optimization of microstructure and properties of high
TRANSCRIPT
www.randb.co.kr, [email protected]
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
Sangwoo CHOI Master of Science in Materials Science and Engineering Korea Advanced Institute of Science and Technology, Korea R&B Inc. ํธ์ง์ ์ฃผ
โช ๋ณธ ํ๊ธ ๋ณธ์ R&B Inc. ๋ด๋ถ์ฌ๋ฃ๋ก ์ผ๋ถ ์ฉ์ด๋ ํ์ค์ฉ์ด๊ฐ ์๋ ์ ์๊ณ ํด์์ด ์์์ ์ผ ์ ์์์ ๊ณ ์งํฉ๋๋ค
โช ์ ๋ฌธ์ฉ์ด๋ ์ดํด๊ฐ ์ฌ์ด ๊ฒฝ์ฐ ์๋ ์์ด๋จ์ด ์ฌ์ฉ์ ์์น์ผ๋ก ํฉ๋๋ค.
โช ์ผ๋ถ ํ์ฌ๊ฐ ์์ ๋ค์ ์ฌ๋ฃ์ฒ๋ผ ๊ฐ๊ณตํ์ฌ ์ฌ์ฉํ๋ ๊ฒฝ์ฐ๊ฐ ์์ด ์๋์ ๊ฐ์ด ๋ฒ์ ์ฑ ์์ ๋ฐํ๋ก๋๋ค.
โช ๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc. ์ง์ ์ฌ์ฐ๊ถ์ผ๋ก ๋ฌด๋จ์ฌ์ฉ ์ ๋ฏผ/ํ์ฌ์์ ์ฑ ์์ด ๋ฐ๋ฅผ ์ ์์ต๋๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 2/111
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel Keywords: Alloy design, Quenching and Tempering, Spring steel, Ultra high strength, Reduction of area, Precipitation behavior, Step Tempering, Dilatation, Modeling, Decarburization, Oxidation Contents 1 Introduction 1.1 Review of spring steel evolution (and justification of the research in an economic context) 1.2 Metallurgical background of spring steel 1.2.1 Effect of chemical composition on the Tempering property 1.2.1.1 Microstructural change of plain carbon steel during Tempering 1.2.1.2 Effect of Si in Spring steel 1.2.1.3 Effect of V and Nb in spring steel 1.2.2 Sag resistance 1.2.3 Fatigue 1.3 Development of suspension coil spring steel 1.3.1 1800MPa grade steel: SAE9254 1.3.2 Steel grades higher than 2000MPa 1.4 Processing of Suspension coil spring 1.4.1 Manufacturing Process of wire rods 1.4.2 Manufacturing Process of suspension coil spring 1.5 Need for developing a new suspension coil spring steel 1.6 Aim of the research 2 Modeling transformation kinetics from the Dilatation curves during cooling 2.1 Combining thermochemical database with Dilatation cooling kinetics 2.1.1 Physical and mathematical Model 2.1.1.1 Length change of a sample during cooling 2.1.1.2 Relative length change due to the Proeutectoid Ferrite transformation 2.1.1.3 Relative length change due to the Pearlite transformation 2.1.2 Algorithm 2.2 Unit volume and lattice parameter of phases 2.3 Experiments 2.3.1 Experiments for the Dilatation analysis during cooling 2.3.2 Microstructural investigations 2.4 Results and discussion 2.5 Conclusion 3 Modeling transformation kinetics from the Dilatation curves during heating 3.1 Physical and mathematical Model 3.1.1 Classical Model 3.1.1.1 Mathematical Model 3.1.1.2 Relative length change due to the Reaustenitization transformation from Ferrite + Cementite 3.1.1.3 Relative length change due to the Reaustenitization transformation from Ferrite 3.1.1.4 Algorithm 3.1.2 New Model 3.1.2.1 Mathematical Model 3.1.2.2 Relative length change due to the Reaustenitization transformation from Ferrite + Cementite 39 3.1.2.3 Algorithm 3.2 Unit volume and lattice parameter of phases 3.3 Experiments 3.4 Results and discussion 3.5 Conclusion 4 Development of new spring steels with optimized strength/ductility combinations 4.1 Design concept of new alloys 4.2 Experimental methods 4.2.1 Materials and Processing conditions 4.2.2 Mechanical tests 4.2.3 Metallographic tests 4.3 Results and Discussions 4.3.1 Mechanical properties
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 3/111
4.3.2 Microstructure of as-rolled state 4.3.3 Microstructure of oil quenching and Tempering state 4.3.4 Microstructure of S1 and S3 steels with austenitization temperature and temepring temperature 4.4 Conclusion 5 Microstructure studies to determine strengthening mechanisms 65 5.1 Introduction 5.1.1 Microstructural change during Tempering 5.1.2 Strengthening mechanism of tempered MARTENSITE of alloy steels 5.1.2.1 Solid solution strengthening 5.1.2.2 Dislocation strengthening 5.1.2.3 Grain refining 5.1.2.4 Precipitation strengthening 5.1.3 Changes of strength and reduction of area for the proposed steels 5.2 Experimental methods 5.2.1 Optical and SEM metallography 5.2.2 TEM metallography 5.3 Results 5.3.1 Change of mechanical properties due to incomplete austenitization 5.3.2 Precipitation behavior 5.3.2.1 V4C3 precipitation 5.3.2.2 Fe3C precipitation 5.3.2.3 Fe2.4C precipitation 5.3.3 Effects of Austenite grain size and Lath size 5.4 Discussions 5.4.1 Incomplete austenitization at 830ยฐC 5.4.2 Inter-Particle distance of precipitates 5.4.3 Transition from epsilon carbide to Cementite during Tempering 5.4.4 Grain refinement 5.4.5 Analysis of strengthening mechanism 5.4.6 Analysis of softening mechanism (Reduction of area) 5.5 Conclusions 6 Embrittlement due to Fe23(C, B)6 precipitates 6.1 Introduction 6.1.1 Embrittlement during Tempering 6.1.2 Tempered martensite embrittlement 6.1.3 Temper embrittlement 6.2 Experimental methods 6.2.1 SEM metallography 6.2.2 TEM metallography 6.2.3 Atom probe analysis 6.3 Results 106 6.3.1 Effect of Fe23(C, B)6 carbide on Intergranular fracture 6.3.2 Fe23(C, B)6 precipitation 6.4 Discussion 6.5 Conclusion 7 Effect of Step Tempering on strength and reduction of area of spring steel 7.1 Introduction 7.1.1 Strengthening and softening mechanism. 7.1.2 Step Tempering 7.2 Experimental methods 7.2.1 Specimen preparation and heat treatment 7.2.2 Mechanical and Fatigue tests 7.2.3 SEM and TEM metallography 7.3 Results and Discussions 7.3.1 Mechanical property 7.3.2 Microstructure 7.3.3 Precipitation behavior 7.3.4 Analysis of strengthening mechanism in step Tempering 7.4 Conclusion 8 Prediction of decarburized Ferrite depth of spring steel with simultaneous oxidation during isothermal and
non-isothermal heat treatment
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 4/111
8.1 Introduction 8.2 Mechanism of decarburization and oxidation 8.2.1 Oxidation 8.2.2 Decarburization 8.3 Mathematical Model 8.3.1 Oxidation Model 8.3.2 Decarburization-oxidation Model 8.3.2.1 Model for isothermal heat treatments 8.3.2.2 Model for non-isothermal heat treatments 8.4 Experimental methods 8.4.1 Specimen preparation 8.4.2 Analysis of scale growth by TGA 8.4.3 Analysis of decarburization by Dilatometer simulator 8.4.4 Optical and SEM metallography 8.5 Results and Discussion 8.5.1 Scale growth 8.5.2 Decarburization behavior in isothermal heating 8.5.3 Decarburization behavior in non-isothermal heat treatment 8.6 Conclusions Summary
์์ฝ
Bibliography List of Publications
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 5/111
Introduction
1.1 Spring ๊ฐ ๋ฐ๋ฌ์ ์ฌ๊ฒํ (๊ฒฝ์ ์ ๋ฉด์์ ์ฐ๊ตฌ์ ์ ๋นํ)
์ง๋ 30๋ ๋์, ์๋์ฐจ ์ ๊ณ์ ์ค๋ ๋ฐ ๋น์ฉ ์ ๊ฐ ์๊ตฌ๋ฅผ ์ถฉ์กฑ์ํค๊ธฐ ์ํ ๊ณ ์ฑ๋ฅ Spring ๊ฐ์ฌ์ ๊ฐ๋ฐ์
์๋นํ ๋ ธ๋ ฅ์ด ์งํ. ์ค๋๊ฐ์๋ ์ฐ๋ฃ์๋น๋ฅผ ์ค์ด๊ธฐ ์ํด ์ค์ํ๋ฉฐ, ์ด๋ Suspension ์ฝ์ผ Spring์ ์ค๊ณ
๊ฐ๋๋ฅผ ํฅ์์ํด์ผ๋ก์จ ๋ถ๋ถ์ ์ผ๋ก ๋ฌ์ฑํ์์ผ๋ ๊ฐ๋์ฆ๊ฐ๋ ์ฑํ ๋ฐ ํผ๋ก ๊ฐ์ ๋ค๋ฅธ Spring ํน์ฑ์ ์ ํ
์์ผ์๋ ์๋๋ค. ํฌ์ค์ฝ๋ ์คํผ๋ง ์ฉ ๊ฐ ํน์ฑ์ ๊ฐ์ ํ๊ธฐ ์ํด ๊ณ ๊ฐ๋, ์ฐ์ํ Sag ์ ํญ์ฑ, ์ฑํ์ฑ์ ๊ฐ์ถ
Spring์ฉ ํฉ๊ธ์ ์ง์์ ์ผ๋ก ๊ฐ๋ฐ.
ํ์ฌ ์ํฉ์ ๋ฐํ์ผ๋ก 2350 MPa ๊ธ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ฅผ ๊ฐ๋ Suspension Spring ๊ฐ ๊ฐ๋ฐ์ด ํ์.
Bainite ๋ฐ MARTENSITE ๊ณ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ ์ํ๋ ๊ฐ๋๋ก ๊ฐ๋๋ฅผ ๋์ผ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ธฐ๋๋๋ฉฐ ๋ชฉํ ๊ธฐ๊ณ์
์ฑ์ง ๋ฌ์ฑ์ ์ํด์๋ ๋ ๊ฐ์ง ์ธก๋ฉด์ด ํ์์ .
(1) ์๋ก์ด ๋น์ฉ ํจ์จ์ ์ธ ํฉ๊ธ์์๋ฅผ ํตํฉํ์ฌ ํฉ๊ธ ์กฐ์ฑ์ ์ ์ด
(2) ์ํ๋ ๋ค์ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ์ต์ ํํ๊ธฐ ์ํด ์ ์ ํ ์ด์ฒ๋ฆฌ ๊ฒฝ๋ก ํ๋ฆฝ.
1.2 Spring ๊ฐ์ ์ผ๊ธํ์ ๋ฐฐ๊ฒฝ
1.2.1 ํํ์กฐ์ฑ์ด Tempering ํน์ฑ์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ
Spring ๊ฐ์์ ๊ณ ๊ฐ๋ ๋ฐ ๋์ Sag ์ ํญ์ ์ป๊ธฐ ์ํด Si, Cr, V ๋ฐ Nb์ ๊ฐ์ ํฉ๊ธ์์๋ฅผ ์ฒจ๊ฐ๋์ด ๋ณต์กํ
๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ์ ์ด๋ฅผ ์ผ์ผํจ๋ค. Spring ๊ฐ Tempering ๋์ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ ๊ฑฐ๋์ ์ดํดํ๊ธฐ ์ํด ๋ณดํต ํ์๊ฐ์
Tempering์ด ์ฒซ ๋ฒ์งธ๋ก ์ฐ๊ตฌ๋๋ค. ๋ณธ ์ ์์๋ Tempering ๊ฑฐ๋์ ๋ํ Si, V ๋ฐ Nb์ ์ํฅ์ ๋ํด ์ค๋ช .
1.2.1.1 Tempering ์ค ์ผ๋ฐ ํ์๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ณํ
0.2% ์ด์์ ํ์๋ฅผ ๊ฐ๋ ํ์๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ, Tempering ๋์์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ณํ๊ฐ ์์ธํ๊ฒ ์กฐ์ฌ๋์๋ค.
Tempering ๋์ MARTENSITE ๊ณ ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง ๋ณํ๋ 4๊ฐ์ง ์จ๋ ์์ญ์์ ๋ฐ์[1-3]:
100 ~ 250โ ์ฌ์ด์์ ํ์๋ Dislocation ๋ฐ Lath ๊ฒฝ๊ณ๋ก ์ด๋ํ์ฌ ์ ์ด Carbide๋ฅผ ํ์ฑ. Jack ๋ฑ์ Fe-0.7% C
๊ฐ์ Tempering ๋์ ์ฝ 150โ์์ ๊ธฐ์ง์์ ์์ง์ฑ์ ๊ฐ๋ Intergranular ๊ฒฝ๊ณ์์ ํ์ฑ๋๋ ฮต- Carbide๊ฐ
MARTENSITE์ ์ํด ์ ๋๋ ๊ธฐ์ง์ Dislocation์์ ์ด๋ค Carbide๊ฐ ํ์ฑ๋จ์ ๋ณด์ฌ ์ฃผ์๋ค.
200 ~ 300โ ์ฌ์ด์์ ์๋ฅ Austenite๋ Bainite, Ferrite ๋ฐ Carbide๋ก ๋ณํ๋๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์์ ์๋ฅ
Austenite๋ฅผ ์ง์ ๊ด์ธกํ๋ ๊ฒ์ ํนํ ๋ฎ์ ๋๋๋ก ์กด์ฌํ๋ ๊ฒฝ์ฐ์๋ ์ด๋ ต๋ค. 0.5% C ์ดํ์ MARTENSITE
์ผ๋ฐ ํ์๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ, ์๋ฅ Austenite๋ ์ฝ 2%์ด๋ฉฐ, ์ด๋ 0.8% ๋ฐ 1.25% C์์ ์ฝ 6% ๋ฐ 30%๋ก ์ฆ๊ฐ.
200 ~ 300โ์ ๋ฒ์์์ ์๋ฅ Austenite๊ฐ Ferrite์ Cementite๋ก ๋ถํด๋์ง๋ง ๋ถํด๋ ์๊ณผ ํ๋ถ Bainite์
์์ธํ ๋น๊ต๋ ์์ง ์ด๋ฃจ์ด์ง์ง ์์๋ค.
250 ~ 350โ์์ ์ ์จ์์ ํ์ฑ๋๋ ์์ Ferrite์ Cementite๋ก ๋ณํ๋ค. Speich๋ ์ค์ค์๋ ์์ฑ์
Mechanism์ ์ํด ์ฝ 400โ์์ Carbide์ ๊ฐ์ ๋ง๋๊ฐ ๊ตฌํ Cementite๋ก ๋ณํ๋๋ค๊ณ ๋ณด๊ณ ํ๋ค.
๊ณ ํ์ MARTENSITE์์ Cementite๋ ฮต- Carbide์ ๊ธฐ์ง์ ๊ฒฝ๊ณ์์ ์ฝ๊ฒ ์์ฑ๋๋ฉฐ, ๊ณผ๋์ ์ธ Carbide๋
Cementite particle์ด ํ์ฑ๋๋ ๋์ ์ ์ง์ ์ผ๋ก ์ฉํด๋๋ค. Carbide ํต ์์ฑ์ ์์ ๊ฒฝ๊ณ์์๋ ์ผ์ด๋๋ค.
Cementite์ ํต ์์ฑ์ ์ํ ๋ ๋ค๋ฅธ ์ฌ์ดํธ๋ Grain boundary ์์ญ, MARTENSITE์ ์ค๊ฐ Lath ๊ฒฝ๊ณ ๋ฐ
์๋์ Austenite grain boundary์ด๋ค.
Cementite๋ ๋ฐ๊ฒฌํ๊ธฐ ์ด๋ ต์ง๋ง ์ ์ฐจ์ ์ผ๋ก ๊ตฌํํ๋์ด Grain boundary์์ญ์์ ์ ์ ์๋ Fe3C Grain์
๋ฐ์์ํค๋ ๋งค์ฐ ์์ ํ๋ฆ์ผ๋ก ํ์ฑ๋๋ฉฐ ์ด Grain boundary Cementite film์ด ์ฐ์ฑ์ ์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น ์ ์๋ค๋
์ฆ๊ฑฐ๊ฐ ์์ผ๋ ์ด๋ค์ ํฉ๊ธ์์๋ฅผ ์ฒจ๊ฐํจ์ผ๋ก์จ ๋ณํ๊ฐ๋ฅ[3]
350โ๋ณด๋ค ๋์ ์จ๋์์, Cementite๋ ์กฐ๋ํ ๊ณต์ ์ ๊ฑฐ์น๋ฉฐ ๋ณธ์ง์ ์ผ๋ก ๊ฒฐ์ ํ์ ํํ๋ฅผ ์์ด ๊ตฌํํ๋๋ค.
์กฐ๋ํ๋ ์ฝ 350โ์์ ์์๋๋ฉฐ, ๊ตฌํํ๋ 700โ๊น์ง ์ ์ฐจ ์ฆ๊ฐํ๋ค. ์ด ์จ๋ ๋ฒ์์ ๊ฐ์ฅ ๋์ ์จ๋์์
MARTENSITE Lath ๊ฒฝ๊ณ๋ ์ฌ๊ฒฐ์ ์ผ๋ก ์ค๋ช ๋๋ ๊ณต์ ์ ์ํด ๋ ๋ง์ ๋ฑ์ถ Ferrite Grain boundary๋ก ๋์ฒด๋๋ค.
์ต์ข ๊ฒฐ๊ณผ๋ Fe3C์ ๊ฑฐ์น ๊ตฌํํ๋ Grain์ด ์๋ Ferrite Grain์ ๋ฑ์ถ ๋ฐฐ์ด์ด๋ค. Cementite ์์ถ๋ฌผ์ ๋ฐ๋๊ฐ
๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ Ferrite ๊ฒฝ๊ณ๊ฐ ๊ณ ์ ๋์ด Grain ์ฑ์ฅ์ด ์ต์ ๋๋ค. ๊ตฌ์ํ๋ Cementite ๋ฐ Ferrite Grain ํฌ๊ธฐ๋
์จ๋์ ๋ฐ๋ผ ์ฆ๊ฐํ๋ค. ์ต์ข ๊ณต์ ์ Fe3C paticle์ ์ง์์ ์ธ ์กฐ๋ํ์ ์ ์ฐจ์ ์ธ Ferrite Grain ์ฑ์ฅ์ด๋ค.
๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ณํ๊ฐ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ ๊ฐํ๊ฒ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๊ธฐ ๋๋ฌธ์, Tempering ์จ๋๊ฐ ์ค์.
Fe-C ์์คํ ์ ์ํด ํ์๋๋ ๊ฒฝํฅ์ ๊ทธ๋ฆผ 1.1 ์ฐธ์กฐ [3] 0.2% C ๊ฐ์ ์ ์ด Carbide๊ฐ ์กด์ฌํ์ง ์๊ณ ๊ฒฝ๋๋
๋ณํ์ง ์์๋ค. Tempering ์ค ๊ฒฝ๋ ๋ณํ๋ ๋ํ 0.4% C๊น์ง์ ๊ฐ์ฌ์ ๋ํด ๊ทธ๋ฆผ 1.1 ์์์ฒ๋ผ ํ์ํจ๋
์์ค์ ํฌ๊ฒ ์์กดํ๋ค. ์ด ๋๋๋ณด๋ค ๋์ ์จ๋์์๋ 50 ~ 150โ์ ์จ๋ ๋ฒ์์์ ๊ฒฝ๋ ์ฆ๊ฐ๊ฐ ๊ด์ฐฐ๋์์ผ๋ฉฐ,
ฮต- Carbide ์์ถ๋ก MARTENSITE๊ฐ ๊ฐํ๋์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ์ผ๋ฐ์ ์ธ ๊ฒฝํฅ์ Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ
์ ๋ฐ์ ์ธ ์ฐํ์ด๋ค. ์ด Diagram์ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ๋ณํ์ ๊ธฐ์ฌํ๋ ์ฃผ์ ๋ฌผ๋ฆฌ์ ๊ณต์ ์ ๋ํ๋ธ๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 6/111
FIGURE 1.1: Hardness of iron-carbon martensite tempered at 100 ~ 700ยฐC for 1 hr
1.2.1.2 Spring steel์ ์๋ Si์ ์ํฅ
Si๋ Tempering ๋์ ์ฐํ ๊ณต์ ์ ์ง์ฐ์ํจ๋ค; 250 ~ 350โ ๋ฒ์์ Tempering์ Cementite ํ์ฑ์ ์ง์ฐ.
Alten๊ณผ Payson์ 0.6% C ๊ฐ์ฌ Tempering์์ Si์ ์ํฅ์ ์กฐ์ฌ. Gordine ๋ฑ์ 0.3 ~ 1.5% Si๋ฅผ ํจ์ ํ Si-Cr
๊ฐ์์ Tempering์ ๋ํ Si์ ํจ๊ณผ๊ฐ ํ์๊ฐ๊ณผ ์ ์ฌํจ์ ๋ณด๊ณ [7]. 0.3% Si ๊ฐ์์ Sag ์ ํญ์ Cr ์๊ณผ๋
๋ ๋ฆฝ์ ์ด์๊ณ Cr์ ๊ฐํ Carbide ์์ฑ๊ธฐ๊ฐ ๋์์ ๋ Tempering ์๋๊ฐ 0.7%๊น์ง ๋ณํ์ง ์์๋ค. 1.5% Si
์ฒจ๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ, ฮต- Carbide๊ฐ ์์ ํ๋๊ณ Cr ์์ ๋ ๋ฆฝ์ ์ผ๋ก ์ฌ๊ฒฐ์ ์ด ์ต์ ๋๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 1.2๋ 500โ์์
Tempering ํ ํ์ ์ถ์ถ Carbide์ Si / (Fe + Cr) ์ค๋๋ถ์จ์ ๋ํ๋ธ๋ค.
์ด๋ Carbide์ Si๋ ๋๋ถ๋ถ ์ ๊ฑฐ๋์๊ณ ๋ชจ๋ Carbide๋ ์์ํ Fe3C Cementite์์ ๋ํ๋ธ๋ค.
Si์ ํจ๊ณผ๋ฅผ ์ค๋ช ํ๋ Mechanism์ ๊ดํด์๋, ์ฒ์์๋ Si๊ฐ Carbide์ Si์ ์กด์ฌ๋ฅผ ๊ฐ์ ํจ์ผ๋ก์จ ฮต-
Carbide์ Cementite๋ก์ ์ ์ด๋ฅผ ์ง์ฐ์ํค๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์ ์๋์๋ค. ๋ ๋ฒ์งธ Mechanism์ Cementite ์ฃผ์์ Si
์ธต์ ํ์ฑ์ํด์ผ๋ก์จ Cementite์ ์ฑ์ฅ์ ์ต์ ํ๋ ๊ฒ์ ์ ์ํ๋ค[8] Altstetter ๋ฑ์ Si๋ 100 ~ 250โ์
Tempering ๋ฒ์์์ ฮต- Carbide์ ํ์ฑ์๋ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น์ง ์์ง๋ง Cementite๋ก์ ์ ์ด์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ค๊ณ
๋ณด๊ณ ํ๋ค. 0.3% Si ๊ฐ์ 250 ~ 350โ ๋ฒ์์ Tempering์ ฮต- Carbide์ ํฉ๊ธ์์์ ์์ ํ ์์ฉ์ผ๋ก ์ธํด
2 Step๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋ค๊ณ ๋ณด๊ณ ๋์๋ค. ์ฆ, 250 ~ 350โ์ Tempering ๋ฒ์์ ์ฒซ ๋ฒ์งธ Step์์ ์ ํ์
MARTENSITE๊ฐ Cementite์ Ferrite๋ก ๋ณํ๋๊ณ ฮต- Carbide๊ฐ ์ง์์ ์ผ๋ก ์ฉํด๋๊ฑฐ๋ ์ญ์ผ๋ก Cementite๋ฅผ
ํ์ฑํ๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ Si๋ ์ฒซ ๋ฒ์งธ Step์ ์ง์ฐ์ํค๊ณ ๋ค์ Step์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ค๋ ๊ฒ์ ์๊ฒ ๋์๋ค.
์ด ์ ์๋ Mechanism๊ณผ๋ ๋์กฐ์ ์ผ๋ก, Owen ๋ฑ์ Si๋ ฮต- Carbide๊ฐ ์ฉํด๋๋ ์จ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํจ๋ค๊ณ ๋ณด๊ณ [10].
C. Leak ๋ฑ์ 300โ ์ด์์ ์จ๋์์์ ๋์ญํ์ C ๋์ Ferrite์ Cementite์ ๊ฒฝ๊ณ๋ฅผ ๋ฐ๋ผ Si๊ฐ ํ์ฐ๋์ด
์ ์ด๋๋ค๋ ๊ฒ์ ์ ์. Ferrite์์ ํ์์ Bulk ํ์ฐ์ 3.0% Si๊น์ง ๋ณํ๋ค๋ ๋ณด๊ณ [11].
Si ์ฒจ๊ฐ๋ Solid solution Mechanism์ ํตํด Spring ๊ฐ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํจ๋ค. SAE9260 ๊ฐ (1.8 ~ 2.2% Si) [12,13]
๋ํ Si๋ Tempering ๋์ ์์ถ๋ฌผ์ ๋ถํฌ์ ํํ์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ค. SAE9260์์๋ Si ์ฒจ๊ฐ๋ก ์ธํด ํํ์ด
๋ฐ์. ์ด ๋ฌธ์ ์ ๋ํ ํด๊ฒฐ์ฑ ์ Si ์์ ์ค์ด๊ณ Cr (SAE9254)์ ์ฒจ๊ฐํ์ฌ ํํ๋ฐ ๋ด๊ธ์ง ํน์ฑ์ ๊ฐ์ ํ๋
๊ฒ์ด๋ค.
1.2.1.3 Spring ๊ฐ์์์ V ๋ฐ Nb์ ์ํฅ
์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ฉ๊ฐ์ ๊ฐํ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์์ถ ๊ฒฝํ, ๊ณ ์ฉ์ฒด ๊ฐํ ๋ฐ Grain ๋ฏธ์ธํ์ด๋ค. ๊ณ ์ฉ ๊ฐํ๋ Si๋ฅผ ์ฒจ๊ฐํจ์ผ๋ก์จ
์ํ๋๋ฉฐ, ์์ถ ๊ฐํ๋ V ๋ฐ Nb์ ๊ฐ์ Carbide ํ์ฑ์ ๋ฅผ ์ฒจ๊ฐํจ์ผ๋ก์จ ์ด์ง๋์ด M3C, M2C ๋ฐ MCx ์ ํ
Grain์ ์์ถ์ ์ ๋ํ๋ค. VC ๋ฐ NbC๋ Grain ๋ฏธ์ธํ์ ๋ชฉ์ ์ ์ฌ์ฉ๋๋ฉฐ ์ด๊ฐ ์์ฐ ๋ฐ ๋๊ฐ ์ค์ ๋ฏธ๋ฆฝ์
ํํ๋ก ์์ฑ๋๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 7/111
FIGURE 1.2: Approximate Si/(Fe+Cr) weight fraction ratio in the extracted carbides with the Tempering temperature.
1.2.2 Sag ์ ํญ
Sag ์ ํญ์ ํผ๋ก์ ํจ๊ป Spring ๊ฐ์ฌ์ ์ฃผ์ ํน์ฑ์ผ๋ก ๊ฐ์ฃผ๋๋ค. Kawakami ๋ฑ์ Bauschinger ๋นํ๋ฆผ ์ํ์
์ฌ์ฉํ์ฌ Si-Cr, Si-Cr-Mo ๋ฐ Si-Cr-V ๊ฐ์ Sag ์ ํญ์ ํฉ๊ธ์์๊ฐ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์ ํ๊ฐ[14]
Spring์ Sag ์ ํญ์ฑ์ ํ๊ฐํ๊ธฐ ์ํด ์ค์ Spring์ ์ฌ์ฉํ๋ค.
์ด ๋ฐฉ๋ฒ์ Sag ์ ํญ์ ํ๊ฐํ๋๋ฐ ์ค๋ ์๊ฐ์ด ๊ฑธ๋ ธ๋ค.
Furr ๋ฑ์ ์ค์ ์ ํ์ ์ํํ๋ ๋์ Bauschinger ๋นํ๋ฆผ์ ์ ์ํ๋ค. Sag ์ ํญ์ Bauschinger ๋นํ๋ฆผ
์ํ์ผ๋ก ์ธก์ ํ Hysteresis ๋ฃจํ ๋ด ์์ญ์ผ๋ก ํ๊ฐ(๊ทธ๋ฆผ 1.3). 1.5% Si๋ฅผ ํจ์ ํ๋ Si-Cr Spring ๊ฐ์ ์ํธํ
Sag ์ ํญ์ ๋ํ๋ด์ง๋ง, Cr ์์ ์ฆ๊ฐ์ํด์ผ๋ก์จ ๊ฐ์ํ๋ค. Si-Cr-Mo ๋ฐ Si-Cr-V ๊ฐ์ Sag ์ ํญ์ฑ์ Si-Cr ๊ฐ๊ณผ
์ ์ฌํ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด๊ณ ๋์์ผ๋ฉฐ, Sag ์ ํญ์ฑ์ V ๋ฐ Nb์ ์ฒจ๊ฐ์ ์ํด ๊ฐ์ ๋์๋ค.
FIGURE 1.3 Schematic diagram of bauschinger torsion test. 1.2.3 Fatigue
Dislocation์ Grain boundary์์ ์ถ์ ๋๊ฑฐ๋ ์ฝํ๊ณ , ๊ฐ์ด ๋ณํ๋ ๋ ์์ถ๋ฌผ /๊ธฐ์ง ๊ฒฝ๊ณ ๋ฉด์ ์ถ์ ๋์ด ๋ฏธ์ธ
์๋ฅ ์๋ ฅ (MRBS)์ด ์์ฑ๋๋ค. ์ด ํ์์ Spring์ ์ต์ข ์ ์กฐ ๊ณต์ ์ค์ ๋ฐ์ํ๋ค. Bauschinger ํจ๊ณผ์
๊ฒฐ๊ณผ์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ ์์๋ Grain ํฌ๊ธฐ, ์์ถ๋ฌผ๋ถํฌ, ํํ์ฑ๋ถ, ์ฌ์ ์ค์ ์์ค, ๋ณํ๋ฅ ์๋์ด๋ค. Hysteresis
๋ฃจํ์ ์์ญ์ Grain ํฌ๊ธฐ์ ๋ฏธ์ธํ์ ๋ฐ๋ผ ์ฆ๊ฐํ๋ค. Spring ๊ฐ์์ Si, V ๋ฐ Nb์ ์์ ๋๋ฆฌ๋ฉด Sag ์ ํญ์ด
์ฆ๊ฐํ๋ค[16-18]
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 8/111
FIGURE 1.4: Fatigue limit influenced by the tensile strength and hardness [19]
๊ณผ๊ฑฐ์๋ ํฉ๊ธ๊ฐ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ฐ๋๋ฅผ ๋์ด๊ณ Spring ๊ฐ์ฌ์ ํผ๋กํ๋๋ฅผ ํฅ์ ์์ผฐ๋ค[19,20] ๊ทธ๋ฌ๋ ๊ทธ๋ฆผ 1.4๋
400Hv๊น์ง์ ๊ฒฝ๋ ์ฆ๊ฐ์ ๋น๋กํ์ฌ ํผ๋กํ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒ์ ๋ณด์ฌ์ฃผ๋ ๊ทธ ์ด์์์๋ ํฐ ์ฐจ์ด๊ฐ ์๋ค.
ํผ๋ก๊ฐ๋๋ ํํ, ํ๋ฉด ๊ฒฐํจ ๋ฐ ๋น๊ธ์ ๊ฐ์ฌ๋ฌผ๋ก ์ธํด ์ธ๋ถ ํ๋ฉด์ ์ํฅ์ ํฌ๊ฒ ๋ฐ๋๋ค. ๋ํ, ๊ทธ๋ฆผ 1.5์์ ๋ณผ
์ ์๋ฏ์ด ํผ๋ก ํ๊ณ์ Prior Austenite Grain ํฌ๊ธฐ (PAGS) ์ฌ์ด์ ๊ด๊ณ๊ฐ ์๋ค. ํผ๋กํ๋์ ์๋ฅ Austenite
๋์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๊ทธ๋ฆผ 1.6์ ๋ํ๋ธ๋ค.
๊ฒฐ๊ณผ๋ ์ต์ ์ PAG ๋ฒ์์ ์๋ฅ Austenite ๋ ๋ด์์ ๋ ๋์ ํผ๋ก ํ๊ณ์ ๋๋ฌํ ์ ์์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
FIGURE 1.5: Fatigue limit on the prior FIGURE 1.6: Fatigue limit on the amount Austenite grain size of spring steel [21]. of retained Austenite[21].
1.3 Suspension Spring ๊ฐ์ ๊ฐ๋ฐ
๊ณผ๊ฑฐ์๋ ์ผ๋ฐ ํ์๊ฐ์ด ์ข ์ข Suspension Coil Spring์ผ๋ก ์ฌ์ฉ๋์๋ค. ์ต๊ทผ์๋ ์ผ๋ฐ ํ์๊ฐ์ ์ํ๋ ๊ฐ๋์ธ
1000MPa์ SAE9254๋ก ๋์ฒดํ์ฌ Cr๊ณผ Si๋ฅผ ์ฒจ๊ฐํ์ฌ ๊ฐ๋ฐํ์๋ค. V์ Ni๋ฅผ ์ถ๊ฐํจ์ผ๋ก์จ 1200 MPa ๊ฐ๋์
๊ฐ์ด ๊ฐ๋ฐ๋์๋ค. ๊ณ ๊ฐ๋ Spring ๊ฐ์ฌ๋ฅผ ๊ฐ๋ฐํ๊ธฐ ์ํด์๋ 2๊ฐ์ง ๊ธฐ์ ์ด ํ์.
1) ๊ฐ๋๋ฅผ ๋์ด๋ ํฉ๊ธ ์์ (YS, TS)
2) ํผ๋ก๋ฅผ ๊ฐ์ ํ๋ Shot pining ๋ฐ Pre setting๊ณผ ๊ฐ์ ์ ์กฐ ๊ณต์ ์ผ๋ก ์ต๋ 100 ~ 150 MPa๊น์ง ๊ฐ๋ ํฅ์.
์ง๊ธ๊น์ง ๊ฐ๋ฐ๋ Suspension Spring ๊ฐ์ 2200 MPa ์์ค ๋ฌ์ฑ.
์ต๊ทผ ์์ ์ฉ ๊ฐ๋ 1800 ๋ฐ 2000 MPa ๋ฑ๊ธ 2 ๊ฐ์ง๊ฐ ๋ฐํ
ํ 1.1์ ์ด ๋ฑ๊ธ์ ํํ์ ์กฐ์ฑ [17]
TABLE 1.1: Chemical compositions of commercial spring steels
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 9/111
1.3.1 1800MPa grade steel: SAE9254
1800MPa ๋ฑ๊ธ ๊ฐ์ ์๋์ฐจ ์ฐ์ ์์ ๋๋ฆฌ ์ฌ์ฉ๋๊ณ ์์ผ๋ฉฐ ํํ์ฑ๋ถ์ Si ๋ฐ Cr ์ฒจ๊ฐ๋ฌผ์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ํ๋ค.
์๋์ฐจ ๋ถ์ผ์ ์ฝ์ผ Spring์ ๋ด๊ธ์ง ๋ฐ Tempering๋ ์ค ํ์ ๊ณ ๊ฐ๋ ๊ฐ์ด๋ค. ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ Tempering๋
MARTENSITE์ ์์ถ๋ฌผ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋ค. Tempering ์จ๋๋ฅผ ๋ฎ์ถค์ผ๋ก์จ, Reduction of Area, ์ฆ ํ๋จ ๋ฉด์ ๊ณผ ์ด๊ธฐ
์ํธ ๋จ๋ฉด์ ์ฌ์ด์ ๋น์จ์ด ๊ฐ์ํ๋ ๋์ ๊ฐ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ค.
๊ทธ ๊ฒฐ๊ณผ, ์ฑํ์ฑ์ด ์ ํ๋๊ณ ์ธ์ฑ์ด ์ ํ๋์ด ์กฐ๊ธฐ์ Spring์ด ํ์๋๋ค.
์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก, Si๋ Tempering ๋์ Carbide๊ฐ Cementite๋ก ์ ํ๋๋ ๊ฒ์ ์ง์ฐ์ํจ๋ค. ๋ํ, Si๊ฐ Carbide์
๋ฏธ์ธํํ๊ณ Sag ์ ํญ์ ์๋นํ ๊ฐ์ ์ํค๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์๋ ค์ ธ ์๋ค. Spring๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ ํฉ๊ธ ์ฒจ๊ฐ์ ๋ํ ์ฐ๊ตฌ๋
๊ฐ๋๋ฅผ ๋์ด๋ ๋์์ ์ข์ ์ฐ์ฑ, ์ธ์ฑ ๋ฐ ํผ๋ก ํน์ฑ์ ์ ์งํ๋๋ฐ ์ค์ ์ ๋์๋ค. ๊ธฐ์กด ์ด์ฒ๋ฆฌ๋ ๊ธฐ์กด ๊ฐ์ฌ
๋ฑ๊ธ์ ์ต๋ ์ ์ฌ๋ ฅ์ ํ์ฉํ์ง ๋ชปํ์๋ค. ๊ณ ์ ๋ ์กฐ์ฑ์ ๊ฒฝ์ฐ, ๊ฐ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๊ธฐ ์ํด Tempering ์จ๋๊ฐ
๊ฐ์๋์ด์ผ ํ์ง๋ง, ์๋นํ ์ฐ์ฑ์ด ๊ฐ์๋ ๊ฒ์ด๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, ์ฐ์ฑ์ ์์ค์ ์ถ๊ฐ๋ก ๋ถ์๋ฌผ ์์ ๋๋์
์์กดํ๋ค.
FIGURE 1.7 Mechanical properties of SAE9254 in proportion to the Tempering temperature [17]. (a) Tensile strength (b) Yield strength (c) Elongation (d) Reduction of area.
๊ทธ๋ฆผ 1.7์ ๋ค์ํ Si ๋ ๋ฒจ์ ๋ํ SAE9254์ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์ํธ์ 950โ์์ 30๋ถ๊ฐ ๊ฐ์ดํ ํ
์ค์ผ Quenching ํ 30๋ถ ๋์ 200 ~ 600โ ๋ฒ์์์ Tempering ํ๊ณ ๊ธฐ๋ฆ์์ Quenching. ํญ๋ณต๊ฐ๋์
์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ Peak ๊ฐ์ ๋ณด์์ผ๋ ๊ฐํ ์จ๋์ ๋ฐ๋ผ ์ ์ฐจ์ ์ผ๋ก ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฐ์. ๊ฐ๋์ฆ๊ฐ(YS, TS)๋ Si ์์ค์
๋ฐ๋ผ ๋ฌ๋ผ์ง๋ค. Tempering ์จ๋์ ๋ฐ๋ผ ์ฐ์ ์จ๊ณผ Reduction of Area๊ฐ ์ฆ๊ฐํ์ง๋ง, 3.0% Si์ ๊ฒฝ์ฐ 450โ
์ด์์ Tempering ์จ๋์์ ๊ฐ์ํ๋ค. ํ์ํจ๋์ ๋ํ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ๋ณํ๋ ๊ทธ๋ฆผ 1.8๊ณผ ๊ฐ๋ค. ํญ๋ณต๊ฐ๋์
์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ 300โ Tempering ์จ๋ ๋ถ๊ทผ์์ ์ต๋๋ฅผ ๋ํ๋ด๋ฉฐ ํ์ํจ๋์ด ๊ฐ์ํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ์ํ๋ค. Tempering
์จ๋์ ๋ฐ๋ผ ์ฐ์ ์จ๊ณผ Reduction of Area๊ฐ ์ฆ๊ฐ ํ์๋ค. ํญ๋ณต๊ฐ๋ ๋ฐ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ Tempering ์จ๋ 200โ ๋ฐ
300โ์์ ํ์ํจ๋์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ์ํ๋ค. ํ์ํจ๋์ ๋น๋กํ์ฌ Reduction of Area๊ฐ ๊ฐ์ํ๊ณ 300โ๋ณด๋ค ๋ฎ์
์จ๋์์ 0.55% C๊น์ง ๋ฎ์ ๊ฐ์ ๋ํ๋ธ๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 10/111
FIGURE 1.8: Mechanical properties of SAE9254 in proportion to the contents of carbon.[17] (a) Tensile strength (b) Yield strength (c) Elongation (d) Reduction of area (symbol: - 600ยฐC, - 500ยฐC, - 400ยฐC, - 300ยฐC,
- 200ยฐC)
SAE9254์ ๊ธฐ๊ณ์ ๋ฌผ์ฑ์ ๋ฏธ์น๋ C ๋ฐ Si์ ํจ๊ณผ๋ ์์ ์ ๊ฒํ ๋์๋ค.
Reduction of Area๋ ์ฃผ๋ก ํ์ํจ๋์ ์ํฅ์ ๋ฐ๋๋ค๋ ์ ์ ๊ฐ์กฐ.
์ด ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ฐํ์ผ๋ก SAE9254์ ํํ์ ์กฐ์ฑ ๋ฐ ์ด์ฒ๋ฆฌ ์กฐ๊ฑด์ด ์์ .
ํ 1.2๋ ๋ค์ํ Tempering ์จ๋์์ SAE9254์ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ.
์ํธ์ 980โ์์ ๊ฐ์ดํ๊ณ 360 ~ 450โ์ ๋ฒ์์์ Tempering.
TABLE 1.2: Mechanical properties of SAE9254 at various Tempering temperatures
1.3.2 2000MPa ์ด์์ ๊ฐ์ข
์ต๊ทผ Spring ๊ฐ ์ฑ๋ฅ์ ํฅ์์ํค๊ธฐ ์ํ ๋ ธ๋ ฅ์ผ๋ก ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง, ํนํ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๊ฐ ์ ์๋ ค์ง SAE9254, 1800
MPa ๋ฑ๊ธ๋ณด๋ค ์ฐ์ํ ์๋ก์ด ํฉ๊ธ Grade๊ฐ ๊ฐ๋ฐ[17]. Kawakami ๋ฑ [14]๊ณผ Furr [15]๋ Si, Cr, Mo, C ๋ฐ V์
Sag ์ ํญ์ฑ์ ๋ํ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ํ์์ผ๋ฉฐ Cr์ Sag ์ ํญ์ฑ์ ํด๋ก์ด ๋ฐ๋ฉด Si, Mo, C ๋ฐ V๋ ๊ฐ์ .
Borik ๋ฑ์ Si์ Mo์ ์ฒจ๊ฐ๊ฐ ์๋ ฅ ์ํ ์ํ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋ฐ๋ผ Sag ์ ํญ์ฑ์ ์ ์ตํ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ค๊ณ ๋ณด๊ณ [22].
Tata ๋ฑ์ Proto ํ์ Spring์ ๋ํ ์ ์ ๋ฐ ๋์ ์ํ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ Si ํจ๋์ด 2.2%๊น์ง ํฅ์๋์์์ ๋ณด๊ณ [23]
TABLE 1.3: Mechanical properties of 2000 MPa grade spring steel
ํ 1.3์ Tempering ์จ๋์ ํจ์๋ก์ 2000 MPa ๊ธ์ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 11/111
์ํธ์ 980โ์์ 3๋ถ๊ฐ ๊ฐ์ด ํ ์ค์ผ Quenching.
