt%C와 1.0wt%C에서는 반응이 3분 이전에 종료되어 잔류오스테나이트 조직이 카바이드(Carbide)로 분해되고 있는 것을 관찰할 수 있었다. 최대 인장강도는 오스템퍼링 온도가 높을수록 감소하였으며, 연신율은 반대로 오스템퍼링 온도가 높을수록 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 미세조직의 경우, 시간이 지남에 따라 0.7wt%C는 변화가 거의 없었으며, 1.0wt%C는 오스페라이트가 증가하다가 30분 이후부터 변화가 없음을 확인하였다. 1.3wt%C는 1.0wt%C와 유사한 경향을 보였으나 오스페라이트 조직이 조대해짐을 관찰할 수 있었다.
목차
Ⅰ. 서 론 ………………………………………………………………………1Ⅱ. 이론적 배경 ………………………………………………………………31. 오스템퍼링 열처리와 미세조직 ………………………………………31.1.오스테나이타이징 ……………………………………………………41.2. 퀜 칭 ………………………………………………………………61.3. 오스템퍼링 …………………………………………………………81.4. 미세조직 ……………………………………………………………132. 합금원소의 영향 …………………………………………………………172.1. Si의 영향 …………………………………………………………162.2. Mn의 영향 …………………………………………………………18Ⅲ. 실험방법 ……………………………………………………………………201. 시편제작 및 열처리 ……………………………………………………211.1. 용해, 주조 및 압연 ………………………………………………211.2. 시편제작 ……………………………………………………………221.3. 열처리 ……………………………………………………………232. 미세조직학적 특성 분석 ………………………………………………272.1. 광학현미경 조직 관찰 ………………………………………………272.2. 잔류 오스테나이트 분율 및 탄소농도 측정 ………………273. 기계적 특성 분석 ………………………………………………………283.1. 인장 시험 ……………………………………………………………283.2. 경도 시험 ………………………………………………………………28Ⅳ. 결과 및 고찰 …………………………………………………………………291. 미세조직 …………………………………………………………………291.1. 주방 상태의 미세조직 …………………………………………………291.2. 열처리 후 미세조직 변화 ……………………………………………312. 오스템퍼링 시간에 따른 t1의 변화 ………………………………………413. 오스템퍼링 시간에 따른 t2의 변화 ………………………………………433.1. t2의 변화 ………………………………………………………………434. 잔류 오스테나이트 내의 탄소농도…………………………………………455. 기계적 특성의 변화 ………………………………………………………475.1. 인장강도의 변화 ………………………………………………………475.2 연신율의 변화 …………………………………………………………495.3 강도x연성 밸런스 ………………………………………………………49Ⅴ. 결 론 …………………………………………………………………………52참고문헌 …………………………………………………………………………53영문초록 …………………………………………………………………………55
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