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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 조원승
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수10
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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본 연구에서는 스틸의 탄소함량에 따른 질화층의 성장과 확산깊이의 영향에 대한 연구를 진행하기 위하여 탄소함량 0.15 w% 이하의 냉간압연 강판소재인 AISI 1012 소재와 0.45 w% AISI 1045 소재를 질소가스와 암모니아가스를 일정 비율로 로내에 주입하고 질화 온도는 490℃와 520℃온도로 변수로 정하여 질화공정을 진행하였다. 공정시간 조건은 1시간, 3시간, 10시간 공정을 진행하여, 온도 및 시간에 따라 경화 깊이와 화합물층 두께를 관찰하였다. 가스 분위기는 같은 가스 비율로 질화 공정을 진행하여 동일한 질소 분위기에서 열처리를 진행하였다. 질화 열처리 후 표면경도와 단면경도를 측정하여 경화깊이를 측정화였고, 광학현미경을 통하여 모재조직과 표면, 화합물층을 관찰하였다. 또한 공초점 레이져현미경과 EBSD 분석을 통하여 화합물층의 γ′(Fe4N) 상과 ε(Fe2-3N) 상분율을 확인하였다. 또한 열역학 계산을 통하여 탄소 함량에 따른 Lehrer Diagram을 통하여 질화공정에서 형성되는 화합물의 성장 및 γ′(Fe4N) 상과 ε(Fe2-3N)의 분율을 예측하였다.
실험 결과 화합물층 두께는 공정온도와 공정시간이 증가함에 따라 AISI 1012와 AISI 1045 소재 모두 화합물층이 증가하였다. 또한 유효경화 깊이를 측적한 결과 AISI 1012 소재는 확산층의 경도 증가 폭이 작은 것으로 보아 표면경도, 즉 화합물층에 의한 표면경화가 이루어 진 것을 확인하였고, AISI 1045 소재는 490℃ 공정에서는 유효경화깊이가 크게 증가하지 않았다. 하지만 520℃ 질화공정에서는 10시간 공정에서 급격하게 증가하는 것을 확인하였다. 질화 공정온도가 증가함에 따라 암모니아(NH3) 가스의 분해율이 높아지고, 온도에 의한 확산 속도 및 표면반응성이 높아짐으로써 확산층과 질화층의 두께가 증가하였다. 화합물층의 상 분석결과 공정온도가 증가하면서 탄소 함량이 0.12 w%인 AISI 1012 소재는 탄소함량이 0.45 w%인 AISI 1045 소재보다 ε상 분율이 높게 나타났으며 490℃에서 10시간 질화한 AISI 1012 소재의 경우ε상과 γ′의 상 분율은 2:1 정도의 상 분율이 나타났다. 그리고 AISI 1045 소재는 ε상과 γ′ 1:4 정도의 상 분율이 측정되어 ε상의 분율이 탄소 함량이 많은 소재에서 감소하는 것을 알 수 있다. 520℃ 10시간 질화한 AISI 1012 소재의 경우에서는 ε상과 γ′의 상 분율은 1:2로 측정되었고, AISI 1045 소재의 경우 ε상과 γ′의 상 분율은 1:9로 대부분 γ′상으로 화합물층이 성장한 것을 확인 하였다.
질화 화합물 형성기구에 대해서는 CALPHAD기법을 사용하여 열역학 계산을 통하여 탄소 함량에 따른 Lehrer Diagram을 얻을 수 있었고 질화공정에서 형성되는 화합물층의 예측값과 실험값를 비교분석하였다. AISI 1012와 AISI 1045 소재의 경우 순수한 Fe와는 다른 Lehrer Diagram을 가지고 있었고, 탄소가 첨가된 일반적으로 사용하는 강은 질화 공정에서 ε상과 γ′두 개의 상이 동시에 성장하며 질화가 이루어진다는 것을 확인 할 수 있었다.
실험 결과 화합물층 두께는 공정온도와 공정시간이 증가함에 따라 AISI 1012와 AISI 1045 소재 모두 화합물층이 증가하였다. 또한 유효경화 깊이를 측적한 결과 AISI 1012 소재는 확산층의 경도 증가 폭이 작은 것으로 보아 표면경도, 즉 화합물층에 의한 표면경화가 이루어 진 것을 확인하였고, AISI 1045 소재는 490℃ 공정에서는 유효경화깊이가 크게 증가하지 않았다. 하지만 520℃ 질화공정에서는 10시간 공정에서 급격하게 증가하는 것을 확인하였다. 질화 공정온도가 증가함에 따라 암모니아(NH3) 가스의 분해율이 높아지고, 온도에 의한 확산 속도 및 표면반응성이 높아짐으로써 확산층과 질화층의 두께가 증가하였다. 화합물층의 상 분석결과 공정온도가 증가하면서 탄소 함량이 0.12 w%인 AISI 1012 소재는 탄소함량이 0.45 w%인 AISI 1045 소재보다 ε상 분율이 높게 나타났으며 490℃에서 10시간 질화한 AISI 1012 소재의 경우ε상과 γ′의 상 분율은 2:1 정도의 상 분율이 나타났다. 그리고 AISI 1045 소재는 ε상과 γ′ 1:4 정도의 상 분율이 측정되어 ε상의 분율이 탄소 함량이 많은 소재에서 감소하는 것을 알 수 있다. 520℃ 10시간 질화한 AISI 1012 소재의 경우에서는 ε상과 γ′의 상 분율은 1:2로 측정되었고, AISI 1045 소재의 경우 ε상과 γ′의 상 분율은 1:9로 대부분 γ′상으로 화합물층이 성장한 것을 확인 하였다.
질화 화합물 형성기구에 대해서는 CALPHAD기법을 사용하여 열역학 계산을 통하여 탄소 함량에 따른 Lehrer Diagram을 얻을 수 있었고 질화공정에서 형성되는 화합물층의 예측값과 실험값를 비교분석하였다. AISI 1012와 AISI 1045 소재의 경우 순수한 Fe와는 다른 Lehrer Diagram을 가지고 있었고, 탄소가 첨가된 일반적으로 사용하는 강은 질화 공정에서 ε상과 γ′두 개의 상이 동시에 성장하며 질화가 이루어진다는 것을 확인 할 수 있었다.
목차
그림 목차????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????vi표 목차??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????viii국문 요약???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????ix제1장 서론??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1제2장 이론적 배경?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32.1. 표면 강화 열처리?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32.2. 질화 열처리???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32.3. 가스 질화????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.4. 질소 포텐셜(Kn) 제어 질화????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????92-5. 질화층 형성에 영향을 주는 합금 원소?????????????????????????????????????????????????????????????????132-6. 열역학적 계산을 통한 질화층 성장 거동?????????????????????????????????????????????????????????????????14제3장 실험 방법???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????153.1. 시험편 준비???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????153.2. 질화 열처리???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????173.3. 경도 측정???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????193.4. 조직 관찰 및 상분석?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????203.5. 열역학적 시뮬레이션?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????20제4장 실험 결과 및 고찰?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????214.1. 경도 분석???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????214.2. 조직 분석???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????244.3. 화합물층 상 분석???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????364.4. 열역학적 시뮬레이션을 통한 고찰????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????39제5장 결론??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????45참고 문헌???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????47부록??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????47
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