400โ์์ Temperingํจ์ผ๋ก์จ ์ต์ ์ ํน์ฑ ์กฐํฉ์ด ๋ฌ์ฑ. ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ธ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ ์์ถ๋ฌผ์ ๊ฐ์ง Tempering๋
MARTENSITE ๊ตฌ์กฐ[16]
๊ทธ๋ฆผ 1.8์ MARTENSITE ๊ธฐ์ง์ ์กด์ฌํ๋ AlN, TiC, VC์ ๊ฐ์ ์์ถ๋ฌผ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
1.4 Suspension Spring ๊ฐ๊ณต
1.4.1 ์ ์ฌ ์ ์กฐ ๊ณต์
๋ณธ ์ ์์๋ ์ ์ฌ์ ์ ์กฐ๊ณต์ ์ ๊ฐ๋ตํ๊ฒ ์๊ฐ. ํ๋ฉด Grinding์ ํ์๋ก ํ์ง ์๋ ๊ณ ๊ฐ๋ Spring ์ฉ๋์
์ ์ฌ๋ ๋น๊ธ์ ๊ฐ์ฌ ํํ ์ ์ด๋ฅผ ํตํ ์ฒ ๊ฐ ์ฒญ๊ฒฐ๋ ํฅ์ ๋ฐ ์ ๊ฐ ๊ณต์ ์์์ P ๋ฐ S ํจ๋ ๊ฐ์๋ก ๋ฌ์ฑ.
๋ํ Billet Conditioning ๊ณต์ ์์ ์ํ๋ ํ๋ฉด ๋ฐ ๋ด๋ถ ํ์ง์ ๋ณด์ฅํ๊ณ ์์ฐ๊ณต์ ์์ ํ๋ฉด๊ฒฐํจ ๋ฐ ํํ์
๋ฐฉ์งํ์ฌ Bloom ์ฐ์ ์ฃผ์กฐ ๊ณต์ ์์ ๊ท ์งํํ์ฌ ํ์ง์ ํฅ์.
Suspension Spring ์ฉ ํฉ๊ธ๊ฐ ์ ์ฌ์ ์ ํ์ ์ธ ์ ์กฐ ๊ณต์ ์ ๊ทธ๋ฆผ 1.9์ ๊ฐ๋ค. ๋ค์ํ ๋ฐฉ๋ฒ์ด Suspension
Spring ์ฉ ๋ก๋ Steel์ Ladle ๋ฏธ์ธํ์ ์ฑํ๋๋ค. RH ๊ฐ์ ํ๊ธฐ ์ฅ์น๋ ๊ฒฝ์ ์ ์ธ ํ๊ธฐ ๋ฐ ๋ถ์ ๋ฌผ ๋ฐ ๋น๊ธ์
๊ฐ์ฌ๋ฌผ ๋ถ๋ฆฌ๋ฅผ ์ํด POSCO์์ ์ฌ์ฉํ๋ค. ํนํ, ๊ณ ๊ฐ๋๊ฐ ์๊ตฌ๋๋ ๊ฒฝ์ฐ, ๋น๊ธ์ ๊ฐ์ฌ๋ฌผ์ ์กฐ์ฑ์ ์ ์ดํ์ฌ
๊ฐ์ฌ์ ์ฐ์ ํจ์ ๋์ ํ์ ํ ๊ฐ์์ํค์ง ์๊ณ ๋ฌดํดํํ ์ ์๋ค.
์ด ์ ํ์ Spring ๊ฐ์ ์ด์ ์ Ingot Casting ๊ณต์ ์ผ๋ก ์ ์๋์๋ค. ์ต๊ทผ ์ฐ์ ์ฃผ์กฐ ๊ณต์ ์์ ๋น๊ธ์ ๊ฐ์ฌ๋ฌผ์
์์ ์ค์ด๊ฑฐ๋ (๋น๊ธ์ ๊ฐ์ฌ๋ฌผ์ ์ฌ ์ฐํ, ๋ถ์ ๋ฐ ๋ถ๋ฆฌ ๋ฐฉ์ง), ํธ์ ๋ฐฉ์ง (์ ๊ณผ์ด ์ฃผ์กฐ, ์ ์๊ธฐ์ ๊ต๋ฐ ๋ฑ)
๊ธฐ์ ์ ํ๋ฆฝํจ์ผ๋ก์จ, Ingot ๋ฐ๋ฅ์์ ์ค๊ฐ๊น์ง์ ํ์งํน์ฑ์ ๋ณ๋์ด ์ ๊ณ ์ ๋ขฐ์ฑ์ด ๋์ Spring ๊ฐ ์ ์ฌ๊ฐ
์ ์กฐ. ์ ๊ฐ Step์์ ๋น๊ธ์ ๊ฐ์ฌ๋ฌผ์ ๊ฐ์ ์ธ์๋ Billet์ ๋น๊ธ์ ๊ฐ์ฌ๋ฌผ์ ๋ํ ์ด์ํ ๊ฒ์ฌ๋ ๋จ๋ฉด (์ค์
๋ฐ ํ๋ฉด) ๋ฐ ์ธ๋ก ๋จ๋ฉด ๋ชจ๋์์ ์ด๋ฃจ์ด์ง๋ค. ๋ํ Billet์ ์๋ถ ํ์ ๊ฒ์ฌ๋ฅผ ํตํด ํ๋ฉด ๊ฒฐํจ์ ๊ฒ์ฌํ๋ค.
๊ฒ์ถ๋ ํ๋ฉด ๊ฒฐํจ์ Grinding์ ์ํด ์ ๊ฑฐ.
FIGURE 1.8: TEM image and EDAX analysis of extraction replicas of 2000 MPa grade spring steel: AlN (a) Image and (b) EDAX, and unidentified precipitate (c) Image and (d) EDAX
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 12/111
FIGURE 1.9 Schematic diagram of manufacturing Process of the wire rods
Billet์ ๋ ธ์์ ์ฌ ๊ฐ์ด๋๋ฉฐ ํํ์ ๋ฐฉ์งํ๊ธฐ ์ํด ๊ฐ์ด์จ๋์ ์ฒด๋ฅ์๊ฐ์ ์ ์ด. Billet์ ์ต์ํ์ ํ๋ฉด ๊ฒฐํจ์
๋ณด์ฅํ๊ณ ๋จ๊ฑฐ์ด ์์ ๋ฅ ๊ฒ์ถ๊ธฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ํ๋ฉด ๊ฒฐํจ์ ๊ฒ์ฌํ๋ ์์ง - ์ํ Roll ์คํ ๋๋ก ์ ๋ถํผ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋
๋จ์ผ ์คํธ๋๋์ ๋นํ๋ฆผ ๋ฐ์์ ์์ฐ๋๋ค. ํํ์ ์ฝ์ผ ๋ก๋์ ๋๊ฐ์๋๋ฅผ ์ ์ดํ์ฌ ๋ฐฉ์ง. ์ด ์ ํ์ Spring
๊ฐ์ ์์ฐ ์ํ์์ ํญ์ ์ฐ์ํ ์ฐ์ ์จ์ ๊ฐ๋ ๊ฒ์ ์๋๋ค. ์ ์ฌ๋ ์ ์ ์ ์ฐํ๋๊ฑฐ๋ ํ๋ฉด์ด ์คํ ์ฒ๋ฆฌ.
์์ ์ง๊ฒฝ์ ์ ์ฌ์ ์ฐํ๋ ์ ์จ Annealing๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ์ธ ๋ผ์ธ ์ฐํ ์ฒ๋ฆฌ. ์ ์ฌ๋ ์ด์ก ์ค ํ๋ฉด ๊ฒฐํจ๊ณผ ๋ น์
๋ฐฉ์งํ๊ธฐ ์ํด ํฌ์ฅ๋๋ค.
1.4.2 Suspension ์ฝ์ผ Spring ์ ์กฐ๊ณต์
Suspension ์ฝ์ผ Spring ์ ์กฐ๊ณต์ ์ ๊ฐ๋ต๋๋ ๊ทธ๋ฆผ 1.10. ์ด ๊ณต์ ์ ์ฒ ์ฌ ๋ ๋ฆด์ด Peeling ๊ธฐ๊ณ์ Bar๋ก
๋ฒ๊ฒจ์ง๋ Bar ์ค๋น Step์์ ์์. Peeling ์์ ์ ์ฃผ์ ์ด์ ์ ํ์ฌ, ์ด์๋งค ๋ฐ ๋ง๋ชจ ํ์์ ๊ฐ์ ์ ์ฌ์ ์ผ๋ก
์ ํดํ ๋ชจ๋ ๊ฒฐํจ์ด ๊ฐ์ฌ์ ํ๋ฉด ์ธต์ ์ ๊ฑฐํ๋ค๋ ๊ฒ์ด๋ค. ๋ํ, ๋ฐ๋ฆฌ ์กฐ์์ ์ํด ๊ฐ๋ณ ์ง๊ฒฝ ๋ง๋๊ฐ ์ ์กฐ๊ฐ๋ฅ.
์ด๋ฌํ ์์ ์ ๊ฐ์ฅ ํฐ ์๋ ฅ์ ๋ฐ๋ ๋ถ๋ถ์ ์ ์ฒด ์ง๊ฒฝ ๋ถ๋ถ์ ๋ฐฐ์นํจ์ผ๋ก์จ Spring ๋ฌด๊ฒ๋ฅผ ์ค์ฌ์ค๋ค.
FIGURE 1.10: Schematic diagram of the manufacturing process of hot-formed suspension spring (*Oil Q.: Oil Quenching)
๋ค์ํ ๋ฑ๊ธ์ ๋ฏธ์ธ ํฉ๊ธ Spring Steel์ ์ ํฉํ ์จ๋ ํ๋กํ์ผ๊ณผ ๊ฐ์ด์๋๋ฅผ ๋ฌ์ฑํ๊ธฐ ์ํด ์ด์ฒ๋ฆฌ ๊ณต์ ์
ํน์ํ ์ฉ๊ด๋ก์์ ์ํ. ๋ก ๊ฐ๋์ ์กฐ์ฌ์ค๋ฝ๊ฒ ์ค์ ๋๋ฉฐ ์๊ฒฐ๋ Spring์ด ์ํ๋ ๊ธ์ ํน์ฑ์ ๋ํ๋ผ ์
์๋๋ก ๋ฉด๋ฐํ ๊ด์ฐฐ. Spring ์ ์์๋ ๋ฏธ์ธ ํฉ๊ธ ๊ฐ์ ์ด์ฒ๋ฆฌ์ ๋ํ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ํด ๋ง์ ์๊ฐ๊ณผ ๋์ ํฌ์.
์ด ์ฐ๊ตฌ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ํ ๋๋ก ๊ฐ๊ธฐ ๋ค๋ฅธ ๊ฐ์ข ์ ๋ํ ์ ํํ ์ด์ฒ๋ฆฌ ๋ณ์๊ฐ ์ค์ .
Shot pinning์ Spring์ ๊ถ๊ทน์ ์ธ ์๋ช ์ ์ค์ํ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ ์ ์กฐ ๊ณต์ ์ ๋ ๋ค๋ฅธ ์ค์ํ Step.
Spring ์ ์์๋ ์ ํ์ ์์ถ ์๋ฅ์๋ ฅ์ ๋์ด๊ธฐ ์ํด ๊ณ ์๋ ฅ Spring์ ๋ํ Shot pinning ์์ ์ ๊ฐ๋ฐ.
๋์ ์ฌ์ฉ ์๋ ฅ์ ๋ํ์ฌ ๋ณด๋ค ์ ๊ทน์ ์ผ๋ก ์ค๊ณ๋ ์ฝ์ผ Spring๊ณผ ๊ด๋ จ๋ ์ํ์ด ์ฆ๊ฐํ๋ค. ๋ฏธ์ธ ํฉ๊ธ Spring
๊ฐ์ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๋์ ๊ฒฝ๋ ์์ค์์ ์์ฐ๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ด ์ฌ๋ฃ๋ก ๋ง๋ ์ฝ์ผ Spring์ Corrosion pitting์ ์ํด
์์ฑ๋๋ ๊ฒ๊ณผ ๊ฐ์ ๋ ธ์น ์ ํ ์ค๋ฅ์ ๋ ์ทจ์ฝํ๋ค. ์ด๋ฌํ ์ด์ ๋ก ๊ณ ์๋ ฅ ์ฝ์ผ Spring์ ๋ถ์์ผ๋ก๋ถํฐ
๋ณดํธ๋์ด์ผ ํ๋ค. ๋๋ถ๋ถ์ ๊ณ ์๋ ฅ ์ฝ์ผ Spring ์ค๊ณ๋ ๋ถ์๋ฐฉ์ง๋ฅผ ์ํ ์ผ๋ ํธ๋ก ์ฝํธ๋ฒ ์ด์ค (e-coat)์ ํจ๊ป
๋์ผ ์ฝํธ ํ์ธํธ ์์คํ ์ ์ง์ ํ๋ค. ์คํค ์นฉํ์ผ๋ก๋ถํฐ ๋ณดํธํ๋ ๊ฑฐ์น Plastic ํ์ฐ๋ ํ ์ฝํธ ์ธ์๋.
ํ์ธํธ ์ฅ๋ฒฝ์ ๋ฌด๊ฒฐ์ฑ์ด ์์๋๋ฉด ๋ถ์์ด ์์๋๊ณ ๋ถ์ Pit๊ฐ ํ์ฑ๋๊ธฐ ์์ํ๋ค. ๋ถ์ Pit๋ก ์ธํด Spring์ด
ํ์๋๋๋ฐ ํ์ํ ์๊ฐ์ Pit์ ์ฑ์ฅ ์๋์ ๋ฐ๋ผ ๋ค๋ฅด๋ค. ์ด๋ ์ฐจ๋ก๋ก Spring์ด ์๋ํ๋ ํ๊ฒฝ์ ์ฌ๊ฐ์ฑ์
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 13/111
์ํฅ์ ๋ฐ๋๋ค. ๋ถ๋ช ํ, ๋ถ์ Pit๋ ๋จ๋ถ ์ง์ญ์์๋ณด๋ค ๊ฒจ์ธ ๊ธฐํ ์ง์ญ (๊ฒจ์ธ์ฒ ์ ์๊ธ์ด ๋๋ก์์ ์ฌ์ฉ๋๋
๊ณณ)์์ ๋ ๋นจ๋ฆฌ ์งํ.
1.5 ์๋ก์ด Suspension Spring Steel ๊ฐ๋ฐ ํ์
์ต๊ทผ์๋ ์๋์ฐจ ๊ฒฝ๋ ์ถ์ธ๋ฅผ ๋ฐ์ํ ๊ฒฝ๋ Suspension Spring์ ๋ํ ์๊ตฌ๊ฐ ์ฆ๊ฐ. ์ด ์๊ตฌ๋ฅผ ์ถฉ์กฑ์ํค๊ธฐ ์ํ
์๋๋ก์, ์ฆ๊ฐ๋ ์ธ์ฅ์๋ ฅ ์ฌ์์ ๊ฐ๋ Spring์ ์ค๊ณํ๋ ๊ฒ์ด ๋ฐ๋์งํ๋, ํ์ฌ ์ด์ฉ ๊ฐ๋ฅํ Spring ๊ฐ์ด
๊ณ ์๋ ฅ ์กฐ๊ฑด ํ์์ ์ฌ์ฉ๋๋ค๋ฉด, ๋ด๊ตฌ์ฑ ๋ฐ Sag๊ณผ ๊ด๋ จ๋ ๋ฌธ์ ๊ฐ ์กด์ฌํ์ฌ Spring์ ๊ธธ์ด๊ฐ ์ค์ด๋ค์ด ์ฐจ๋์
๋์ด๊ฐ ๊ฐ์ํ์ฌ ์ฌ๊ฐํ ์์ ๋ฌธ์ ๊ฐ ๋ฐ์ํ๋ค.
Spring ๊ฐ์ฌ์ ๊ฐํ๋ 1) ํฉ๊ธ์์ ์ ์ด 2) Spring ์ ์กฐ ๊ณต์ ์กฐ๊ฑด ๋ณ๊ฒฝ์ผ๋ก ๊ฐ์ .
๊ทธ๋ฆผ 1.11์ ํฉ๊ธ์์๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ Spring ๊ฐ์ ๊ฐํํ๋ ๊ธฐ๋ณธ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์ฌ์ฃผ๋ฉฐ ๊ท ์ด ๊ฐ๋์ ๊ฐ์๋ก ํผ๋ก
ํน์ฑ์ ํฅ์์ํฌ ์ ์์ผ๋ฉฐ, ๋์ ๋ณด๊ฐ ๋ฐ Dislocation Pinning์ผ๋ก Sag ์ ํญ์ ํฅ์์ํฌ ์ ์๋ค.
Sag ์ ํญ์ฑ์ ๊ฐ์ ์ํค๋ ์์ถ๋ฌผ๋ถ์ฐ๋ฌผ์ ํ์ฑ์ ๊ทธ๋ฆผ 1.12์์ ๋ณด์ฌ์ง๋ Tempering ๋์ ์ผ์ด๋๋ค.
์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก V๊ฐ 500โ๋ฅผ ์ด๊ณผํ๋ ์จ๋์์ ์์ถ๋ฌผ์ ํ์ฑํ๋ฏ๋ก 300 ~ 500โ์ ์จ๋ ๋ฒ์์์ V ์์ถ๋ฌผ์
ํ์ฑํ๋ ๊ฒ์ด ์ค์. Cr์ ํํ๋ฐ ๋ด๊ธ์ง์ฑ์ ์ข์ผ๋ Cementite ์์ถ์ ์ด์ง์ผ๋ก Sag ์ ํญ์ฑ์ ์ ํด.
Mo๊ฐ ์ฒจ๊ฐ๋๋ฉด Cr์ M2C์ ์ด๊ธฐ ์์ถ์ ์ด์งํ๊ณ 0.8%๋ฅผ ์ด๊ณผํ๋ ์์ค์์ ์ฒจ๊ฐ๊ฐ๋ฅ.
FIGURE 1.11: Methods for strengthening of spring steel by adding the alloy elements
FIGURE 1.12: Size of Cementite precipitated in martensite and bainite during Tempering
๊ทธ๋ฆผ 1.12 Tempering ์ค MARTENSITE ๋ฐ Bainite์์ ์์ถ๋ Cementite์ ํฌ๊ธฐ
์ต๊ทผ ์ฐ๊ตฌ์์, ๊ณ ํ์ Spring ๊ฐ์ ๊ฐํ์ ๋ํ B์ ์ํฅ์ Reduction of Area๋ฅผ ํ์ ํ๊ฒ ๊ฐ์์ํค์ง ์๊ณ
๋ค๋ฅธ Spring ํน์ฑ์ ์ ์งํ๋ฉด์ ๊ฐ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด๊ณ .
ํ1.4๋ 400โ์์ Tempering๋ 2000 MPa ๋ฑ๊ธ์์ B ์ฒจ๊ฐ๋ฌผ๋ก ์ธํ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง.
Tempering์ ๋ํ B ํจ๊ณผ์ ๋ฐ๋ผ Spring ๊ฐ๋๋ฅผ ๋์ด๋๋ฐ ์ฌ์ฉ.
Spring ๊ฐ ๊ฐํ๋ฅผ ์ํ ๋ ๋ค๋ฅธ ๋ฐฉ๋ฒ์ MARTENSITE ๋ฐ Bainite์ ๊ฐ์ ๋ค์ ํผํฉ๋ฌผ์ ์ฌ์ฉ. MARTENSITE์
Bainite์์ ์ผ์ด๋๋ ์์ถ๋์ ์์ ์ผ๋ก๋ ์ง์ ์ผ๋ก ๋ค๋ฅด๋ค. ฮต- carbide๊ฐ ์์ถ๋๊ณ ์ดํ Tempering ๋์
์์ ํ Cementite๋ก ์ ํ๋๋ค. ๋ณํ์จ๋๊ฐ ๋ฎ์์๋ก ฮต- Carbide์ ์์ ๋ ๋ง์ด ๋ณํ๋์ง ์๋๋ค. ๋ณํ์จ๋๋ฅผ
๋ฎ์ถค์ผ๋ก์จ, Bainite Lath์ ๊ณผ ํฌํ๋ ํ์๋ Austenite๋ก ํ์ฐ๋์ด ฮต- Carbide์ ํ์ฑ์ ๊ฐ์ํํ๋๋ฐ ๋ ๋ง์
์๊ฐ์ด ํ์. Tempering ์ค MARTENSITE์ Bainite์ Cementite ํฌ๊ธฐ๋ ์๋ก ๋ค๋ฅธ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 1.12์ ๊ฐ์ด ์ค ํ์๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ MARTENSITE์ Carbide๋ Lath๊ฒฝ๊ณ์์ ์์ฑ ๋ฐ ์ฑ์ฅํ์ง๋ง Bainite์์
ํ์ฑ๋ Carbide๊ฐ ๋ํ๋๋ค[18]
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 14/111
Bainite Carbide๋ MARTENSITE ๋ด์์ ๋ณด๋ค ์์ ํ๋ค๋ ๊ฒ์ ์ ์.
๋๊บผ์ด ์ฝ์ผ Spring ๋๋ ์ง๊ฒฝ์ด 20 mm ์ด์์ธ ๋๊บผ์ด Torsion Bar์ ๊ฒฝ์ฐ, ๋จ๋ฉด ์ค์ฌ์ ๊ฒฝํ์ํค๊ธฐ๊ฐ ์ด๋ ต๋ค.
์ด ๋ถ๋ถ์ MARTENSITE๋ณด๋ค ๋ฎ์ ๊ฒฝ๋๋ฅผ ๊ฐ๋ Bainite ๋๋ Ferrite / Pearlite ์์ญ์ผ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋ ๊ฒฝํฅ์ด
์์ผ๋ฉฐ, ๋ฎ์ Sag ์ ํญ์ ๋ํ๋ธ๋ค. ๋ฐ๋ผ์, ๋๊บผ์ด ์ฝ์ผ Spring ๋ฐ ๋๊บผ์ด ๋นํ๋ฆผ Bar ํํ๋ผ๋, ์ด์ฒ๋ฆฌ์
์ํด ์ค์ฌ์ผ๋ก ์ฐ์ฅ๋๋ MARTENSITE ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ํ์ฑํ ์ ์๋ Spring ์ฉ ๊ฐ ์ ๊ณต์ด ํ์.
TABLE 1.4: Mechanical properties of boron added steel on the Tempering temperature [16]
1.6 ์ฐ๊ตฌ ๋ชฉํ
Spring ๊ฐ์ฌ๊ฐ ์ฐ์ํ ํน์ฑ ์กฐํฉ์ ๋๋ฌํ์ง๋ง ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ์ค๊ณ์ ๊ธฐ๋ฐํ ์ถ๊ฐ ๊ฐ๋ฐ์ด ํ์.
์กฐ์ฑ์ ์ด ๋ฐ ์ํ๋ ๋ค์ ๊ตฌ์กฐ ์ต์ ํ๋ฅผ ์ํ ์ ์ ํ ์ด์ฒ๋ฆฌ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ฐพ๋ ๊ฒ์ด ๊ธฐ๊ณ์ ๋ชฉํ๋ฌผ์ฑ ๋ฌ์ฑ์ ํ์.
์ด๋ฅผ ์ํด Austenite ์ํ์์ ๋๊ฐํ๋ ๋์ ์ ๋ณํ๋ฅผ ์ํ๋ ์๋ก์ด ๋ฐฉ๋ฒ์ ๊ฐ๋ฐ.
์ด Model์ Austenite - Ferrite, Austenite - Pearlite ๋ฐ์ ๋ฐ ์ด๋ค์ ์ํธ ์์ฉ์ ๊ณ ๋ ค.
2์ฅ์ ๋ชฉ์ ์ Spring ๊ฐ์ฌ์ ๋๊ฐ ์ค Dilatation๊ณก์ ์ ์ ๋ณํ ๋์ญํ๊ณผ ์ ๋์ ์ผ๋ก ์ฐ๊ด์ํค๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ค๋ช .
์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ด Dilatation ๋ฐ์ดํฐ์ ์ ๋์ ์ผ๋ก ๊ด๋ จ๊ฐ๋ฅ์ด๋ฉด, Dilatometer ๊ธฐ์ ์ ์๋ณํ ๋์ญํ์ ์ฐ๊ตฌ์ ํจ์จ
์ ์ผ๋ก ์ ์ฉ๊ฐ๋ฅ. Dilatation๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ์๋ณํ ์ ๋ณด๋ฅผ ์ถ์ ํ๊ธฐ ์ํ Model์ 2 ์ฅ์์ ์ ์.
์ฒ ๊ฐ์ ์ด ๊ธฐ๊ณ ๊ฐ๊ณต์ ์ค์ํ Step๋ Reaustenitization์ด๋ค. Reaustenitization์ ๋ณดํต Grain ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ์ ํฉ๊ธ
์์ ๋๋์ ๊ท ์ง์ฑ์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๊ธฐ์กด์ Austenite ์กฐ์ง์ ์ถํ์ ์ ๋ณํ์ ๋์ญํ์ ํฐ ์ํฅ์
์ฃผ๋ฉฐ, Quenching, Normalizing annealing ๋ฑ ์ถ๊ฐ ๋๊ฐ ๊ณผ์ ์์ ๋ถํ์ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ค.
Dilatometer๋ถ์์ ๊ฐ์ด ์ ์ ๋ณํ ๋์ญํ์ ์ฐ๊ตฌํ๊ธฐ ์ํด ์ฌ์ฉ๋๋ ๊ธฐ์ ์ด๊ธฐ ๋๋ฌธ์ Austenite ํ์ฑ ์ค
์ผ์ด๋๋ ๊ธธ์ด์ ์๋์ ์ธ ๋ณํ๋ ์จ๋์ ํจ์๋ก์ ์ฐ๊ตฌ๋์ด ์๋ค.
์ด Lever ๊ท์น ๊ธฐ๋ฒ์ ๋์ ์๋ณํ๋ฅผ ์ค๋ช ํ ์ ์๋ค. ๊ฐ์ด ์ค ํ์ฑ๋ Austenite๊ฐ ๋๊ฐ ์ค ๋ณํ์ ์ํด
์ฐ์์ ์ผ๋ก ํ๊ดด๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ Reaustenitization ๋ฐ์ ๋์ญํ ๋ฐ ํํํ ํ์์ ์คํ์ ๊ด์ธก์ ์ด๋ ต๋ค.
3 ์ฅ์ ๋ชฉ์ ์ ๊ฐ์ดํ๋ ๋์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ์งํ๋ฅผ ์ถ์ ํ๋ ์๋ก์ด ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ค๋ช ํ๋ ๊ฒ์ด๋ค.
ํผ๋ก๊ฐ๋ ๋ฐ Sag ์ ํญ์ ๊ฐ์ ํ๊ธฐ ์ํด ๊ณ ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of Area๊ฐ ๊ฐ๋ฅํ ์๋ก์ด Spring ๊ฐ์ด ๊ฐ๋ฐ๋์ด์ผ
ํ๋ค. Spring ๊ฐ์ฌ์ ๊ฒฝ์ฐ, ์ฌ๋ฃ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ค์ ์ ์ฐ์ํ ์ฐ์ฑ, ์ธ์ฑ ๋ฐ ํผ๋ก ํน์ฑ์ ์ ์งํ๋ฉด์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๋์ด๋
๋ฐ ์ด์ ์ ๋์๋ค. 4์ฅ์ ๋ชฉ์ ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ 2350 MPa์ ์ํ๋ ๊ฐ๋ 1400 MPa ๋ฑ๊ธ Spring์ ๋ํด 25% ์ด์
์ Reduction of Area๋ฅผ ๊ฐ๋ Spring ๊ฐ์ ์ค๊ณํ๋ ๊ฒ์ด๋ค.
5 ์ฅ์ ๋ชฉ์ ์ Austenizing ๋ฐ Tempering ์กฐ๊ฑด์ผ๋ก ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ณํ๋ฅผ ๋ถ์ํ๋ ๊ฒ์ด๋ค.
์ต์ ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ฅผ ํฅ์์ํค๊ธฐ ์ํด TEM๊ณผ SEM์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋ณด๊ฐ Mechanism์ ์ฐ๊ตฌํ๋ค.
6 ์ฅ์์๋ ํ์ ๋ฐ ์ ํฉ๊ธ๊ฐ์ Reduction of Area ๋ฐ ์ทจํ ํ์ ๊ฐ์์ ๊ด๋ จ๋ ์ํธ ์ฐ๊ด๋ ํํ์ ๋ฐ
๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ ์์ธ์ ์ผ๋ถ๋ฅผ ์ค๋ช ํ๊ณ ์ด๋ฌํ ์์ธ์ ํน์ฑ๋ถ์ด ๋๋ Intergranular fractureํ๋ฉด๊ณผ ๊ด๋ จ์ํจ๋ค.
Embrittlement๋ ๊ฐ์ฌ์ ๋ํด ์์๋๋ ๊ฒ๋ณด๋ค ๋ฎ์ ์ธ์ฑ์ ์์ฑํ๋ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ์กฐ๊ฑด์ ์ฒ๋ฆฌํ๋ ๊ฒ์ ์๋ฏธํ๋ค.
์๋ก, ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง๊ณผ ์ธ์ฑ์ ๊ฒฐํฉ์ํค๋ ์ ํจํ ๊ท์น์ ๊ฒฝ๋ ๋ฐ ๊ฐ๋๊ฐ ๋ฎ์์๋ก ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ ์ฐ์ฑ ๋ฐ ์ธ์ฑ์ด
๋๋ค๋ ๊ฒ์ ์๋ฏธํ๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ์ทจ์ฑ ํ์์ ์ด ๊ท์น์ ๋ํ ์์ธ์ด๋ฉฐ MARTENSITE Tempering ์ฐํ๋ ์ฐ์ฑ ๋ฐ
์ธ์ฑ์ ์ ํ ์ํค๋ฏ๋ก ํน์ ์จ๋ ๋ฒ์ ๋ด์์ ๊ฒฝ๋๊ฐ ๊ฐ์ํ๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์ทจ์ฑํ๊ดด๋ ์ฒ ๊ฐ์ ์ถ๊ฐ ๊ฐํ๋ฅผ ๋ฐฉํดํ
๋ ๊ฐ์ฅ ํฐ ์์ธ ์ค ํ๋์ด๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ฏ๋ก ์ด์ฒ๋ฆฌ ๊ณผ์ ์์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ณํ์ ๊ด๋ จํ์ฌ Reduction of Area ๋ฐ ์ทจํ
ํ์ ๊ฐ์๋ฅผ ์กฐ์ฌํ๋ ๊ฒ์ด 6 ์ฅ์ ๋ชฉ์ ์ด๋ค. 7 ์ฅ์ ๋ชฉ์ ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ Reduction of Area ๊ฐ์ ์ ์ํด
Tempering ์ฒ๋ฆฌ์ ์๋ก์ด ๊ฒฝ๋ก๋ฅผ ๊ธฐ์ ํ๋ ๊ฒ์ด๋ค.
์ด ๋ฐฉ๋ฒ์ Reduction of Area์ ๊ฐ์๋ฅผ ์ต์ ํ๋ฉด์ ๋ฏธ์ธ ์์ถ๋ฌผ์ ๊ฐ์์ํค๋ Step Tempering์ผ๋ก ๋ถ๋ฆฐ๋ค.
๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ํฅ์์ํค๊ธฐ ์ํด ์๋ก์ด Tempering ์ฒ๋ฆฌ๊ฐ ๊ฐ๋ฐ๋์๊ณ 2 Step Tempering ์ฒ๋ฆฌ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์๋ค.
์ข ๋์ Tempering์ ํ๋์ ์จ๋ ํ์์ ์ด๋ฃจ์ด์ง์ง๋ง, Step Tempering์ ๋ ์จ๋์์ ๋จ๊ณ์ ์ผ๋ก ์งํ๋๋ค.
Step Tempering ๊ณต์ ์ ์ ์๋ ๊ฐ์ฌ์ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ๊ฐ์ ํ๊ธฐ ์ํด ์ ์ฉ๋์์ผ๋ฉฐ Step Tempering ์กฐ๊ฑด์
๋ณ๊ฒฝํ์ฌ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ฐ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ ์กฐ์ฌํ์๋ค.
๋ํ, Spring์ ํผ๋ก์๋ช ์ ํฅ์์ํค๊ธฐ ์ํด์๋ ํ๋ฉด ํํ์ ์ต์ ํ ํ์๊ฐ ์๋ค. ํํ์ Ferrite ํ์ฑ์ ์ ๋
ํ๊ณ ํผ๋ก์๋ช ์ ๊ฐ์์ํจ๋ค. Spring ๊ฐ ์์ฐ ๊ณต์ ์ ํ๋ฉด ํํ์ ์์ฑ ๋ถํ์ ๊ธฐ๊ณ์ ๊ฑฐ๋์ ์ ํ์ํจ๋ค.
์ผ๊ธํ์ ๊ณต์ ์ ๋ณต์กํ๊ณ ์จ๋, ๋๊ธฐ, ฮฑ/ฮณ ๋ณํ, ํ๋ฉด์ ํํ, ํฉ๊ธ ์กฐ์ฑ ๋ฑ๊ณผ ๊ฐ์ ๋ง์ ์์์ ์ํด ์ํฅ์
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 15/111
๋ฐ๋๋ค. ์ฐํ์ ํํ์ฌ์ด์ ์ํธ ์์ฉ์ ์ดํดํ๊ธฐ ์ํด ์ปดํจํฐ ๋ชจ์ฌ๋ ์ ์ฉํ๋ฉฐ ๋ณต์กํ๊ณ ๋๋ก๋ ๋ฐ ์ง๊ด์ ์ธ
๊ฒฐ๊ณผ์ ํด์์ ๋์ธ ์ ์๋ค. ๋ชจ์ฌ๋ ์ข ์ข ์คํ์ ์กฐ์ฌ๋ณด๋ค ์ ๋ ดํ๊ณ ๋น ๋ฅด๋ฉฐ, ๋ง์ ๊ฒฝ์ฐ ์คํ์ค ๋ฐ ์ฐ์ ์กฐ๊ฑด
์์์ ๋ฌผ์ง์ ๊ฑฐ๋์ ๋ํ ์ถ์ธ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ์ ๋์ ์ ๋ณด๋ ์ ๊ณตํ๋ค.
8์ฅ์ ๋ชฉ์ ์ ์ฃผ๋ณ ๋๊ธฐ์์ ๋์ ์ค๋ฆฌ์ฝ Spring ๊ฐ์ฌ๋ฅผ ์ฌ ๊ฐ์ด ๋ฐ ๋๊ฐํ๋ ๋์ ํํ ์ฐํ ๊ณต์ ์ ์์ธก
Model์ ๋ชจ์ฌํ๊ณ ํํ ๊ฑฐ๋์ ๋ํ ์ด ์ฌ์ดํด์ ์ํฅ ํ์ธ์ด๋ฉฐ ๋ชจ์ฌ ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ ํ๋๋ฅผ ์คํ์ ์ผ๋ก ํ์ธ.
๋ง์ง๋ง์ผ๋ก, ๋ ผ๋ฌธ์ ์์ฝ์ด ์ ์๋๋ค.
2. ๋๊ฐ ์ค Dilatation๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ๋ณํ ๋์ญํ Modeling
์ด ์ฅ์ ๋ชฉ์ ์ Spring ๊ฐ์ฌ์ ๋๊ฐ ์ค Dilatation๊ณก์ ์ ์ ๋ณํ ๋์ญํ๊ณผ ์ ๋์ ์ผ๋ก ์ฐ๊ด์ํค๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ค๋ช
ํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์๋ถ์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ด Dilatation ๋ฐ์ดํฐ์ ์ ๋์ ์ผ๋ก ๊ด๋ จ๊ฐ๋ฅ์ด๋ฉด, Dilatometer ๊ธฐ์ ์ ์๋ณํ ๋์ญ
ํ์ ์ฐ๊ตฌ์ ํจ์จ์ ์ผ๋ก ์ ์ฉ๊ฐ๋ฅ. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๊ฐ์ฌ์ Dilatation๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ์ด๋ฌํ ์ ๋ณด๋ฅผ ์ถ์ถํ๋
Model์ ์ ์ํ๋ค. ์๋ถ์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ Linear thermal expansion coefficients, ๊ฒฉ์ Parameter ๋ฐ ์ด์ญํ์ ์กฐ๊ฑด
ํ์์์ ์ ์กฐ์ฑ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ Dilatation๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ๊ณ์ฐ.
์ ์๋ Model์ Austenite์ ํ์ ๋์ถ๊ณผ ์๋ณํ ์ ๋จ์๋ถํผ์ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ํ๋ค.
์ด Model์ Dilatation๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ์๋ณํ ๋์ญํ ๊ฒฐ์ ์ ์ ์ฉํ๊ณ Model ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋น๊ตํ์ฌ ๊ฒ์ฆ.
2.1 Dilatation ๋๊ฐ ๋์ญํ๊ณผ ์ด ํํ์ ๋ฐ์ดํฐ๋ฒ ์ด์ค์ ๊ฒฐํฉ
๋ฎ์ ํฉ๊ธ ๋ฐ ์์ง๋์ด๋ง ๊ฐ์ฌ์ ๊ฒฐ์ ๊ตฌ์กฐ ๋ฐ ๊ฒฉ์ ์น์๊ฐ ์ ๋ณํ๋ก ์ธํด ์จ๋์ ๋ฐ๋ผ ๋ณํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ด ๊ฐ
๋ค์ ๊ฐ์ด ๋ฐ ๋๊ฐ ์ค ์๋นํ ๋ถํผ ๋ณํ๋ฅผ ์๋ฐ. ๋จ์ ๋ถํผ์ ๋ณํ๋ ๋ณํ๊ฐ ์ผ์ด๋๋ ์จ๋์์์ ์ด
Dilatation ๋๋ ์์ถ์ ๊ฑฐ๋์์ ๋ฒ์ด๋จ์ผ๋ก์จ ๋ํ๋๋ค. ์ด ํ์์ ์ํธ์ ๊ธธ์ด๋ณํ๋ฅผ ํตํด ๊ฐ์ง๋ ์ ์์ผ๋ฉฐ,
Dilatometer๋ ๋๊ฐ๊ณผ์ ์์ ๊ธธ์ด๋ณํ๋ฅผ ๊ธฐ๋กํ๋๋ฐ ์ฌ์ฉ๋๋ฉฐ, ์ ํํ ์ธก์ ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ์ฐ์ ์ฉ ์ ๊ฐ ๊ณต์ ๊ณผ
๊ด๋ จ๋ ๊ด๋ฒ์ํ ๋๊ฐ์๋๋ฅผ ํ์ฉํ๋ค.
Dilatation๊ณก์ ํด์ ์ ๊ด์ฐฐ๋ ๊ธธ์ด๋ณํ๋ ๋ณํ์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ ๋น๋กํ๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ค.
์์ Lever ๋ฒ์น์ ์ฆ ๋ณํ๋ ์ฌ๋ฃ์ ์์ ์ ๋ณํ ๋์์ Thermal Dilatation ๋ณด์ ๋ ๊ธธ์ด๋ณํ์ ๋น๋กํ๋ฉฐ,
์จ๋์ ๋ฐ๋ฅธ Dilatation๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ์ ์๋ณํ์ ๋ํ ์ ๋ณด๋ฅผ ์ป๋๋ฐ ์ฌ์ฉ๋๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ Lever ๋ฒ์น์ ๋จ์ผ ๋ฐ
๋น๋ถํ ์ ์ ํ์ ํฌํจํ๋ Dilatation์คํ์ ๊ฒฝ์ฐ์๋ง ์ ์ฉํ ์ ์๋ค[24,25]
Hypoeutectoid ๊ฐ์ฌ์ ๊ฒฝ์ฐ ์ด ๋ฐฉ๋ฒ์ ๋ ๊ฐ์ง ์ด์ ๋ก ์ง์ ์ ์ฉํ ์ ์๋ค. ์ฒซ์งธ๋ก, ํ์๋ Proeutectoid
Ferrite์ ์๋ฅ Austenite๋ฅผ ๋๊ฐํ๋ ๋์ ์ฌ๋ถ์ฐํ์ฌ ์๋ฅ Austenite์ ๋จ์ ๋ถํผ๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํจ๋ค.
๋์งธ, Pearlite ์์ฑ์ ์ด๊ธฐ ์์ฒ ์์ ๋ถํผ ๋ณํ์๋ ํ์ ํ ๋ค๋ฅธ ๋ถํผ ๋ณํ๋ฅผ ๋ณด์ธ๋ค. ์ด๋ ์๋ณํ ๋์ญํ์
์ฐ๊ตฌ์์ Dilatometer ๋ฐ์ดํฐ์ ๊ฐ๋จํ ํด์์ ๋ฌดํจ๋ก ๋ง๋ ๋ค. Dilatometer ๊ธฐ์ ์ ์์ ๋ถํผ ๋ถ์จ, ์จ๋,
์ ์กฐ์ฑ ๋ฐ Dilatation์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ช ์์ ์ผ๋ก ๊ณ ๋ คํ๋ค๋ฉด ์๋ณํ ๋์ญํ์ ์ฐ๊ตฌ์ ํจ์จ์ ์ผ๋ก ์ ์ฉ๊ฐ๋ฅ.
๋ง์ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ Hypoeutectoid ๊ฐ์ฌ์ Dilatation๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ์ฌ๋ฐ๋ฅธ ์ ๋ณด๋ฅผ ์ถ์ถํ๋ ์ ์ฐจ๋ฅผ ๋ณด๊ณ ํ์๋ค.
Takahasi ๋ฑ[24], Onink ๋ฑ[25] ์ ๋ฑ์จ์ ๋ณํ ๋์ Dilatation ๋ฐ์ดํฐ๋ฅผ ๋ถ์.
Qiu ๋ฑ[26], Garcia de Andres ๋ฑ[27]์ ๊ฐ์ฌ ๊ฐ์ด ๋์ Dilatation์ ๊ณ์ฐํ ์ ์๋ Model์ ์ ๊ณตํ๋ค.
Kop ๋ฑ[28]์ Hypoeutectoid์ ๋ํ ๋๊ฐ Model์ ์ ์.
Zhao ๋ฑ[29]์ Step์ ๋ฐ๋ํจ์๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ Dilatation๊ณก์ ์ ๋ถ์.
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ Proeutectoid Ferrite ๋ฐ Pearlite์ ๋ํ ์ ๋ณด๋ฅผ ์ถ์ถํ๊ธฐ ์ํ ์๋ก์ด Model์ ๊ฐ๋ฐํ์๋ค.
์ ๋ณํ ๋์์ ์๋ถ์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ Dilatation ๋ฐ์ดํฐ, ์ด ์์ถ ๊ณ์, ์ ๊ฒฉ์ Parameter ๋ฐ ํํ ์กฐ๊ฑด ํ์์
์ ์ ํํ์ ์กฐ์ฑ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ณ์ฐ[30,31]. ์ด Model์ ํ์์ ์ผ๋ก Austenite์ ํ์ ๋์ถ๊ณผ ์ ๋จ์์ ๋ถํผ
์ฐจ์ด๋ฅผ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ํ๋ค. ๋ํ, Dilatation๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ์จ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์์ ๊ฒฉ์ Parameter ๋ณํ๋ฅผ ๋ณด๋ค ์ ํํ๊ฒ
์ป๊ธฐ ์ํ ์์ฒด ๊ต์ ๊ธฐ์ ์ด ์ ์๋๋ค. ์ ์๋ ๊ธฐ์ ์ ์คํ์ ๋ถํ์ค์ฑ์ ๊ต์ ํ๋๋ฐ ๋์์ด ๋ ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ
์ ํํ ํน์ฑ ๋ฐ์ดํฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ์ ์๋ ์ํฉ์์ Model์ ์ฌ์ฉํ ์ ์๊ฒ ํ๋ค.
Model์ ๊ทธ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ Proeutectoid Ferrite์ Austenite๋ก๋ถํฐ ๋ณ์ฑ๋ Pearlite์ ๊ด๋ จ๋ ์คํ ๊ด์ธก๊ณผ ๋น๊ตํจ์ผ๋ก์จ
๊ฒ์ฆ. ์ด Model์ Hypoeutectoid ๊ฐ์ฌ์ Dilatation๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ Proeutectoid Ferrite์ Pearlite ๋ณํ ๋์ญํ ์ถ
์ถ์ ์ ์ฉ.
2.1.1 ๋ฌผ๋ฆฌ์ ๋ฐ ์ํ์ Model
Dilatation๊ณก์ ์ ๋ถ์์ ์ํ ์ํธ์ Dilatation/์์ถ์ ๋ฑ๋ฐฉ์ฑ์ด๋ฉฐ, ๋ณํ๋ก ์ธํ ๊ตญ๋ถ์ ์ธ ๋ณํ๋ฅผ ์์ฉํ๊ธฐ ์
ํ ์์ฑ ๋ณํ๋ ์ผ์ด๋์ง ์๋๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ค. ์์ ๋ถํผ ๋ณํ์ ๊ฒฝ์ฐ, ์ํธ์ ์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ (ฮต )๋ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ
์ด ์๋์ ์ธ ๋ถํผ ๋ณํ์ ๊ด๋ จ[24, 27, 28]
L์ ์์ ์จ๋์์ ์ํธ์ ๊ธธ์ด์ด๊ณ , Lo๋ ์ด๊ธฐ ์์ ํจ๋์ ๊ฐ๋ ์ค์จ์์์ ์ด๊ธฐ ๊ธธ์ด์ด๋ค.
ฮV ๋ฐ Vo๋ ๋จ์ ๋ถํผ ๋ณํ ๋ฐ ์ด๊ธฐ ๋จ์ ๋ถํผ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค.
2.1.1.1 ๋๊ฐ ์ค ์ํธ๊ธธ์ด
Austenite ์์ญ์์ ๋๊ฐ๋ Hypoeutectoid ๊ฐ์ ํ์ฐ์ ์ผ๋ก Austenite / Ferrite 2 ์ ์์ญ์ ๊ฐ๋ก ์ง๋ฌ ๊ฐ ๊ฒ์ด๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 16/111
A3 ์จ๋ ์ดํ๋ก ๋๊ฐ๋๋ ๋์, ์ด๊ธฐ์๋ Austenite๊ฐ Proeutectoid Ferrite๋ก ๋ณํ๋๋ค. A1 ์จ๋ ์ดํ๋ก ์ถ๊ฐ ๋
๊ฐ ์ Austenite๋ Proeutectoid Ferrite ๋ฐ Pearlite๋ก ๋ถํด๋๋ค. ๋์ฒด ํฉ๊ธ์์์ ๋ํ ํ์ฐ๊ณ์๊ฐ ํ์์
๋ํ ํ์ฐ๊ณ์๋ณด๋ค ๋ช ์๋ฆฟ์ ์๋ค๋ ์ฌ์ค์ ๊ณ ๋ คํ๋ฉด, ์ ๋ณํ ๋์์ ์๊ฐ ์นํ ๋์ฒด ์์์ ์ฌ๋ถ๋ฐฐ๋ ๋ฌด์
[28,29] ๊ทธ๋ฌ๋ฏ๋ก, ์์์ ์จ๋์์ ์ํธ์ ์จ๋ ๋ฐ ํ์ํจ๋์๋ง ์์กดํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ฐ์ ํ๋ค.
์จ๋ T1์์์ Austenite ์์ญ์์์ ์ํธ์ ์ด ๊ธธ์ด๋ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ํ์.
์ฌ๊ธฐ์ Lฮณ์ ์ด๊ธฐ ํ์ํจ๋์ด Co ์ธ ์จ๋ T1์์์ Austenite์ ๊ธธ์ด.
Austenite ์์ญ์ ์ํธ๊ธธ์ด๋ ์จ๋๋ณํ์ ์ํด์๋ง ๋ณํ๋ค๋ ๊ฒ์ ์ ์ ์๋ค.
Austenite๋ก๋ถํฐ์ Proeutectoid Ferrite ๋ฐ Pearlite์ ๋ณํ๋ ์ํ ๋์์ ์์๋๋ ๊ฒ๊ณผ ๊ฐ์ด ๋ ๊ฐ์ ๋ถ๋ฆฌ๋
์จ๋ ์์ญ์์ ์ผ์ด๋๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ฐ์ ๋๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์ํธ์ Dilatation๊ณก์ ์ ๋ Step์ผ๋ก ๋ถ์. Proeutectoid
Ferrite๊ฐ ์ด๊ธฐ์ Austenite๋ก๋ถํฐ ํ์ฑ๋ ๋, Pearlite๋ ์กด์ฌํ์ง ์๋๋ค. ์ํธ ๊ธธ์ด๋ Austenite์ Proeutectoid
Ferrite์ ๊ธฐ์ฌ๋ก ๊ตฌ์ฑ. Austenite๋ก๋ถํฐ์ Proeutectoid Ferrite์ ๋ณํ๋ Austenite์์ ์ฉ์ง ํ์์ ํ์ฐ์ ์ํด
์ง๋ฐฐ๋๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ฐ์ ๋๋ค. ์ ๋ณํ ์ค ๋จ์์๋ Austenite๋ ํ์ (C)๊ฐ ํ๋ถํด์ง ๊ฒ์ด๋ค. ์๋ฅ Austenite์
ํ์ ๋์ถ์ ์๋ณํ ์ค์ ๋ณํ ๊ฒฝ๊ณ ๋ฉด์์ ์์๋๋ค๋ ๊ฒ์ด ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๋ฐ์ ๋ค์ฌ์ง๋ค. ์ด๋ Austenite Grain
์ ๊ฐ๋ก ์ง๋ฌ ํ์๋๋ ํ๋กํ์ผ๋ก ์ด์ด์ง ์ ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, Zhao ๋ฑ[29]์ ์ ๋ณํ๋ก ์ธํ ์ํธ์ ์๋
๊ธธ์ด๋ณํ๋ฅผ ๋ถ์ํ๊ธฐ ์ํด Grain์ ๊ฐ๋ก ์ง๋ฅด๋ ํ์๋๋ ํ๋กํ์ผ์ ๊ณ์ฐํ๋ ๋์ Austenite์์ ํ๊ท ํ์
๋๋๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ์ ์๋ค๊ณ ๋ณด๊ณ ํ๋ค. Proeutectoid Ferrite์ ํ์ฑ๊ณผ Austenite์ ํ์ ๋์ถ์ ๋ชจ๋ ์ํธ์
Dilatation์ ์ผ์ผํจ๋ค. Proeutectoid Ferrite ํ์ฑ ๋์์ ๋ณํ ์จ๋ T2์์์ ์ํธ์ ์ด ๊ธธ์ด๋ Austenite ๋ฐ
Proeutectoid Ferrite์ ๊ธฐ์ธํ ๊ธธ์ด๋ณํ์ ํจ์์ด๋ค.
์ฌ๊ธฐ์ ๐๐พ(T2) ๋ ์๋ฅ Austenite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ด๊ณ (1 - ๐๐พ(T2))๋ Austenite๋ก๋ถํฐ ๋ณํ๋ Proeutectoid Ferrite์
๋ถํผ๋ถ์จ์ด๋ค.
๋ณํ์ ๋ ๋ฒ์งธ ๋ถ๋ถ์์๋ ๋จ์ง Pearlite๊ฐ ํ์ฑ๋๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ค. ์ด๋ Proeutectoid Ferrite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ด ์ผ์
ํ๋ค๋ ๊ฒ์ ์๋ฏธํ๋ค. Austenite์์ ๋ ์ด์์ ํ์ ๋์ถ์ด ์ผ์ด๋์ง ์์ผ๋ฏ๋ก ์๋ฅ Austenite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์
์จ๋์๋ง ์์กดํ๋ค. ์๋ฅ Austenite๋ ์ฐ์์ ์ผ๋ก ๋ถํด๋์ด, ๋๋, ๐ถ๐๐ผ Eutectoid Ferrite์ ๋๋๐ถ๐๐ ์ธ Eutectoid
Cementite ํผํฉ๋ฌผ์ธ Pearlite๊ฐ ๋๋ค. ๋ณํ ์จ๋ T3์์ Pearlite ๋ณํ ๋์ ์ํธ์ ์ด ๊ธธ์ด๋ ์๋ฅ Austenite,
Proeutectoid Ferrite ๋ฐ Pearlite์ ๋๋๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋ค.
์ฌ๊ธฐ์, ๐๐พ(๐3)๋ ProeutectoidFerrite ๋ณํ ์๋ฃ ํ ์๋ฅํ๋ Austenite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ด๊ณ , (1-๐๐พ(๐3))๋ Proeutectoid
Ferrite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ด๊ณ , ๐๐(๐3) ๋ Pearlite์ ๋ถํผ. Dilatation๊ณก์ ์ ๊ณ ์จ ๋ถ๋ถ์๋ถ์์ผ๋ก๋ถํฐ ๋ฐ๊ฒฌ๋
Proeutectoid Ferrite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ Pearlite ๋ณํ ๋์์ Austenite์ ํ์ํจ๋ ๋ฐ Pearlite ๋ด์์์ Cementite
๋ฐ Ferrite์ ๋น์จ์ ๊ฒฐ์ ํ๋ค.
๐ฟ๐(๐3,๐ถ๐พ)๋ Pearlite์ ์ ํจ ๊ธธ์ด์ด๋ฉฐ ๊ณต์ Ferrite์ ๊ณต์ Cementite์ ๊ธธ์ด๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋ค.
์ฌ๊ธฐ์ ๐๐๐ผ๋ ๊ณต์ Ferrite์ ๋ถ์จ์ด๊ณ (1 - ๐๐๐ผ)๋ ๋ณํ๋ Pearlite์์ ๊ณต์ Cementite์ ๋ถ์จ์ด๋ค. ๐ฟ๐๐ผ ๋ฐ ๐ฟ๐๐
๋ ๊ฐ๊ฐ ๊ณต์ Ferrite์ ๊ณต์ Cementite์ ๊ธธ์ด ๋ทด์จ์ด๋ค. ๋๊ฐ ๊ณผ์ ์์์ ๊ณผ ๋๊ฐ ํจ๊ณผ๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ๊ธฐ ์ํด,
์ด Model์์ Austenite์ ํ๊ท ํ์ํจ๋์ด Acm ์ ์ ๋๋ฌํ์ ๋ Pearlite ๋ณํ๊ฐ ์์๋๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ฐ์ ํ๊ณ ,
์ด๋ ์ํ๋์์ A1 ์จ๋๋ณด๋ค ๋ฎ์ ์จ๋๋ก ์ธ์ฝ๋๋ค[32,33]. Acm ๋ผ์ธ์ Austenite์ ํํ์กฐ์ฑ์ Cementite์
ํํ์ ์ด๋ฃฌ ์จ๋ ์กฐ์ฑ ๋ผ์ธ์ด๋ค. ๊ทธ ๋ค์, Austenite๋ ๋ถํด ๋์ค ์ํ๋ ๋ฐ ํ์ ๋ณด์กด์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ฒฐ์ ๋
์ง๋๋น๐๐๐ผ๋ก Ferrite ๋ฐ Cementite๋ก ๋ถํด๋๋ค.
2.1.1.2 ์ด ๊ฒฝ์ง Ferrite ๋ณํ์ ์ํ ์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ
์ฃผ์ด์ง ์จ๋์ ๋ํด, Proeutectoid Ferrite์ ๋ณํ๋ก ์ธํ ๊ธธ์ด๋ณํ๋ ์ (3)์์ ์(2) ๋ฅผ ๋บ ๊ฐ์ผ๋ก ํํ๋๋ค.
์ (6)์ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ์ฌ ๋ฐฐ์ด ๊ฐ๋ฅ.
์ (7)์ ์ํธ์ ๊ธธ์ด๋ณํ๋ 3๊ฐ์ง๋ก ๊ตฌ์ฑ
์จ๋๋ณํ๋ก ์ธํ Austenite์ ๊ธธ์ด๋ณํ, ๐๐พ(๐2)((๐ฟ๐พ(๐2,C0) - ๐ฟ๐พ(๐1,C0)),
ํ์ ๋์ถ์ ์ํ ๊ธธ์ด๋ณํ ๐๐พ(๐2)((๐ฟ๐พ(๐2,C๐พ) - ๐ฟ๐พ(๐2,C0))
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 17/111
Proeutectoid Ferrite ๋ณํ์ ์ํ ๊ธธ์ด๋ณํ, (1 - ๐๐พ(๐2))(( ๐ฟ๐ผ(๐2,C๐ผ) - ๐ฟ๐พ(๐1,C0))
Proeutectoid Ferrite์ ํ์ํจ๋์ Thermo-Calc ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ํํ์กฐ๊ฑด [30, 31]์์ ๊ณ์ฐ
Austeniteํ๊ท ํ์ํจ๋ (๐ถ๐พ)์ ํ์ ๋ณด์กด ๊ด๊ณ์ ์ํด ๊ณ์ฐ.
์ฌ๊ธฐ์, Co๋ Austenite์ ์ด๊ธฐ ํ์ํจ๋์ด๊ณ , ๐๐ผ ๋ Proeutectoid Ferrite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ด๊ณ , ๐ถ๐ผ ๋ Proeutectoid
Ferrite์ ํ์ํจ๋์ด๋ค. ์ํธ์ ์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ (๐)๋ ์ (1)์ ๋ถํผ๋ณํ์ ๊ด๋ จ๋๋ฉฐ ์ (7)์ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ์ ๋ฆฌ.
์ฌ๊ธฐ์ ๐(๐2) ๋ฐ ๐(๐1)์ ์จ๋ T2 ๋ฐ T1์์์ Dilatation๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ์ธก์ ๋ ์ํธ์ ์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ๊ณ , Vi๋ ์
๋จ์ ๋ถํผ๋ค(๐ = ฮณ, ฮฑ). ๐๐พ(๐2,๐ถ0) ๋ฐ ๐๐พ(๐1, ๐ถ0) ๋ ํ์ ์ด๊ธฐํจ๋(Co)์ ๊ฐ๋ T2, T1 ์จ๋์์์ Austenite์ ์๋
๊ธธ์ด๋ณํ.
๊ธฐ์กด Step์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ ๊ณ์ฐํ๋ ค๋ฉด ์๋ ๊ธธ์ด๊ฐ ๋ณ๊ฒฝ๋๊ณ Step์ ๊ตฌ์ฑ๊ณผ ๋จ์ ๋ถํผ๊ฐ ํ์ํ๋ค. ์๋ ๊ธธ์ด๊ฐ
๋ณํ๊ณ ํํ์ฑ๋ถ์ Dilatation๊ณก์ ๊ณผ Thermo-Calc ํ๋ก๊ทธ๋จ์์ ์ฝ๊ฒ ๊ฒฐ์ ๋๋ค. ์์ ๋จ์ ๋ถํผ๋ ๊ฒฉ์
Parameter๋ก๋ถํฐ ๊ณ์ฐ๋๋ค. ๋ฐ๋ผ์, ์ (9)๋ Austenite๊ฐ ํ์๊ฐ ํ๋ถํ ์๋ฅ Austenite์ Proeutectoid Ferrite
์ ํผํฉ๋ฌผ๋ก ๋ถํด๋๋ ๋ชจ๋ Dilatation๊ณก์ ์ ์ฌ์ฉํ ์ ์๋ค.
2.1.1.3 Pearlite ๋ณํ์ ์ํ ์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ
์ฃผ์ด์ง ์จ๋์ ๋ํด, Pearlite ๋ณํ๋ก ์ธํ ์ํธ์ ๊ธธ์ด๋ณํ๋ ์ (4)์์ ์(2)๋ฅผ ๋นผ์ ๊ณ์ฐ
Proeutectoid Ferrite ๋ณํ๊ณผ ๋ง์ฐฌ๊ฐ์ง๋ก, ์ (10)์ ์ ๋ฆฌํ๋ฉด
์(11)์์, Pearlite ๋ณํ ๋์ ์ฃผ์ด์ง ์จ๋์์ ์กด์ฌํ๋ ์๋ค์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ ๋จ์ ๋ถํผ, ์ ์กฐ์ฑ ๋ฐ ์ํธ์ ์
๋ ๊ธธ์ด๋ณํ๋ก๋ถํฐ ๊ณ์ฐ๋๋ค. ๊ณ์ฐ์ ํต์ฌ์ Step์ ๋จ์ ๋ถํผ๋ฅผ ๊ฒฐ์ ํ๋ ๊ฒ์ด๋ค.
๋ค์ ๋ถ๋ถ์์๋ ์๋ณํ ์ค์ ์์ ๋จ์ ๋ถํผ๋ฅผ ๊ณ์ฐํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์๊ฐํ๋ค.
2.1.2 ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ
๋ณธ ์ ์์, Dilatation ๋ฐ์ดํฐ๋ก๋ถํฐ ์๋ณํ ๋์ญํ์ ๊ณ์ฐํ๊ธฐ ์ํ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์ค๋ช (๊ทธ๋ฆผ 2.1 ์ฐธ์กฐ). ๊ฐ์ฌ์
Dilatation ๋ฐ์ดํฐ์ ํํ์ฑ๋ถ์ด ์ ๋ ฅ ๋ณ์๋ก ์ฌ์ฉ๋๋ค. ์ ํ ์ดDilatation ๊ณ์๋ ๋ณํ๊ฐ ์ผ์ด๋์ง ์๋ ์จ๋
์์ญ์ ๊ฑธ์น ์จ๋ ์์กด ๊ธธ์ด๋ก๋ถํฐ ๊ณ์ฐ๋๋ฉฐ, ์๋ณํ ์์ญ์ ๋น ๋ณํ ์์ญ์ผ๋ก๋ถํฐ์ ์ ํ์ ์ผ๋ก ์ธ์ฝ๋ ์ฉ์
์ผ๋ก๋ถํฐ ๊ธฐ์ ๋ Dilatation ์์ญ์ผ๋ก์ ๊ฒฐ์ ๋๋ค.
Ferrite์ ํ์ํจ๋์ Thermo-Calc ํ๋ก๊ทธ๋จ์ผ๋ก ๊ณ์ฐํ๊ณ Austenite๋ ํ์ ๋ณด์กด ๊ด๊ณ๋ก ๊ณ์ฐํ๋ค.
Proeutectoid ๊ฐ์ ๋ณํ๊ฐ ์๋ฃ๋๋ฉด ๋๋จธ์ง Austenite๊ฐ Pearlite๋ก ๋ณํ๋ค. ์ต์ข Step๋ Ferrite ๋ฐ Pearlite๋ก
๊ตฌ์ฑ๋๋ค. Ferrite ๋ฐ Pearlite์ ํ์ํจ๋์ Thermo-calc ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ์ํด ๊ณ์ฐ๋๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 2.2๋ Austenite์
ํ๊ท ํ์ํจ๋์ด Acm ์ ์ ๋ง์กฑํ ๋ ๋ณํ ์ค Austenite์ ํ์ํจ๋์ด ์ฆ๊ฐํ๊ณ Austenite๋ก๋ถํฐ Pearlite๊ฐ
ํ์ฑ๋จ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์๋ณํ๊ฐ ์๋ฃ๋๋ฉด ์๊ธฐ ๊ต์ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก Ferrite ๊ฒฉ์ Parameter๋ฅผ ๊ณ์ฐํ๋ค.
๊ณ์ฐ๋ ๊ฒฉ์ Parameter์ธ Ferrite์ ๊ธฐ์ดํ์ฌ, ๋ณํ๋ ์๋ถ์ ์ฌ ๊ณ์ฐ.
๋ง์ง๋ง์ผ๋ก ์ถ๋ ฅ ๋ฐ์ดํฐ๋ ์ด Step์์์ ์๋ถ์จ๊ณผ ํ์ํจ๋์ผ๋ก ๊ตฌ์ฑ.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 18/111
2.2 ์์ ๋จ์ ๋ถํผ ๋ฐ ๊ฒฉ์ Parameter
Austenite์ Ferrite์ ๊ฒฉ์๊ตฌ์กฐ๋ ๊ฐ๊ฐ FCC (face centered cubic)์ BCC (body centered cubic)์ด๋ค. Cementite
๋ ์ฌ๋ฐฉ ์ ๊ณ ๊ฒฐ์ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๊ฐ๋๋ค. Austenite์ Ferrite์ ๋จ์ ๋ถํผ๋ ๊ฐ๊ฐ(ฮฑฮณ)3/4 ๋ฐ (ฮฑฮฑ)3/2
Cementite์ ๋จ์ ๋ถํผ๋ (aq) (bq) (cq) /12๋ก ์ฃผ์ด์ง๋ฉฐ, ์ฌ๊ธฐ์ a, b, c๋ ๊ฒฉ์ Parameter์ด๋ค.
1/4, 1/2 ๋ฐ 1/12๋ ๋จ์ Cell๋น ์์ ์์ ๊ฒฐ๊ณผ์ด๋ค. ๋ง์ ์ฐ๊ตฌ์๋ค์ ์ ๋ณํ๊ฐ ์ผ์ด๋์ง ์์ผ๋ฉด Austenite์
๊ฒฉ์ Parameter๋ 300 ~ 1200โ์ ์จ๋ ๋ฒ์์์ ์ ํ์ ์ผ๋ก ๋ณํํ๋ค๊ณ ๋ณด๊ณ .
Garcia de Andres ๋ฑ[27]์ Austenite์ ์จ๋ ์์กด์ ์ธ ๊ฒฉ์ Parameter๋ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ํํ๊ฐ๋ฅ.
FIGURE 2.1 Flow diagram of calculating the transformation kinetics from the Dilatation data
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 19/111
FIGURE 2.2 Transition of the transformation from Ferrite + Austenite to Ferrite + Pearlite, or bainite on the phase diagram. [32]
Austenite์ ์จ๋ ์์กด Lattice parameter๋ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ํ์
์ฌ๊ธฐ์ ๐ผ๐พ0 ๋ ์์จ์์ Austenite์ ๊ฒฉ์ Parameter์ด๊ณ , ๐ฝ๐พ๋ Austenite์ ์ ํ ์ด ์์ถ ๊ณ์์ด๋ฉฐ, T๋ K ์จ๋.
๋์ฒด ํฉ๊ธ์์์ ๋ํ Austenite์ ๊ฒฉ์ Parameter์ ์์กด์ฑ์ Ridley ๋ฑ [34]๊ณผ ๋ค์ด์จ๊ณผ ํ์ฆ [35]๊ฐ ๋ฐํ
[i]๋ i = C, Mn, Ni, Cr, Mo ๋ฐ V์ wt% ๋๋์ด๊ณ , ๐ผ๐พ0 ๋ ร ์ผ๋ก ํ์๋๋ค. Austenite์ ์ ํ ์ด ์์ถ ๊ณ์๋
์ด ์์ถ ๊ณ์ ์ฌ์ด์ ์์ ์ฐจ์ด๊ฐ ์์ง๋ง ๋ค๋ฅธ ์ ์๋ค์ ์ํด ๋ณด๊ณ ๋์์ง๋ง ๊ฑฐ์ ์ผ์ ํ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ฐ์ [27-
29,36]. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ Austenite ์ ํ ์ด ์์ถ๊ณ์๋ ์คํ์ค์ฐจ๋ฅผ ๋ณด์ํ๊ธฐ ์ํด ๊ฐ Dilatation๊ณก์ ์์ ์ง์ ๊ณ์ฐ.
Austenite ์ ํ ์ด ์์ถ ๊ณ์๋ ๋ค์ ์์ ์ฌ์ฉํ์ฌ Dilatation๊ณก์ ์ Austenite ์์ญ์์ ์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ (๐๐พ)์
๊ธฐ์ธ๊ธฐ (๐ = (โฮต/โT))๋ก๋ถํฐ ๊ณ์ฐ.
๐1โฒ ๋ฐ ๐1 ์ Austenite ์์ญ์ ๋ ์จ๋์ด๋ค. ๋ฐ์ด๋๋ฆฌ Fe-C ํฉ๊ธ์ Ferrite์ Cementite์ ๊ฒฝ์ฐ ๊ฒฉ์ Parameter
๋ Kop ๋ฑ[28]์ด ๊ณ์ฐ
์ฌ๊ธฐ์, Cementite์ ์ ํ ์ด ์์ถ ๊ณ์๋ ๐ฝ๐ ์ด๋ค. ์ค์จ์์์ ฮฑฮฑ ๋ ์์ํ ์ฒ ์ ๊ฒฉ์ Parameter
๊ทธ๋ฌ๋ ์ด๋ Ferrite์ ํฉ๊ธ์์์ ์ํฅ์ ๋ฐ๋๋ค.
Ferrite์ ๊ฒฉ์ Parameter๋ Ferrite์ ๋ํ ์ฉํด๋ ๋๋ฌธ์ ํฉ๊ธ์์์ ๋๋์ ์ํฅ์ ๋ฐ๋๋ค. Ferrite์ ๊ฒฉ์
Parameter์ ๋ชจ๋ ํฉ๊ธ์์๋ฅผ ํฌํจ์ํค๋ ๊ฒ์ Dilatation๊ณก์ ์๋ถ์์ผ๋ก๋ถํฐ ๊ฒฐ์ ๋๋ค. ์์ ํ ๋ณํ์กฐ๊ฑด ํ์
์, ๊ฒฉ์ Parameter๋ ๊ต์ ์ธ์(๊ธฐ์ธ๊ธฐ ๋ฐ ์์ ์ ๋ํ ์ข ์ขํ)๋ก ์กฐ์ ๋๊ณ Model ๋ฐ Dilatation ์คํ๊ณผ ๊ฐ์ฅ
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 20/111
์ ์ผ์นํ๋ ๊ฐ์ผ๋ก ์ทจํด์ง๋ค.
์ค์ ๋ก, ์์ฑ๋ Ferrite์ ๊ฒฉ์ Parameter๋ ์๋ณํ๋์ Dilatation๊ณก์ ์๋ถ์์๋ง ์ฌ์ฉ๋์๋ค. Austenite์
Ferrite์ ๊ฒฉ์ Parameter์ ์ค์ฉ์ ์ธ ๊ฐ์ ๊ฒฐ์ ํ๋ ์ด ์๊ธฐ ๊ต์ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์คํ์ ์ธ Dilatation ๋ถํ๋์ ๊ทผ์ฌ์น
๋ฅผ ๊ต์ ํ๋ ํฐ ์ฅ์ ์ด ์๋ค.
2.3 ์คํ
2.3.1 ๋๊ฐ ์ค Dilatation๋ถ์์ ์ํ ์คํ
์ ์๋ฐฉ๋ฒ์ ๊ฒ์ฆํ๊ธฐ ์ํด Fe-C-Mn-Si ๊ฐ (ํ 2.1)์ ์ฌ์ฉํ Dilatation ์คํ์ ์ํ. Bรคhr 805 dilatometer๋ฅผ
์ฌ์ฉํ์ฌ ์จ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์ํธ์ Dilatation์ ์ธก์ ํ์๋ค. ์ํธ์ ๊ธธ์ด 10.0mm๋ก ๊ฐ๊ณต๋ ์ค๊ณต ์ค๋ฆฐ๋. ์ํธ์
์ธ๊ฒฝ ๋ฐ ๋ด๊ฒฝ์ ๊ฐ๊ฐ 3.0 ๋ฐ 1.5 mm์ด์๋ค. K ํ Thermocouple์ ์์ Push rod ์ฌ์ด์ ๊ฐ๋ณ๊ฒ ๊ณ ์ ๋ ์ํธ
์ Spot ์ฉ์ ๋์๋ค. ์ํธ์ ๊ธธ์ด๋ณํ๋ ์ ํ ๊ฐ๋ณ ๋ณ์ ๋ณํ๊ธฐ์ ์ํด ๊ธฐ๋ก๋์๋ค.
์ํธ์ 850, 900 ๋ฐ 950โ๋ก ๊ฐ์ดํ๊ณ , ์ด ์จ๋์์ 5๋ถ๊ฐ ์ ์งํ ๋ค์ 1โ/์ด์ ์๋๋ก ๋๊ฐ์์ผฐ๋ค.
2๊ฐ์ ์ผ๋ฐ ํ์๊ฐ Grade steel์ด ์ฌ์ฉ๋์์ผ๋ฉฐ, ๊ทธ ์กฐ์ฑ์ ํ 2.1๊ณผ ๊ฐ๋ค.
TABLE 2.1: Chemical composition of the Hypoeutectoid steels (wt. %)
2.3.2 ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง ์กฐ์ฌ
๊ธ์ ์กฐ์ง๊ฒ์ฌ๋ฅผ ์ํ ์ํธ์ ํ์ค ์ฐ๋ง ๊ธฐ์ ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ค๋น๋์์ผ๋ฉฐ 2% Nital์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋ถ์.
์ ๋ถ์จ ๊ฒฐ์ ์ ์ ๋์ ์ด๋ฏธ์ง๋ถ์ ์ํํธ์จ์ด๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ํ.
2.4 ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ํ ๋ก
๊ทธ๋ฆผ 2.6์ ํ 2.1์ ์ฃผ์ด์ง 0.26% C ๋ฐ 0.46% C ๊ฐ์ ๋ํ โL/๐ฟ0 ๋ ์จ๋๋ก ๋ํ๋ธ Dilatation๊ณก์ .
์ด ๊ฐ์ Austeniteํ ์จ๋ 950, 900 ๋ฐ 850โ๋ก 1โ/์ด์ ์๋๋ก ๊ฐ์ดํ๊ณ , ์ด ์จ๋์์ 5๋ถ๊ฐ ์ ์งํ ๋ค์ 1โ
/์ด์ ์๋๋ก ์ค์จ์ผ๋ก ๋๊ฐ.
๊ทธ๋ฆผ 2.6์ Dilatation๊ณก์ ์ ๋ํด ์ ์๋ Model์ ์ํด ๊ณ์ฐ๋ ๊ฒฐ๊ณผ๋ ๊ทธ๋ฆผ 2.7๊ณผ ๊ฐ๋ค. ์ ์ ํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด,
Proeutectoid Ferrite ๋ฐ ์๋ฅ Austenite์ ๋ถํผ๋ถ๋ฅ ์ ์(8) ๋ฐ (9)๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์๋ฅ Austenite์ ํ์ ๋์ถ๊ณผ ๋
์์ ๊ณ์ฐ. Pearlite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ ์ (11)๋ก๋ถํฐ ๊ณ์ฐ. Dilatation๊ณก์ ์ ๊ณ ์จ ๋ถ๋ถ์ ๋ถ์์ผ๋ก๋ถํฐ ๋ฐ๊ฒฌ๋
Proeutectoid Ferrite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ Pearlite ๋ณํ ์์ ๋ฐ ๋ณํ ๋์์ Austenite ํ์ํจ๋ ๋ฐ Pearlite ์ค์
Cementite ๋ฐ Ferrite์ ๋น์จ ๋ชจ๋๋ฅผ ๊ฒฐ์ . ๋ง์ง๋ง์ผ๋ก, ์ ์ฒด ์๋ณํ์ํ์ค ๋์ ๊ธฐ์กด ์์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ Newton-
Raphson ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ฌ์ฉํ๋ ๋ฐ๋ณต ๊ณต์ ์์ ๊ณ์ฐ.
0.26% C ๊ฐ์ ๋ํ์ฌ, ์ ์๋ Model์ ์ํด ๊ณ์ฐ๋ Austenite ๋ด์์์ ๋ถํผ๋ถ์จ ๋ฐ ํ์ํจ๋์ ๊ทธ๋ฆผ 2.7 (a),
(b) ๋ฐ (c)์ ์ ์. ๊ทธ๋ฆผ 2.7 (a)๋ Austeniteํ ์จ๋์ธ 950โ์์ ๋๊ฐํ๋ ๋์ ์๋น Austenite Ferrite์ ๋ณํ๊ฐ
์๋ฅ Austenite์์ ํ์์ ๋์ถ์ ๋๋ฐํ์ฌ 783โ์์ ์์๋์์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. Pearlite ๋ณํ๋ ์๋ฅ Austenite
์ ํ๊ท ํ์ํจ๋์ด 0.653% C ์ผ ๋ 691โ์์ ์์.
Proeutectoid Ferrite์ ๊ณ์ฐ๋ ๋ถํผ๋ถ์จ์ 62.2%. Proeutectoid Ferrite์ ๋ถํผ ๋น๋ 66.0%๋ก ์ธก์ .
๊ทธ๋ฆผ 2.7 (b)์ (c)๋ ์๋ก ๋ค๋ฅธ Austeniteํ ์จ๋์ธ 900โ์ 850โ์์ ๋๊ฐ๋ 0.26% C ๊ฐ์ฌ์ Dilatation๊ณก์
(๊ทธ๋ฆผ 2.6 (b)์ (c))์ ๋ํ ๊ณ์ฐ๊ฒฐ๊ณผ.
๊ทธ๋ฆผ 2.6 (b)์ (c)์์ ๊ณ์ฐํ Proeutectoid Ferrite์ ๋ถํผ ๋น๋ ๊ฐ๊ฐ 61.6%์ 63.3%. Proeutectoid Ferrite์
๋ถํผ๋ถ์จ์ ๊ฐ๊ฐ 62.5% ๋ฐ 63.4%๋ก ์ธก์ . ๋ถ์์ ์ ๋์ ์ด๋ฏธ์ง๋ถ์ ์ํํธ์จ์ด๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ํ.
์ฐ์ ๋๊ฐ ์ค ๋ชจ๋ Austenite๊ฐ Proeutectoid Ferrite์ Pearlite๋ก ๋ณํ๋์์์ ํ์ธ(๊ทธ๋ฆผ 2.8).
Proeutectoid Ferrite์ Pearlite์ ๊ณ์ฐ๋๋ถ์จ์ด ์ธก์ ๋ ๋ถ์จ๊ณผ ์ผ์น.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 21/111
FIGURE 2.6. Relative length changes of the 0.26 %C and 0.46 %C steels cooled at a rate of 1โ/sec from the
different austenitizing temperatures, 950, 900, 850โ. 0.26 %C steel ; austenitizing temperature (a) 950โ, (b) 900โ,
(c) 850โ, 0.46 %C steel ; austenitizing temperature (d) 950โ, (e) 900โ, (f) 850โ
0.46% C ๊ฐ์ฌ์ Dilatation๊ณก์ ์์, ์ ์๋ Model์ ์ํด ๊ณ์ฐ๋ Austenite ๋ด์์์ ๋ถํผ๋ถ์จ ๋ฐ ํ์ํจ๋์
๊ทธ๋ฆผ 2.7 (d), (e) ๋ฐ (f)์ ์ค๋ช . ๊ทธ๋ฆผ 2.7 (d)๋ Austeniteํ ์จ๋์ธ 950โ์์ ๋๊ฐ๋๋ ๋์ Proeutectoid
Ferrite ๋ณํ๊ฐ ์๋ฅ Austenite์์ ํ์์ ๋์ถ์ ๋๋ฐํ์ฌ 737โ์์ ์์๋์์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์๋ฅ Austenite
์ ํ๊ท ํ์ํจ๋์ด 0.608%์ ๋๋ฌํ ๋, Pearlite ๋ณํ๋ 674โ์์ ์์. Proeutectoid Ferrite์ ๊ณ์ฐ๋ ๋ถํผ
๋ถ์จ์ 25.0%์๋ค. Proeutectoid Ferrite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ 23.5%. ์๋ก ๋ค๋ฅธ Austeniteํ ์จ๋์ธ 900โ์ 850โ์์
๋๊ฐ๋ Dilatation๊ณก์ ์ ๋ํ ๊ณ์ฐ ๊ฒฐ๊ณผ๋ ๊ทธ๋ฆผ 2.7 (e)์ (f)๊ณผ ๊ฐ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 2.6 (e)์ (f)๋ก๋ถํฐ ๊ณ์ฐ๋
Proeutectoid Ferrite์ ๋ถํผ๋น๋ 24.1% ๋ฐ 27.6%. Proeutectoid Ferrite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ ๊ฐ๊ฐ 24.4% ๋ฐ 30.4%๋ก
์ธก์ . 0.46% C ๊ฐ์ฌ์ ๊ณ์ฐ๊ฒฐ๊ณผ๋ ๊ธ์ ์กฐ์ง๊ฒ์ฌ์ ์ผ์น.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 22/111
FIGURE 2.7: Volume fractions of phases and carbon concentration of remaining Austenite of the 0.26 %C and 0.46 %C steels calculated from Fig. 2.6. 0.26 %C steel ; austenitizing temperature (a) 950ยฐC, (b) 900ยฐC, (c) 850ยฐC, 0.46 %C steel ; austenitizing temperature (d) 950ยฐC, (e) 900ยฐC, (f) 850ยฐC
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 23/111
FIGURE 2.8: Microstructures of the 0.26 %C and 0.46 %C steels cooled at a rate of 1ยฐC /sec. 0.26 %C steel: austenitizing temperature (a) 950ยฐC, (b) 900ยฐC, (c) 850ยฐC. 0.46 %C steel: austenitizing temperature (d) 950ยฐC, (e) 900ยฐC, (f) 850ยฐC
0.46% C ๊ฐ์ฌ์ Dilatation๊ณก์ ์์ ์ ์๋ Model์ ์ํด ๊ณ์ฐ๋ Austenite ๋ด์์์ ๋ถํผ๋ถ์จ ๋ฐ ํ์ํจ๋์
๊ทธ๋ฆผ 2.7 (d), (e) ๋ฐ (f)๊ณผ ๊ฐ๋ค. 2.7 (d)๋ Austeniteํ ์จ๋์ธ 950โ์์ ๋๊ฐํ๋ ๋์ ์๋ฅ Austenite์์ ํ์
์ ๋์ถ์ ๋๋ฐํ์ฌ Proeutectoid Ferrite ๋ณํ๊ฐ 737โ์์ ์์๋์์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์๋ฅ Austenite์ ํ๊ท
ํ์ํจ๋์ด 0.608%์ ๋๋ฌํ ๋, Pearlite ๋ณํ๋ 674โ์์ ์์.
Proeutectoid Ferrite์ ๊ณ์ฐ๋ ๋ถํผ๋ถ์จ์ 25.0%. Proeutectoid Ferrite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ 23.5%.
์๋ก ๋ค๋ฅธ Austeniteํ ์จ๋์ธ 900โ์ 850โ์์ ๋๊ฐ๋ Dilatation๊ณก์ ์ ๋ํ ๊ณ์ฐ๊ฒฐ๊ณผ๋ ๊ทธ๋ฆผ 2.7 (e)์ (f)
๋ก24.1 % ๋ฐ 27.6 %์ด๋ค.
Proeutectoid Ferrite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์24.4% ๋ฐ 30.4%๋ก0.46% C ๊ฐ์ ๋ํ ๊ณ์ฐ๋ ๊ฒฐ๊ณผ๋ ๊ธ์ ์กฐ์ง๊ฒ์ฌ์ ์ผ์น.
๋ํ, Dilatation๊ณก์ ์ Lever rule๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ๋ถ์. ๊ทธ๋ฆผ 2.7์์ Lever ๊ท์น์ผ๋ก๋ถํฐ ๊ณ์ฐ๋ ์๋ถ์ ๋ถํผ ๋น๋
์ ์๋ Model๋ก๋ถํฐ ๊ณ์ฐ๋ ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋น๊ต๋์๋ค. Dilatation๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ์๋ณํ ๋์ญํ์ ํด์ํ ๋, Lever ๋ฒ์น
์ ๋ณํ/ ๋ณํ๋์ง ์์ Austenite๋ง์ ์กฐ์ฌํ ์ ์๊ณ Proeutectoid Ferrite ๋ฐ Pearlite์ ๋ณํ ๋์ญํ์ ๊ฒฐ์ ํ
์ ์๋ค.
์ ์๋ Model์ด Dilatation๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ์๋ณํ ๋์ญํ์ ๋ํ ์ ๋ณด๋ฅผ ์ฑ๊ณต์ ์ผ๋ก ์ถ์ถํ ๊ฒ์ ๋ณผ ์ ์๋ค.
๊ณ์ฐ๋ ๋ถ์จ๊ณผ ์ธก์ ๋ ๊ฒฐ๊ณผ ๊ฐ์ ์ข์ ์ผ์น๋ ์ ์๋ Model์ ์ ์ฉ์ฑ์ ์ ์ฆ.
2.5 ๊ฒฐ๋ก
Dilatometer๋ก ๊ฒ์ถ๋ ์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ๊ฐ ๋ณํ ์ ๋์ ๊ด๋ จ๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์, Dilatometer๋ถ์์ ๊ฐ์์์ ์ ๋ณํ ๋์ญ
ํ์ ๊ดํ ์คํ ๋ฐ์ดํฐ๋ฅผ ์ป๊ธฐ ์ํ ์ ์ฉํ ๊ธฐ๋ฒ์ด๋ค. ์ด ๋ ผ๋ฌธ์ Hypoeutectoid ๊ฐ์ ์ฐ์ ๋๊ฐ ๊ณผ์ ์์
Dilatation๊ณก์ ๊ณผ ์ ๋ณํ ๋์ญํ์ ์ ๋์ ์ผ๋ก ์ฐ๊ด์ํค๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์์ธํ ์ค๋ช . Ferrite / Pearlite ๋ณํ ๋์์
Dilatation๊ณก์ ์ ์ ํ ์ด ์์ถ๊ณ์, ์ ๊ฒฉ์ Parameter ๋ฐ ์ด์ญํ์ ํํ ์ํ์ ์ ์กฐ์ฑ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋ถ์.
์ ์๋ Model์ Austenite์ ํ์ ๋์ถ๊ณผ ์ ๋จ์์ ๋ถํผ ์ฐจ์ด์ ๊ธฐ๋ฐ์ ๋๊ณ ์๋ค. ์๊ธฐ ์ผ๊ด Model์
Dilatation๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ์๋ณํ ๋์ญํ์ ๊ฒฐ์ ์ ์ ์ฉ๋์์ผ๋ฉฐ, Model ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ Hypoeutectoid steel์ ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ์
๋น๊ตํ์ฌ ๊ฒ์ฆ๋์๋ค. ๊ณ์ฐ๊ณผ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ ์ฌ์ด์ ์ผ์น๋ ํฉ์๊ฐ ๊ด์ฐฐ๋๋ค.
3 ๊ฐ์ด ์ค Dilatation๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ๋ณํ ๋๋ ฅํ Modeling
์ด ๊ธฐ๊ณ ๊ณต์ ์ ์ค์ํ Step๋ Reaustenitization. ๋น ๋ฅธ ๊ฐ์ด ์กฐ๊ฑด์์ Austenite ํ์ฑ ์๋์ ๋ํ ์กฐ์ฌ๋ ์์ฐ
์ฑ ๊ด์ ์์ ํฐ ๊ด์ฌ์ฌ์ด๋ค. ํ์ฌ ์ฉ์ , ์ด๊ฐ ์์ฐ, ๊ฐ์ฌ ์ด์ฒ๋ฆฌ์ ๊ฐ์ ๋ค์ํ ๊ณต์ ์์ ๋ฐ์ํ๋
Reaustenitization์ ์ํ ์ ๋์ ์ธ Model ๊ฐ๋ฐ๊ณผ ๊ด๋ จํ์ฌ ๋ง์ ๋ ธ๋ ฅ์ด ์ด๋ฃจ์ด์ง๊ณ ์๋ค[37-40].
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 24/111
Reaustenitization์ Grain ํฌ๊ธฐ, Grain ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ ๋ฐ ํฉ๊ธ์์ ๋๋ ๊ท ์ง์ฑ๊ณผ ๊ด๋ จํ์ฌ, ์ด์ ์ Austenite ์กฐ์ง์
์ถํ์ ์ ๋ณํ์ ๋์ญํ์ ํฐ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๊ณ , ์ด์ด ๋๊ฐ, ์ ์ํ ๋ฐ Annealing๊ณผ ๊ฐ์ ํ์ ๋๊ฐ ๊ณต์ ์์
๋ถํ์ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ํฐ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ค.
Reaustenitization [27,41-52]์ ๊ธฐ์ ํ๋ ค๋ ๋ ธ๋ ฅ์๋ ๋ถ๊ตฌํ๊ณ , ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ํ์ฑ์ ๋งค์ฐ ์ ํ์ ์ด๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ
๋ ์ด ์ํฉ์ ํด๊ฒฐํ๊ธฐ ์ํ ์ฒด๊ณ์ ์ธ ์๋์ ์ผ๋ถ๋ก์ Dilatometer๋ถ์์ ๊ฐ์์์ ์ ๋ณํ ๋์ญํ์ ์ฐ๊ตฌํ
๊ธฐ ์ํด ์ข ์ข ์ฌ์ฉ๋๋ ๊ธฐ์ ์ด๊ธฐ ๋๋ฌธ์ Austenite ํ์ฑ ์ค ์ผ์ด๋๋ ๊ธธ์ด์ ์๋์ ๋ณํ๊ฐ ์จ๋์ ํจ์๋ก์
์ฐ๊ตฌ๋์๋ค. ๋์ญํ ๋ฐ Dilatometer๋ถ์ ๋ชจ๋ ๊ฐ์ฌ์์ Austenite ํ์ฑ์ ์ํด ์ ์๋ Model์ ์ ํจ์ฑ์ ๊ฒ์ฆํ
๋๋ฐ ์ฌ์ฉ๋์๋ค.
Lever ๊ท์น์ ์ ์ฉ ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ด ์ ํ๋ ๊ฒฝ์ฐ๊ฐ ๋ง์ผ๋ฉฐ ์๋ก, Proeutectoid Ferrite์ Pearlite๋ ์์ฐจ์ ์ผ๋ก ๊ฐ์ดํ๋ฉด
Austenite๋ก ๋ณํ ์ ์์ง๋ง, Lever ๊ท์น์ ๋์ ์ ๋ณ์ด๋ฅผ ์ค๋ช ํ ์ ์์ผ๋ฏ๋ก ์ด ๋ ๊ฐ์ง ๋ณํ์ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๋ํ
๋ผ ์ ์๋ค. ๊ฐ์ด ์ค ์์ฑ๋ Austenite๊ฐ ๋๊ฐ ์ค ๋ณํ๋ก ์ธํด ๊ฒฐ๊ตญ ํ๊ดด๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ Reaustenitization ๋ฐ์
์๋ ๋ฐ ํํํ ํ์์ ์คํ์ ๊ด์ฐฐ์ ์ด๋ ต๋ค.
์ปดํจํฐ Modeling์ ์ด์ฒ๋ฆฌ ์ค์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ์งํ๋ฅผ ์ถ์ ํ๊ธฐ ์ํ ๋์ฒด ์ ๊ทผ๋ฒ์ ์ ๊ณตํ๋ค.
3.1 ๋ฌผ๋ฆฌ์ ๋ฐ ์ํ์ Model
3.1.1 ๊ณ ์ ์ Model
Hypoutectoid ํ์๊ฐ์ ์ผ๋ฐ์ ์ธ ์ด๊ธฐ ์กฐ๊ฑด์ ๋ ๊ฐ์ ๋ ํนํ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ, Pearlite ๋ฐ Ferrite๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋ค[53-61].
Ferrite / Cementite (ฮฑ / ฮธ) ์์ง์ฒด๋ก๋ถํฐ Austenite (ฮณ)์ ์ฑ์ฅ์ 1928๋ Hultgren์ ์ํด ์ด๋ฏธ ์ธ์ ๋์๋ฏ์ด ฮธ /
ฮณ์ ฮณ / ฮฑ ๊ฒฝ๊ณ ๋ฉด์ ๋์ ์ด๋์ ํ์๋ก ํ๋ค. Austenite ํต์ Austenite / Cementite ๊ฒฝ๊ณ์์ Ferrite / Austenite
๊ฒฝ๊ณ๋ก ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ Ferrite / Cementite ๊ฒฝ๊ณ์์ Ferrite๋ฅผ ํตํด ํ์ฐ๋์ด Austenite๋ฅผ ํตํด ํ์์์๊ฐ Austenite๋ก
์ด๋ํ๋ฉด ์ฑ์ฅ.
Hypoeutectoid ์ฒ ์ Austenite ๋ณํ๋ Austenite๋ก์ Pearlite ๋ณํ์ Austenite๋ก์ Proeutectoid Ferrite ๋ณํ๋ก
์ด๋ค์ง๋ค. Pearlite colonies์ ํ์์ ๋ํ ์งง์ ํ์ฐ ๊ฑฐ๋ฆฌ์ ์กด์ฌ. Pearlite ๋ณํ ๋์, Austenite Grain์ ํต ํ์ฑ
์ ๊ณต์ ์จ๋ ๋ฐ๋ก ์ ๋ฐ Pearlite ์ฝ๋ก์ด๋ ์ฌ์ด์ ๊ณ๋ฉด์์ ์ผ์ด๋๋ค. ์ด Step์์, Austenite๋ ๊ณต์ ํ์
์กฐ์ฑ๋ฌผ์ ์ทจํ๋ค. Proeutectoid Ferrite๊ฐ ๊ณ ์จ์์ Austenite๋ก ๋ณํ๋๋ฉฐ ์ํ๋ (Ac1)์ (ฮฑ + ฮณ) ฮณ ์ ์์๋ง ์๋ฃ
๋๋ค.
3.1.1.1 ์ํ์ Model
FIGURE 3.1: Schematic illustration of the formation of Austenite from Ferrite-Cementite mixtures by classical Model: (a) Ferrite-Pearlite mixtures just before austenitization, (b) 1-step formation of Austenite from Pearlite by Eutectoid reaction (carbon concentration in Austenite assumed to be equal to Eutectoid composition) (c) 2-step formation of Austenite from Ferrite after complete dissolution of Pearlite (d) Complete formation of Austenite.
์์ ๋ถํผ ๋ณํ์ ๊ฒฝ์ฐ, ์ํธ์ ์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ (ฮต)๋ ์๋์ ์ธ ๋ถํผ ๋ณํ์ ๊ด๋ จ์ด ์๋ค[33]. ์ํธ์ Dilatation/
์์ถ์ ๋ฑ๋ฐฉ์ฑ์ด๊ณ ๋ณํ ์์ฑ์ ์ ๊ธธ์ด๋ณํ์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น์ง ์๋๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ค. ํ์ฌ Model์์๋ ์ฒซ ๋ฒ์งธ
Step์ด ์๋ฃ๋์ง ์์ผ๋ฉด Austeniteํ๊ฐ ๋ ๋ฒ์งธ Step (ฮฑ โ ฮณ)์ผ๋ก ์งํ๋์ง ์๋๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ค. ์ฆ, Austeniteํ
๊ณต์ ์ ๋ ๊ณต์ ์ ์ ์ฒด Austeniteํ ๊ณต์ ์ ๋ชจ์ฌํ๊ธฐ ์ํด ์์ฐจ์ ์ผ๋ก ๋ฐ์ํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ฐ์ฃผ๋๋ค(๊ทธ๋ฆผ3.1 ์ฐธ์กฐ).
๋์ฒด ํฉ๊ธ์์์ ๋ํ ํ์ฐ๊ณ์๊ฐ ํ์๋ณด๋ค ๋ช ๋ฐฐ ๋ ์๋ค๋ ์ฌ์ค์ ๊ณ ๋ คํ๋ฉด, ์ ์ฌ์ด ์นํ ์์์ ์ฌ๋ถ๋ฐฐ๋
๋ฌด์๋๋ค. ๋ฐ๋ผ์ Dilatation์ ๊ฐ Step์ ์จ๋์ ํ์๋๋์๋ง ์์กดํ๋ค๊ณ ๊ฐ์ .
Austeniteํ ์ ์ ์ฃผ์ด์ง ์จ๋ (T1)์์ Ferrite - Pearlite ์ํ ์์ญ์์์ ์ํธ์ ์ด ๊ธธ์ด๋
์ฌ๊ธฐ์ L๐ผ ๋ฐ L๐ ๋ ์ฃผ์ด์ง์จ๋(T1) ์์ Ferrite ๋ฐCementite ์ ๊ธธ์ด, ํ์์ ์ด๊ธฐ ๋๋๋ C๐ผ ๋ฐ C๐,
๐๐ผ0(T1) ๋ฐ ๐๐0(T1)๋ Proeutectoid Ferrite ๋ฐ Pearlite์ ์ด๊ธฐ ๋ถํผ๋ถ์จ
๐๐ผ๐0
(T1), ๐๐๐0
(T1)๋ pearlitic Ferrite ๋ฐ Pearlitic Cementite์ ์ด๊ธฐ ๋ถํผ๋ถ์ธ๋ก ์ฆ ์ด๊ธฐ ์ด Ferrite ๋ฐ Cementite
๋ถ์จ์ ๊ฐ๊ธฐ ๐๐ผ0(T1) ๋ฐ ๐๐0(T1)
์ ๋ณํ ๋์, Ferrite - Pearlite ํผํฉ๋ฌผ์ Austenite๋ก ์ ์ง์ ์ผ๋ก ๋ณํ๋ ๊ฒ์ด๊ณ , Ferrite์์์ ํ์์ ์ต๋ ์ฉ
ํด๋์ธ Cฯ์ Cementite ์ ํ์ ์ฉํด๋๐ถ๐๋ ์ ํ์ ์ด๋ฉฐ ์๋ก ํ์ฑ๋ Austenite๋ ์กฐ์ฑ Ce ๊ณต์์ ๊ฐ์ง ๊ฒ์ด๋ค,.
Pearlite Austenite ๋ณํ ๋์ ์ฃผ์ด์ง ๋ณํ์จ๋ (T2)์์ ์ํธ์ ์ด ๊ธธ์ด๋ ๊ฐ Step์ ๊ธธ์ด๋ณํ์ ํจ์์ด๋ค:
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 25/111
์ฌ๊ธฐ์, ๐๐พ(T2)๋ ๋ณํ๋ Austenite์ ๋ถํผ๋ถ์จ๋ก, (๐๐พ๐ผ(T2) +๐๐พ
๐(T2))์ ๊ฐ๊ณ ๐ฮณฮฑ(T2), ๐๐พ
๐(T2) ๋ Pearlitic Ferrite ๋ฐ
Pearlitic Cementite๋ก๋ถํฐ ๋ณํ๋ Austenite ๋ถํผ๋ถ์จ์ด๋ค.
๐๐ผ0(T2)๋ Proeutectoid Ferrite์ ์ด๊ธฐ ๋ถํผ๋ถ์จ์ด๊ณ ๐๐(T2)ยท๐ฮฑp(T2) ์๋ฅ Pearlitic Ferrite์ ๋ถํผ๋ถ์จ, ๐๐(T2)ยท๐๐
p (T2)
์๋ฅ Pearlitic Cementite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ด๋ค. L๐พ(T2,C๐)๋ ํ๊ท ํ์ ํจ๋C๐พ ์ ๊ฐ์ง๋ ๋ณํ Austenite์ ๊ธธ์ด
๊ณ ์ ์ Model์์ Austenite์ ํ๊ท ํ์ํจ๋์ ๊ณต์ ํ์ํจ๋, C๐๋ผ๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ค. L๐ผ(T2,C๐ผ)๋ ํ์ํจ๋ Cฮฑ๋ฅผ
๊ฐ๋ Ferrite์ ๊ธธ์ด์ด๊ณ L๐(T2,C๐ผ) ์ํ๋๋ก๋ถํฐ ์์๋๋ ํ์ํจ๋ C๐๋ฅผ ๊ฐ๋ Cementite์ ๊ธธ์ด์ด๋ค
ํ์์ ์ ๋ถํผ์ธ ์ง๋ ๋ณด์กด์ ๋ค์์ ํ์๋ก ํ๋ค
๋ ๋ฒ์งธ Step๋ Proeutectoid Ferrite๋ฅผ Austenite๋ก ์ ํ์ํค๋ ๊ฒ์ด๋ค.
์ด ๋ณํ๋ ๋ ๋์ ์จ๋์์ ๋ฐ์ํ๋ฉฐ ์ํ๋์์ (ฮฑ + ฮณ)/ฮณ ์ ์์๋ง ์๋ฃ๋๋ค.
๐๐พ
๐0(T3)๋ Pearlite ๋ฐ์์ผ๋ก ์์ฑ๋ Austenite์ ์ด์ ๋ถํผ๋ถ๋ฅ ์ด๊ณ , f๐ผ(T3)๋ ์๋ฅ Ferrite(Proeutectoid Ferrite)
์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ด๋ฉฐ, ๐๐พ(T3)๋ Pearlite๊ฐ ์์ ํ ์ฉํด๋ ํ์ ์๋ฅFerrite๋ก๋ถํฐ ์์ฑ๋ Austenite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ด๋ค.
L๐ผ(T3,C๐ผ)๋ ํ์ํจ๋์ด C๐ผ์ธ Ferrite ๊ธธ์ด(์ํ๋์์ ์์). L๐พ(T3,C๐พ)๋ ํ์ํจ๋ C๐พ๋ฅผ ๊ฐ๋ ๋ณํ๋ Austenite
๊ธธ์ด. Austenite์ ํ์๋๋๋ ๋ณํ๊ฐ ์งํ๋จ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ์ํ๊ณ ์ต์ข ์ ์ผ๋ก ๊ฐ์ ์ด๊ธฐ ํ์๋๋์ ๋์ผํ๋ค.
์๋ฅ Ferrite๋ ์ ์ง์ ์ผ๋ก Austenite๋ก ๋ณํ๋๋ ๋ฐ๋ฉด, Ferrite ์์ ํ์์ ์ต๋ ์ฉํด๋,C๐ผ๋ ์ ํ์ ์ด๋ค.
ํ์์ ์ ์ฒด ์ง๋ ๋ณด์กด์ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ๋ค.
๋ง์ง๋ง์ผ๋ก ์ผ๋จ Reaustenitization์ด ์๋ฃ๋๋ฉด ์จ๋ (T4)์์ ์ํธ์ ์ ์ฒด ๊ธธ์ด๋ Austenite์ ๊ธธ์ด๋ณํ์ ํจ์
์ผ๋ฟ์ด๋ค.
3.1.1.2 Ferrite + Cementite๋ก๋ถํฐ์ Reaustenitization๋ณํ๋ก ์ธํ ์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ
์ฃผ์ด์ง ์จ๋์์, Pearlite ๊ตฌ์กฐ์ Reaustenitization์ ์ํ ๊ธธ์ด๋ณํ (ฮฑ + ฮธ)๋ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ํํ๋๋ค.
์ (2)์์ ์(6)์ ๋นผ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ํ์
Ferrite, Cementite ๋ฐ Austenite์ ํ์ํจ๋์ Thermo-Calc S / W์ TQ- ์ธํฐํ์ด์ค๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ณ์ฐ๋๋ค.
์ํธ์ ์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ(ฮต)๋ ์๋์ ์ธ ๋ถํผ ๋ณํ์ ๊ด๋ จ์ด ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ [33], ์ (7)์ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ์ ๋ฆฌ.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 26/111
์ฌ๊ธฐ์, ฮต(T2) ๋ฐ ฮต(T4)๋ ์จ๋ T2 ๋ฐ T4์์ Dilatation๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ์ธก์ ๋ ์ํธ์ ์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ๊ณ , Vi๋ ์ (i)
์ ๋จ์ ๋ถํผ. ๐๐พ(T2, C0) ๋ฐ ๐๐พ(T4, C0)๋ ์ด๊ธฐ ํ์ํจ๋ (C0)์ ๊ฐ๋ ์จ๋ T2, T4์์ Austenite์ ์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ
๋ค. ๊ธฐ์กด Step์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ ๊ณ์ฐํ๋ ค๋ฉด ์๋ ๊ธธ์ด๊ฐ ๋ณ๊ฒฝ๋๊ณ ๊ตฌ์ฑ ๋ฐ ๋จ์ ๋ถํผ๊ฐ ํ์ํ๋ค. ์๋ ๊ธธ์ด๊ฐ ๋ณ
ํ๊ณ ํํ์ฑ๋ถ์ Dilatation๊ณก์ ๊ณผ Thermo-Calc ํจํค์ง๋ก ์ฝ๊ฒ ๊ฒฐ์ ๋๋ค. ์์ ๋จ์ ๋ถํผ๋ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๊ฒฉ์
Parameter๋ก๋ถํฐ ๊ณ์ฐ๋๋ค. ๋ฐ๋ผ์, ์ (8)์ Austenite๊ฐ Pearlite ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ผ๋ก๋ถํฐ ๋ณํ๋๋ ๋ชจ๋ Dilatation
๊ณก์ ์ ์ฌ์ฉ๊ฐ๋ฅ. ์ด ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ, Ferrite๋ก๋ถํฐ์ Reaustenitization์ ๋ํด ๋ค์ ์์ ์ ๋ํ ์ ์๋ค.
3.1.1.3 Ferrite๋ก๋ถํฐ์ Reaustenitization๋ณํ๋ก ์ธํ ์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ
์ฃผ์ด์ง ์จ๋์์, Ferrite์ Reaustenitization์ผ๋ก ์ธํ ๊ธธ์ด๋ณํ๋ ์(4)์์ ์(6)์ ๋นผ์ ํ์
Pearlite์ Reaustenitization๋ณํ์ ์ ์ฌํ๊ฒ, ์ (9)๋ฅผ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ์ ๋ฆฌ.
์ (10)์์ Pearlite ๋ณํ ๋์ ์ฃผ์ด์ง ์จ๋์์ ์กด์ฌํ๋ ์์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ ๋จ์ ๋ถํผ, ์ ์กฐ์ฑ ๋ฐ ์ํธ์
์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ๋ก๋ถํฐ ๊ณ์ฐ๋๋ค. ๊ณ์ฐ์ ํต์ฌ์ Step์ ๋จ์ ๋ถํผ๋ฅผ ๊ฒฐ์ ํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ค์ ๋ถ๋ถ์์๋ ์๋ณํ
์ค์ ์์ ๋จ์ ๋ถํผ๋ฅผ ๊ณ์ฐํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์๊ฐํ๋ค.
3.1.1.4 ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ
Dilatation ๋ฐ์ดํฐ๋ก๋ถํฐ ์๋ณํ ๋์ญํ์ ๊ณ์ฐํ๊ธฐ ์ํ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ๊ทธ๋ฆผ 3.2์ ๊ฐ๋ค. Dilatation ๋ฐ์ดํฐ ๋ฐ ํํ
์กฐ์ฑ์ ์ ๋ ฅ ๋ณ์๋ก ์ฌ์ฉํ๋ค. ๋ํ, ์ด๊ธฐ Step์ ๋ถ์จ์ ๊ฐ์ดํ๋ ๋์์ ๋ณํ ๋์ญํ์ ๋ถ์ํ๋๋ฐ ํ์.
๋จผ์ Linear thermal expansion coefficients ๋ฅผ ๊ณ์ฐํ๊ณ ์ ํ ์ธ์ฝ์ผ๋ก๋ถํฐ์ ํธ์ฐจ์ ๋ฐ๋ผ ์๋ณํ์์ญ์ ๊ฒฐ์ ํ
๋ค. ๊ฐ์ด ์ค ๊ณต์ ๋ณํ์์, Ferrite์ Cementite๋ Austenite๋ก ๋ณํํ๊ณ Austenite์์ ํ์๋๋๋ ๊ณต์ ์กฐ์ฑ๊ณผ
๋์ผ. Ferrite์ ํ์๋๋๋ Themo-Calc ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ์ํด ๊ณ์ฐ. ๊ทธ ํ, ์๋ฅ Ferrite๋ Austenite๋ก ๋ณํ๊ณ
Austenite์ ํ์๋๋๋ ์์ํ ๊ฐ์ ์ด๊ธฐ ํ์๋๋์ ๋์ผํ๋ค. (๊ทธ๋ฆผ 3.3) Hypereutectoid ๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ ๊ณต์ ๋ณํ
ํ์ Ferrite๊ฐ ์๋ฅํ๊ณ Austenite์ ํ์๋๋๋ ๊ฐ์ดํ๋ ๋์ ๊ฐ์ ์ด๊ธฐ ํ์๋๋๊น์ง ์์ํ ๊ฐ์.
Austenite์ ํ์๋๋๋ ํ์ ๋ณด์กด ๊ด๊ณ์ ์ํด ๊ณ์ฐ.
๊ณ ์ Model์ ๋ฐ๋ฅด๋ฉด, Austenite๋ ์ด๊ธฐ์ Pearlite ๋ฐ์์ ๊ธฐ์ดํ์ฌ ํ์ฑ๋๋ค. ์ด Model์ ๊ฐ์ด์๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์
๋ฐ๋ผ Cementite๊ฐ ๋ ๋์ ์จ๋๊น์ง ์ฉํด๋๋ค๋ ๊ฒ์ ์ค๋ช ํ ์ ์๋ค. Austenite ํ์ฑ์ ๋๋ ฅํ์ ์ฐ๊ตฌํ๊ธฐ
์ํด ๊ทธ๋ฆผ 3.4์์์ ๊ฐ์ด Austenite (ฮณ)๊ฐ Fe3C / ฮฑ ์ธต์ ๊ฒฝ๊ณ์์ ํต ์์ฑ๋์ด Fe3C / ฮณ์ ฮณ / ฮฑ ๋ ๊ฐ์ ์๋ก์ด
๊ณ๋ฉด์ ์์ฑํ๋ค๋ ๋จ์ํ ๊ฐ์ ์ด ์ฑํ๋์๋ค. Austenite ์ฑ์ฅ์ Fe3C์ ฮฑ ๋ก์ ์ด ๋ ๊ณ๋ฉด์ ๋์ ์ด๋์
์ํด ์ผ์ด๋๋ค. Cementite์ Ferrite์ ํผํฉ๋ฌผ๋ก๋ถํฐ Reaustenitization ์ฒ๋ฆฌํ๋ ๋์์ ํฝ์ฐฝ์ ๊ด๋ จ์ด ์๋ค๋
๊ฒ์ ์ ์.
3.1.2.1 ์ํ์ Model
์ ์ ํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด, Austeniteํ ์ ์ ์ฃผ์ด์ง ์จ๋ (T1)์์ Ferrite - Pearlite ์ํ ์์ญ์์์ ์ ์ฒด ์ํธ๊ธธ์ด๋
๋ค์๊ณผ ๊ฐ๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 27/111
FIGURE 3.2: Flow diagram of calculating the transformation kinetics from the Dilatation data
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 28/111
FIGURE 3.3: Transition of the transformation from Ferrite + Cementite to Austenite on the phase diagram.
FIGURE 3.4: Schematic illustration of the formation of Austenite from Ferrite-Cementite mixtures by new Model: (a) Ferrite-Cementite mixtures just before austenitization, (b) 1-step formation of Austenite from Ferrite-Cementite mixtures (ฮณฮฑ formed under Ferrite-Austenite local equilibrium and ฮณฮธ formed under Cementite-Austenite local equilibrium), (c) 2-step formation of Austenite from Ferrite after complete dissolution of Cementite, (d) Complete formation of Austenite.
์ฌ๊ธฐ์, L๐ผ ๋ฐ L๐ ๋ ํ์ Cฮฑ ๋ฐ C๐์ ์ด๊ธฐ ๋๋๋ฅผ ๊ฐ๋ ์ฃผ์ด์ง ์จ๋ (T1)์์์ Ferrite ๋ฐ Cementite์ ๊ธธ์ด.
f๐ผ0 ๋ฐ f๐0๋ ๊ฐ๊ฐ Ferrite ๋ฐ Cementite์ ์ด๊ธฐ ๋ถํผ๋ถ์จ.
Ferrite - Cementite ํผํฉ๋ฌผ์ A1 ์จ๋ ์ด์์ ์จ๋๋ก ๊ฐ์ดํ๋ ๋์ ์ ์ง์ ์ผ๋ก Austenite๋ก ๋ณํ ๊ฒ์ด๋ค.
Ferrite + Cementite โ Austenite ๋ณํ ๋์ ์ฃผ์ด์ง ๋ณํ์จ๋ (T2)์์ ์ํธ์ ์ ์ฒด ๊ธธ์ด๋ ์ด๋ค ๊ฐ Step์ ๊ธธ์ด
๋ณํ์ ํจ์์ด๋ค:
์ฌ๊ธฐ์ ๐๐พ๐ผ(T2) ๋ Ferrite ์์ญ์์ ๋ณํ๋ Austenite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ด๊ณ , ๐๐พ๐(T2)๋ Cementite ์์ญ์์ ๋ณํ๋
Austenite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ด๋ค. L๐พ(T2,C๐พ๐)๋ Ferrite ์์ญ์์ ํ์ฑ๋ Austenite์ ๊ธธ์ด๋ก ๊ตญ๋ถ ํํ ํ์ํจ๋ C๐พ๐ผ๋ฅผ
๊ฐ๋๋ค. L๐พ(T2,C๐พ๐)๋ ๊ตญ๋ถ ํํ ํ์ํจ๋ C๐พ๐ ์ ๊ฐ๋ Cementite ์์ญ์์ ํ์ฑ๋ Austenite์ ๊ธธ์ด.
L๐ผ(T2,C๐ผ)๋ ํ์ํจ๋ Cฮฑ๋ฅผ ๊ฐ๋ Ferrite์ ๊ธธ์ด์ด๊ณ L๐(T2,C๐)๋ ์ํ๋์์ ์์๋๋ ํ์ํจ๋ C๐ ์ ๊ฐ๋
Cementite์ ๊ธธ์ด์ด๋ค. ํ์์ ์ ๋ถํผ์ธ ์ง๋ ๋ณด์กด์ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ๋ค
๋ ๋ฒ์งธ Step๋ Cementite๊ฐ ์์ ํ ์ฉํด๋ ํ ์๋ฅ Ferrite๊ฐ Austenite๋ก ๋ณํํ๋ ๊ฒ์ด๋ค. ์ด๋ ๊ณ ์ ์
Model์์์ ๊ฐ์ ๊ณผ์ ์ด๋ค. ์ 1 Step๊ฐ ์๋ฃ๋๋ฉด, Ferrite - Cementite ํผํฉ๋ฌผ๋ก๋ถํฐ ํ์ฑ๋ ์ด ๊ณ ํ์
Austenite๋ Ferrite๋ฅผ ํฌ์์ํค๋ฉด์ ์ฑ์ฅํ๋ฉฐ, ๊ณต์ ์ Austeniteํ์ ์ 2 Step๋ฅผ ํฌํจํ๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 29/111
๐๐พ
๐0(T3) ๋ Pearlite ๋ฐ์์ผ๋ก ์์ฑ๋ Austenite์ ์ด์ ๋ถํผ๋ถ๋ฅ ์ด๊ณ , ๐๐ผ(T3)๋ ์๋ฅ Ferrite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ด
๋ฉฐ, ๐๐พ(T3)๋ Pearlite๊ฐ ์์ ํ ์ฉํด๋ ํ์ ์๋ฅ Ferrite๋ก๋ถํฐ ํ์ฑ๋ Austenite์ ๋ถํผ๋ถ์จ. L๐ผ(T3,C๐ผ)๋
ํ์ํจ๋ Cฮฑ (์ ๋ํ์์ ์์)์ ๊ธธ์ด. L๐พ(T3,C๐พ)๋ ํ์ํจ๋, C๐พ๋ฅผ ๊ฐ๋ ๋ณํ๋ Austenite์ ๊ธธ์ด. Austenite์
ํ์๋๋๋ ๋ณํ๊ฐ ์งํ๋จ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ์ํ๊ณ ์ต์ข ์ ์ผ๋ก ๊ฐ์ ์ด๊ธฐ ํ์๋๋์ ๋์ผํ๋ค.
๋๋จธ์ง Ferrite๋ ์ ์ง์ ์ผ๋ก Austenite๋ก ๋ณํ๊ฒ ๋๋ฉฐ Ferrite ์์ ํ์์ ์ต๋ ์ฉํด๋, C ฮฑ๊ฐ ์ ํ๋๋ค.
ํ์์ ์ ์ฒด ์ง๋ ๋ณด์กด์ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ๋ค.
Reaustenitization๊ฐ ์๋ฃ๋๋ฉด ์จ๋ (T4)์์ ์ํธ์ ์ ์ฒด ๊ธธ์ด๋ Austenite์ ๊ธธ์ด๋ณํ์ ํจ์์ผ ๋ฟ์ด๋ค.
3.1.2.2 Ferrite + Cementite๋ก๋ถํฐ์ Reaustenitization๋ณํ์ ์ํ ์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ
์ฃผ์ด์ง ์จ๋์ ๋ํด, Ferrite - Cementite ๊ตฌ์กฐ(ฮฑ + ฮธ)๋ณํ๋ก ์ธํ ๊ธธ์ด๋ณํ๋ ์ (12)์์ ์(16)์ ๋นผ์ ํ์
Ferrite, Cementite ๋ฐ Austenite์ ํ์ํจ๋์ Thermo-Calc ํ๋ก๊ทธ๋จ์ TQ- ์ธํฐํ์ด์ค๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ณ์ฐ.
์ํธ์ ์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ(ฮต)๋ ์๋์ ์ธ ๋ถํผ ๋ณํ์ ๊ด๋ จ์ด ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ (17)์ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ์ ๋ฆฌ.
์ฌ๊ธฐ์ ฮต(T2)์ ฮต(T4)๋ ์จ๋ T2์ T4์์ Dilatation๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ์ธก์ ๋ ์ํธ์ ์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ, Vi๋ i์ ๋จ์
๋ถํผ. ฮต๐พ(T4, C0)๋ ์ด๊ธฐ ํ์ํจ๋ (C0)์ ๊ฐ๋ ์จ๋ T4์์ Austenite์ ์๋ ๊ธธ์ด๋ณํ. ๊ธฐ์กด Step์ ๋ถํผ๋ถ์จ์
๊ณ์ฐํ๋ ค๋ฉด ์๋ ๊ธธ์ด๊ฐ ๋ณ๊ฒฝ๋๊ณ ๊ตฌ์ฑ ๋ฐ ๋จ์ ๋ถํผ๊ฐ ํ์. ์๋ ๊ธธ์ด๊ฐ ๋ณํ๊ณ ํํ์ฑ๋ถ์ Dilatation๊ณก์ ๊ณผ
Thermo-Calc ํ๋ก๊ทธ๋จ์์ ์ฝ๊ฒ ๊ฒฐ์ ๋๋ค. ์์ ๋จ์ ๋ถํผ๋ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๊ฒฉ์ Parameter๋ก๋ถํฐ ๊ณ์ฐ๋๋ค.
์ (8)์ Austenite๊ฐ Ferrite - Cementite ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ผ๋ก๋ถํฐ ๋ณํ๋๋ ๋ชจ๋ Dilatation๊ณก์ ์ ์ฌ์ฉ๊ฐ๋ฅ.
์ด ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ, Ferrite๋ก๋ถํฐ์ Reaustenitization์ ๋ํด ๋ค์ ์์ ์ ๋ํ ์ ์๋ค.
์ด ๊ณต์ ์ ๊ณ ์ ์ Model๊ณผ ๋์ผํ๋ฏ๋ก ์์ธํ ์ค๋ช ์ ์๋ต.
3.1.2.3 ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ
Dilatation ๋ฐ์ดํฐ๋ก๋ถํฐ ์๋ณํ ๋์ญํ์ ๊ณ์ฐํ๊ธฐ ์ํ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ๊ทธ๋ฆผ 3.5์ ๋์ ์๋ค. Dilatation ๋ฐ์ดํฐ ๋ฐ
ํํ์กฐ์ฑ์ ์ ๋ ฅ ๋ณ์๋ก ์ฌ์ฉํ๋ค. ๋ํ, ์ด๊ธฐ Step ๋ถ์จ์ ๊ฐ์ดํ๋ ๋์์ ๋ณํ ๋์ญํ์ ๋ถ์์ ํ์.
Linear thermal expansion coefficients ๋ฅผ ๊ณ์ฐํ๊ณ ์ ํ ์ธ์ฝ์ผ๋ก๋ถํฐ์ ํธ์ฐจ์ ๋ฐ๋ผ ์๋ณํ์์ญ์ ๊ฒฐ์ .
Ferrite์ Cementite๋ Austenite๋ก ๋ณํํ๊ณ Austenite์ ํ์๋๋๋ ๊ฐ ์ ๊ฒฝ๊ณ์ ๊ตญ์ง์ ํํ ํ์์ ๊ณ์ฐ.
Ferrite์ ํ์๋๋๋ Themo-Calc ํ๋ก๊ทธ๋จ์์ ๊ณ์ฐ.
๋๋จธ์ง Ferrite๋ Austenite๋ก ๋ณํํ๊ณ Austenite์ ํ์๋๋๋ ์ ์ฐจ ์ด๊ธฐ ํ์๋๋์ ๊ฐ๋ค(๊ทธ๋ฆผ 3.6)
Austenite ํ์๋๋๋ ํ์ ๋ณด์กด ๊ด๊ณ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๊ณ์ฐ.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 30/111
FIGURE 3.5: Flow diagram of calculating the transformation kinetics from the Dilatation data by new Model.
FIGURE 3.6: Transition of the transformation from Ferrite + Cementite to Austenite on the phase diagram by new Model.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 31/111
3.2 ์์ ๋จ์ ๋ถํผ ๋ฐ ๊ฒฉ์ Parameter
Austenite์ Ferrite์ ๊ฒฐ์ ๊ตฌ์กฐ๋ ๊ฐ๊ฐ FCC (face centered cubic)์ BCC (body centered cubic)์ด๋ค. Cementite
๋ ์ฌ๋ฐฉ ์ ๊ณ ๊ฒฐ์ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๊ฐ๋๋ค. Austenite์ Ferrite์ ๋จ์ ๋ถํผ๋ (ฮฑฮณ)3/4 and (ฮฑฮฑ)3/2์ ๊ฐ์ผ๋ฉฐ, ฮฑ๐พ ๋ฐ ฮฑ๐ผ ๋
๊ฒฉ์ Parameter์ด๋ค. Cementite์ ๋จ์ ๋ถํผ๋ (ฮฑ๐)ยท(๐๐)ยท(c๐)/12. ์ฌ๊ธฐ์, ฮฑ๐, bฮธ, c๐๋ ๊ฒฉ์ Parameter์ด๋ค.
Step์ ๊ฒฉ์ ๋ณ์๋ 2 ์ฅ์ ๋์จ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๋ฐ๋ผ ๊ณ์ฐ๋๋ค.
3.3 ์คํ
Model์ ๊ฒ์ฆํ๊ธฐ ์ํด ์ผ๋ฐ ํ์๊ฐ์ ๋ํ Dilatation ์คํ(ํ 3.1)์ด ์ํ. Bรคhr-Gerรคtebau GmbH Dilatometer
์ Dilatronic III, Theta ์ ํ์ด ์ฌ์ฉ๋์๋ค. ๊ธธ์ด 10.0 mm, ์ธ๊ฒฝ 3.0 mm, ๋ด๊ฒฝ 1.5 mm์ ์ค๊ณต ์ํตํ ์ํธ์ ์
์ ํ์๋ค. K ํ Thermocouple์ ์์ Push rod ์ฌ์ด์ ๊ฐ๋ณ๊ฒ ๊ณ ์ ๋ ์ํธ์ Spot ์ฉ์ ๋์๋ค. ์ํธ์ ๊ธธ์ด
๋ณํ๋ ์ ํ ๊ฐ๋ณ ๋ณ์ ๋ณํ๊ธฐ์ ์ํด ๊ธฐ๋ก๋์๋ค. ์ํธ์ 1โ/์ด์ ์๋๋ก 1000โ๊น์ง ๊ฐ์ด ํ์๋ค.
TABLE 3.1: Chemical composition of the plain carbon steels (wt. %)
๊ธ์ ์กฐ์ง๊ฒ์ฌ๋ฅผ ์ํ ์ํธ์ ํ์ค ์ฐ๋ง ๊ธฐ์ ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ค๋น๋์์ผ๋ฉฐ 2% Nital์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋ถ์๋์๋ค.
ํ Step์ ๋ถ์จ ๊ฒฐ์ ์ ์ ๋์ ์ด๋ฏธ์ง๋ถ์ ์ํํธ์จ์ด๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ํ๋์๋ค.
3.4 ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ํ ๋ก
์ด์ฒ๋ฆฌ ๊ณต์ ์์ ์ฌ์ฉ๋๋ ๊ฐ์ ๋ณดํต ํ์คํ๋ ์ํ์ ์์ผ๋ฉฐ, ์ด๊ธฐ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ ์ธต์ Pearlite์ Proeutectoid
์ ํธ Ferrite์ ํผํฉ๋ฌผ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋ค. ์ฌ๊ธฐ์ ์ ์๋ Model์ ๊ฒ์ฆํ๊ธฐ ์ํด Austenite ํ์ฑ์ ๋์ญํ์ ์ฐ๊ตฌํ๊ณ
๊ณ ์ ๋ฐ ์ Model๊ณผ ๋น๊ตํ์๋ค. ๊ณ ์ Model์ Austeniteํ์ ์ฒซ ๋ฒ์งธ Step์์ Pearlite Colony๊ฐ ์ฉํด๋์ด
๊ณต์ ์กฐ์ฑ์ Austenite๋ฅผ ํ์ฑํ๊ณ ์ด์ด์ ์ด Ferrite๋ฅผ ํฌ์ ์์ผ ๋์ถ๋ Austenite๊ฐ ์ฑ์ฅํ๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ค.
์๋ก์ด Model์์, Ferrite์ Austenite ๊ฒฝ๊ณ์์ ๊ฐ๊ฐ์ Austenite๊ฐ Ferrite์ Cementite๊ฐ ๋จผ์ ์ฉํด๋์ด ๊ตญ๋ถ
ํํ ํ์์ ํ์ฑ๋๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ค. ์๋ก์ด Model์ ๋ ๋ฒ์งธ Step๋ ๊ณ ์ ์ Model๊ณผ ๋์ผํ๋ค.
FIGURE 3.7: Relative length changes of S1 steel heated to 1000ยฐC. Heating rate: (a) 0.05, (b) 0.5, (c) 5, (d) 10ยฐC /s
๊ทธ๋ฆผ 3.7์ S1 (ํ 3.1)์ ๋ํ ฮL/Lo ๋ ์จ๋๋ก ๋ํ๋ธ Dilatation๊ณก์ .
๊ฐ์ 0.05, 0.5, 5 ๋ฐ 10โ/s์ ์๋๋ก 1000โ๋ก ๊ฐ์ด๋์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 3.7์ Dilatation๊ณก์ ์ ๋ํ ์๋ก์ด ๋ฐ ๊ณ ์ ์ Model์ ์ํด ๊ณ์ฐ๋ ์๋ Dilatation ๋ฐ ๋ถํผ๋ถ์จ์ด ๊ทธ๋ฆผ
3.8์ ๋์. ์์์ ์ธ๊ธํ ๊ณ ์ ์ Model๋ก์, Austenite์ ํ์๋๋๋ Pearlite (Cementite)๊ฐ ์์ ํ ์ฉํด๋ ๋
๊น์ง ๊ณต์ต ํผํฉ๋ฌผ์ด๋ค. ๊ฐ์ด์ฉ Pearlite ๋ฐ์ ์ข ๋ฃ ํ, ์๋ฅ Ferrite๋ Austenite๋ก ๋ณํํ๊ณ , Austenite ์ค์ ํ์
๋๋๋ ์ด๊ธฐ ํ์๋๋๊น์ง ์์ํ ๊ฐ์ํ๋ค. ๊ฐ์ด์๋๊ฐ ๋์์๋ก Austenite ํ์ฑ ์จ๋๋ ๋์์ง์ง๋ง
Cementite ์ฉํด ์จ๋ ๋ฒ์๋ ๊ฑฐ์ ์ผ์ ํ๊ฒ ์ ์ง๋๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 32/111
Cementite ์ฉํด์ ๋ง๊ฐ ์จ๋๋ 746โ์์ 768โ๋ก ์ด๋ํ๋ค.
๋ณด๋ค ๋์ ๊ฐ์ด์๋์์ Cementite ์ฉํด ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด๊ณ [54]
FIGURE 3.8: Volume fractions of phases and carbon concentration of remaining Austenite of S1 steel calculated from Fig. 3.7. Heating rate: (a) 0.05, (b) 0.5, (c) 5, (d) 10ยฐC/s
์ ์๋ Model์์, Austenite, Ferrite ๋ฐ Cementite์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ ๊ณ ์ Model๊ณผ ์ ์ฌํ๋ ๊ฐ์ด์๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์
๋ฐ๋ผ ์ Model์ Austenite๋ถ์จ์ด ๋ฎ์์ง๋ค. Cementite ์ฉํด์ ๋ง๊ฐ ์จ๋๋ 750โ์์ 842โ๋ก ์ด๋ํ๋ค. ์ฆ,
Cementite ์ฉํด ์จ๋ ๋ฒ์๋ A3 ์จ๋(831โ)๋ฅผ ํจ์ฌ ์ํํ๋ค. Austeniteํ์ ์ฒซ ๋ฒ์งธ Step์์๋ Austenite์
ํ๊ท ํ์๋๋๊ฐ ๊ณต์ ์กฐ์ฑ๋ณด๋ค ์๊ณ ๊ฐ์ด์๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ์ํ์ฌ ๊ณ ์จ์์ Cementite๊ฐ ์ฉํด๋๋ค
(๊ทธ๋ฆผ 3.9). ์ด๋ฌํ ๋ณํ๋ ๊ณ ์ Model (Pearlite ๋ฐ์)์ ์ํด ์ค๋ช ๋ ์ ์๋ค. ๊ฐ์ด ์ค Austeniteํ์ ๋์ญํ์
Pearlite ๋ฐ์ (Pearlite Austenite)๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ๋์์ ์ผ์ด๋๋ Ferrite - Austenite ๋ฐ Cementite - Austenite ๊ฒฝ๊ณ
๋ฐ์์ ์ํด์๋ ์ ์ด๋๋ค.
FIGURE 3.9: Comparison of fraction of Cementite between new Model and classical Model. Heating rate:(a) 0.05ยฐC/s and (b) 10ยฐC/s.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 33/111
S2 ๊ฐ์ฌ์ ๊ฒฝ์ฐ, ์ ์๋ Model๊ณผ ๊ณ ์ Model์ ์ํด ๊ณ์ฐ๋ Austenite์ ์ ๋ฐ ๋ถํผ๋ถ์จ์ ๊ทธ๋ฆผ 3.10.
๊ทธ๋ฆผ 3.10(a)๋ ๊ฐ์ด ๋์ ์ธก์ ๋ ์๋ Dilatation ๋ฐ์ดํฐ์ด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 3.10 (b)๋ Dilatation๊ณก์ ์ ๊ณ์ฐ ๊ฒฐ๊ณผ.
์ ์๋ Model์ ์ํ ์์ธก๊ณผ ์คํ ๋ฐ์ดํฐ ๊ฐ์ ์ข์ ์ผ์น๊ฐ ๊ด์ฐฐ๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 3.11์ ๊ฐ์ด ๋์ 730, 760, 790 ๋ฐ 820โ์์ Quenching๋ ๊ดํ ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง.
FIGURE 3.10: Transformation kinetics of S2 steel calculated by new Model and classical Model, heated at a rate of 1ยฐC /sec. (a) relative Dilatation and (b) transformation kinetics.
๊ทธ๋ฆผ 3.12๋ ๊ณ ์ ์ Model๊ณผ ์ ์๋ Model์ Austeniteํ ๋ฐ์ ์๋๊ณ์ ๊ฐ๋ต๋๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๊ณ ์ Model์์,
Austenite์ Pearlite ๋ฐ ํ์๋๋๋ฅผ ์ฉํดํ์ฌ Austenite ํํ๋ ๊ณต์ ์กฐ์ฑ์ด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 3.12 (b)์์ ์ ์ ์๋ฏ์ด,
Pearlite Ferrite์ Pearlite Cementite์ Austenite์ ๊ฒฝ๊ณ๋ ๋์ผํ๊ฒ ์ด๋ํ์ฌ ๊ณต์ ์กฐ์ฑ์ ์ ์งํ๋ค. Austenite
๊ฐ Pearlite๋ก๋ถํฐ ๋ณํํ ๋, Pearlite๊ณ Ferrite ๋ฐ Pearlite๊ณ Cementite๊ฐ ์ผ์ ๋น์จ๋ก ์ฉํด๋์ด ๊ณต์ ์กฐ์ฑ์
๊ฐ๋ Austenite๋ฅผ ํ์ฑํ๋ค๋ ๊ฒ์ ๋ํ๋ธ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 3.12 (d)๋ ์ ์๋ Model์ ์ํด ๊ณ์ฐ๋ Pearlite์ Austenite
ํ ๊ฑฐ๋์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์ ์๋ Model์์, Austenite๊ฐ Pearlite๋ก๋ถํฐ ํ์ฑ๋ ๋, ๋ณํ๋ Austenite๊ฐ ๊ณต์ ์กฐ์ฑ์
๊ฐ์ง ํ์๋ ์๋ค. ๊ฐ์ด์๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ, Pearlite Cementite๋ Pearlite Ferrite๋ณด๋ค ๋๋ฆฌ๊ฒ ์ฉํด๋๋ค๋ ๊ฒ์ด
์ ์๋ ค์ ธ ์๋ค. ์ฆ, Pearlite๊ณ Ferrite๋ ์์ ํ ์ฉํด๋์ง๋ง, Pearlite๊ณ Cementite๋ ๊ฐ์ด ์กฐ๊ฑด์ ๋ฐ๋ผ ์ผ๋ถ
์ ์ง๋๋ค. ๊ณ ์ ์ Model์ ๊ฐ์ดํ๋ ๋์ Cementite์ ๋๋ฆฐ ์ฉํด๋ฅผ ์ค๋ช ํ ์ ์๋ค. ์ด๋ Austenite์ ๋ํ
Pearlite Ferrite์ ๊ฒฝ๊ณ๊ฐ ๊ทธ๋ฆผ 3.12 (d)์ ๋ณด์ธ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด Pearlite Cementite์ ๊ฒฝ๊ณ๋ณด๋ค ๋น ๋ฅด๊ฒ ์์ง์ด๋ ๊ฒ์
์๋ฏธํ๋ค.
FIGURE 3.11: Microstructures of S2 steels heated at a rate of 1ยฐC /sec. (a) 730ยฐC, (b) 760ยฐC, (c) 790ยฐC, (d) 820ยฐC.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 34/111
FIGURE 3.12: Schematic diagram of austenitization of the classical Model and the new Model. (a) austenitization kinetics from Pearlite of the classical Model and (b) austenitization kinetics from Pearlite of the new Model.
3.5 ๊ฒฐ๋ก
๊ฒฐ๋ก ์ ์๋ก์ด Model๋ก ์ธํด ์ฌ ๊ฐ์ด ์ ๋ฐ์ ์์ฑ๋ฌผ ํ์ฑ์ ์ ๋ํ ์ ์๋ ํ์ฑ์ ์ ๋ํ ์ ์์ผ๋ฉฐ
Pearlite ์ฉํด ๋์ญํ์์ ์ฝ๊ฐ์ ์ค์ํ ์ฐจ์ด๋ฅผ ์ ๊ณตํ๋ค๋ ๊ฒ์ด๋ค.
4 ๊ฐ๋ / ์ฐ์ฑ ์กฐํฉ์ ์ต์ ํํ ์๋ก์ด Spring ๊ฐ์ฌ ๊ฐ๋ฐ
4.1 ์๋ก์ด ํฉ๊ธ์ ์ค๊ณ ๊ฐ๋
์๋์ฐจ ์์ฉ์ ์ํ ๋๋ถ๋ถ์ Spring์ ๋ด๊ธ์ง๋๊ณ Tempering๋ ์ค๊ฐ ํ์๊ฐ ๊ฐ๋ ๊ฐ์ผ๋ก ๋ง๋ค์ด์ง๋ค[62-67]
ํผ๋ก๊ฐ๋ ๋ฐ Sag ์ ํญ์ ๊ฐ์ ํ๊ธฐ ์ํด ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of Area๊ฐ ์ฆ๊ฐ๋ Spring ๊ฐ ๊ฐ๋ฐ์ด ํ์.
Spring ๊ฐ์ฌ์ ๊ฒฝ์ฐ ์์ฌ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ค์ ์ ๋์ด ์ฐ์ํ ์ฐ์ฑ (๋ฉด์ , ์ฐ์ ์จ ๊ฐ์) ๋ฐ ํผ๋ก ํน์ฑ์ ์ ์งํ๋ฉด์
๊ฐ๋๋ฅผ ๋์ด๋ ๋ฐ ์ค์ ์ ๋์๋ค.
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์ ๋ชฉ์ ์ 2350 MPa ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ 25% ์ด์์ Reduction of Area๋ฅผ ๊ฐ๋ Spring ๊ฐ ๊ฐ๋ฐ.
์ด ๋ชฉํ ๋ฌ์ฑ์ ํ์ํ ๋ ๊ฐ์ง ์ธก๋ฉด
(1) ์๋ก์ด ๋น์ฉ ํจ์จ์ ์ธ ํฉ๊ธ์์๋ฅผ ํฌํจํ์ฌ ํํ์ฑ๋ถ ์ ์ด
(2) ์ด์ฒ๋ฆฌ ์กฐ๊ฑด์ ํ์ .
๊ฐ๋๋ฅผ ๋์ด๊ธฐ ์ํด ๊ฐ์ฌ์๋ C, Si, Cr, V ๋ฑ์ ํฉ๊ธ์์๊ฐ ์ฒจ๊ฐ๋๋ค. ๊ฐํ๋ ์ฉ์ก ๊ฒฝํ ๋ฐ ์์ถ ๊ฒฝํ์ ๊ธฐ๋ฐํ
๋ค. C, Si ๋ฐ Cr๊ณผ ๊ฐ์ ์์์ ์ฒจ๊ฐ๋ 1์ฅ์์ ๊ธฐ์ ํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ๊ฐ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๋๋ฐ ํจ๊ณผ์ .
MARTENSITE ์กฐ์ง์์ ์์ถ๋ ๋ฏธ์ธ V ํ์งํ๋ฌผ์ ๋ฏธ์ธํ๊ฒ ๋ถ์ฐ๋๊ณ Austenite Grain ์ฑ์ฅ์ ์ ์ดํ์ฌ ์ธ์ฑ
์ ์ฆ๊ฐ.
C, Cr ๋ฐ Mo๋ Tempering ์ค ๊ฐ์ฌ์ ์ฐํ ์ ํญ์ ์ฆ๊ฐ์ํค๊ณ , ์ด๋ค ํฉ๊ธ์์๋ ๋ํ ๋ด๋ฆฌ ๊ตด ์ฑ ๊ฐ์ ์ ํจ๊ณผ.
๋ถ์ ํผ๋ก์๋ช ์ ๋๋ฆฌ๊ธฐ ์ํด ํ์๋ฅผ ๊ฐ์. Si๋ Sag ์ ํญ์ฑ์ ๋น๊ต์ ๋์ ์์ค์ผ๋ก ์ ์ง๋์ง๋ง ๊ฐ์ด ์ค
Ferrite ํํ๋ฐ ์์ ์ฑ์ด ์ฆ๊ฐ. Si ํจ๋์ ์ต์ ํ๋์ด์ผ ํ๋ค. Ni๋ Pitting corrosion์ ์ค์ด๊ธฐ ์ํด ์ฒจ๊ฐ๋๊ณ , V์
B๋ Grain-refinement์ Prior-Austenite grain boundary์ ๊ฐํ๋ฅผ ์ํด ์ฒจ๊ฐ๋๋ค. ์๋์ ์ผ๋ก ๋์ ์นด๋ณธ Spring
๊ฐ์ ๊ด๊ณ์์ด B๊ฐ ๊ฐ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด๊ณ ๋์๋ค.
๋ถ์๋ ๋น์ฉ์ ํฌ๊ฒ ๋์ด์ง ์๊ณ Spring์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๋์ด๋๋ฐ ์ฌ์ฉํ ์ ์๋ค.
ํน์ ์นํ ํฉ๊ธ์์์ ์ฒจ๊ฐ๋ MARTENSITE์ Tempering ํน์ฑ์ ๋ณํ์ํค๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์ ์๋ ค์ ธ ์๋ค.
Si ์ฒจ๊ฐ๋ Tempering ์ ํญ์ฑ์ผ๋ก ์ด์ด์ง๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๊ณผ๊ฑฐ์ ๋ง์ ๊ด์ฌ์ ๋์๋ค. Tempering ์ ํญ์ฑ์ Si ๋์ถ์
์ํ ฮต- Carbide์ ์์ ํ์ ๊ธฐ์ธ. ํน์ ์์, ํนํ Si๊ฐ ๊ณ ์จ์์ ฮต- Carbide๋ฅผ ์์ ํ์ํฌ ์ ์์์ ๋ถ๋ช ํ๋ฉฐ
๊ทธ ์ฆ๊ฑฐ๋ ฮต- Carbide์ ํต ์์ฑ๊ณผ ์ฑ์ฅ์ด ๋๋ ค์ง๊ณ Si๊ฐ ฮต- Carbide ๊ตฌ์กฐ๋ก ๋ค์ด๊ฐ๋ค๋ ๊ฒ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 35/111
ฮต- Carbide์ Cementite๋ก์ ์ ํ์ด ์๋นํ ์ง์ฐ๋๋ค๋ ๊ฒ๋ ๋ถ๋ช [74].
Carbide์ ๋ฏธ์ธํํ๊ณ Sag ์ ํญ์ ํฌ๊ฒ ๊ฐ์ ํ๋ค. Si๋ ๋ํ Austenite๋ก๋ถํฐ์ Cementite์ ์์ถ์ ์ต์ ํ๋ค
[75-83] ์์ถ ์ง์ฐ์ ๊ดํ ์ด๋ฌํ ์ผ๋ฐ์ ์ง์ ์ Cementite๊ฐ ์์ถ๋๋ ๊ธฐ์ง์ ๊ท์ ๋๋๋ฅผ ์ ์งํ ๋๋ง ์ ํจ.
Si๋ Cementite์์ ๋ฌด์ํ ์ ์๋ ์ฉํด๋๋ฅผ ๊ฐ์ง๋ฉฐ, ํ์ฐ์ผ๋ก ์ธํด Si๊ฐ ์ฑ์ฅ ์ค์ ๋ชจ์์ผ๋ก๋ถ๋ฆฌ๋๋ ๊ฒฝ์ฐ
์ ์ํ๊ฒ ํ์ฑ๊ฐ๋ฅ. ์ด๋ ๊ณ ์จ์์ ๋ณํ๊ฐ ์ผ์ด๋๋ ๊ฒฝ์ฐ์๋ง ๊ฐ๋ฅํ๋ค. Owen[10]์ Cementite๋ก๋ถํฐ
๊ฑฐ๋ถ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ด ์ฑ์ฅ ์ฅ๋ฒฝ์ผ๋ก ์์ฉํ์ฌ Cementite ์์ถ์ ์ต์ ํ๋ค๊ณ ์ ์.
ฮต- Carbide์ ๊ฐ๋ฅํ ๊ฐํ๋ฅผ ์ํ Mechanism์ ๊ท๋ช ๋์ง ์์์ง๋ง, ฮต- Carbide๋ Cementite๋ณด๋ค ์ค๋ฆฌ์ฝ์ ๋ด์ฑ
์ด ๊ฐํ๊ฑฐ๋ Cementite๊ฐ ์ต์ ๋์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋๋๋ฌ์ง๊ฒ ๋ํ๋๋ค. Cementite [85]์ ๊ฐ์ ฮต- Carbide [84]๋
์๋์ ์ผ๋ก ๋ฎ์ ์จ๋์์ ์์ถ ์ค ๊ฐ์ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๋๋๋ฅผ ๋ฌผ๋ ค๋ฐ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ์ผ๋ฉฐ; ฮต- Carbide๊ฐ Cementite๋ก
์ ์ด๋๋ ๋์ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ ์ฌ๋ถ๋ฐฐ๋ ๋ณด๊ณ .
V๋ฅผ ํจ์ ํ๋ ๊ฐ์ด 450โ ์ด์์ ์จ๋์์ ์ด์ฒ๋ฆฌ๋ ๋, 2์ฐจ ์์ถ ๊ฒฝํ๊ฐ ์ผ์ด๋ Tempering ๋์ ๊ฐ์ฌ์ ์ฐํ
์ ํญ์ ์ฆ๊ฐ์ํจ๋ค. ์ด๋ ๋ํ Sag ์ ํญ์ฑ์ ํฅ์์ํค๊ณ ๊ฐ ๊ฐ๋๋ฅผ ๋์ด๋๋ฐ V Carbide๋ฅผ ๋ง๋๋๋ฐ ํจ๊ณผ์ .
Nb๋ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ์ค์ด๋ ๋ฐ์๋ ํจ๊ณผ์ ์ด๋ฉฐ[87], V์ ๋์ผํ ๋ฐฉ์์ผ๋ก ์์ฉํ๋ ๊ณ ๊ฐ๋ Spring ๊ฐ
์ฌ์ ์ฒจ๊ฐ๋๋ค.
Spring ๊ฐ์ฌ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๋์ด๋ ๋ ๋ค๋ฅธ ๋ฐฉ๋ฒ์ Tempering ์จ๋๋ฅผ ๋ฎ์ถ๋ ๊ฒ์ด๋ค. ๊ธฐ์กด์ ์ด์ฒ๋ฆฌ๋ ๊ธฐ์กด ๊ฐ์ฌ
๋ฑ๊ธ์ ์ต๋ ์ ์ฌ๋ ฅ์ ํ์ฉํ์ง ์๋๋ค. ๊ณ ์ ๋ ํํ์กฐ์ฑ์์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๋์ด๋ ค๋ฉด Tempering ์จ๋๋ฅผ ๋ฎ์ถ์ด์ผ ํ
๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ์ ์ฒด Tempering ์๊ฐ์ ๊ณ ์ ํ ๋ ํ์ฉํ ์ ์๋ ๋ฐฉ์์ผ๋ก Tempering ์จ๋๊ฐ ๊ฐ์ํ๋ฉด ์ฐ์ฑ์ด
๋จ์ด์ง๋ค.
Austenite Grain ๋ฏธ์ธํ์ ์ด์ ์ ๋ง์ถค์ผ๋ก์จ MARTENSITE ๊ณ ๊ฐ์ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ์ต์ ํํ๋ ๊ฒ์ ๋ํ
์ฒด๊ณ์ ์ธ ์ฐ๊ตฌ๋ ๊ฑฐ์ ์๋ค. Austenite Grain ํฌ๊ธฐ์ ๋ฏธ์ธํ๋ MARTENSITE ๊ฐ์ ์ธ์ฑ์ ํฅ์์ํฌ ์ ์๋ค๋
๊ฒ์ด ์๋ ค์ ธ ์๋ค[89,90]. ์ค๊ฐ ํ์๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ, ๋ฏธ์ธ ํฉ๊ธ์์์ ์ํฅ์ ์ด ๊ธฐ๊ณ์ ์ฒ๋ฆฌ [88,90-93]์ ๊ฒฐํฉํ์ฌ
์ฐ๊ตฌ๋์์ผ๋ฉฐ ์ฐ์ํ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง ์กฐํฉ์ด ๋ฌ์ฑ๋์๋ค.
์ด ์ฐ๊ตฌ์์ ๋ชฉ์ ์ V ๋๋ Nb ํ์งํ๋ฌผ์ ๋ฏธ์ธํ ๋ถ์ฐ์ผ๋ก ๋ด๊ธ์ง๋๊ธฐ ์ ์ ๋ณํ์ ์ํด ์์ฑ๋ Austenite์
๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ์์ ํ์ํค๋ ๊ฒ์ด๋ค.
V ๋ฐ Nb์ ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ ํฉ๊ธ์์์ ํ์งํ๋ฌผ์ ์ด์ฒ๋ฆฌ ์ค Austenite Grain ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ๋ฏธ์ธํํ ์ ์๋ค.
์ฐ์ฑ์ ์์ค์ ๋ํ ๋ถ์๋ฌผ ์์ ๋๋์ ์์กดํ๋ค. ๋์ผํ ๊ฒฝ๋๋ก ์กฐ์ ๋ ๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ, ๊ณ ์จ์์ Tempering๋
๊ฐ์ ๋ ๋์ ํผ๋กํ๊ณ๋ฅผ ๋ํ๋ด๋ ๊ฒฝํฅ์ด ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์๋ ค์ ธ ์๋ค. ํผ๋ก ํน์ฑ์ ๊ท ์ด ๊ฐ๋์ ๊ฐ์์ ์ํด
๊ฐ์ ๋ ์ ์๊ณ Sag ์ ํญ์ ๋์ ๊ฐํ ๋ฐ Dislocation Pinning์ ์ํด ๊ฐ์ ๋๋ค.
์ด ์ฐ๊ตฌ๋ Tempering ์กฐ๊ฑด์ ๋ณ๊ฒฝํ๊ฑฐ๋ ํํ์กฐ์ฑ์ ์ถ๊ฐํ์ฌ ๋์ ๊ฐ๋์ Reduction of Area๋ฅผ ์ป๊ธฐ ์ํด
์ํ๋์๋ค. ๋ฐ๋ผ์, 2350 MPa๋ณด๋ค ํฐ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ 25%๋ณด๋ค ํฐ RA๋ฅผ ๊ฐ๋ ์๋ก์ด ๊ณ ๊ฐ๋ ๊ฐ์ ๊ฐ๋ฐํ๊ธฐ ์ํด,
๊ณ ๊ฐ๋ C-Si ์กฐ์ฑ์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ์ฌ๋ฌ ๊ฐ์ง ๊ฐ์ด ์ค๊ณ๋์๊ณ ์๋์ B, Mo ๋ฐ Nb ๋๋ ์กฐํฉ์ด ๋ชฉํ ํน์ฑ์ ๊ฐ๋
์ต์ ์ ์กฐ์ฑ์ ์ฐพ๊ธฐ ์ํด ์ถ๊ฐ ๋ฐ ๋ณ๊ฒฝ๋์๋ค.
4.2 ์คํ ๋ฐฉ๋ฒ
4.2.1 ์ฌ๋ฃ ๋ฐ ๊ณต์ ์กฐ๊ฑด
ํ 4.1์ ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ํด ๊ณ ์๋ ์ฌ๋ฃ์ ํํ์ ์กฐ์ฑ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๊ฐ S1 ~S5๋ ๊ฐ๊ฐ 0.55 wt. % ํ์.
๊ฐ์ฌ S1์ ๊ธฐ์ค ๊ฐ์ด๋ฉฐ S2 ~ S5๋ B, Mo ๋ฐ Nb๋ฅผ ๊ฐ๊ฐ ํจ์ ํ๋ค.
TABLE 4.1: Chemical compositions of experimental steels (wt. %)
ํ 4.1์ ๋์์๋ ๊ฐ S1 ~ S5๋ฅผ 50kg์ Ingot๋ก ์ง๊ณต ์ฉํดํ๊ณ , ์ง์๋ถ์๊ธฐ 1250โ์์ 6์๊ฐ ๋์ ๊ฐ์ดํ
ํ, 50mm ๋๊ป์ ํ์ผ๋ก ์ด๊ฐ ์์ฐํ๊ณ ๊ณต๊ธฐ ๋๊ฐ์์ผ ์ฃผ์กฐ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ์ ๊ฑฐ. ์ด ํ์ ์ง์๋ถ์๊ธฐ์์ 2์๊ฐ ๋์
1100โ๋ก ๊ฐ์ดํ๊ณ , 15mm ํ ๋๊ป๋ก ์ด๊ฐ ์์ฐํ๊ณ ๋ฏธ์ธํ๊ฒ ๊ท ์งํ์ํค๊ธฐ ์ํด ๊ณต๊ธฐ ์ค์์ ์ฒ์ฒํ ๋๊ฐ.
์ด ํ์์ ์ธ์ฅ์ํธ์ผ๋ก ์ด์ฒ๋ฆฌ ์ฉ ์ํตํ ์ํธ์ ๊ธฐ๊ณ ๊ฐ๊ณตํ์๋ค. ์ธ์ฅ์ํธ์ ์ถ์ ์๋์ ์์ฐ ๋ฐฉํฅ.
๋ชจ๋ ์ฒ ๊ฐ์ 830, 880, 930, 980โ์ ์จ๋์์ 3๋ถ ๋์ ์์ ํ Austenite๊ฐ ๋๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ฐํ์ก๋ค.
๊ทธ๋ค์ 50โ์ ์จ๋์์ ๊ธฐ๋ฆ์์ Quenching๋์๋ค. ๋ด๊ธ์ง๋ ์ํธ์ Salt bath์ ์ฌ์ฉํ์ฌ 350, 400, 450โ์
์จ๋์์ 30๋ถ ๋์ Tempering ํ์ฌ ๊ฐ ์กฐ๊ฑด์ ๋ํด 3-5 ๊ฐ์ ์ํธ์ ์ํํ์๋ค. ์ด๋ฌํ ๋ค์์ ์ํ ์ํธ์
์ธ์ฅ๊ฐ๋์์ 40 MPa ๋ฏธ๋ง์ ์ ํ์ ์ธ ๋ถํ๋ ๋ฐ ๋ฎ์ ์ฐ์ฑ ์กฐ๊ฑด์ ๋ํด์๋ ์ฝ 5%, ์ฐ์ฑ ์ํธ์ ๋ํด์๋
1.5%์ Reduction of Area์์์ ๋ถํ์ค์ฑ์ ์ ๊ณตํ๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 36/111
๊ทธ๋ฆผ 4.1์ ์คํ์ ์ ์ฒด ์์๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
4.2.2 ๊ธฐ๊ณ์ ์ํ
์ธ์ฅ์ํ์ ๊ฒ์ด์ง ๊ธธ์ด 25mm, ์ง๊ฒฝ 6.25mm, ๋ณํ ์๋ 0.2/min์์ ์ํธ์ ๋ํด ์ํ.
์ํธ์ Vickers ๊ฒฝ๋๋ 10kg์ ํ์ค์ผ๋ก 10์ด ๋์ ์ธก์ . ๊ฐ ๊ฒฝ์ฐ ํ๋ฉด๊ฒฝ๋๋ฅผ 5 ํ ์ธก์ .
4.2.3 Metallographic tests
4.2.3 ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง ์ํ
๊ดํ ํ๋ฏธ๊ฒฝ ๊ด์ฐฐ์ ์ํ ์ํธ์ Mounting ํ, Si Carbide ์ข ์ด๋ก 1200 grit๋ก ์ฐ๋ง๋ ๋ค์ 6 ๋ฐ 1ใ ๋ค์ด์๋ชฌ
๋ Paste๋ก ์ฐ๋ง ํ ์ํธ์ 2 vol. % Natal๋ก ๋ถ์ ํ Olympus ํ๋ฏธ๊ฒฝ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ดํ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๊ด์ฐฐ.
๋ถ์ ์ํธ์ ์ง๊ณต๋ถ์๊ธฐ์์ ๊ธ ์ฝํ ๋์๋ค. ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ JEOL JSM-7000F ์ ๊ณ ๋ฐฉ์ถ ์ฃผ์ฌ ์ ์ ํ๋ฏธ๊ฒฝ์ ์ฌ์ฉ
ํ์ฌ ์ธก์ ๋์๋ค. Philips ํฌ๊ณผ ์ ์ ํ๋ฏธ๊ฒฝ์ 200kV์์ ์๋ํ๋ค. ๋ ๊ฐ์ง ์ ํ์ ์ํธ์ ์์ Foil๊ณผ ํ์ ์ถ
์ถ Replica๋ก ์กฐ์ฌํ์๋ค. ์์ Foil์ ๋๋์์ Slice ์ํธ์ Si Carbide Blade์ ๋๊ฐ ์คํ์ ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ฝ
250ใ ๋๊ป์ 3mm ์ง๊ฒฝ ๋์คํฌ๋ก ์ ์๋์๋ค. ์ ๋จ ํ ์ํธ์ Si Carbide ์ข ์ด๋ก ์ฝ 50ใ์ ๋๊ป๋ก ์ฐ๋ง.
์ ํด ์ฐ๋ง๋ ํธ์ ์ ํธ ์ ํด ์ฐ๋ง๊ธฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ํ๋์๋ค.
์ ํด ์ฐ๋ง ์ฉ ์ฉ์ก์ 5 vol. % ๊ณผ์ผ์์ฐ, 20 vol. % ๊ธ๋ฆฌ์ธ๋กค ๋ฐ 75 vol. % ๋ฉํ์ฌ์ ์ฌ์ฉ.
์ ํด ์ฐ๋ง๋ 20โ ์ฉ์ก์์ ํํด์ก์ผ๋ฉฐ, ์ ์์ 50V๋ก ์ค์ ๋์๋ค.
FIGURE 4.1: Experimental conditions of S1 ~ S5 steels
4.3 ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ํ ๋ก
4.3.1 ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง
์ธ์ฅ์ํ์ Austeniteํ ์จ๋ ๋ฐ Tempering ์จ๋์ ํจ์๋ก์ ์ํ๋์๋ค. ์คํ ๊ฐ(S1 ~ S5)์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ (์ต๋
์ธ์ฅ๊ฐ๋)์ Reduction of Area๋ฅผ ๊ทธ๋ฆผ 4.2์ ๋ํ๋ด์๋ค. ์ด ๊ฐ์ฌ๋ 930โ ๋ฐ 980โ์์ Austeniteํ ์ฒ๋ฆฌ ํ
350, 400 ๋ฐ 450โ์์ ์ด์ฒ๋ฆฌ.
Tempering ์๊ฐ์ 30๋ถ์ผ๋ก ๊ณ ์ . ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ์ํ์ง๋ง, Tempering ์จ๋๊ฐ
์์นํจ์ ๋ฐ๋ผ S5 ๊ฐ์ ์ ์ธํ ๋ชจ๋ Steel์ Reduction of Area๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ค. Austeniteํ ์จ๋๊ฐ 930โ์์ 980โ
๋ก ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ Reduction of Area๊ฐ ๊ฐ์ํ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 4.2 (a)์ (b)๋ 930โ์์ Austeniteํํ์
๋ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฐ์ํ๊ณ Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ Reduction of Area๊ฐ ์ฝ๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. S5 ๊ฐ
์ ์ฝ๊ฐ ๋์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๋ํ๋ด์ง๋ง, ๋ ๋์ Tempering ์จ๋์ ๋ํด์๋ ์ฉ์ธํ ์ ์๋ RA ๊ฐ์ ๋ณด์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 4.2 (c)์ (d)๋ 980โ์์ Austeniteํ ํ ๊ฒฝ์ฐ 930โ์ ์ฒ๋ฆฌ ๊ฐ๋์ ๋นํ์ฌ ์คํ๋ ค Tempering ์จ๋๊ฐ
์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ Reduction of Area ๊ฐ์๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. S1 ๊ฐ์ ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฐ์ฅ ๋ฎ์๊ณ ๋ฉด์ ์ด ๊ฐ์ฅ ๋ง์ด ๊ฐ์ํ S5
๊ฐ์ 930โ์์ Austeniteํ๋ ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋น์ทํ 20% ๋ฏธ๋ง์ Reduction of Area๋ฅผ ๋ํ๋๋ค.
Austeniteํ ์จ๋๊ฐ 930โ์ธ ๊ฒฝ์ฐ, Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ Reduction of Area๊ฐ ์ฝ 50%๊น์ง ์ฆ๊ฐํ์ง
๋ง ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ ์ง์์ ์ผ๋ก ๊ฐ์ํ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 4.2 (a)์ (b)๋ Austeniteํ ์จ๋๊ฐ 930โ์ด๊ณ Tempering ์จ๋๊ฐ
350โ์ธ ๊ฒฝ์ฐ S1 ๊ฐ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ Reduction of Area๊ฐ ๊ฐ๊ฐ 2277MPa์ 40.8%์ด๋ฉฐ S3 ๊ฐ์ฌ๋ 2319 MPa ๋ฐ
33.3%์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 4.2 (c)์ (d)์์ ๋ณผ ์ ์๋ฏ์ด S3 ๊ฐ์ฌ๋ง Austeniteํ ์จ๋ 980โ์์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ Reduction
of Area์ ์ํ๋ ๊ฐ์ ๊ฐ๋๋ค. S3 ๊ฐ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of Area๋ 2250 MPa ๋ฐ 33.2%์๋ค.
S5 ๊ฐ์ Austeniteํ ์จ๋์ ๊ด๊ณ์์ด Reduction of Area์จ์ด ๋ฎ์๋ค
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 37/111
FIGURE 4.2: Tensile property and reduction of area of S1 ~ S5 steels, austenitized at 930 & 980ยฐC. (a) tensile properties and (b) reduction of area austenitized at 930ยฐC, and (c) tensile properties and (d) reduction of area austenitized at 980ยฐC.
FIGURE 4.3: Tensile properties and reduction of areas of S1 ~ S5 steel. (a) austenitization temperature 930ยฐC and (b) austenitization temperature 930ยฐC.
๊ทธ๋ฆผ 4.3์ Tempering ์จ๋์ Austeniteํ ์จ๋์ ํจ์๋ก์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ Reduction of Area ์ฌ์ด์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ณด์ฌ
์ค๋ค. ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ ๋ชฉํ ๊ตฌ์ญ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๊ฐ 2250 MPa ์ด์์ด๊ณ ๋ฉด์ ์ด 25% ์ด์ ๊ฐ์ํ ์์ ์์ญ์ด๋ค.
Reduction of Area์ ๊ฒฝ์ฐ S1 ๊ฐ์ด ๊ฐ์ฅ ๋์๊ณ S5 ๊ฐ์ด ๋ชจ๋ ๊ฐ์์ ๊ฐ์ฅ ๋ฎ์๋ค. ๋ฉด์ ์ด 25% ์ด์ ๊ฐ์ํ
๊ฐ์ 930โ์์ Austeniteํ๋ S1, S2, S3 ๊ฐ๊ณผ 350โ์์ 450โ์ ๋จ์ ์จ๋ ๋ฒ์์์ 980โ์์ Austeniteํ
๋ S1, S3 ๊ฐ์ด๋ค. Reduction of Area ๋ชฉํ ๊ฐ์ ๋ง์กฑํ๋ S1 ~ S3 ๊ฐ ์ค์์ 2250 MPa ์ด์์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ฅผ ๊ฐ
๋ ๊ฐ์ 930โ์์ Austeniteํ๋ S1, S3 ๊ฐ ๋ฐ 980โ์์ Austeniteํ๋ S3 ๊ฐ์ด๋ค.
S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ฌ ๋ง์ด ๊ณ ๊ฐ๋ Spring ๊ฐ์ฌ์ ํ๋ณด๊ฐ ๋ ์ ์์์ ๋ํ๋ธ๋ค.
S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ 870 ~ 980โ์ Austeniteํ ์จ๋์ 350 ~ 450โ์ Tempering ์จ๋ ๋ฒ์์์ ๋ด๊ธ์ง ๋ฐ
Tempering ์ฒ๋ฆฌ๋ฅผ ๋ณ๊ฒฝํ์ฌ ๋ณด๋ค ๋์ ์ธ์ฅํน์ฑ ๋ฐ Reduction of Area ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ ์กฐ์ฌํ์๋ค. S1 ๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ, 830โ
์์ Austeniteํ ํ ๊ฒฝ์ฐ, ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ Tempering ์จ๋์ ๊ด๊ณ์์ด 2000MPa ๋ฏธ๋ง์ด์๊ณ Reduction of Area๋
๊ทธ๋ฆผ 4.4 (a) ๋ฐ (b)์ ๋ํ๋ธ 400โ ์ดํ Tempering ์จ๋๋ณด๋ค 25% ๋ฏธ๋ง. Tempering ์จ๋๊ฐ 450โ์ธ ๊ฒฝ์ฐ S1
๊ฐ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ 1162MPa๋ก ๊ฐ์ํ์ง๋ง Reduction of Area๋ 10%์์ 36%๋ก ํ๋ณต๋์๋ค. 830โ์์
Austeniteํ๋ S1 ๊ฐ์ ๋ค๋ฅธ ์จ๋์์ Austeniteํ๋ ๊ฒ๊ณผ ๋น๊ตํ์ฌ ๊ฐ์ฅ ๋ฎ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ Reduction of Area๋ฅผ
๋ณด์๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 38/111
FIGURE 4.4: Tensile properties and reduction of areas of S1 and S3 steels with increasing the Tempering temperature. (a) tensile properties and (b) reduction of area of S1 steel, and: (c) tensile properties and (d) reduction of area of S3 steel. (Austenitization temperature: - 830ยฐC, - 880ยฐC, - 930ยฐC, - 980ยฐC)
Austeniteํ ์จ๋๋ฅผ 830โ์์ 880โ๋ก ์ฌ๋ฆฌ๋ฉด Tempering ์จ๋ 350 ~ 450โ ๋ฒ์ ์ ์ฒด์์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์
Reduction of Area๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ค. 930โ์์ Austeniteํ ํ ๊ฒฝ์ฐ, S1 ๊ฐ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ 2277 MPa ์์ 1898 MPa
๋ก ๊ฐ์ํ์๊ณ , 350โ์์ 450โ๊น์ง Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ Reduction of Area๋ 40.8%์์ 44.7%
๋ก ์ฆ๊ฐํ๋ค. ์ธ์ฅ ํน์ฑ์ ์ป์ผ๋ ค๋ฉด ์ฝ 350โ์์ Temper ์ฒ๋ฆฌํด์ผ ํ๋ค. S1 ๊ฐ์ ์ด์ฒ๋ฆฌ ์กฐ๊ฑด์ 880โ์์
Austeniteํ ํ ํ 350โ, 400โ์์ Tempering ์ฒ๋ฆฌํ๊ณ 930โ์์ Austeniteํ ํ ํ 350โ์์ Tempering
์ฒ๋ฆฌ๋ฅผํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 4.4 (c)์ (d)๋ 830โ์์ Austeniteํ ํ ๊ฒฝ์ฐ S3 ๊ฐ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๊ฐ 1765 MPa์์ 1652 MPa๋ก ๊ฐ์ํ๊ณ
350โ์์450โ๊น์งTempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ Reduction of Area๊ฐ 9.8%์์ 16.2%. ์ด๋ฌํ ํน์ฑ์ S1
๊ฐ๊ณผ ์ ์ฌํ ๋ชฉํ ๋ฌผ์ฑ ์๋์ ์๋ค. 830โ์์ Austeniteํ๋ S3 ๊ฐ์ ๋ชจ๋ Austeniteํ ์จ๋ ๋ฒ์์์ ๊ฐ์ฅ
๋ฎ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ Reduction of Area์จ์ ๋ณด์๋ค. Austeniteํ ์จ๋๋ฅผ 830โ์์ 880โ๋ก ์ฌ๋ฆฌ๋ฉด ์ ์ฒด์์ ์ธ์ฅ
๊ฐ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ์ง๋ง Reduction of Area๋ ์ ์ฌํ๋ค. Austeniteํ ์จ๋ 880โ์์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ 2433 MPa์์ 2034
MPa๋ก ๊ฐ์ํ์๊ณ , 350โ์์ 450โ๋ก Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ Reduction of Area๋ 6.7%์์ 22.2%
๋ก ์ฆ๊ฐ ํ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, S3 ๊ฐ์ Reduction of Area๋ ์ํ๋ ๊ฐ์ธ 25% ๋ฐ S1 ๊ฐ์ ๋นํด ๋ง์กฑ์ค๋ฝ์ง ๋ชปํ๋ค.
S1๊ณผ S3์ ์ฐจ์ด๋ B์ Mo์ ์ฒจ๊ฐ์ด๋ฉฐ, S3 ๊ฐ์ Reduction of Area๋ ์ด๋ค ํฉ๊ธ์์์ ์ฒจ๊ฐ์ ๊ด๋ จ์ด ์์ ์
์๋ค.
FIGURE 4.5: Tensile properties and reduction of areas of S1 and S3 steels. (a) S1 steel and (b) S3 steel
Austeniteํ ์จ๋ 930โ์์ ์ธ์ฅ ํน์ฑ์ 350โ์ Tempering ์จ๋์์ 2319MPa์๋ค. Reduction of Area๋ 350โ
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 39/111
์ Tempering ์จ๋๋ณด๋ค 33% ์ด์ ๋๋ค. ์ธ์ฅ ํน์ฑ์ 400โ์ ๋ด๊ธ์ง ์จ๋๋ณด๋ค 2250MPa ๋ฏธ๋ง.
S3 ๊ฐ์ฌ์ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑํฅ์ S1 ๊ฐ์ฌ์ ์ ์ฌํ๋ค. ์ํ๋ ์ธ์ฅ ํน์ฑ์ ์ป์ผ๋ ค๋ฉด ์ฝ 350โ์์ Temper ์ฒ๋ฆฌํ๋ค.
Austeniteํ ์จ๋๋ฅผ 930โ์์ 980โ๋ก ์ฌ๋ฆฌ๋ฉด ์ธ์ฅ ํน์ฑ์ด 2246 MPa ์์ 1975 MPa๋ก ๊ฐ์ํ๊ณ 350โ์์
450โ๋ก Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ Reduction of Area๊ฐ 33.2%์์ 34.8%๋ก ์ฆ๊ฐํ๋ค.
๋ง์ง๋ง์ผ๋ก, 930โ์์์ Austeniteํ ๋ฐ 350โ์์์ Tempering์ ์กฐ๊ฑด์ ๊ทธ๋ฆผ 4.5์์์ ๊ฐ์ด ๋ชฉํ ํน์ฑ (์ธ
์ฅ๊ฐ๋ โฅ 2250 MPa ๋ฐ Reduction of Area โฅ 25%)์ ์ป๋ ์ต์ ์ ์กฐ๊ฑด์ด๋ค.
4.3.2 ์์ฐ ์ํ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง
์ด ์ฅ์์๋ ์์ฐ ์ํ, ์ ๋ ์ํ, Temper ์ํ์์์ S1 ~ S5 ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ณํ๋ฅผ ์ค๋ช ํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 4.6์ ์์ฐ๋ ์ํ์ S1 ~ S5 ๊ฐ์ฌ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ ๊ดํ ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง
Tempering๋ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ์๊ด ๊ด๊ณ๋ฅผ ์ฐพ๊ธฐ ์ํด ์์ฐ๋ ์ํธ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๋ถ์ํ ํ์๊ฐ ์๋ค.
S1 ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ๊ทธ๋ฆผ 4.6 (a)์์์ ๊ฐ์ด ์ฃผ๋ก Pearlite. ๊ทธ๋ฆผ 4.6 (b) ~ (e)๋ S2 ~ S5 ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ด ์ฃผ๋ก
Grain boundary์์ Pearlite์ Ferrite๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. Grain boundary์ Ferrite์ ๋ํ
์ฐ๊ตฌ๊ฐ ํ์ํ๋ฉฐ, ์ด Ferrite ๊ตฌ์กฐ๊ฐ Tempering๋ ๊ตฌ์กฐ์ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์๋ถ์ํ ํ์๊ฐ ์๋ค.
Ferrite ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ์ ์ธํ๋ฉด, ๋ชจ๋ ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ Pearlite์ด๋ฉฐ ๋น๊ต ๊ฐ๋ฅํ๋ค.
SEM ํ๋ฏธ๊ฒฝ์ ์ด์ฉํ์ฌ ๋ชจ๋ ๊ฐ์ฌ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๋ณด๋ค ์์ธํ ์กฐ์ฌํ์์ผ๋ฉฐ, ํนํ Grain boundary ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ
์ฐ๊ตฌํ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 4.7์ ๋ชจ๋ ๊ฐ์ฌ์ ์์ฐ๋ ์ํธ์ SEM ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง์ด๋ค.
์๊ธฐํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด, S1 ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ์ฃผ๋ก Pearlite ์กฐ์ง์ด๊ณ , Grain boundary์๋ Ferrite๊ฐ ์กด์ฌํ์ง ์์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 4.7 (b) ~ (e)๋ S2 ~ S5 ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ด ์ฃผ๋ก Pearlite์ Ferrite ๊ตฌ์กฐ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ Grain boundary์์
Carbide๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. Carbide๋ Grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ํ์ฑ๋์๊ณ , Ferrite๋ Carbide ๊ทผ์ฒ์
์กด์ฌํ๋ค. ๋จผ์ Austenite grain boundary์์ Carbide๊ฐ ํ์ฑ๋๊ณ , ๊ทธ ํ Austenite grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ
Carbide์ ๊ณ๋ฉด์์ Ferrite๊ฐ ์์ฑ๋๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ค.
FIGURE 4.6: Optical micrographs of as-rolled specimen of S1 ~ S5 steels. (a) S1, (b) S2, (c) S3, (d) S4 and (e) S5 steel.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 40/111
FIGURE 4.7: SEM micrographs of as-rolled specimens of S1 ~ S5 steels. (a) S1, (b) S2, (c) S3, (d) S4 and (e) S5 steel.
4.3.3 ์ค์ผ ๋ด๊ธ์ง ๋ฐ Tempering ์ํ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ
930โ์์ Austeniteํ ํ ํ S1 ~ S5 ๊ฐ์ฌ์ ์ค์ผ Quenching ์ํธ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ๊ทธ๋ฆผ 4.8๊ณผ ๊ฐ๋ค. S1 ๊ฐ์
๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ ์ ํต์ ์ธ MARTENSITE ์กฐ์ง์ด์๋ค. S2 ~ S5 ๊ฐ์ฌ์ ๊ฒฝ์ฐ, ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ ์ข ๋์ MARTENSITE ๊ตฌ์กฐ
์ด๊ธฐ๋ ํ์ง๋ง ๊ทธ๋ฆผ 4.8 (b) ~ (e)์ Austenite grain boundary์ Carbide๊ฐ ์กด์ฌํ๋ค. ๊ทธ๊ฒ์ Austeniteํ ๋์
Grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ์กด์ฌํ๋ ์์ฐ๋ ์ํธ์ Carbide๊ฐ ๋ถ์์ ํ๊ฒ ์ฉํด๋ ์ ์์์ ์๋ฏธํ๋ค. ์ด ๋ถ์์
ํ ์ฉํด๋ Austeniteํ๊ฐ 180์ด ๋์ ์ ์ง๋๋ ์งง์ ์๊ฐ ๋๋ฌธ์ผ ์ ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 4.9๋ Tempering๋
MARTENSITE ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๊ฐ๋ S1 ~ S5 ๊ฐ์ฌ์ Tempering๋ ์ํธ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 4.9 (b) ~ (e)์
๋ํ๋ ๊ฒ์ฒ๋ผ Tempering ์ฒ๋ฆฌ์ ๊ฒฐ์ Grain boundary์ ๋ฐ๋ฅธ Carbide๊ฐ ์ ์ง๋์๋ค. 30๋ถ ๋์ Tempering ํ
์ค์ผ - ๋ด๊ธ์ง ๊ตฌ์กฐ๋ Tempering๋ MARTENSITE๋ก ๋ฐ๋์ง๋ง ์ค์ผ - ๋ด๊ธ์ง ์ํ์ ์กด์ฌํ๋ Carbide๋ Grain
boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ์ฝ๊ฐ ์ ์ง๋๊ฑฐ๋ ์ฑ์ฅํ ๊ฒ์ด๋ค. ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ผ๋ก, Carbide์ Grain boundary๋ ์์ฐ๋ ์ํ์์
๋น๋กฏ๋๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๊ธฐ๊ณ์ ๋ฌผ์ฑ์ ํฅ์์ํค๊ธฐ ์ํด์๋ Tempering๋ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง๊ณผ Grain boundary์ ๋ฐ๋ฅธ
Carbide์ ์ฐ๊ตฌํด์ผ ํ๋ค.
4.3.4 Austeniteํ ์จ๋์ Tempering ์จ๋์ ํจ์๋ก์ S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง
์ฐ๊ตฌ๋ ๋ชจ๋ ๊ฐ์ฌ์ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ๊ธฐ์ดํ์ฌ, S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ด ๊ณ ๊ฐ๋ Spring ๊ฐ์ฌ ํ๋ณด ๊ฐ์ผ๋ก ์ ์ ๋์๋ค.
S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ฌ๋ฅผ ๋ชจ๋ ์ ํํ๋ ์ด์ ๋ S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ฌ์ ์ธ์ฅ ํน์ฑ ๋ฐ Reduction of Area๊ฐ ๋ชฉํ์น๋ฅผ ์ด๊ณผํ
๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. ์ด ์ฅ์์๋ Austeniteํ ์จ๋์ Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ณํ์
๋ํด ์ค๋ช ํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 4.10์ S1 ๊ฐ์ฌ์ ์ค์ผ ๋ด๊ธ์ง ์ํธ์ SEM ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
์์ฐ๋ ์ํธ์ ์จ๋ ๋ฒ์ 830 ~ 980โ์์ Austeniteํ ์ฒ๋ฆฌํ ํ ์ค์ผ ๋๊ฐ
FIGURE 4.8: SEM micrographs of oil-quenched specimens of S1 ~ S5 steels, austenitized at 930ยฐC. (a) S1, (b) S2, (c) S3, (d) S4 and (e) S5 steel.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 41/111
FIGURE 4.9: SEM micrographs of tempered specimens of S1 ~ S5 steels tempered at 400ยฐC (austenitization temperature: 930ยฐC). (a) S1, (b) S2, (c) S3, (d) S4 and (e) S5 steel.
830โ์ Austeniteํ ์จ๋์์, ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ์ฃผ๋ก MARTENSITE์ ์ 2 ์์ธ ๊ฑฐ์น Carbide Grain๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋ค.
์ด ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ 880 ~ 980โ์์ Austeniteํ๋ ์ํธ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ ์๋นํ ๋ค๋ฅด๋ค. 830โ์ Austeniteํ ์จ๋์
์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ๋ถ์์ ํ๊ฒ Austeniteํ ๋ ์ ์๊ณ , Austeniteํ ํ์ 180์ด ๋์ Cementite์ Ferrite๊ฐ ์ ์ง๋
๊ฒ์ผ๋ก ์ถ์ ๋๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 4.10 (b) ~ (d)์ ๋ํ๋ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด, 880 ~ 980โ์์ Austeniteํ๋ ์ํธ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์
์ฃผ๋ก MARTENSITE์ด๋ฉฐ Austeniteํ ๋์ ์กฐ๋ํ Carbide ๋คํธ์ํฌ์ ์ผ๋ถ๊ฐ ๋จ์ ์๊ณ ๋ ๋ฒ์งธ ์์
๊ด์ฐฐ๋์ง ์์๋ค. Austeniteํ ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ, ์ 2์์ ์์ ํ ์ฉํด๋์๊ณ , ๊ฑฐ์น Carbide๋ ๊ฐ์.
FIGURE 4.10: SEM micrographs of oil-quenched specimens of S1 steel with the austenitization temperature. Austenitization temperature: (a) 830ยฐC, (b) 880ยฐC, (c) 930ยฐC and (d) 980ยฐC
๊ทธ๋ฆผ 4.11์ S3 ๊ฐ์ฌ์ ์ค์ผ ๋ด๊ธ์ง ์ํธ์ SEM ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์์ฐ๋ ์ํธ์ ์จ๋ ๋ฒ์ 830 ~
980โ์์ Austeniteํ๋ ํ ์ค์ผ Quenching๋์๋ค. Austeniteํ ์จ๋์ธ 830โ์์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ์ฃผ๋ก
MARTENSITE์ ๋ ๋ฒ์งธ Step์ธ ๊ฑฐ์น Carbide Grain๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์ด ์์ผ๋ฉฐ, ๊ทธ๋ฆผ 11 (a) 830โ์์ Austeniteํ๋
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 42/111
S3 ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ S1 ๊ฐ๊ณผ ์ ์ฌํ๋ค. ์ด ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ ๋ค์ 880 ~ 980โ์์ Austeniteํ๋ ์ํธ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ
์ ์๋นํ ๋ค๋ฅด๋ค. Austeniteํ ์จ๋๊ฐ 830โ์ผ ๋, ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ๋ถ์์ ํ๊ฒ Austeniteํ ๋ ์ ์์ผ๋ฉฐ, Austenite
ํ ํ์ 180์ด ๋์ Cementite์ Ferrite๊ฐ ์ ์ง๊ฐ๋ฅ. ๊ทธ๋ฆผ 4.11 (b) ~ (d)์์ ๋ณผ ์ ์๋ฏ์ด 880โ ~ 980โ์์
Austeniteํ๋ ์ํธ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ์ฃผ๋ก MARTENSITE ๊ตฌ์กฐ์ Austeniteํ ๋์ ์ ์ง๋ ๊ฑฐ์น Carbide์ ์ผ๋ถ์ด
๋ฉฐ ๋ ๋ฒ์งธ ์์ ์กด์ฌํ์ง ์์๋ค.
Austeniteํ ์จ๋๊ฐ 830โ์์ 980โ๋ก ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ, ์ 2์์ ์์ ํ ์ฉํด๋์๊ณ , ๊ฑฐ์น Carbide๋ ๊ฐ์.
๊ทธ๋ฌ๋, ๊ฑฐ์น Carbide๊ณผ ๋ค๋ฅธ ๋ค๋ฅธ Carbide๋ ์ด์ ์ Austenite grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ์ ์ง๋์๋ค.
์ด์ ์ Austenite grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ์กด์ฌํ Carbide๋ ๋งค์ฐ ์์ ์ ์ด๊ณ 830โ์์ 980โ๊น์ง์ Austenite
ํ ์จ๋ ๋ฒ์์ ๋จธ๋ฌผ๋ ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 4.11์ S1 ๊ฐ๊ณผ S3 ๊ฐ ์ฌ์ด์ ์ฃผ์ ์ฐจ์ด์ ์ ์ด์ ์ Austenite grain boundary
๋ฅผ ๋ฐ๋ผ Carbide๊ฐ ์กด์ฌํ๋ค๋ ๊ฒ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
FIGURE 4.11: SEM micrographs of oil-quenched specimens of S3 steel with austenitization temperature. Austenitization temperature: (a) 830ยฐC, (b) 880ยฐC, (c) 930ยฐC, (d) 980ยฐC
๊ทธ๋ฆผ 4.12 (a) ~ (c)๋ 880โ์์ Austeniteํ๋ S1 ๊ฐ์ Tempering๋ ์ํธ์ SEM ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
์ํธ์ Nital acid์ ์ํด ๋ถ์๋์๋ค. ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ Tempering ์จ๋์ ๊ด๊ณ์์ด Tempering๋ MARTENSITE์
๊ตฌํ Carbide (Spheroidal carbide)๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋ค. ๊ตฌ์ Carbide๋ Austeniteํ ๋์ ๋ถ์์ ํ ์ฉํด๋ก ์ธํด ์ ์ง๋
์์ผ๋ฉฐ Tempering ์ค์ ์ฑ์ฅํ ์ ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 4.12 (d) ~ (f)๋ 930โ์์ Austeniteํ๋์์ ๋ S1 ๊ฐ์
๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ด 880โ์์ Austeniteํ๋ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง๊ณผ ์ ์ฌํ๊ฒ Tempering ๋ MARTENSITE์ ํ์ ํ๋ฉด์ฒด๋ก ๊ตฌ์ฑ
๋์์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
๊ตฌํ Carbide ์น์๋ Austeniteํ ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ์ํ๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 43/111
FIGURE 4.12: SEM micrographs of tempered specimens of S1 steel tempered at (a) 350ยฐC, (b) 400ยฐC, (c) 450ยฐC austenitized at 880ยฐC, and at (d) 350ยฐC, (e) 400ยฐC, (f) 450ยฐC austenitized at 930ยฐC.
FIGURE 4.13: SEM micrographs of tempered specimens of S3 steel tempered at (a) 350ยฐC, (b) 400ยฐC, (c) 450ยฐC austenitized at 880ยฐC, and at (d) 350ยฐC, (e) 400ยฐC, (f) 450ยฐC austenitized at 930ยฐC.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 44/111
๊ทธ๋ฆผ 4.13์ ๊ฐ๊ฐ 880๊ณผ 930โ์์ Austeniteํ๋ S3 ๊ฐ์ Tempering๋ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ SEM ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง์ ๋ณด์ฌ
์ค๋ค. ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ Tempering๋ MARTENSITE์ ๊ตฌํ์ธ Carbide, Austenite grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ๊ธด Carbide๋ก
๊ตฌ์ฑ๋๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 4.13 (d) ~ (f)๋ 930โ์์ Austeniteํ๋์์ ๋ S3 ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ด 880โ์์ Austeniteํ๋
๋ฏธ์ธ์กฐ์ง๊ณผ ์ ์ฌํ๊ฒ Tempering๋ MARTENSITE์ ํ์ ํ๋ฉด์ฒด๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋ค๋ ๊ฒ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
๊ตฌํ Carbide ํฌ๊ธฐ๋ Austeniteํ ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ์.
๊ตฌ์ Carbide๋ Austeniteํ ๋์ ๋ถ์์ ํ ์ฉํด๋ก ์ธํด ์ ์ง๋์๊ณ Tempering ์ค์ ์ฑ์ฅ.
Austeniteํ ํ์ ์ด์ ์ Austenite grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ์กด์ฌํ๋ Carbide๋ Tempering ํ์๋ ์ ์ง.
S3 ๊ฐ์ Reduction of Area๋ฅผ ๊ฐ์์ํค๋ ์ด์ ๋ ์ด์ ์ Austenite grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ Carbide๊ฐ ์กด์ฌํ๊ธฐ
๋๋ฌธ์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ์ถ์ ๊ฐ๋ฅ. ๊ทธ ๋ค์์ S1 ๊ฐ์ Tempered MARTENSITE์ ํ์ ํ์์ฒด๋ก ๊ตฌ์ฑ๋ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์
๊ฐ์ง๊ณ ์์ผ๋ฉฐ S3 ๊ฐ์ Tempering๋ MARTENSITE, ๊ธฐ์ง ๋ด์ ํ์ ํ์ํ Carbide ๋ฐ ์ด์ Austenite grain
boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ Carbide์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๊ฐ์ก๋ค.
4.4 ๊ฒฐ๋ก
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ฐ์ฑ์ ์์ง ์๋ ๊ณ ๊ฐ๋ Spring ๊ฐ์ ๊ฐ๋ฐํ๊ธฐ ์ํด 5 ๊ฐ์ง ๊ฐ์ฌ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of
Area๋ฅผ ์ฐ๊ตฌ ํ์๋ค. ํํ์ ์กฐ์ฑ์ ๊ณ C-Si ๊ฐ๊ณผ Mo, B ๋ฐ Nb์ ์ฒจ๊ฐ์ ๊ธฐ๋ฐ์ ๋๊ณ ์๋ค. Austeniteํ ๋ฐ
Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ ๊ฐ์๋์์ง๋ง Reduction of Area๋ ์ฆ๊ฐํ๋ค. S1 ~ S5 ๊ฐ์ข ์ค
S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of Area์ ๋ชฉํ ํน์ฑ์ ๊ฐ์ฅ ์ ์ถฉ์กฑ. Mo ๋ฐ B ์์์ ์ฒจ๊ฐ๋
Reduction of Area ๊ฐ์ ์์ด ๊ฐํ์ ํจ๊ณผ์ ์ด์์์ ์ฃผ๋ชฉํด์ผ ํ๋ค.
๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ Austeniteํ ๋ฐ Tempering ์จ๋์ ์ํ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ ํน์ฑ์ ์ค๋ช ํ๊ธฐ ์ํด ์กฐ์ฌ๋์๋ค.
S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ์ฌ์ด์ ๊ฐ์ฅ ์ค์ํ ์ฐจ์ด์ ์ ์ด์ Austenite grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ Carbide๊ฐ ์กด์ฌํ
๋ค๋ ๊ฒ์ด๋ค. S3 ๊ฐ์ Reduction of Area์ ๊ฐ์๋ ์ด์ Austenite grain boundary์์ ์ด๋ฌํ Carbide์ ์กด์ฌ์
๊ด๋ จ์ด ์๋ค. ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of Area๋ฅผ ์ด๋ํ๋ ์ด์ ๋ ๋ถ์์ ํ Austeniteํ ๋ฐ ์ด์ ์ Austenite
grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ฅธ Carbide์ ์กด์ฌ์ ๊ธฐ์ธํ ์ ์๋ค. ์ ์๋ ๊ฐ์ ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of Area๋ฅผ ํฅ์์ํค
๊ธฐ ์ํด์๋ ๋ด๊ธ์ง ๋ฐ Tempering ์ฒ๋ฆฌ์ ๊ฐํ ๋ฐ ์ฐํ์ ์์ธ์ ์์ธํ๋ถ์ํ ํ์๊ฐ ์๋ค. S3 ์ทจ์ฑ์ ๋ํ
์์ธํ ์ฐ๊ตฌ๋ 6 ์ฅ์์ ๋ค๋ฃฌ๋ค.
5. ๊ฐํ ๋ฐ ์ฐํ Mechanism์ ๊ฒฐ์ ํ๋ 5๊ฐ์ง ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ์ฐ๊ตฌ
5.1 ์๋ก
๋ด๊ธ์ง ๋ฐ Tempering๋ ๊ฐ์ฌ์ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ์ด์ฒ๋ฆฌ ๋์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ ๋ณํ์ ๋ฐ์ ํ๊ฒ ๊ด๋ จ๋์ด ์๋ค. Ferrite
์ Pearlite์ ํผํฉ๋ฌผ์์ MARTENSITE๋ก ๋ฐ๋๋ฉด ๊ฐ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ์ง๋ง ์ฐ์ฑ์ ๊ธ๊ฒฉํ ๊ฐ์ํ๋ค. ์ด์ฒ๋ฆฌ ํ ๋ฏธ์ธ
๊ตฌ์กฐ๋ ๋ณต์กํ๋ฉฐ ์ฌ๋ฌ Step๊ณผ ๋ง์ ์์ ์์ถ๋ฌผ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋ค. ์ด๊ฐ ์ฑํ Spring ์ฉ ๊ฐ์ฌ๋ ํญ์ ๋ด๊ธ์ง ๋ฐ
Tempering๋๋ค. ์ ์ ํ ์ฐ์ฑ์ ์ ์งํ๋ฉด์ ๋ณด๋ค ๋์ ๊ฐ๋๋ฅผ ์ป๊ธฐ ์ํด์๋ Tempering๋ MARTENSITE ์กฐ์ง
์ด ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ฌ์ฉ๋๋ค. ๊ทธ๊ฒ์ MARTENSITE๊ฐ Quenching ์ค์ ๋ชจ๋ ํ์๊ฐ์์ ์์ฑ๋ ์ ์๋ ๊ฐ์ฅ ๋ฏธ์ธ
ํ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ด๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค.
๋์ ๊ฒฝ๋, ๊ฐ๋ ๋ฐ ํผ๋ก ์ ํญ์ MARTENSITE๋ฅผ ์์ฐํ๋ ๋ด๊ธ์ง ์ด์ฒ๋ฆฌ๋ฅผ ๋ถ๊ณผํ๋ ์ฃผ๋ ์ด์ ์ด๋ค[2]
MARTENSITE๋ ์๋นํ ๋จ๋จํ์ง๋ง ๋ํ ๋งค์ฐ ๋ถ์์ง๊ธฐ ์ฝ๋ค. MARTENSITE ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ ์ทจ์ฑ์
MARTENSITE์ ํ๋ฉด์ฒด ๋ถ์์ ํฌํ๋ ํ์์์์ ์ํ ๊ฒฉ์ ์๊ณก, Austenite grain boundary์์์ ๋ถ์๋ฌผ
์์ ํธ์, ๋ด๊ธ์ง ์ค Carbide ํ์ฑ ๋ฐ ๋ด๊ธ์ง ๋์ค ์์ฑ๋๋ ์๋ฅ ์๋ ฅ์ ํฌํจํ ์ ์๋ ์ฌ๋ฌ ์์ธ์ผ๋ก ์ธํ
๊ฒ์ด๋ค.
MARTENSITE์ ํ์ฑ์ Ferrite์ Cementite์ ํผํฉ๋ฌผ๋ก์ Austenite ๋ณํ๋ฅผ ํผํ ๋๋ง ๋ฌ์ฑ๊ฐ๋ฅ.
Austeniteํ ๋ฐ ๋ด๊ธ์ง์ด ๋ถ์์ ํ ๊ฒฝ์ฐ ์์ ํ ๋๊ฐ๋ MARTENSITE๋ฅผ ์ป์ ์ ์์ผ๋ฉฐ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์
MARTENSITE ๋ฐ ๋ค๋ฅธ ์ (Ferrite, Cementite, Austenite)์ ํฌํจํ๋ค. ๋ถ์์ ํ ๋ด๊ธ์ง๋ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ ์ ์ฒด
MARTENSITE์ ๋น๊ตํ์ฌ ๊ฒฝ๋๊ฐ ๋ฎ๋ค. Tempering์ ์ํด ๋์ผํ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๊ฐ ์ป์ด ์ง๋๋ผ๋ ์ ์ฒด
MARTENSITE ๊ตฌ์กฐ์ ๋นํด ์ฐ์ ์จ, Reduction of Area, ์ถฉ๊ฒฉ ๊ฐ, ์ฐ์ฑ, ์ธ์ฑ ๋ฐ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ ํผ๋ก๊ฐ๋๊ฐ
๋ฎ์์ง๋ค[12]. ๋ฐ๋ผ์ Spring ๊ฐ์ฌ์ ์ํ๋ ํน์ฑ์ ์์ ํ ์ป์ผ๋ ค๋ฉด Austeniteํ์ ์์ ์๋ฉธ์ด ํ์ํ๋ค.
๋ด๊ธ์ง๋ MARTENSITE์ ๊ฒฝ๋๋ ์ฃผ๋ก ํ์ํจ๋์ ๋ฌ๋ ค ์์ผ๋ฉฐ ํฉ๊ธ์์์ ์ํด ์๋์ ์ผ๋ก ๊ฑฐ์ ์ํฅ์
๋ฐ์ง ์๋๋ค[94]. ํฉ๊ธ์์๋ ๋งค์ฐ ๋ฏธ์ธํ ๊ณ ์ฉ์ฒด ๊ฐํ๋ฅผ ์ผ์ผํค์ง๋ง, Ms์ ๋ฎ์ถ์ด ๊ฒฝ๋๋ฅผ ์ฝ๊ฐ ๋์ผ ์ ์์ด
Autotempering ๊ฐ์๊ฐ ์ ์ด ํ์ํจ๋์ด MARTENSITE์์ ์์ ํ ๊ฒฝํ ํจ๊ณผ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ๋ด๊ธ์ง๋
MARTENSITE๋ ๋ถ์์ง๊ธฐ ๋๋ฌธ์ Tempering ์ฒ๋ฆฌ๊ฐ ํ์ํ๋ค.
ํฉ๊ธ์์๋ ์ ์ ํ ๋ด๊ธ์ง ์ฑ ๋ฐ ํ์ํ ์์ค์ ๋ด๊ธ์ง ์ฑ์ง์ ์ ๊ณตํ๋๋ก ์ ํ๋๋ค.
5.1.1 Tempering ์ค ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ณํ
์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๊ฐ๋์ ์ธ์ฑ์ ๊ด๊ณ๋ ์ด์ฒ๋ฆฌ ๋ฐ ๋ด๊ธ์ง ๋ฐ Tempering๋ Spring ๊ฐ์ ์ ์ฉ์ ์ฃผ์ ๊ด์ฌ์ฌ์ด๋ค.
Tempering์ ์ฃผ์ฑ๋ถ์ธ ์ทจ์ฑ ๊ฐ์ ๋๋ ์ธ์ฑ ์ฆ๊ฐ๊ฐ ์๋ ๊ฒฝํ ๊ฐ์ฌ์ ์ด์ฒ๋ฆฌ์ด๋ค. ์ฉ๋์ ๋ฐ๋ผ Tempering
์กฐ๊ฑด์ ๊ฒฐ์ ํ๋ ๊ฒ์ด ์๋น์ค์์ ์๊ตฌ๋๋ ๊ฒฝ๋ (๊ฐ๋)์ ์ธ์ฑ์ ๊ท ํ์ด๋ค. Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ
์ธ์ฅ๊ฐ๋๊ฐ ์ง์์ ์ผ๋ก ๊ฐ์ํ๊ณ , ์ฐ์ ์จ ๋ฐ Reduction of Area๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ค. Tempering์ ์์ ๋ฐ๋ผ, ์ฃผ์ด์ง
Tempering๋ MARTENSITE์ ๊ฒฝ๋๋ ๋ด๊ธ์ง๋ MARTENSITE์ ๋ํด ํ์๋ ์ต๋ ๊ฐ์์ ๊ตฌํํ๋ Carbide
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 45/111
๊ตฌ์กฐ์ ๊ด๋ จ๋ ์ต์๊ฐ๊น์ง ๋ค์ํ ์ ์๋ค[2]
๋ฐ๋ผ์, MARTENSITE๊ฐ Tempering ๋ ๋, ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ ๋ณํ์ ๊ด๋ จ์ด ์๋ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ ๋ง์
์์๊ฐ ์๋ค. ๊ฐํ ํ์๊ฐ์ ๊ดํ ์ค์ํ ์ผ๋ จ์ ๋ ผ๋ฌธ์ด 1950๋ ๋ Cohen๊ณผ ๊ทธ์ ๋๋ฃ์ ์ํด ๋ฐํ๋์๋ค[2,12,95-98]
์ค๊ฐ ํ์ ๋ฐ ๊ณ ํ์๊ฐ (0.3 - 1.5 wt. % C)์์ ํ์ฑ๋ MARTENSITE๋ ๊ฒฉ์ ๊ฐ ํ์์์๊ฐ ์ด ์จ๋์์ ์ ์ฌ
๊ฐํ์ MARTENSITE ๊ฒฉ์์์ ํ์ฐํ ์ ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ค์จ์์ ๋ถ์์ ํ๋ค.
์ด ๋ถ์์ ์ฑ์ ์ค๋ด ์จ๋์ 250โ ์ฌ์ด์์ ์ฆ๊ฐํ๋ค. Dislocation ๋ฐ ๋ค์ํ ๊ฒฝ๊ณ์ ๋ํ ํ์์์๋ถ๋ฆฌ๋ ์ค์จ
์์ ๋ด๊ธ์ง ๋ฐ ์ ์ง ์ค ์ผ์ด๋ ์ ์์ผ๋ฉฐ, ๋ด๊ธ์ง๋ MARTENSITE๋ก์์ ํ์์์ Clustering์ Tempering์
์ 1 Step์์ ๋ฐ์ํ๋ Carbide ํ์ฑ์ ์ ํํ ์ ์๋ค. Tempering์ ์ฒซ ๋ฒ์งธ Step์์ ํ์ฑ๋๋ ์ ์ด
Carbide๋ ์ก๊ฐํ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๊ฐ์ง๋ฉฐ Jack์ ์ํด ฮต - Carbide๋ก ์ง์ ๋์๋ค[99]. ฮต- Carbide (Fe2.4C)๋ ๊ณ ์จ์์
ํ์ฑ๋๋ Cementite (Fe3C)๋ณด๋ค ์ค์ง์ ์ผ๋ก ๋์ ํ์ํจ๋์ ๊ฐ๋๋ค. ์ด Carbide๋ ์ ์ ์๋ ๋ฐฐํฅ ๊ด๊ณ๋ฅผ
๊ฐ์ง ๊ธฐ์ง์ Cube ํ๋ฉด ์ ์ข์ ๊ฒฉ์ ๋๋ ๋ฐ๋๋ก์ ์์ถํ๋ค[74].
๋ด๊ธ์ง ๋์ค ์ ์ง๋๋ Austenite๋ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก 230 ~ 300โ์ ๋จ์ ๋ฒ์์์ ๋ถํด๋๋ค. ์ ์ด Carbide๊ฐ ์
ํ๋ฆฝ๋ ํ์๋ง Tempering ์ค ์๋ฅ Austenite์ ๋ณํ๊ฐ ๋ฐ์ํ๋ค. ์๋ฅ Austenite๋ Ferrite์ Cementite์ ํผํฉ
๋ฌผ๋ก ๋ณํ๋๋ค. ์ผ๋ถ ์ฆ๊ฑฐ๋ ์๋ฅ Austenite๊ฐ Bainitic Ferrite์ Cementite๋ก ๋ถํด๋๋ค๋ ๊ฒ์ ์์ฌํ๋ค.
Cementite์ Ferrite๋ Tempering์ ์ธ ๋ฒ์งธ Step์์ MARTENSITE์์ ์ฒ์ ๋ํ๋๋ค. Tempering์ ์ธ ๋ฒ์งธ
Step์์ ๊ธฐ์ง์ ์ ์ฌ๊ฐํ์ ์ฌ๋ผ์ง๊ณ ๊ทธ ๋ค์์ ๋ณธ์ง์ ์ผ๋ก ํ์์ ๊ด๋ จํ์ฌ ๊ณผ ํฌํ๋์ง ์๋ Ferrite์ด๋ค.
Cementite์ ํต ํ์ฑ์ ์ํ ๊ฐ์ฅ ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ด ๋์ ์ฌ์ดํธ๋ ๊ธฐ์ง์ ฮต - Carbide ๊ณ๋ฉด์ด๊ณ , ฮต - Carbide Grain์
Fe3C Grain์ด ์ฑ์ฅํจ์ ๋ฐ๋ผ ์์ํ ์ฌ๋ผ์ง๋ค. ๊ณ ํ์ MARTENSITE Twin์ ๋ํ Cementite์ ํต ์์ฑ๊ณผ
์ฑ์ฅ์ ์ํ ์ฅ์์ด๋ค. Cementite์ ํต ์์ฑ์ ์ํ ์ธ ๋ฒ์งธ ์ฌ์ดํธ๋ MARTENSITE์ ์๋์ Austenite grain
boundary์ Inter-Lath ๊ฒฝ๊ณ์ด๋ค. Cementite๋ ๊ฒ์ถํ๊ธฐ ์ด๋ ค์ด ๋งค์ฐ ์์ ํ๋ฆ์ผ๋ก ํ์ฑ๊ฐ๋ฅ. Cementite Grain
์ ํํํ์ ์ธ ๋ณํ๋ Ostwald ์์ฑ ๊ณต์ ์ ์ํด ๋ฐ์ํ๋๋ฐ, ์์ Grain์ ํฐ Grain์ ์ ํ์ ์ฑ์ฅ์ ์ํด
ํ์๋ฅผ ๊ณต๊ธํ๋ ๊ธฐ์ง์ ์ฉํด๋๋ค.
Cementite Grain์ด ์กฐ๋ํ ๊ณผ์ ์ ๊ฑฐ์น๋ Tempering์ ๋ค ๋ฒ์งธ Step๋ฅผ ์ ์ํ๋ ๊ฒ์ด ์ ์ฉํ๋ค[2,74]
์ต์ข ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ Fe3C์ ๊ฑฐ์น ๊ตฌํํ๋ Grain์ด ์๋ Ferrite Grain์ ๋ฑ์ถ ๋ฐฐ์ด์ด๋ค. ์ฐ์ ์ ์ผ๋ก ์ฑ์ฅํ๊ณ
๊ตฌํํํ๋ Grain์ ๊ธฐ์ง ๋ด์ ์ผ๋ถ Grain์ด ๋จ์ ์์ง๋ง ์ฃผ๋ก ์ค๊ฐ์ธต ๊ฒฝ๊ณ์ ์ด์ ์ Austenite ๊ฒฝ๊ณ์ ์์น.
๊ฒฝ๊ณ ๋ถ์๋ ์ด๋ค ๋ถ์์ ํ์ฐ์ด ๋ณด๋ค ์ฉ์ดํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋ฐ๋์งํ๋ค. 200โ์ 700โ ์ฌ์ด์ ํฉ๊ธ๊ฐ์
Temperingํ์ฌ ๋ค์ํ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ์ป์ ์ ์๋ค. Tempered Steel์์ ๋์ ๊ฐ๋ ์์ค์ ์ป์ผ๋ ค๋ฉด
MARTENSITE๊ฐ ์ฌ์ ํ ์ ์ด๋์ด ์๊ณ ์ฃผ ๊ฐํ๋ถ์ฐ์ด Cementite ๋๋ ฮต- Carbide ์ธ ๊ฒฝ์ฐ ์ ์จ์์ Tempering
ํ๋ ๊ฒ์ด ์ ์ฉ[74]. ํ์ํจ๋์ ๊ฐ๋์ ํฐ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ์ธ์ฑ์ ๊ฐ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ์ํ๋ค.
5.1.2 ํฉ๊ธ๊ฐ์ Tempered MARTENSITE์ ๊ฐํ Mechanism
์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก MARTENSITE์ ๊ฐ๋์ ์ฃผ์ ๋ถ๋ถ์ ๊ณ ์ฉ์ฒด ๊ฐํ ๋ฐ ์์ถ๊ฐํ์ ์ผ๋ถ ์กฐํฉ์ ๊ธฐ์ธํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์
๋ ค์ ธ ์๋ค[2,74,100] ๊ทธ๋ฌ๋ ์ด ๊ฒฐ๋ก ์ MARTENSITE ํ์๋ง ์ ์ฉํ ์ ์๋ค. ์๋ํ๋ฉด MARTENSITE์์
MARTENSITE๋ ๊ณ ์ฉ์ฒด ๊ฐํ๊ฐ Dislocation ๋ฐ๋ ๊ฐํ๋ก ๋์ฒด๋์๋ค[100]. ์์ถ๋ก ์ธํ ๊ฐํ์ ์์ ํน์ ๊ฒฝ์ฐ
์ Autotempering ์ ๋์ ๋ฌ๋ ค ์์ผ๋ฉฐ ์คํ์ ์ผ๋ก ๊ฒฐ์ ํ๊ธฐ๊ฐ ์ด๋ ต๋ค. ์นจ์ ํ์ง์ธ ํ์๋ ์ด๋ฌํ Mechanism
์์ ์ค์ํ ์ญํ ์ ํ๋ฉฐ ๋์ฒด ์ฉ์ง๋ก๋ถํฐ ๊ฑฐ์ ์ถ๊ฐ์ ์ธ ๊ฐ๋๋ฅผ ์ป์ง ๋ชปํ๋ค. ์ฐ์ฑ์ ์์ค์ด ์๋ ๊ฐ๋์ ์
์ ์ฆ๊ฐ๋ ์ด์ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ์ ๊ฐ์์ ์ํด ๋ฌ์ฑ๊ฐ๋ฅ. ๋ฐ๋ผ์, Tempered MARTENSITE์ ์ฃผ์ ๊ฐํ
Mechanism์ด ์์ฝ๋์ด์๋ค. ๊ฐ๋๋ ์ด๋ฌํ Mechanism ์ค ํ๋์ ๊ธฐ์ธํ ์๋ ์์ง๋ง ํญ์ ์ด๋ฌํ
Mechanism์ ์กฐํฉ์ ๊ฒฐ๊ณผ์ด๋ค.
5.1.2.1 ๊ณ ์ฉ์ฒด ๊ฐํ
์ด Mechanism์ ๋ฌ์ฑ๋๋ ๋ฐฉ์ ๋๋ฌธ์ ๊ฐ์ฅ ํฅ๋ฏธ๋กญ๋ค. MARTENSITE์ ๋์ฒด ์ฉ์ง๋ก๋ถํฐ ๊ฐํ๋ ๊ณ ์ฉ์ฒด ๊ฐํ
๋ ๋งค์ฐ ์์ผ๋ฉฐ ๋ณธ์ง์ ์ผ๋ก ์ด๋ฌํ ๊ฐํ ์ ํ์ ๋ชจ๋ Interstitial ํ์์์์์ ๋น๋กฏ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค[100].
๊ทธ๋ฌ๋ ๋์ฒด ์์๋ ๋ด๊ธ์ง์ฑ, Ms ์จ๋ ๋ฐ ์๋ฅ Austenite์ ์์ ๋ณ๊ฒฝํ์ฌ ๊ฐ์ ์ ์ผ๋ก ๊ฐ์ ๊ฐ๋์ ์ํฅ์
๋ฏธ์น๋ค๋ ๊ฒ์ ์์์ผ ํ๋ค.
ํ์ฐ ์๋ MARTENSITE ๋ณํ์ ์ํด ๊ณ ์จ ์์์ ์ ์จ ์์ผ๋ก ์ ํํ ์ ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์, ํ์๋๋๋ฅผ ํํ
Solvus ๋ผ์ธ์ ์ํด ์ฃผ์ด์ง ๊ฐ๋ณด๋ค ํจ์ฌ ๋์ ์ ์จ ์ ๊ณ ์ฒด ์ฉ์ก์ผ๋ก ๋ง๋ค ์ ์๋ค. Cohen์ Octahedral
Interstitial site์ ํฌํ๋ ํ์์์๊ฐ MARTENSITE์ ๊ฐํ์์ ์ค์ํ ์ญํ ์ ํ๋ค๊ณ ์ค๋ช ํ๋ค[97]. ๊ทธ๊ฒ์
MARTENSITE์ body centered tetragonal lattice์ ํ์๋ก ์ธํ ์ฒ ์์์ ๋ณ์๋ฅผ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ํ๋ค. ์ฒ ๊ฒฉ์์
์ด๋ฌํ ์๊ณก์ Dislocation์ ์ด๋์ ๋งค์ฐ ์ด๋ ต๊ฒ ๋ง๋ค๊ณ MARTENSITE์ ๊ณ ๊ฐ๋์ ์ฃผ์ ์์ธ์ผ๋ก ๊ฐ์ฃผ๋๋ค.
MARTENSITE์ ์ ๋ฐฉ ๊ฒฐ์ ์ ๊ฐ์ ธ ์ค๋ ํ์์ Interstitial Solid solution๋ ์ฃผ์ํ ๊ฐํ ์ธ์์ ์ญํ ์ ์ํ
์ฃผ์ํ ํ๋ณด์[74]. Winchell๊ณผ Cohen์ ์ฐ๊ตฌ๋ ํ์๊ฐ ํ์ฐ๋์ด ๋๊ธฐ์ ์์ถ๋ฌผ์ ํ์ฑํ ์ ์๋ ์กฐ๊ฑด ํ์์
ํ์ํจ๋์ ํจ์๋ก์ ํญ๋ณต ์๋ ฅ์ ๊ฒฐ์ ์ ๊ฐ๋ฅํ๊ฒ ํ๋ค[98]. ํฉ๊ธ์์๋ ์ฌ๋ฌ ๊ฐ์ง ์ด์ ๋ก ์ฌ์ฉ๋์ง๋ง,
์ค์ํ ๊ฒ์ ํ์ํ ๋ชจ์๊ณผ ํฌ๊ธฐ์์๋ณด๋ค ๋์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๋ฌ์ฑํ๋ ๊ฒ์ด๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ฏ๋ก ๊ฒฝํ์ฑ์ด ๊ฐ์ฅ ์ค์ํ๋ฉฐ,
๊ณ ๋ ค์ค์ธ ๊ฐ ๋ถ๋ถ์ ์์ ํ ๊ฒฝํ์ํค๋๋ฐ ํ์ํ ํฉ๊ธ์์์ ์ ์ ํ ๋๋๋ฅผ ๋ชฉํ๋ก ํ๋ค. ์ผ๋ฐ ํ์๊ฐ์ ๋ด๊ธ
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 46/111
์ง์ฑ์ ๋์ด๋ ๊ฐ์ฅ ๊ฒฝ์ ์ ์ธ ๋ฐฉ๋ฒ์ Mn ํจ๋์ ๋์ด๋ ๊ฒ์ด๋ค. Cr๊ณผ Mo๋ ๋ํ ๋งค์ฐ ํจ๊ณผ์ ์ด๋ฉฐ ์ฆ๊ฐ๋
๋ด๊ธ์ง์ฑ ๋จ์๋น ๋ ์ ๋ ดํ ํฉ๊ธ ์ฒจ๊ฐ๋ฌผ์ด๋ค. ๋ถ์๋ ์์ ํ ํ์ฐ๋ ์ ํ์ ๊ฐ์ ์ฒจ๊ฐ๋ ๋ ํนํ ํฐ ์ํฅ์
๋ฏธ์น๋ค. MARTENSITE ํ์ ๋ฐ ์ ํฉ๊ธ๊ฐ์ Tempering์ ์ํด ์์ฑ๋ ๊ฒฝ๋ ๋ณํ์ ํฉ๊ธ์์๊ฐ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์
Grange, Hribal ๋ฐ Porter [101]์ ์ํด ์กฐ์ฌ๋์๋ค.
2์ฐจ ๊ฒฝํ์ ๊ด๋ จํ์ฌ ๋ ผ์๋ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด, ๊ฐํ Carbide ํ์ฑ์๋ ๊ณ ์จ์ ๋๋ฌํ ๋๊น์ง ํฐ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น์ง ์๋
๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, Ni๋ ๋ชจ๋ ์จ๋์์ ๊ฒฝ๋๊ฐ ๋งค์ฐ ์๊ณ ์ผ์ ํ๋ฉฐ, Carbide ํ์ฑ ์์๊ฐ ์๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๊ทธ ์ํฅ์
์ฝํ ๊ณ ์ฉ ๊ฐํ ํจ๊ณผ์ ์ํ ๊ฒ์ผ๋ก ์๊ฐ๋๋ค. Si๋ ์ ์จ ์ ์ด Carbide์ ๋ณด๋ค ์์ ํ Cementite๋ก์ ๋ณํ๋ฅผ
์ต์ ํ์ฌ ์ฝ 316โ์ ์ฐํ์ ์๋นํ ์ง์ฐ ํจ๊ณผ๋ฅผ ๊ฐ๋๋ค. ๋ฎ์ Tempering ์จ๋์์ Mn์ ์ฐํ์ ๊ฑฐ์ ์ํฅ์
๋ฏธ์น์ง ์์ง๋ง ๋ ๋์ ์จ๋์์๋ Mn์ด ๊ณ ์จ์์ Carbide์ ํผ์ ๋๊ณ Mn ํ์ฐ๊ณผ ๊ด๋ จ๋ Cementite ์กฐ๋ํ
์ ๋ํ ์ ํญ์ฑ์ด ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋ ๋์ ์จ๋์์ ๊ฐํ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ค[103].
5.1.2.2 Dislocation ๊ฐํ
MARTENSITE ํ์ Dislocation ๋ฐ๋๋ ๋น๊ต์ ๋ฎ๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, MARTENSITE์์๋ ํ์ํจ๋์ด ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ
Dislocation ๋ฐ๋๊ฐ ๋งค์ฐ ๋์ ๊ฐ์ผ๋ก ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ฐํ์ก๋ค[100]. ๋๋ถ๋ถ์ ํ์๋ ๊ณ ์ฉ์ฒด์ ์์ผ๋ฉฐ ์ด
ํ์๋ ๋ด๊ธ์งํ๋ ๋์ Dislocation์ Lath ๊ฒฝ๊ณ๋ก ๋ถ๋ฆฌ๋๋ฉฐ Dislocation ๋ฐ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๋๋ฐ ํจ๊ณผ์ ์ด๋ค.
๋ํ ํ์์์๊ฐ Ferrite์์ ๋ฐ๊ฒฌ๋๋ ๊ฐํ ์ํธ ์์ฉ์ ์ผ๋์ ๋๊ณ MARTENSITE์ ๋์ Dislocation ๊ตฐ์ผ๋ก
๋ถ๋ฆฌ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์์๋๋ค. ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ผ๋ก, ์ด๋ฌํ Lath MARTENSITE ๊ฐ๋์ ์๋น ๋ถ๋ถ์ ๋์ Dislocation ๋ฐ๋๋ก
์ธํ ๊ฒ์ด๋ฉฐ, ๋จ์ง ์์ ๋ถ๋ถ๋ง์ด ๊ณ ์ฉ์ฒด ๊ฒฝํ๋ก ์ธํ ๊ฒ์ผ ์ ์๋ค.
5.1.2.3 Grain ๋ฏธ์ธํ
Austenite Grain ํฌ๊ธฐ๋ ํ์ ๊ฐ์ ์๋ MARTENSITE์ ๊ฐ๋์ ์ํฅ์ ์ฃผ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ด์ฐฐ. Austenite Grain ํฌ๊ธฐ
๊ฐ ๊ฐ์๋๋ฉด, ๊ฐ๋์ ํ์ ํ ์ฆ๊ฐ๊ฐ ๋ฐ์. Austenite Grain ํฌ๊ธฐ์ MARTENSITE ๊ตฌ์กฐ ์ฌ์ด์ ๊ด๊ณ๋
MARTENSITE์ ๋ ํนํ ๊ตฌ์กฐ์ ๊ฒฐ๊ณผ. MARTENSITE ๊ด์ ์ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ์ ์ง์ ์ ์ผ๋ก ๊ด๋ จ์ด ์๋
ํจํท์ผ๋ก ๋ฐฐ์ด๋๋ค. ์ฒ์ ํ์ฑ๋ MARTENSITE ํ์ด ๊ฐ๋ณ Grain์ ๊ฑธ์ณ ๋ช ํํด์ง๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ด์ ์ Austenite
Grain ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ์ค์์ผ๋ก์จ MARTENSITE ํ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ์ค์ผ ์ ์๋ค. ์์๋๋ก, ๊ฐ์๋ MARTENSITE ํ ํฌ๊ธฐ๋
๊ฐ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๊ณ ๋คํ์ค๋ฝ๊ฒ๋ ์ฐ์ฑ์ ์์ง ์๊ณ ์ํ๋๋ค. ์ฐ์ฑ ์์ค ์์ด ์ ์ฌํ ๊ฐํ๋ Lath์ ํํ์
MARTENSITE์์ ์ด์ ์ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ๊ฐ์์ํด์ผ๋ก์จ ์ป์ด์ง๋ค[100]. ๋ฐ๋ผ์ MARTENSITE Lath
packet ํฌ๊ธฐ ๋๋ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ๋ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง๊ณผ ์๊ด ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ํ๋ผ ์ ์๋ค. Fe-0.2% C ํฉ๊ธ๊ฐ์
MARTENSITE Lath ํฌ๊ธฐ๊ฐ ๊ฐ์ํจ์ ๋ฐ๋ผ ํญ๋ณต๊ฐ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ค[2] ์ด๋ฌํ ๊ฒฝ๊ณ์ ๋๋ถ๋ถ์ ์ค์ ๋ก ๋ฎ์ ๊ฐ๋์
ํ์ ๊ฒฝ๊ณ์ด์ง๋ง Dislocation ์ด๋์ ์ฅ์ ๋ฌผ์ด ๋๋ฏ๋ก ์ ์ฒด ๊ฐ๋์ ์ด๋ ์ ๋ ๊ธฐ์ฌํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ฐ์ฃผํ๋ค[74].
5.1.2.4 ์์ถ๊ฐํ
MARTENSITE์์ ํ์๋ก ๋งค์ฐ ๊ณผํฌํ๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์, ํ์์์๊ฐ ๊ณ๋ฉด ๋๋ ๊ฒฐ์ ๊ฒฐํจ์ผ๋ก๋ถ๋ฆฌ๋๊ณ ์ฉ์ก์ผ๋ก๋ถ
ํฐ Carbide๋ก์ ์์ถํ๋ ๊ฐํ ๊ฒฝํฅ์ด ์์ ๊ฒ์ด๋ค. Tempering์ ์ต์ข ๊ฒฐ๊ณผ๋ ์๋์ ๋ด๊ธ์ง๋ MARTENSITE
์ ๊ฑฐ์ ๊ตฌ์กฐ์ ์ ์ฌ์ฑ์ด ์๋ ์ํ ์ฒ ๊ธฐ์ง์์ Carbide์ ๋ฏธ์ธ๋ถ์ฐ์ด๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, ์ด ํ์์ ์ค์จ ๋๋ ๊ทธ
์ด์์์ ๋ ธํ๋ MARTENSITE์ ์ํด ๋ํ๋๋ ๊ฐ๋์ ์ฆ๊ฐ๋ฅผ ๋ด๋นํ๋ Dislocation์ ๋ํ ํํ์ฒ ์ ์์ถ์
์ด๋ํ๋ค. ๋ํ ์๋์ ์ผ๋ก ๋์ Ms ์จ๋๋ฅผ ๊ฐ๋ MARTENSITE๋ ๊ธ๋(์๋ Tempering) ์ค์ Cementite๋ถ์ฐ
์ ํ์ฑํ ๊ฒ์ด๋ฉฐ ์ด๋ ๊ด์ฐฐ๋ ๊ฐ๋์ ์ด๋ ์ ๋ ๊ธฐ์ฌํ ๊ฒ์ด๋ค.
ํน์ ํฉ๊ธ์์๋ ๋ํ Tempering ๋์ ์ฐํ ์๋๋ฅผ ๋ฆ์ถ๋๋ฐ ๋์์ด ๋๋ค. ๊ฐ์ฅ ํจ๊ณผ์ ์ธ ์์๋ Cr, Mo ๋ฐ V
์ ๊ฐ์ ๊ฐ๋ ฅํ Carbide Former์ด๋ค. ์ด๋ฌํ ์์๊ฐ ์์ผ๋ฉด ๋จ์ ํ์๊ฐ์ Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ
๋น ๋ฅด๊ฒ ์ฐํ๋๋ค. ์ด๋ฌํ ์ฐํ ํ์์ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ Cementite์ ๊ธ๊ฒฉํ ์กฐ๋ํ
(Coarsening)์ ํ์ ๋ฐ ์ฒ ์ ํ์ฐ์ ์์กดํ๋ ๊ณต์ ์ ๊ธฐ์ธํ๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, Carbide์ ํ์ฑํ๋ ์์๋ ์ฐํ๋ฅผ
์ง์ฐ์ํฌ ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ๊ณ ์จํ ์จ๋์์ ๊ฒฝ๋ ์ฆ๊ฐ๋ฅผ ์ผ์ผํค๋ ๋ฏธ์ธ ํฉ๊ธ Carbide์ ํ์ฑํ๋ค. ์ด ๊ฐ๋ ์ฆ๊ฐ๋
2 ์ฐจ ๊ฒฝํ๋ก ์ธ๊ธ๋๋ค. ์ถฉ๋ถํ Carbide ํ์ฑ ์์๋ฅผ ํจ์ ํ๋ ๊ฐ์์๋ 500โ ์ด์์์ Carbide๊ฐ ํ์ฑ๋์ด
๋์ฒด ํ์ฐ์ด ์ค์ํด์ง๋ค. ์ด๋ฌํ Carbide๋ ๋ณด๋ค ๋ฏธ์ธํ ํฉ๊ธ Carbide๋ถ์ฐ์ด ์ฉํด๋๋ ๋ ์์ ํ Cementite๋ฅผ
๋์ฒดํ๋ค.
ํนํ, V์ ๊ฐ Carbide ํ์ฑ ์ ๋ก ๋๋ฆฌ ์ฌ์ฉ๋๊ณ ์์ผ๋ฉฐ, 0.1% V์ ๊ฒฝ์ฐ, ๋ฉด์ฌ ์ ๋ฐฉ ํ Vanadium Carbide (VC)
๊ฐ ํ์ฑ๋๋ค[74]. ์ข ์ข V4C3์ ๋ ๊ฐ๊น์ง๋ง Carbide ๋ด์ ๊ณ ์ฉ์ฒด์ ๋ค๋ฅธ ์์๊ฐ ์๋ Stoichiometric ์กฐ์ฑ์ด
์๋ ๋๊ฐ ๋ง๋ค. V4C3์ Ferrite ๊ธฐ์ง ์ฌ์ด์ ๋ฐฐํฅ ๊ด๊ณ๊ฐ ๋ณด๊ณ ๋์ด์๋ค[95,96] V4C3์ {100}ฮฑ ํ๋ฉด์ ์๋
platelets์ฒ๋ผ ํ์ฑ๋๋ค. 500โ ์ด์์์ V4C3์ 20-30 A ๋ฏธ๋ง์ ๋งค์ฐ ๋ฏธ์ธํ Grain๋ก ์์ถํ๋ค.
Shingo์ Bhadeshia๋ V4C3๊ฐ Fe-C-V ์์คํ ์์ ์์ ํ ์์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด๊ณ [106].
5.1.3 ์ ์๋ ๊ฐ์ฌ์ ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of Area์ ๋ณํ
S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ์ธ์ฅ ํน์ฑ์ด ์ํ๋ ๊ฐ์ ์ด๊ณผํ์๋ค. 880โ์์ Austeniteํ ํ ํ์ 350โ์์ Temperingํ
๋ฉด, S1์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ 2454 MPa์ ๊ฐ์ฅ ๋์ ๊ฐ๊ณผ 26%์ ๊ฐ์, ์ฆ 25%์ ์ํ๋ ๊ฐ ์ด์์ด๋ค. Tempering ์จ
๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ ๊ฐ์ํ๊ณ Reduction of Area๋ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ฆ๊ฐํ๋ค. Austeniteํ ์จ๋๊ฐ 980โ
์์ 880โ๋ก ๋ฎ์์ง์ ๋ฐ๋ผ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ ์ฆ๊ฐ ํ๋ Reduction of Area๋ ๊ธ๊ฒฉํ ๊ฐ์ํ๋ค. Austeniteํ ์จ๋
830โ์์๋ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ Reduction of Area๊ฐ ๋ชจ๋ ๊ธ๊ฒฉํ ๊ฐ์ํ๋ค. S3 ๊ฐ์ฌ์ ๊ฒฝ์ฐ 930โ์์ Austeniteํ ํ
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 47/111
ํ 350โ์์ ์ด์ฒ๋ฆฌํ๋ฉด ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ 2319 MPa์ด๊ณ Reduction of Area๋ 34%์ด๋ค. Tempering ์จ๋ ์ฆ๊ฐ์ ๋ฐ
๋ผ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๊ฐ ์ง์์ ์ผ๋ก ๊ฐ์ํ๊ณ Reduction of Area๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, 830โ ๋ฐ 880โ์์ Austeniteํ ํ
๊ฒฝ์ฐ, 350 ~ 450โ์ Tempering ์จ๋ ๋ฒ์์์ Reduction of Area๊ฐ 25% ๋ฏธ๋ง์ด๋ค. Austeniteํ ์จ๋๊ฐ 980โ์
์ 880โ๋ก ๊ฐ์ํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ ์ฆ๊ฐํ๊ณ Reduction of Area๋ 25% ์ด์์ ์ ์งํ์ง๋ง Austeniteํ ์จ๋
์ธ 880โ์์๋ 10%๊น์ง ๊ฐ์ํ๋ค.
830โ์ Austeniteํ ์จ๋์์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ Reduction of Area๊ฐ ๊ธ๊ฒฉํ ๊ฐ์ํ๋ค.
์ ์ ํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด, S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of Area๋ Austeniteํ ๋ฐ Tempering ์กฐ๊ฑด์ ๋ฐ๋ผ
๋ณํ๋ค. ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ณํ ๋ฐ Carbide๋ S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์์ ์ ๋ขฐํ ์ ์๋ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ์ป๋๋ฐ ์ค์ํ๋ค.
ํนํ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ์ ์ดํ๊ณ ํ์ํ ๊ฐ๋๋ฅผ ์ป๋๋ฐ ์ค์ํ ์ญํ ์ ํ๋ค.
๊ฐํ Mechanism์๋ถ์ํ๊ธฐ ์ํด ๋ง์ ์คํ ์์ ์ด ์ํ๋์๋ค.
5.2 ์คํ ๋ฐฉ๋ฒ
5.2.1 ๊ดํ ๋ฐ SEM ๊ธ์ ์กฐ์งํ
๊ดํ ํ๋ฏธ๊ฒฝ ๊ด์ฐฐ์ ์ํ ์ํธ์ Mounting ํ ์ค๋ฆฌ์ฝ Carbide ์ข ์ด๋ก 1200 Grit๋ก ์ฐ๋ง๋ ๋ค์ 6 ๋ฐ 1 ใ
Diamond paste๋ก ์ฐ๋ง. ์ํธ์ 2 vol. % natal ๋ถ์. Olympus ํ๋ฏธ๊ฒฝ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ดํ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๊ด์ฐฐ.
๋ถ์ ์ํธ์ ์ง๊ณต๋ถ์๊ธฐ์์ ๊ธ ์ฝํ .
SEM์ JEOL JSM-7000F ์ ๊ณ ๋ฐฉ์ถ ์ฃผ์ฌ ์ ์ ํ๋ฏธ๊ฒฝ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ํ.
5.2.2 TEM ๊ธ์ ์กฐ์งํ
TEM์ 200 kV์์ ์๋ํ๋ Philips ํฌ๊ณผ ์ ์ ํ๋ฏธ๊ฒฝ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ํ๋์๋ค. Energy dispersive X-ray (EDX)
์ฅ์น๊ฐ ์ฅ์ฐฉ๋ TEM์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋ ๊ฐ์ง ์ ํ์ ์ํธ์ ์กฐ์ฌ ํ์๋ค. ์์ Foil ๋ฐ ํ์ ์ถ์ถ ์ฉ ๋ณต์ ํ.
์์ Foil์ Silicon carbide๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ฝ 250ใ ๋๊ป์ 3mm ์ง๊ฒฝ ๋์คํฌ๋ก Bulk ์ํธ์์ Blade ๋ฐ ๋๊ฐ ์ค
ํ์ ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์๊ฒ ๊ฐ๊ณต. ์ ๋จ ํ, ์ํธ์ Sand paper๋ก ์ฝ 50 ใ ๋๊ป๋ก ์ฐ๋ง. ์ ํด์ฐ๋ง๋ twin jet electro
polisher๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ํ. ์ ํด์ฐ๋ง ์ฉ ์ฉ์ก์ 5 vol. % ๊ณผ์ผ์์ฐ, 20 vol % ๊ธ๋ฆฌ์ธ๋กค ๋ฐ 75 vol. % ๋ฉํ์ฌ.
์ด ์ฉ์ก์ ์ฌ์ฉํ์ฌ 20โ์์ ์ ํด์ฐ๋ง๋ฅผ ํํ๊ณ , ์ ์ ์ฐจ๋ฅผ 50V๋ก ํ์๋ค.
TEM ๊ฒ์ฌ๋ฅผ ์ํด ๊ฐ ์ํธ์ผ๋ก๋ถํฐ ์นด๋ณธ Replica ์ํธ๋ ์ค๋นํ๋ค.
๊ฐ ๊ธฐ์ง๋ก ์ธํ ์ํฅ์ ์ ๊ฑฐํจ์ผ๋ก์จ, Carbide์ ํฌ๊ธฐ ๋ฐ ํํ์ ์กฐ์ฑ์ ๋ณด๋ค ์ ํํ๊ฒ ์ธก์ ํ ์ ์๋ค.
๋จ์ผ Step ์ถ์ถ Replica์ ์ค๋น ํ์๋ค. ์ํธ์ ๊ดํ ํ๋ฏธ๊ฒฝ๊ณผ ๋์ผํ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ๊ธฐ๊ณ์ ์ผ๋ก ์ฐ๋งํ๊ณ , 4 vol. %
Nital์ ๋ช ์ด ๋์ ๋ถ์ ํ 20 ~ 30 nm์ ์นด๋ณธ ์ฝํ ์ด 10-5 torr์ ์ง๊ณต ์ํ์์ ๋ถ์๋ ํ๋ฉด์ ์ฆ์ฐฉ๋์๋ค.
์ด ํ๋ฆ์ ์๋ฆฌํ ๋ ๋ก ์ฑ์ทจํ์ฌ ๋ช ๊ฐ์ ์์ ์ ์ฌ๊ฐํ (์ฝ 1 mm2)์ผ๋ก ๋๋๋ค. ๋ฉํ์ฌ 5% ์ผ์ฐ ์ฉ์ก์์
7.5V ์ ํด๋ถ์์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ํ์ ํ๋ฆ์ ์ ๊ฑฐํ ๋ค์, ์ด๋ฅผ ๋ฉํ์ฌ์์ ์ธ์ฒํ๊ณ ์ฆ๋ฅ์์์ ๋ ๋ด์๋ค.
๊ฐ ์ํธ์ TEM์์ ๊ฒ์ฌํ๊ธฐ ์ ๊ตฌ๋ฆฌ Grid์ ์ฅ์ฐฉํ๊ณ ๊ฑด์กฐ์์ผ ์ฝ 10 ๊ฐ์ ์์ ์ฌ๊ฐํ์ ๋ง๋ ๋ค.
5.3 ๊ฒฐ๊ณผ
5.3.1 ๋ถ์์ Austenitization์ ์ํ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ ๋ณํ
4 ์ฅ์์ ์ค๋ช ํ ๊ฒ์ฒ๋ผ Austeniteํ ์จ๋๊ฐ 830โ์ธ ๊ฒฝ์ฐ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of Area๊ฐ ์ฌ๊ฐํ๊ฒ ๊ฐ์ํ
๋ค. Austenitization ์์ฉ์ ์จ๋์ ์ ์ง ์๊ฐ๊ณผ ๊ด๋ จ์ด ์์์ด ์ ์๋ ค์ ธ ์๋ค. ํนํ, ๋ด๊ธ์ง ๋ฐ Tempering๋
๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ, ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ ์ด์ฒ๋ฆฌ ์ค ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ณํ ๋ฐ Tempering๋ MARTENSITE ๊ตฌ์กฐ์ ์ํด ์ฃผ๋ก ์ํฅ์
๋ฐ๋๋ค. Austeniteํ๊ฐ ์์ ํ ์๋ฃ๋์ง ์์๋ค๋ฉด ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ MARTENSITE์ Ferrite + Cementite๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋ค.
์ด๋ฌํ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ ์ฐ์ง Ferrite ๋ฐ ๊ฑฐ์น Cementite๋ก ์ธํด ๊ธฐ๊ณ์ ๋ฌผ์ฑ์ด ์ ํ๊ฐ๋ฅ.
FIGURE 5.1: SEM micrographs of oil-quenched steels, austenitized at 830ยฐC. (a) S1 steel and (b) S3 steel
๋ด๊ธ์ง ํ Ferrite ์กด์ฌ ํ์ธ์ ์ํด ์ ๋๋ ์ํธ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ์กฐ์ฌ๋์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.1์ 830โ์์ Austeniteํ
๋ S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ์ค์ผ Quenching๋ ์ํธ์ SEM ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง. S1 ๋ฐ S3์ ๊ฒฝ์ฐ, MARTENSITE ๊ตฌ์กฐ์ ๋
๋ฒ์งธ ์์ Grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ์กด์ฌํ์๊ณ , ๊ฑฐ์น Cementite๋ Austeniteํ ๋์ ์ฉํด๋์ง ์๊ณ ์ ์ง๋์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 5.2๋ 830โ์์ Austeniteํ๋ S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ์ค์ผ Quenching ์ํธ์ TEM ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง๊ณผ ํ์ ํจํด์
๋ณด์ฌ์ค๋ค. S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ MARTENSITE ๊ตฌ์กฐ์ ๋ ๋ฒ์งธ Step๋ TEM ์ด๋ฏธ์ง์ ํ์ ํจํด์ ์ํด Ferrite ๊ตฌ์กฐ
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 48/111
๋ก ํ์ธ๋์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 5.2 (b)๋ Zone axis [111]์ ๊ฐ๋ S1 ๊ฐ์ Ferrite ๊ตฌ์กฐ์ ํ์ ํจํด์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.2 (d)๋ Zone
axis[011]์ ๊ฐ๋ S3 ๊ฐ์ Ferrite ๊ตฌ์กฐ์ ํ์ ํจํด์ ๋์ํ๋ค.
FIGURE 5.2: TEM micrographs of oil-quenched S1 and S3 steels, austenitized at 830ยฐC. (a) Bright field image, (b) Diffraction pattern of S1 steel and (c) Bright field image, (d) Diffraction pattern of S3 steel
SEM ๋ฐ TEM ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง์์ ์ ์ ์๋ฏ์ด, 830โ์์ Austeniteํ๋ S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ์ด์ฒ๋ฆฌ
์จ๋์ ๊ด๊ณ์์ด MARTENSITE์ Ferrite, Cementite๋ก ์ด๋ฃจ์ด์ ธ์๋ค.
๋ด๊ธ์ง ํ MARTENSITE ์กฐ์ง์ Ferrite๊ฐ ์กด์ฌํ๋ ์ด์ ๋ Austeniteํ ์จ๋๊ฐ ๋ฎ์ ๋ถ์์ ํ Austeniteํ
๋๋ฌธ์ด๋ค. 850โ์์ 980โ๊น์ง์ Austeniteํ ์จ๋์์ MARTENSITE ๊ตฌ์กฐ์ Ferrite๋ ์กฐ์ฌ๋์ง ์์๋ค.
Austeniteํ ์ ์ง ์๊ฐ์ ๋ชจ๋ ์กฐ๊ฑด์์ 180๋ถ์ผ๋ก ์ค์ ๋์๋ค.
๋ถ์์ ํ Austenitization์ ์ํ Ferrite๋ Grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ์กด์ฌํ๊ณ ๊ฑฐ์น Cementite๋ Grain๊ณผ Grain
boundary์ ์กด์ฌํ๋ค. ์ด๋ฌํ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ํน์ฑ์ ๊ท ์ด ํ์ฑ๊ณผ Grain boundary๋ฅผ ํตํ ์ ํ๊ฐ ์ฝ๊ฒ ์ ๋๋์๋ค.
5.3.2 ์์ถ ๊ฑฐ๋
ํฉ๊ธ Carbide๋ Spring ๊ฐ์ ๊ฐ๋ฐ์ ์ค์ํ ์ญํ ์ ํ๋ค. ํน์ ์นํ ํฉ๊ธ์์์ ์ฒจ๊ฐ๋ MARTENSITE์
Tempering ํน์ฑ์ ๋ณํ์ํค๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์ ์๋ ค์ ธ ์๋ค. S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ์์ถ๋ฌผ์ V4C3 ๋ฐ Fe2.4C, Cementite
(Fe3C)๋ก ์กฐ์ฌ๋์๋ค.
S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ฌ์ ์์ถ ๊ฑฐ๋์ ์ด์ฒ๋ฆฌ ์กฐ๊ฑด์ ๋ณ๊ฒฝํ์ฌ ์ฐ๊ตฌํ๋ค.
5.3.2.1 V4C3 ์์ถ
EDX๋ถ์๊ณผ TEM ๊ด์ธก์ Tempering ์จ๋์ ํจ์๋ก์ ์์ถ ๊ฑฐ๋์ ๊ท๋ช . ๊ทธ๋ฆผ 5.3์ S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ ์์ฐ๋
์ํธ์ ํ์ ์ถ์ถ๋ฌผ ๋ณต์ ๋ฌผ์์ TEM ์ด๋ฏธ์ง์ ์์ถ๋ฌผ์ ํํ์ ์กฐ์ฑ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์์ถ๋ฌผ์ ์กฐ์ฑ์ ํ์ ์ถ์ถ
๋ณต์ ๋ฌผ์ ๋ํ ์๋์ง๋ถ์ฐ X ์ ๋ถ๊ด๋ฒ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ถ์ ๋์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.3์ Austeniteํ ์ฒ๋ฆฌ ์ด์ ์ S1
Carbide๊ณผ S3 ๊ฐ์ ์์ฐ๋ ์ํธ์ผ๋ก V Carbide๊ฐ ์ด๋ฏธ ์กด์ฌํจ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
์ด๊ฐ์์ฐ ๋ฐ ๋๊ฐ ์ค์ V Carbide๊ฐ ํ์ฑ๋จ์ ์ฃผ๋ชฉํด์ผ ํ๋ค.
Austeniteํ ํ์, S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ Oil-quenched ์ํธ์์ V carbides๋ฅผ ์กฐ์ฌ. ๊ทธ๋ฆผ 5.4๋ S1 ๊ฐ์ ์ค์ผ
Quenching๋ ์ํธ์ TEM ์ด๋ฏธ์ง์ ํ์ ํจํด, ํํ์กฐ์ฑ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์์ฐ๋ ์ํธ์ 880โ์์ 180์ด ๋์
Austeniteํ ํ ํ์ ์ค์ผ Quenching์์ผฐ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.4๋ V-SiC Carbide๊ฐ ์ค์ผ Quenching ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์
์กด์ฌํ๊ณ Zone axis[110]์ FCC ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๊ฐ๋ V4C3์ผ๋ก ์กฐ์ฌ๋์์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.4 (c)์์ ๋ณผ ์ ์๋ฏ์ด,
๊ตฌํ์ ์์ถ๋ฌผ์ ์ถ์ถ ๋ณต์ ๋ฌผ์ ํ์ ํจํด์ผ๋ก๋ถํฐ V4C3 (4.2ร )๊ณผ ๋์ผํ ๊ฒฉ์ Parameter๋ฅผ ๊ฐ๋ FCC๋ฅผ
๊ฐ๋๋ค๋ ๊ฒ์ ๋ํ๋ธ๋ค. ์์ถ๋ฌผ์ ์กฐ์ฑ์ ๊ทธ๋ฆผ 5.4 (d)์ ๊ฐ์ด ํ์ ์ถ์ถ ๋ณต์ ๋ฌผ์ ๋ํ ์๋์ง๋ถ์ฐ X
์ ๋ถ๊ด๋ฒ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ถ์ ๋์๋ค. Carbide์ ํํ์ ์กฐ์ฑ์ ๊ธ์ ์์ (V, Ti)์ ํ์๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋ค. ์ด๋ V4C3
Carbide๊ฐ Ti๋ฅผ V4C3 Carbide๋ก ๋์ฒดํ์ฌ (V, Ti) 4C3 Carbide๋ก ๋์ฒด๋จ์ ์๋ฏธํ๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 49/111
์ด๋ค (V, Ti) 4C3 Carbide๋ Austeniteํ ๋์ ์ฉํด๋์ง ์๊ณ ์ ์ง๋๊ฑฐ๋ ํ์ฑ๋๋ ๊ฒ์ด ์ ์๋์๋ค
S1 ๊ฐ์ ์ค์ผ ๋ด๊ธ์ง ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์์ V Carbide์ ์์ถ ๊ฑฐ๋์ ์กฐ์ฌ ํ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.5๋ Austeniteํ ์จ๋๊ฐ
์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ S1 ๊ฐ์ (V, Ti) 4C3 ์์ถ๋ฌผ์ ๊ฑฐ๋์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๋ฏธ์ธ ์์ถ๋ฌผ์ (V, Ti) 4C3์ผ๋ก ๊ฒฐ์ ๋์๊ณ ๊ฑฐ์น
์์ถ๋ฌผ์ Cementite์๋ค. ๋ฏธ์ธ (V, Ti) 4C3 Carbide๋ Austeniteํ์ ๋ชจ๋ ์จ๋์์ ๋ฏธ๋ถํด ๋๋ ์๋กญ๊ฒ ํ์ฑ.
FIGURE 5.3 TEM micrographs and EDX results of as-rolled specimens of S1 and S3 steel. (a) Replica image and (b) EDX analysis of S1 steel and (c) Replica image and (d) EDX analysis of S3 steel.
FIGURE 5.4: TEM replica micrographs of (V, Ti)4C3 carbide in the oil-quenched S1 steels (austenitizing at 880ยฐC). (a) bright filed image (b) dark filed image (c) diffraction pattern (d) EDX analysis.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 50/111
FIGURE 5.5: TEM replica micrographs of V4C3 carbide in the oil-quenched specimens of S1 steel. Austenitization temperature: (a) 830ยฐC, (b) 880ยฐC, (c) 930ยฐC, (d) 980ยฐC.
S3 ๊ฐ์ ์ค์ผ Quenching ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ V Carbide๋ ์กฐ์ฌํ์๋ค. ์์ฐ๋ ์ํธ์ 880โ์์ 180์ด ๋์ Austenite
ํ ํ ํ์ ์ค์ผ Quenching์์ผฐ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.6์ TEM ์ด๋ฏธ์ง์ ํ์ ํจํด, S3 Steel์ ์ค์ผ Quenching๋ ์ํธ์
ํํ์ ์กฐ์ฑ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์ค์ผ Quenching ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์์ V Carbide๋ ๊ทธ๋ฆผ 5.6 (c)์ ๊ฐ์ด V4C3 ๊ตฌ์กฐ์ด๋ค. ์ด ์ฌ
์ง๋ค์ ๊ธฐ์ง์ [211] ๋ฐฉํฅ์์ ์ฐ์ ์ฌ์ง์ด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.6์ ๊ตฌํ์ ์์ถ๋ฌผ์ด S1 ๊ฐ๊ณผ ์ ์ฌํ ์ถ์ถ ๋ณต์ ๋ฌผ์ ํ
์ ํจํด์ผ๋ก๋ถํฐ V4C3 (4.2ร )๊ณผ ๋์ผํ ๊ฒฉ์ Parameter๋ฅผ ๊ฐ๋ FCC๋ฅผ ๊ฐ๋๋ค๋ ๊ฒ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
์์ถ๋ฌผ์ ์กฐ์ฑ์ ๊ทธ๋ฆผ 5.6 (d)์ ๊ฐ์ด ํ์ ์ถ์ถ ๋ณต์ ๋ฌผ์ ๋ํ ์๋์ง๋ถ์ฐ X ์ ๋ถ๊ด๋ฒ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ถ์ ํ์๋ค.
Carbide์ ํํ์ ์กฐ์ฑ์ ๊ธ์ ์์ (V, Ti, Mo)์ ํ์๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์ด ์์์ด ๋ฐํ์ก๋ค. ์ด๋ V4C3 Carbide๊ฐ Ti
๋ฐ Mo๋ฅผ V4C3 Carbide๋ก ๋์ฒดํ์ฌ (V, Ti, Mo) 4C3 Carbide๋ก ๋์ฒด๋จ์ ์๋ฏธํ๋ค. ์ด๋ค (V, Ti, Mo) 4C3 Carbide๋
Austeniteํ ๋์ ์ฉํด๋์ง ์๊ณ ์ ์ง๋๊ฑฐ๋ ํ์ฑ๋๋ ๊ฒ์ด ์ ์๋๋ค.
FIGURE 5.6: TEM replica micrographs of (V, Ti, Mo)4C3 carbide in the oil-quenched S3 steels (austenitizing at 880ยฐC). (a) Bright filed image (b) Dark filed image (c) Diffraction pattern (d) EDX analysis.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 51/111
830โ์์ 980โ๊น์ง์ Austeniteํ ์จ๋์์ S3 ๊ฐ์ ์ค์ผ Quenching ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์์ V Carbide์ ์์ถ ๊ฑฐ๋
์ด ์กฐ์ฌ๋์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.7์ Austeniteํ ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ S1 ๊ฐ์ (V, Ti) 4C3 ์์ถ๋ฌผ์ ๊ฑฐ๋์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 5.7์์ ๋ณผ ์ ์๋ฏ์ด S3 ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ ์์ถ๋ฌผ์ (V, Ti, Mo) 4C3์ด๊ณ ๊ฑฐ์น ์์ถ๋ฌผ์ Cementite์ด๋ค.
๋ฏธ์ธ (V, Ti) 4C3 Carbide๋ Austeniteํ์ ๋ชจ๋ ์จ๋์์ ๋ฏธ๋ถํด ๋๋ ์๋ก์ด ์์ฑ๋๋ค.
880โ์์ Austeniteํ๋ S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ์ค์ผ Quenching ์ํธ์์ (V, Ti) 4C3 ๋ฐ (V, Ti, Mo) 4C3 Carbide์
ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ฅผ ์ธก์ ํ๊ณ ๊ทธ๋ฆผ 5.8๊ณผ ๋น๊ต ํ์๋ค. S1 ๊ฐ์ (V, Ti) 4C3 Carbide์ ํ๊ท ์ง๋ฆ์ ์ฝ 0.0075ใ์ด๊ณ S3
๊ฐ์ฌ์ (V, Ti, Mo) 4C3 Carbide์ ์ง๋ฆ์ ์ฝ 0.0073ใ์ด๋ค. S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์์์ V Carbide์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ ์ ์ฌํ
๋ค. S1๊ณผ S3์ V Carbide์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ Austeniteํ์ ๋์ผํ ์จ๋์์ ๊ฑฐ์ ๋์ผํ๋ค๋ ๊ฒ์ด ์ ์๋์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 5.9๋ S1 ๊ฐ์ (V, Ti) 4C3 Carbide๊ฐ 880โ์์ Austeniteํ๋ ํ์ 450โ์์ Tempering๋ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์์
๋ฏธ์ธํ ์์ถ๋ฌผ๋ก์๋ถํฌ๋์์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
์์์ ์ค๋ช ํ ๊ฒ์ฒ๋ผ (V, Ti) 4C3 Carbide๋ ์ด๋ฏธ ์ค์ผ Quenching๋ ์ํธ์ ๋ณด๊ด๋์ด ์๋ค.
Tempering๋ ๊ตฌ์กฐ์ (V, Ti) 4C3 Carbide๋ ์ค์ผ ๋ด๊ธ์ง๋ ์ํธ์ ๊ฒ๊ณผ ๋์ผํ๋ค.
FIGURE 5.7: TEM replica micrographs of V4C3 carbide of oil-quenched specimens of S3 steel, austenitized at (a) 830ยฐC, (b) 880ยฐC, (c) 930ยฐC, (d) 980ยฐC.
FIGURE 5.8: Size distribution of V carbides in the oil-quenched specimens austenitized at 880ยฐC. (a) (V, Ti)4C3 of
S1 steel and (b) (V, Ti, Mo)4C3 of S3 steel.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 52/111
์ด ์ฌ์ง๋ค์ ๊ธฐ์ง์ [110] ๋ฐฉํฅ์์ ์ฐ์ ์ฌ์ง์ด๋ค. ์ถ์ถ ๋ณต์ ๋ฌผ์ ํ์ ํจํด์ ๊ตฌํ์ ์์ถ๋ฌผ์ด V4C3 (4.2ร )๊ณผ
๋์ผํ ๊ฒฉ์ Parameter๋ฅผ ๊ฐ๋ FCC๋ฅผ ๊ฐ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ๋ค.
์ด๋ (V, Ti) 4C3 Carbide๊ฐ Tempering ๋์ ์ง์์ ์ผ๋ก ์ฑ์ฅ์ ์๋ฏธ
FIGURE 5.9: TEM replica analysis of S1 steels tempered at 450ยฐC after austenitized at 880ยฐC. (a) Bright filed image and (b) Diffraction pattern.
๊ทธ๋ฆผ 5.10์ S1 ๊ฐ์ (V, Ti) 4C3 Carbide๊ฐ 350โ ~ 450โ์ Tempering ์จ๋ ์์ญ์ ์กด์ฌํจ์ ๋ณด์ฌ ์ฃผ๋ฉฐ, ๊ทธ๋ฆผ
5.9์์ ๋ถ์ํ ๊ฒฐ๊ณผ์ด๋ค. ๋ณด๊ฐ Mechanism์ ์ฐพ๊ธฐ ์ํด Carbide ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ฅผ Tempering ์จ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๋ฉด์
์ธก์ ํ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.11์ Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ S1 ๊ฐ์ (V, Ti) 4C3 Carbide ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ฅผ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ค.
(V, Ti) 4C3์ ํ๊ท ์ง๊ฒฝ์ ๊ฐ๊ฐ 350โ, 400โ ๋ฐ 450โ Tempering ์จ๋์์ 0.0099um, 0.01um ๋ฐ 0.011um์ด์
๋ค. (V, Ti) 4C3 Carbide์ ํ๊ท ์ง๊ฒฝ๊ณผ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ Tempering ์จ๋์ ๊ด๊ณ์์ด ๊ฑฐ์ ๋์ผํ๋ค.
FIGURE 5.10: TEM replica micrographs of V4C3 carbides in the tempered specimens austenitized at 880ยฐC. Tempering temperature: (a) 350ยฐC, (b) 400ยฐC and (c) 450ยฐC
๊ทธ๋ฆผ 5.12๋ 880โ์์ Austeniteํ๋ ํ 450โ์์ Tempering๋ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์์ ๋ฏธ์ธํ ์์ถ๋ฌผ๋ก ํ์ฑ๋ S3
๊ฐ์ฌ์ (V, Ti, Mo) 4C3 Carbide์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์์์ ์ค๋ช ํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด (V, Ti, Mo) 4C3 Carbide๋ ์ด๋ฏธ ์ค์ผ
Quenching๋ ์ํธ์ ์กด์ฌํ๋ค. Tempering๋ ๊ตฌ์กฐ์ (V, Ti, Mo) 4C3 Carbide๋ ์ค์ผ ๋ด๊ธ์ง๋ ์ํธ์ ๊ฒ๊ณผ ๋์ผ
ํ๋ค๋ ๊ฒ์ด ํ์ธ๋์๋ค. ์ด ๊ทธ๋ฆผ์ ๊ทธ๋ฆผ 5.12 (b)์์์ ๊ฐ์ด ๊ธฐ์ง์ [110] ๋ฐฉํฅ์์ ์ฐ์ ๊ฒ์ด๋ค. ์ถ์ถ ๋ณต์ ๋ฌผ
์ ํ์ ํจํด์ ๊ตฌํ์ ์์ถ๋ฌผ์ด V4C3 (4.2ร )๊ณผ ๋์ผํ ๊ฒฉ์ Parameter๋ฅผ ๊ฐ๋ FCC๋ฅผ ๊ฐ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ๋ค.
(V, Ti, Mo) 4C3 Carbide๋ S1 ๊ฐ๊ณผ ์ ์ฌํ๊ฒ Tempering ๋์ ์ฑ์ฅํ๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 53/111
FIGURE 5.11: Size distribution of (V, Ti)4C3 carbide of S1 steel with increasing the Tempering temperature. Tempering temperature: (a) 350ยฐC, (b) 400ยฐC and (c) 450ยฐC
FIGURE 5.12: TEM replica analysis of S3 steel tempered at 450ยฐC after austenitized at 880ยฐC. (a) Bright filed image and (b) Diffraction pattern.
๊ทธ๋ฆผ 5.13์ S1 ๊ฐ์ (V, Ti, Mo) 4C3 Carbide๊ฐ ๊ทธ๋ฆผ 5.12์์ ๋ถ์๋ ๊ฒฐ๊ณผ๋ก 350~ 450โ์ ๋ด๊ธ์ง ์จ๋ ๋ฒ์
์ ์กด์ฌํจ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๋ณด๊ฐ Mechanism์ ์ฐพ๊ธฐ ์ํด, (V, Ti, Mo) 4C3 Carbide์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ Tempering ์จ๋๋ฅผ
์ฆ๊ฐ์ํค๊ธฐ ์ํด ์ธก์ ๋์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.14๋ Tempering ์จ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๋ฉด์ S1 ๊ฐ์ (V, Ti, Mo) 4C3 Carbide์
ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ฅผ ๋์ํ๋ค. 350โ, 400โ ๋ฐ 450โ์ Tempering ์จ๋์์ (V, Ti, Mo)4C3์ ํ๊ท ์ง๊ฒฝ์ ๊ฐ๊ฐ 0.0092
um, 0.0091 um ๋ฐ 0.0057 um์ด์๋ค. Tempering ์จ๋์ ๊ด๊ณ์์ด (V, Ti, Mo) 4C3 Carbide์ ํ๊ท ์ง๊ฒฝ๊ณผ ํฌ๊ธฐ๋ถ
ํฌ๋ ๊ฑฐ์ ๋์ผํ๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, 450โ์์ ์ด์ฒ๋ฆฌ๋ (V, Ti, Mo) 4C3 Carbide์ ํ๊ท ์ง๊ฒฝ์ 350โ ๋ฐ 400โ์์
๊ฒฝํ๋ ์ํธ์ ํ๊ท ์ง๊ฒฝ๋ณด๋ค ์๋ค.
FIGURE 5.13: TEM replica micrographs of (V, Ti, Mo)4C3 carbides in the tempered specimens austenitized at 880ยฐC. Tempering temperature: (a) 350ยฐC, (b) 400ยฐC and (c) 450ยฐC
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 54/111
FIGURE 5.14: Size distribution of (V, Ti, Mo)4C3 carbide in the tempered specimens of S3 steel austenitized at 880ยฐC with increasing the Tempering temperature. Tempering temperature: (a) 350ยฐC, (b) 400ยฐC and (c) 450ยฐC
FIGURE 5.15: Comparison of size distribution of V4C3-type carbide of S1 and S3 steels. Mean diameter and (b) Area fraction.
๊ทธ๋ฆผ 5.15๋ S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ V4C3 ํ Carbide์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ฅผ ๋ด๊ธ์ง ์ํ์์ Tempering ์ํ๋ก ๋น๊ตํ ๊ฒ์ด๋ค.
S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ V4C3 ํ Carbide์ ํ๊ท ์ง๊ฒฝ์ ๋น์ทํ์ง๋ง S3 ๊ฐ์ฌ์ (V, Ti, Mo) 4C3 Carbide์ ๋ฉด์ ๋ถ์จ์
S1 ๊ฐ์ฌ๋ณด๋ค ์๋์ ์ผ๋ก ๋์๋ค. S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ฌ์ V4C3 Carbide์ ํ๊ท ์ง๊ฒฝ๊ณผ ๋ฉด์ ๋ถ์จ์ Tempering ์จ๋์
๋ฐ๋ผ ๊ฑฐ์ ๋ณํ์ง ์์๋ค.
S3 ๊ฐ์ (V, Ti, Mo) 4C3 Carbide์ ๋ฉด์ ๋ถ์จ์ด ๋ด๊ธ์ง ์ํ์์ Tempering ์ํ๋ก ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ฆ๊ฐํ๋ค.
์ด๋ S3 ๊ฐ์ฌ์ (V, Ti, Mo) 4C3 Carbide๊ฐ ์ค์ผ Quenching ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ ๋ฏธ์ธํ ์ ์ฌ (V, Ti, Mo) 4C3 Grain๋ก ์ฐ์
์ ์ผ๋ก ํ์ฑ๋ ์ ์์์ ์๋ฏธํ๋ค. ๋ํ, S1 ๊ฐ์ (V, Ti) 4C3 Carbide์ ๋ฉด์ ๋ถ์จ์ ๋ด๊ธ์ง ์ํ์์
Tempering ์ํ๋ก ์ด๋ํ ๋ ์ฝ๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒฝํฅ์ด ์๋ค. S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ V4C3 ํ Carbide๊ฐ ์๋กญ๊ฒ ์์ถ๋๊ฑฐ
๋ Tempering ์ค์ ์ฐ์์ ์ผ๋ก ์ฑ์ฅํ ์ ์๋ค๊ณ ์์ฝ.
5.3.2.2 Fe3C ์์ถ
๊ทธ๋ฆผ 5.16์ TEM ์ด๋ฏธ์ง์ ํ์ ํจํด, S1 ๊ฐ์ผ๋ก ์ค์ผ Quenching๋ ์ํธ์ ๊ฑฐ์น Particles์ ํํ์ ์กฐ์ฑ์
๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์์ฐ๋ ์ํธ์ 830โ์์ 180 ์ด ๋์ Austeniteํ ํ ์ค์ผ Quenching ์ฒ๋ฆฌ ํ์๋ค. ๊ฑฐ์น ์์ถ๋ฌผ์
Cementite Fe3C์ ์ก๊ฐํ ์ต๋ฐ๋ ๊ตฌ์กฐ๋ก ๊ฒฐ์ ๋์๋ค. ์ด ์ฌ์ง์ ๊ธฐ์ง์ [010] ๋ฐฉํฅ์์ ์ฐ์ ์ฌ์ง์ด๋ค.
Cementite์ ํํ์ ์กฐ์ฑ์ ๊ทธ๋ฆผ 5.16 (c)์ ๊ฐ์ด ํ์ ์ถ์ถ ๋ณต์ ๋ฌผ์ ๋ํ ์๋์ง๋ถ์ฐ X ์ ๋ถ๊ด๋ฒ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ
์ถ์ ๋์๋ค. Cementite์ ์กฐ์ฑ์ ๊ธ์ ์์ (Fe, Mn, Cr)์ ํ์๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋ค. ์ด๋ Fe3C๊ฐ Fe3C Carbide์ Mn
๊ณผ Cr์ ์นํํจ์ผ๋ก์จ (Fe, Mn, Cr) 3C๋ก ๋์ฒด๋จ์ ์๋ฏธํ๋ค.
Cementite๋ Austeniteํ ๋์ ์์ ํ ์ฉํด๋์ง ์์์ง๋ง ๊ตฌํํ๋์๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 55/111
FIGURE 5.16: TEM replica micrographs of Cementite in the oil-quenched S1 steel austenitized at 830ยฐC. (a) Bright field image, (b) Diffraction pattern and (c) EDX result.
Austeniteํ ์จ๋๊ฐ 830โ์์ 980โ๋ก ์ฆ๊ฐํ๋ฉด, S1 ๊ฐ์ ๊ฑฐ์น Cementite๋ ๋ ์์ ํฌ๊ธฐ๋ก ์ฉํด๋์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 5.17์ Cementite๊ฐ Austeniteํ ์จ๋ 830โ์์๋ง ์กฐ๋ Grain์ผ๋ก ์ ์ง๋๊ณ , Austeniteํ ์จ๋ 880โ์์
980โ์์๋ ๊ฑฐ์ ๋ฏธ๋ฆฝ์๋ก์ ์ฉํด๋๋ค๋ ๊ฒ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์ฉํด๋์ง ์์ Cementite์ ํฌ๊ธฐ์ ๋ถํผ๋ถ์จ์
Austeniteํ ์จ๋๊ฐ ๊ฐ์ํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ฆ๊ฐํ๋ค. ์๊ธฐํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด, 830โ์์์ ๊ฑฐ์น Cementite๋ ๋ถ์์ ํ
Austeniteํ์ ๊ธฐ์ธํ๋ค. Austeniteํ ์จ๋ 880โ ์ด์์์๋ Austeniteํ๊ฐ ์์ ํ ์ด๋ฃจ์ด์ก๊ณ Cementite๊ฐ
๊ฑฐ์ ์ฉํด๋์๋ค.
FIGURE 5.17: TEM replica micrographs of Cementite in the oil-quenched specimens of S1 steel. Austenitization temperature: (a) 830ยฐC, (b) 880ยฐC, (c) 930ยฐC and (d) 980ยฐC
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 56/111
FIGURE 5.18: TEM replica micrographs of Cementite in the oil-quenched S3 steel austenitized at 830ยฐC. (a) Bright field image and (b) EDX result.
๊ทธ๋ฆผ 5.18์ TEM ์ด๋ฏธ์ง์ ํ์ ํจํด, S3 ๊ฐ์ผ๋ก ์ค์ผ Quenching๋ ์ํธ์ ๊ฑฐ์น Particles์ ํํ์ ์กฐ์ฑ์
๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์์ฐ๋ ์ํธ์ 830โ์์ 180 ์ด ๋์ Austeniteํํ ํ ์ค์ผ Quenching ์ฒ๋ฆฌ ํ์๋ค. ๊ฑฐ์น ์์ถ๋ฌผ
์ Cementite Fe3C์ ์ก๊ฐํ ์ต๋ฐ๋ ๊ตฌ์กฐ๋ก ๊ฒฐ์ ๋์๋ค. ์ด ์ฌ์ง์ ๊ธฐ์ง์ [010] ๋ฐฉํฅ์์ ์ฐ์ ์ฌ์ง์ด๋ค.
Cementite์ ํํ์ ์กฐ์ฑ์ ๊ทธ๋ฆผ 5.18 (b)์ ๊ฐ์ด ํ์ ์ถ์ถ ๋ณต์ ๋ฌผ์ ๋ํ ์๋์ง๋ถ์ฐ X ์ ๋ถ๊ด๋ฒ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ
์ถ์ ๋์๋ค. Cementite์ ์กฐ์ฑ์ ๊ธ์ ์์ (Fe, Mn, Cr)์ ํ์๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋ค. ์ด๋ Fe3C๊ฐ Fe3C Carbide์ Mn
๊ณผ Cr์ ์นํํจ์ผ๋ก์จ (Fe, Mn, Cr) 3C๋ก ๋์ฒด๋จ์ ์๋ฏธํ๋ค.
Cementite๋ Austeniteํ ๋์ ์์ ํ ์ฉํด๋์ง ์์์ง๋ง ๊ตฌํํ๋์๋ค.
FIGURE 5.19: TEM replica micrographs of Cementite in the oil-quenched specimens of S3 steel. Austenitization temperature: (a) 830ยฐC, (b) 880ยฐC, (c) 930ยฐC and (d) 980ยฐC.
๊ทธ๋ฆผ 5.19๋ Austeniteํ ์จ๋๊ฐ 830โ์์ 980โ๋ก ์ฆ๊ฐํ๋ฉด S3 ๊ฐ์ฌ์ ๊ฑฐ์น Cementite๊ฐ ๋ฏธ์ธํ ๋๋ค๋ ๊ฒ
์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๊ฑฐ์น Cementite๋ Austeniteํ ์จ๋ 830โ์์๋ง ์ ์ง๋์๊ณ , Austeniteํ ์จ๋ 880โ์์ 980โ
๋ก ๋ฏธ์ธ Particle๋ก ๊ฑฐ์ ์ฉํด๋์๋ค. ์ฉํด๋์ง ์์ Cementite ํฌ๊ธฐ์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ Austeniteํ ์จ๋๊ฐ ๊ฐ์ํจ
์ ๋ฐ๋ผ ์ฆ๊ฐํ๋ค. ์๊ธฐํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด, 830โ์์์ ๊ฑฐ์น Cementite๋ ๋ถ์์ ํ Austeniteํ์ ๊ธฐ์ธํ๋ค.
Austeniteํ ์จ๋๊ฐ 880โ๋ฅผ ๋์ผ๋ฉด Austeniteํ๊ฐ ์๋ฃ๋๊ณ Cementite๊ฐ ๊ฑฐ์ ์ฉํด๋์๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 57/111
FIGURE 5.20: Size distribution of Cementite in the oil-quenched specimens after austenitized at 880ยฐC. (a) S1 steel and (b) S3 steel
880โ์์ Austeniteํ๋ S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ์ค์ผ Quenching ์ํธ์์ ์ฉํด๋์ง ์์ Cementite์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ฅผ
์ธก์ ํ๊ณ ๊ทธ๋ฆผ 5.20์์ ๋น๊ต ํ์๋ค. S1 ๊ฐ์ ์ฉํด๋์ง ์์ Cementite์ ํ๊ท ์ง๋ฆ์ ์ฝ 0.0.085um์ด๊ณ
S3 ๊ฐ์ ์ฉํด๋์ง ์์ Cementite์ ์ง๋ฆ์ ์ฝ 0.082um์ด๋ค. S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์์ ์ฉํด๋์ง ์์ Cementite์ ํฌ
๊ธฐ๋ถํฌ๋ ์ ์ฌํ๋ค. S1๊ณผ S3 ๊ฐ์์์ ์ฉํด๋์ง ์์ Cementite์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ Austeniteํ์ ๋์ผํ ์จ๋์
๊ฒฝ์ฐ ๊ฑฐ์ ๋์ผํ๋ค๋ ๊ฒ์ด ์ ์๋์๋ค.
FIGURE 5.21: TEM replica micrographs of coarse Cementite in the tempered specimens of S1 steel austenitized at 880ยฐC. Tempering temperature: (a) 350ยฐC, (b) 400ยฐC and (c) 450ยฐC
์ฉํด๋์ง ์์ Cementite๋ Tempering ๋์ ๊ฑฐ์น Particle ๋ก์ ์ฐ์์ ์ผ๋ก ์ฑ์ฅํ ๊ฒ์ด๋ค. ์๊ธฐํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด,
Cementite๋ ์ค์ผ - ๋ด๊ธ์ง๋ ์ํธ์์ ์ด๋ฏธ ์ ์ง๋์๋ค. Tempering๋ ๊ตฌ์กฐ์ ๊ฑฐ์น Cementite๋ ์ค์ผ
Quenching ๊ตฌ์กฐ์ ์ฉํด๋์ง ์์ Cementite๋ฅผ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ํ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.21์ 350โ์์ 450โ๊น์ง์ ์จ๋ ๋ฒ์
์์ S1 ๊ฐ์ ๊ฑฐ์น Cementite๊ฐ ์กด์ฌํจ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๊ฑฐ์น Cementite์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์
๋ฐ๋ผ ์ธก์ ๋์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.22๋ ๊ฐํ ์จ๋๋ฅผ ๋์ด๋ S1 ๊ฐ์ ๊ฑฐ์น Cementite์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ฅผ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ค.
๊ฑฐ์น Cementite์ ํ๊ท ์ง๊ฒฝ์ ๊ฐ๊ฐ 350โ, 400โ ๋ฐ 450โ์ Tempering ์จ๋์์ 0.192um, 0.147um ๋ฐ
0.141um ์ด์๋ค. ๊ฑฐ์น Cementite์ ํ๊ท ์ง๊ฒฝ๊ณผ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ Tempering ์จ๋์ ๊ด๊ณ์์ด ๊ฑฐ์ ์ ์ฌ.
๊ทธ๋ฌ๋, 450โ์์ ๊ฒฝํ๋ ๊ฑฐ์น Cementite์ ํ๊ท ์ง๊ฒฝ์ 350โ ๋ฐ 400โ์์ Tempering๋ ์ํธ์ ํ๊ท ์ง๊ฒฝ
๋ณด๋ค ์ฝ๊ฐ ์๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 58/111
FIGURE 5.22: Size distribution of coarse Cementite in the tempered specimens of S1 steel. Tempering temperature: (a) 350ยฐC, (b) 400ยฐC and (c) 450ยฐC
FIGURE 5.23: TEM replica micrographs of coarse Cementite in the tempered specimens of S3 steel austenitized at 880ยฐC. Tempering temperature: (a) 350ยฐC, (b) 400ยฐC and (c) 450ยฐC
๊ทธ๋ฆผ 5.23์ S3 ๊ฐ์ฌ์ ๊ฑฐ์น Cementite๊ฐ 350โ์์ 450โ๊น์ง์ ์จ๋ ๋ฒ์์์ ์กด์ฌํจ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
๊ฑฐ์น Cementite์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ธก์ ๋์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 5.24๋ Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ S3 ๊ฐ์ฌ์ ๊ฑฐ์น Cementite์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ฅผ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ค.
๊ฑฐ์น Cementite์ ํ๊ท ์ง๊ฒฝ์ ๊ฐ๊ฐ 350โ, 400โ ๋ฐ 450โ์ ์จ๋์์ 0.139um, 0.205um ๋ฐ 0.189um์ด์๋ค.
๊ฑฐ์น Cementite์ ํ๊ท ์ง๊ฒฝ๊ณผ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ Tempering ์จ๋์ ๋ฐ๋ผ ๋ณํ์ง ์์๋ค.
Tempering ํ, S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ์ฉํด๋์ง ์์ Cementite๋ ๊ฑฐ์น Cementite๋ก ์ ์ง๋์๋ค.
350 ~ 450โ์ ๋ชจ๋ Tempering ์จ๋์์ ๊ฑฐ์น Cementite๊ฐ ๊ด์ฐฐ๋์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.25๋ S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์
Cementite์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ฅผ ๋ด๊ธ์ง ์ํ์์ Tempering ์ํ๋ก ๋น๊ตํ ๊ฒ์ด๋ค. S1 ๊ฐ์ ๊ฑฐ์น Cementite์ ํ๊ท
์ง๊ฒฝ์ ๊ฐ๊ฐ 350โ, 400โ ๋ฐ 450โ์ Tempering ์จ๋์์ 0.192, 0.147 ๋ฐ 0.141um์ด์๋ค. S3 ๊ฐ์ฌ์
๊ฑฐ์น Cementite์ ํ๊ท ์ง๋ฆ์ 350, 400 ๋ฐ 450โ์ Tempering ์จ๋์์ 0.139, 0.205 ๋ฐ 0.189um์ด์๋ค.
S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ ๊ฑฐ์น Cementite์ ๋ฉด์ ๋ถ์จ์ Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฑฐ์ ๋ณํ์ง ์์๋ค.
๊ทธ๋ฌ๋, S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ ๊ฑฐ์น Cementite์ ํ๊ท ์ง๊ฒฝ์ Tempering ๋์ ์ฝ๊ฐ ์ฆ๊ฐ.
์ด๋ S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ ๊ฑฐ์น Cementite๊ฐ Tempering ์ค์ ์ฑ์ฅํ ์ ์์์ ์๋ฏธ.
FIGURE 5.24: Size distribution of coarse Cementite in the tempered specimens of S3 steel. Tempering temperature: (a) 350ยฐC, (b) 400ยฐC and (c) 450ยฐC
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 59/111
FIGURE 5.25: Size comparison of coarse Cementite of S1 and S3 steels with a Tempering temperature. (a) Mean diameter and (b) Area fraction.
5.3.2.3 Fe2.4C ์์ถ
์์ ํ MARTENSITE ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๊ฐ๋ ๊ณ ๊ฐ๋ ๊ฐ์ฌ์ ๊ฐ๋์ ์ํฅ์ ์ค ์ ์๋ ๋ ๋ค๋ฅธ ์ค์ํ ์ผ๊ธํ์ ์์ธ์
๋ด๊ธ์ง ์ ํ์ ํธ์ ๋๋ ฮต- Carbide ์์ถ์ด๋ค[105-108]
Ansell & Breinan [106]์ AISI 440A ๋ฐ 4340 ๊ฐ์ ๊ฐ๋์ ๋ฏธ์น๋ ํ์ํธ์ ๋ฐ ฮต- Carbide์ ์ํ์ ๋ณด๊ณ .
์ฒ์ฒํ ๋ด๊ธ์ง๋ ๊ฐ์ฌ์ ๊ฐ๋์ ์ ์ตํ ํจ๊ณผ๋ Austenite ๋ณํ ์ด์ ์ Austenite์์ ๊ตฌ์กฐ์ ๋ถ์์ ์ฑ์ ๋ํ
ํ์ ํธ์๋ก ์ธํ ๋ถ์ฐ ๊ฐํ ํจ๊ณผ์ ๊ธฐ์ธํ๋ค๊ณ ์ ์. ๋ด๊ธ์ง๋ MARTENSITE์ ํ์ ์ฌ๋ถ๋ฐฐ๋ (1) ๊ฒฉ์ ๊ฒฐํจ
์ผ๋ก ํธ์ (2) a / b-์์ c-Octahedral Interstitials ์ ์ด (3) Clustering
์ด ๊ณต์ ์ ์ฝ 0 ~ 80โ์์ ๋ฐ์ํ๋ฉฐ (1) Step๋ ์ฝ๊ฐ์ ๋ถํผ ๊ฐ์์ ๊ฒฝ๋ ์ฆ๊ฐ๋ฅผ ์๋ฐํ๋ค.
๋ด๊ธ์ง ๋ฐ Tempering ๋์ ํ์ Cluster ๋ฐ ์ค ์์ ฮต- Carbide๋ฅผ ํ์ฑํ๊ธฐ ์ํ ๊ฒฉ์ ๊ฒฐํจ (Austenite, Grain
๋ฐ ์ ๊ฒฝ๊ณ)์ ๋ํ ํ์ ํธ์์ MARTENSITE ๊ณ ๊ฐ์ ํน์ฑ์ ์ค์ํ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ค.
์ฌ๋ฌ ํ์ ์ฌ๋ถ๋ฐฐ ๊ณต์ (์๋ Tempering)์ ๋๊ฐ ์ค์ ์ด์ญํ ๋ฐ ๋์ญํ์ด ๊ฐ๋ฅํ๋ค. ์ด๋ฌํ ๊ณต์ ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ
์ ํน์ง (์ฆ, Void, Dislocation, ์ ๊ฒฝ๊ณ ๋๋ ์๋ฅ Austenite), Spinodal๋ถํด ๋ฐ ฮต- Carbide ์์ถ์ ๋ํ ํ์์์
์ ํธ์์ ํฌํจํ๋ค. ๋ํ ํ์์์๊ฐ ๋ถ๋ฆฌ๋์ด ํ์๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ MARTENSITE ๊ธฐ์ง ์ ์ฒด์ ๋ฌด์์๋ก ๋ถ์ฐ๋
์์ง์ฒด Cluster๋ฅผ ํ์ฑํ ์ ์๋ค.
FIGURE 5.26: TEM thin-foil micrographs of the oil-quenched specimens of S1 steel. Austenitization temperature: (a) 830ยฐC, (b) 880ยฐC, (c) 930ยฐC and (d) 980ยฐC.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 60/111
๊ทธ๋ฆผ 5.26์ S1 ๊ฐ์ผ๋ก ์ค์ผ Quenching๋ ์ํธ์ MARTENSITE ๊ตฌ์กฐ์ TEM ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
Austeniteํ ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ฉด ํ์ Cluster๊ฐ ๊ฒฉ์ ๋ด์์ ํ์ฑ๋์์ง๋ง ์ค์ผ Quenching ์งํ์๋ ฮต- Carbide๊ฐ
๊ด์ฐฐ๋์ง ์์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.27์ S3 ๊ฐ์ฌ์ ์ค์ผ ๋ด๊ธ์ง ์ํธ์ MARTENSITE ๊ตฌ์กฐ์ TEM ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง์ ๋ณด์ฌ
์ค๋ค. Austeniteํ ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ฉด ํ์ Cluster๊ฐ ๊ฒฉ์ ๋ด์์ ํ์ฑ๋์์ง๋ง S1 ๊ฐ๊ณผ ์ ์ฌํ๊ฒ ์ค์ผ
Quenching ์งํ์๋ ฮต- Carbide๊ฐ ๊ด์ฐฐ๋์ง ์์๋ค.
๊ทธ๋ฌ๋ Carbide์ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ค์ผ ๋ด๊ธ์ง ํ ฮต- Carbide์ ๊ฒ์ฆํ๋ ๊ฒ์ ์ด๋ ต๋ค.
FIGURE 5.27: TEM thin-foil micrographs of the oil-quenched specimens of S3 steel. Austenitization temperature: (a) 830ยฐC, (b) 880ยฐC, (c) 930ยฐC and (d) 980ยฐC.
์ค์ผ ๋ด๊ธ์ง ์ค ฮต- Carbide ์์ถ์ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํด, S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ์ํธ์ ์ก์ฒด ์ง์์ ์ค์ผ๋ก Quenching.
์์ฐ๋ ์ํธ์ 880โ์์ 180 ์ด ๋์ Austeniteํ ํ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.28์ S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ๋ด๊ธ์ง๋ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์
์ ํ์ Cluster ๋ถํฌ๋ฅผ ๋ํ๋ด์ง๋ง ฮต- Carbide๋ ๊ฒ์ถ๋์ง ์์๋ค. ํ์ ์งํฉ์ฒด๋ ์ก์ฒด ์ง์ ๋ฐ ์ค์ผ
Quenchingํ ํ 1 ์ผ, ์ค์ผ๋ก Quenchingํ ํ 1๊ฐ์์ด ๊ฒฝ๊ณผํ ํ TEM ๋ณต์ฌ์ ์ํด ์กฐ์ฌ๋์๋ค.
ฮต- Carbide์ ๊ฐ์ ํ์ Cluster์ ๋ถํฌ๋ ๋๊ฐ์๋๊ฐ ๊ฐ์ํ๊ณ ์ค์ผ ๋ด๊ธ์ง ํ ์ ์ง ์๊ฐ์ด ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ
์ฆ๊ฐํ๋ค. ฮต- Carbide๋ ์ค์ผ ๋ด๊ธ์ง ์งํ์ ํ์ฑ๋์ง ์์๊ณ ํ์ Cluster๋ง ํ์ฑ๋์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 5.29๋ S1 ๊ฐ์ฌ์ Tempering๋ ์ํธ์ ๋ฏธ์ธํ ์์ถ๋ฌผ์ด ฮต- Carbide์ ๊ตฌ์กฐ์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. Tempering ๊ณต์
์ ์ฒซ ๋ฒ์งธ Step์์ MARTENSITE์ ํ์๋ ์์ถ๋์ด ฮต- Carbide๋ก ์ง์ ๋ ์ ์ด Carbide๋ฅผ ํ์ฑํ๋ค.
์ด ฮต- Carbide๋ ์ก๊ฐํ์ ๊ฒฐ์ ๊ตฌ์กฐ (a = 2.755ร , c = 4.349ร [109])์ ์กฐ์ฑ Fe2.4C [99]๋ฅผ ๊ฐ์ง๋ฉฐ, ์ ์ ์๋
๋ฐฐํฅ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๊ฐ๋ ์ข์ ํ ๋๋ ๋ฐ๋๋ก ํ์ฑ๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 5.30์ Tempering ์จ๋๊ฐ 350โ์์ 400โ๋ก ์ฆ๊ฐํ ๋, S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ Tempering๋ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์์
ฮต- Carbide๊ฐ MARTENSITE์์ ํ์ฑ๋์์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์ ์จ (Tempering์ ์ด๊ธฐ Step)์์, ๋ด๊ธ์ง๋
MARTENSITE๋ ํ์์์์ Clustering์ ํตํด ฮต- Carbide์ ์ ํ์ MARTENSITE๋ก ๋ถํด๋๋ค.
์ด ๊ฒฝ์ฐ, ฮต- Carbide ์์ถ๋ฌผ์ ํน์ฑ, ์ฆ Particle ๊ฐ ๊ฐ๊ฒฉ ๋ฐ ๋ถํฌ ๋ฑ์ ์๊ฒฐ ๋์ ์ด๋์ Dislocation์ ์ด๋์
ํจ๊ณผ์ ์ผ๋ก ๋ฐฉํดํ๋ ์์ถ๋ฌผ์๋ ๋ถ์ ์ ํ๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 61/111
FIGURE 5.28: TEM thin-foil images of the quenched microstructure of S1 and S3 steels austenitized at 880ยฐC. (a) S1 and (d) S3 steels held for below 1 day after quenching by liquid nitrogen. (b) S1 and (e) S3 steels held for more than 1 day after oil quenching. (c) S1 and (f) S3 steels held for more than 1 month after oil quenching.
FIGURE 5.29: TEM replica micrographs of ฮต-Cementite of S1 steels tempered at 350ยฐC, austenitized at 880ยฐC. (a) Bright filed image (b) Dark field image (c) Diffraction pattern.
FIGURE 5.30: TEM replica micrographs of Cementite in the tempered specimens austenitized at 880ยฐC. S1 steel tempered at (a) 350ยฐC, (b) 400ยฐC, (c) 450ยฐC and S3 steel tempered at (d) 350ยฐC, (e) 400ยฐC, (f) 450ยฐC.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 62/111
์จ๋๋ฅผ 400โ์์ 450โ๋ก ์ฌ๋ฆฌ๋ฉด ๊ธฐ์ง ๋ด์ ๊ณผ ํฌํ๋ ํ์์ ์ฆ๊ฐ๋ ํ์ฑ์ผ๋ก ์ธํด ฮต- Carbide๊ฐ ๋ ๋ง์ด
์์ถ๋๊ณ ๋์์ Cementite์ ํต ํ์ฑ์ ฮต- Carbide์ ๋์ ์ ๊ฑฐ๋ก ์์๋๋ค. ๋ฐ๋ผ์, ์๋ก์ด ์์ถ๋ Particle
Tempering์ ์ธ ๋ฒ์งธ Step์์ Dislocation ๋๋ ฮต- Carbide / Ferrite ๊ธฐ์ง์ ๊ณ๋ฉด์์ ํต ์์ฑ๋ Cementite
Particle์ด๋ค. 450โ Tempering์์ ๊ตฌํ์ธ Cementite Particle์ Tempering๋ ์ฃผ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ํน์ง.
Tempering ๊ณต์ ์ ์ธ ๋ฒ์งธ Step์์ ํธ์๋ ํ์์ ฮต- Carbide๋ Cementite์ Ferrite๋ก ๋ฐ๋์๋ค.
์ด๋ ์ฝ 450โ ์ด์์์ ๋ฐ์ํ๋ฉฐ ๊ฐ๋์ ์ ํ์ ์ฐ์ฑ์ ์ฆ๊ฐ (Reduction of Area)๋ฅผ ์๋ฐํ๋ค. Si์ Cr์
ฮต- Carbide์ ์์ ํ์์ผ 3 Step์ด ๋ณด๋ค ๋์ ์จ๋ (300โ ์ด์)์์ ๋ฐ์ํ๋๋ก ํ๋ค. Si์ Cr์ ๋ํ
Cementite ์ฑ์ฅ์ ์ง์ฐ์ํค๋ฉฐ, ์ด๋ค ์์๋ฅผ ํจ์ ํ ๊ฐ์ 500โ๊น์ง ์ฐํ๋ฅผ ์ง์ฐํ๋ค[113]
Mo, V ๋ฐ Nb์ ๊ฐ์ Carbide ํ์ฑ ์์์ ์ฒจ๊ฐ๋ ์๋์ผ๋ก ์กฐ์ฐจ๋ ๋ช ๋ฐฑํ ์ฐํ ์ ํญ์ฑ์ ๋ถ์ฌํ๋ค.
์ด ์์๋ค์ 500โ ์ด์์์ ๊ฐ์ฌ๊ฐ ์กฐ์งํ ๋์ด๋ Dislocation์ ์์น์ ์ง์ฐ์ํค๊ณ Dislocation ๋ฐ๋๋ฅผ ๋๊ฒ
์ ์งํ๋ค[114]. ์ด ๊ฒฐ๊ณผ๋ก์ ๋์ Dislocation ๋ฐ๋๋ ํ์ ์ 4 Step์์ ํฉ๊ธ Carbide์ ์์ถ์ ๋๋๋ค.
5.3.3 Austenite Grain ํฌ๊ธฐ ๋ฐ Lath ํฌ๊ธฐ์ ์ํฅ
FIGURE 5.31: Optical micrographs of the quenched specimens of S1 and S3 steels. S1 steel austenitized at (a) 930ยฐC, (b) 980ยฐC and S3 steel austenitized at (c) 930ยฐC, (d) 980ยฐC.
๊ทธ๋ฆผ 5.31์ S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ์ค์ผ Quenching ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ๊ดํ ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. 930โ์์ Austeniteํ
๋ S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ ํ๊ท Grain ํฌ๊ธฐ๋ 6.86um๊ณผ 77.87um์ผ๋ก ์ธก์ ๋์๊ณ , 980โ์์ Austeniteํ๋ S1๊ณผ S3
๊ฐ์ฌ์ ํ๊ท ํฌ๊ธฐ๋ ๊ฐ๊ฐ 8.64um์ 64.11um์ด์๋ค (๊ทธ๋ฆผ 5.32). S3 ๊ฐ์ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ๋ S1 ๊ฐ์ฌ์
Austenite Grain ํฌ๊ธฐ๋ณด๋ค ์ปธ๋ค. Austenite Grain ํฌ๊ธฐ๋ Austeniteํ ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๋ณํ์ง ์์๋ค.
S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ์ ์ฐจ์ด๋ ํฉ๊ธ์์ (B, Mo)์ ์ฒจ๊ฐ์ ์ํ๋ค. ๋ถ์๊ฐ S3 ๊ฐ์ฌ์ ์ฒจ๊ฐ๋
๋ค์ AlN ๋์ BN์ด ํ์ฑ๋๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก AlN์ Austenitization ๋์ Austenite Grain์ ์ฑ์ฅ์ ์ต์ ํ๋๋ฐ
์ฌ์ฉ๋๋ค. ๋ฐ๋ผ์, AlN ๋์ ์ BN์ ํ์ฑํ๋ฉด Austenite Grain์ ์ฑ์ฅ์ ๊ฐ์์ํฌ ์ ์๋ค.
FIGURE 5.32: Comparison of Austenite grain size of the quenched specimens of S1 and S3 steels.
S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ฌ์ ํ๊ท ๊ธธ์ด์ ๋๋น๋ ๊ทธ๋ฆผ 5.33๊ณผ ๋น๊ต๋๋ค. S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ฌ์ MARTENSITE์์์ ๊ฒฉ์์
ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ ๊ทธ๋ฆผ 5.34์ ์ ์๋์ด์๋ค. ๊ฒฉ์๊ตฌ์กฐ์ ๊ธธ์ด์ ํญ์ TEM ์ด๋ฏธ์ง์ ์ด๋ฏธ์ง๋ถ์๊ธฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ธก์ .
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 63/111
Lath ๊ธธ์ด๋ Austeniteํ ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ฝ๊ฐ ์ฆ๊ฐํ์์ผ๋ฉฐ Lath์ ๋๋น๋ ๋ณํ์ง ์์๋ค.
Lath์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ ํฉ๊ธ ์ฑ๋ถ๊ณผ Austeniteํ ์จ๋์ธ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ์ ์ํฅ์ ๋ฐ์ง ์์๋ค.
FIGURE 5.33: Comparison of size distribution of Lath microstructure of the quenched specimens of S1 and S3 steels.
FIGURE 5.34: Size distribution of Lath structure in the quenched specimens of S1 and S3 steels. S1 steel: (a) and (b) austenitized at 930ยฐC, and (c) and (d) austenitized at 980ยฐC. S3 steel: (e) and (f) austenitized at 930ยฐC, and (g) and (h) austenitized at 980ยฐC.
5.4 ํ ๋ก
5.4.1 830โ์์ ๋ถ์์ ํ Austenitization
830โ์์ Austeniteํ๋ ์ํธ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ ๊ณ ์จ์์ Austeniteํ๋ ๊ฒ๋ณด๋ค ๋ฎ์๋ค. ์ํธ์ด 830โ์์ ์ค์ผ
Quenching ๋ ๋, ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ MARTENSITE์ Ferrite, ์ฉํด๋์ง ์์ ๊ฑฐ์น Cementite๋ก ๊ตฌ์ฑ(๊ทธ๋ฆผ 5.1).
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 64/111
๊ทธ๋ฆผ 5.2๋ S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ์ค์ผ Quenching ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์์ Ferrite์ ์กด์ฌ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. Ferrite ๋ฐ ๊ฑฐ์น
Cementite์ ์กด์ฌ๋ Austeniteํ์ ์๊ฐ ๋ฐ ์จ๋๊ฐ ๋ถ์ถฉ๋ถํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. ์ฝํ Ferrite์์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ๊ฐ์๋ฅผ
์ ๋ํ๊ณ , Ferrite ๋ฐ ์ฉํด๋์ง ์์ Cementite๋ ๋ฉด์ ์ ๊ฐ์๋ฅผ ๊ฐ์์ํจ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.1๊ณผ 5.2์์ ๋ณผ ์ ์๋ฏ์ด
Grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ์กด์ฌํ๋ Ferrite์ ๊ฑฐ์น Cementite๋ ๊ท ์ด์ด ์ฝ๊ฒ ์ ํ๊ฐ๋ฅ.
5.4.2 ์์ถ๋ฌผ์ Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ
๋ถํผ๋ถ๋ฅ (f) ๋ฐ ๋ฐ๊ฒฝ (r)์ ๊ฐ๋ Particles์ ๋ฌด์์๋ถํฌ์ ๋ํด, 1 cm2์ ํ๋ฉด์ ์ํด ์ฐจ๋จ๋๋ Particle ์๋
3f / (2ฯr2)์ด๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ฏ๋ก ๋จ์ ์ ์ฒด ๋ฐฐ์ด์ ๊ฐ์ ํ๋ Particles๋ค ์ฌ์ด์ ํ๊ท ๊ฑฐ๋ฆฌ๋
๋ํ, ๋ถํผ๋ถ์จ (f)๋ ๋ฉด์ ๋ถ์จ (fa)๊ณผ ๊ด๋ จ๋ ์ ์์ผ๋ฉฐ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ์ฃผ์ด์ง๋ค.
์ ์ ํ ์ (1) ๋ฐ (2)์ ์ํด, Particles ๊ฐ ํ๊ท ๊ฑฐ๋ฆฌ๋
V4C3 Carbide์ ๊ฒฝ์ฐ, V4C3 Carbide ๊ฐ์ ํ๊ท Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ ๊ณ์ฐํ์ฌ ๊ทธ๋ฆผ 5.35 (a)์ ๋ํ๋ด์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 5.35 (b)๋ S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ ๊ฑฐ์น Cementite ์ฌ์ด์ ํ๊ท Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. V4C3 ๋ฐ ๊ฑฐ์น
Cementite์ ํ๊ท Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ 350โ ~ 450โ์ ๋ชจ๋ Tempering ์จ๋์์ ์ ์ฌํ๋ค. S1๊ณผ S3 ๊ฐ์
ฮต- Carbide์ ํ๊ท Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ ๊ณ ๋ถํด๋ฅ TEM ์ด๋ฏธ์ง๋ก๋ถํฐ ์ธก์ ๋์๊ณ ๊ทธ๋ฆผ 5.35 (c)์ ๋ํ๋ด์๋ค.
S1 ๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ, V4C3 ์์ถ๋ฌผ ๊ฐ์ ํ๊ท Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ Tempering ์ฒ๋ฆฌ ํ ๊ฑฐ์น Cementite๋ณด๋ค ์๋ค.
Austeniteํ ์จ๋์ธ 880โ์์ Quenching ์์ผฐ์ ๋, V4C3 ์์ถ๋ฌผ์ Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ 0.48um ์๊ณ , ๊ฑฐ์น
Cementite์ ํ๊ท Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ 9.5um์ด์๋ค. V4C3 ์์ถ๋ฌผ์ Austeniteํ ๋์ ์ฉํด๋์ง ์์ ๊ฑฐ์น
Cementite๋ณด๋ค ๋ฏธ์ธํ๋ค. Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ, V4C3์ Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ 0.59ใ์์ 0.43ใ๋ก
๊ฐ์. S1 ๊ฐ์ V4C3 ํ Carbide๋ ์๋กญ๊ฒ ์์ถ๋๊ฑฐ๋ Tempering ์ค ์ฐ์์ ์ผ๋ก ์ฑ์ฅํ ์ ์๋ค.
๊ฑฐ์น Cementite์ Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ ์๋์ ์ผ๋ก ๋ณํ์ง ์์๋ค. Cementite์ ํ๊ท Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋
Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ 23.6 ฮผm์์ 22.3 ฮผm๋ก ์ฆ๊ฐํ๋ค. ์ด๋ S1 ๊ฐ์ ๊ฑฐ์น Cementite๊ฐ
Tempering ๋์ ์๋์ ์ผ๋ก ์์ Cementite๋ฅผ ์ฉํด์ํด์ผ๋ก์จ ์ฐ์์ ์ผ๋ก ์ฑ์ฅํ ์ ์์์ ๋ํ๋ธ๋ค.
ฮต- Carbide์ Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ ๊ฐ๊ฐ 350โ์ 400โ์ ์จ๋์์ 42.8nm์ 42.3nm์๋ค.
ฮต- Carbide์ ์์ถ ๊ฑฐ๋์ ๋ด๊ธ์ง ์จ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ ์์ผ๋ ์ํฅ์ ๋ฐ์ง ์์๋ค.
FIGURE 5.35: Average Inter-Particle distance between precipitates of S1 and S3 steels with the Tempering temperature. (a) V4C3-type carbide, (b) coarse Cementite and (c) ฮต-Carbide.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 65/111
S3 ๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ, V4C3 ์์ถ๋ฌผ ์ฌ์ด์ ํ๊ท Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ 0.31ใ์ด๊ณ , ๊ฑฐ์น Cementite์ ํ๊ท Inter-Particle
๊ฑฐ๋ฆฌ๋ 9.5ใ์ด์๋ค. V4C3 ์์ถ๋ฌผ์ S1 ๊ฐ๊ณผ ์ ์ฌํ๊ฒ Austeniteํ ๋์ ์ฉํด๋์ง ์์ ๊ฑฐ์น Cementite๋ณด๋ค
๋ฏธ์ธํ๊ณ ๊ทผ์ ํ๊ฒ ํ์ฑ๋์๋ค.
์ค์ผ Quenching๋ ์ํธ์ V4C3 Carbide๋ ๊ฑฐ์น Cementite๋ณด๋ค ๋ฐ๋๊ฐ ๋์๋ค.
Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ, V4C3์ Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ 0.23ใ์์ 0.15ใ๋ก ๊ฐ์.
S3 ๊ฐ์ฌ์ V4C3 ํ Carbide๋ ์๋กญ๊ฒ ์์ถ๋ ์ ์์ผ๋ฉฐ Tempering ๋์ ์ฑ์ฅ. ๊ฑฐ์น Cementite์ Inter-Particle
๊ฑฐ๋ฆฌ๋ ์ฒ์ฒํ ๋ณํ์๋ค. ๊ฑฐ์น Cementite์ ํ๊ท Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ 26.6um์์ Tempering ์จ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค
๋ฉด 31.8um๋ก ์ฆ๊ฐ. ์ด๋ S3 ๊ฐ์ฌ์ ๊ฑฐ์น Cementite๊ฐ Tempering ๋์ ๋น๊ต์ ์์ Cementite๋ฅผ ์ฉํด์ํด์ผ๋ก
์จ ์ฐ์์ ์ผ๋ก ์ฑ์ฅํ ์ ์์ผ๋ฉฐ Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ํ๋ธ๋ค. ฮต- Carbide์ Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋
๊ฐ๊ฐ 350โ์ 400โ์ ์จ๋์์ 40.37nm์ 41.5nm์๋ค.
Tempering ์จ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ ์ํค๋ฉด ฮต- Carbide์ ์์ถ ๊ฑฐ๋์ ํ์ ํ๊ฒ ๋ณํ๋ค.
V4C3 Carbide๋ Tempering ๋์ ์ฐ์์ ์ผ๋ก ํ์ฑ๋์๊ณ , Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ
๊ฐ์ํ๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์๋ค. ๊ฑฐ์น Cementite๋ Tempering ์ค์ ์ฑ์ฅํ ํ Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ
Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ค. S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ V4C3 Carbide๊ณผ ๊ฑฐ์น Cementite์ ํ๊ท Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋
Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ํฌ๊ฒ ๋ณํ์ง ์์๋ค.
S1์ V4C3 Carbide์ Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ S3 ๊ฐ๋ณด๋ค ์ฝ๊ฐ ํฌ๋ฉฐ S1 ๊ฐ์ ๊ฑฐ์น Cementite์ Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ
๋ S3 ๊ฐ๋ณด๋ค ์ฝ๊ฐ ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ V4C3 Carbide ๋ฐ ๊ฑฐ์น Cementite๊ฐ 350โ์์ 450โ๊น์ง
Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๋ณํ์ง ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ V4C3 Carbide ๋ฐ ๊ฑฐ์น Cementite์ ๋ถํฌ์ ๊ด๋ จ์ด ์์
์ ์๋ค. S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ฮต- Carbide๋ Tempering ๋์ ์๋ก ํ์ฑ๋์๊ณ ๋ค๋ฅธ ์์ถ๋ฌผ๋ค ์ฌ์ด์ ์์ฃผ ๋ฏธ์ธํ
Grain๋ก ์์ถ๋์๋ค.
๊ทธ๋ฌ๋, ฮต- Carbide์ Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ Tempering ์จ๋์ ๋ฐ๋ผ ๋ณํ์ง ์์๋ค.
5.4.3 Tempering ์ค ฮต- Carbide์์ Cementite๋ก์ ์ ํ
ฮต- Carbide์ ์์ถ ๊ฑฐ๋์ V4C3- ํ Carbide์ ์์ถ ๊ฑฐ๋๊ณผ๋ ์๋นํ ๋ค๋ฅด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.30์์ ๋ณด๋ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด
350โ์ 400โ์ Tempering ์จ๋์์ ฮต- Carbide๊ฐ ํ์ฑ๋์๊ณ 450โ์ Tempering ์จ๋์์ ฮต- Carbide๊ฐ
์ฉํด๋์๊ณ ๋์์ Cementite์ ํต ํ์ฑ์ ฮต- Carbide. ๋ฐ๋ผ์ ๊ทธ๋ฆผ 5.30 (c)์ (f)์์ ๊ด์ฐฐ๋ ์ฌ๋ฌ ๊ฐ์ ์๋ก
์์ถ๋ Particle์ ๋ฏธ์ธ Cementite Particle๋ก, ์ธ ๋ฒ์งธ Step์ Tempering ๋์ Dislocation ๋๋ ฮต- Carbide /
Ferrite ๊ธฐ์ง์ ๊ณ๋ฉด์์ ํต ์์ฑ๋์๋ค. Tempering ์จ๋๊ฐ 450โ ์ผ ๋, ํ์ ํ์์ฒด์ Cementite Particles์ด
MARTENSITE ๋ด ์ฃผ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ํน์ง์ด์๋ค.
5.4.4 Grain ๋ฏธ์ธํ
S1 ๊ฐ์ ํ๊ท Austenite Grain ํฌ๊ธฐ๋ Austeniteํ ์จ๋๊ฐ 930โ์์ 980โ๋ก ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ํฌ๊ฒ ๋ณํ์ง ์์
๋ค. Austenite Grain์ ๋ฏธ์ธํ๋ S1 ๊ฐ์ ๊ฐํํ ๋ ์ฝํ ์์์ด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5.32์์ ๋ณผ ์ ์๋ฏ์ด S3 ๊ฐ์ฌ์
Austenite Grain ํฌ๊ธฐ๋ S1 ๊ฐ๊ณผ ์ ์ฌํ๊ฒ Austeniteํ ์จ๋๊ฐ 930โ์์ 980โ๋ก ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ํฅ์ ๋ฐ์ง
์๋๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ S3 ๊ฐ์ฌ์ Austenite Grain์ ํ๊ท ํฌ๊ธฐ๋ S1 ๊ฐ์ฌ์ ํ๊ท ํฌ๊ธฐ๋ณด๋ค ํจ์ฌ ์ปธ๋ค. 930โ์์
Austeniteํ๋ S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ ํ๊ท Grain ํฌ๊ธฐ๋ 6.86um๊ณผ 77.87um์ผ๋ก ์ธก์ ๋์๊ณ , 980โ์์ Austeniteํ๋
S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ฌ์ ํ๊ท ํฌ๊ธฐ๋ ๊ฐ๊ฐ 8.64um์ 64.11um์ด์๋ค (๊ทธ๋ฆผ 5.32). S1๊ณผ S3์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ ์ ์ฌํ์์ผ๋ฉฐ,
๊ทธ ๋ค์์๋ Grain์ ๋ฏธ์ธํ๊ฐ ๊ฐํ์ ์ฝํ ์์ธ์ด ๊ฐ๋ฅ. S1์ Reduction of Area๋ S3 ๊ฐ์ฌ์ Reduction of
Area๋ณด๋ค ์ฝ๊ฐ ํฌ๋ฉฐ, Austenite์ Grain ๋ฏธ์ธํ์ ์ํด ์ํฅ์ ๋ฐ์ ์ ์๋ค. S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ Austenite Grain
ํฌ๊ธฐ์ ์ฐจ์ด๋ ํฉ๊ธ์์ (B, Mo)์ ์ฒจ๊ฐ์ ์ํ๋ค. ๋ถ์ ์ฒจ๊ฐ๋ BN์ ํ์ฑ์ ์ํ AlN์ ํ์ฑ์ ๋์ฒดํจ์ผ๋ก์จ
๋ถ์ ์ฒจ๊ฐ ๊ฐ์ Austenite์ ๋น์ ์์ ์ธ Grain ์ฑ์ฅ์ ์ ๋ํ ์ ์์์ด ์๋ ค์ก๋ค. ๋ํ, ๊ทธ๋ฆผ 5.33์์ ๋ณผ ์
์๋ฏ์ด, S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ Lath์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ ํฉ๊ธ์์์ ์ฒจ๊ฐ ๋ฐ Austenite ์ ๊ฒฝ์ Austeniteํ ์จ๋์ ์ํฅ์ ๋ฐ
์ง ์๋๋ค๋ ๊ฒ์ด ํ์ธ๋์๋ค.
5.4.5 ๊ฐํ Mechanism๋ถ์
์์์ ์ธ๊ธํ ๋ช ๊ฐ์ง ์์ธ์ ์ ์๋ Spring ์ฉ๊ฐ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ณํ๋ฅผ ์ค๋ช ํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ฐ์ฃผํ์๋ค. ์ด๋ฌํ
๊ฐํ ์์ธ์ Austeniteํ ๊ฑฐ๋, ์์ถ ์์ฉ ๋ฐ MARTENSITE์ Austenite Grain ๋ฐ Lath ๊ตฌ์กฐ์ ๋ฏธ์ธํ์ด๋ค.
Austeniteํ์ ๊ฒฝ์ฐ, S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ฌ์ Austeniteํ๋ 830โ์์ 180 ์ด ๋์ ์์ ํ ์ํ๋์ง ์์๋ค. ๋ถ์์
ํ Austeniteํ๋ Ferrite์ ์กด์ฌ์ Tempering๋ MARTENSITE ๊ตฌ์กฐ์์์ Cementite์ ๋ถ์ถฉ๋ถํ ์ฉํด๋ฅผ ์ผ๊ธฐ.
์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ ์ฃผ๋ก Ferrite์ ์ฝํ ์์ ์ํด ์ ๋ฐ๋์๋ค. ๊ฐ๋์ ์ ํ๋ฅผ ์ต์ ํ๊ธฐ ์ํด์๋ Austeniteํ์์
Ferrite์ Cementite๋ฅผ ์์ ํ ์ฉํด์์ผ์ผ ํ๋ค.
Tempered MARTENSITE ์กฐ์ง์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๊ธฐ ์ํด, Carbide ํ์ฑ ํฉ๊ธ์์๋ฅผ ์ฒจ๊ฐํจ์ผ๋ก์จ
์์ถ ๊ฐํ๊ฐ ์ฌ์ฉ๋์๋ค. ์ ์๋ ๊ฐ์ V, Ti ๋ฐ Mo์ ํฉ๊ธ์์๋ฅผ ์ฒจ๊ฐํจ์ผ๋ก์จ ์ฃผ๋ก V4C3 ํ Carbide๊ฐ ์์ถ.
(V, Ti) 4C3 Carbide๋ S1 ๊ฐ์์ ์ฃผ์ ์์ถ๋ฌผ์ด์๊ณ (V, Ti, Mo) 4C3 Carbide๋ S3 ๊ฐ. S3 ๊ฐ์ V4C3 ํ Carbide
๋ S1 ๊ฐ๋ณด๋ค ์ฝ๊ฐ ๋ ์ธ๋ฐํ๊ณ ๋ฐ๋๊ฐ ๋๋ค. S3 ๊ฐ์ Mo ์ฒจ๊ฐ๋ (V, Ti, Mo) 4C3 Carbide์ ๋ฏธ์ธํ
์์ถ์ ์ผ๊ธฐํ ์ ์๋ค. V4C3 ํ Carbide์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ ๋ด๊ธ์ง ์จ๋์ ๋ฐ๋ผ ๊ฑฐ์ ๋ณํ์ง ์์๋ค.
V4C3 ํ Carbide์ Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ฝ๊ฐ ๊ฐ์ํ๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 66/111
V4C3 ํ Carbide๋ ์์ถ๋ ๊ฐํ์ ์ํด ๊ฐ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๋ ์์ ์์ธ์ผ๋ก ๊ธฐ์ฌํ ์ ์๋ค.
S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ๋ค๋ฅธ ์์ถ๋ฌผ์ Tempering ์ฒ๋ฆฌ ๋์ ํ์ฑ๋ ฮต- Carbide๋ก์ ์กฐ์ฌ๋์๋ค. ฮต- Carbide์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ
๋ V4C3 ํ Carbide์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ณด๋ค ํจ์ฌ ๋ ์ธ๋ฐํ๊ณ ๋ฐ๋๊ฐ ํฌ๋ค. ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ์ฆ๊ฐ๋ Tempering ์ฒ๋ฆฌ ๋์
V4C3 ํ Carbide ๋์ ฮต- Carbide์ ์์ถ ๊ฑฐ๋์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ํ ์ ์๋ค. ์ ์จ (Tempering์ ์ด๊ธฐ Step)์์
์ฃผ์ MARTENSITE๋ ํ์์์์ Clustering์ ํตํด ฮต- Carbide๊ณผ ์ ํ์ MARTENSITE๋ก ๋ถํด๋๋ค
[112,116,117] Tempering ์จ๋๊ฐ 400โ์์ 450โ๋ก ๋ฐ๋๋ฉด ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ๊ธ๊ฒฉํ ๊ฐ์๋ ฮต-Carbide์์
Cementite ๋ก์ ์ ์ด์ ์ํด ์ค๋ช ๊ฐ๋ฅ. ฮต- Carbide๋ ์ฉํด๋๊ณ , Cementite ํต ํ์ฑ์ ฮต- Carbide์ ๋์ ์ ๊ฑฐ๋ก
์์๋๋ค.
์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๊ฐ์๋ Tempering ์จ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๋ฉด์ ฮต- Carbide๋ก๋ถํฐ Cementite๋ก์ ์ ์ด ๋๋ฌธ์ด๋ค.
์ฃผ์ ๊ฐํ Mechanism์ Tempering ๋์ ฮต- Carbide์ ์์ถ ๊ฑฐ๋.
๋ง์ง๋ง์ผ๋ก, Austenite ๋ฐ Tempering ์จ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ๋ณํ๋ฅผ ์ค๋ช ํ๊ธฐ ์ํด MARTENSITE ๊ตฌ์กฐ์์์
Austenite ๋ฐ Lath์ Grain ๋ฏธ์ธํ๊ฐ ์กฐ์ฌ๋์๋ค. Austenite Grain ํฌ๊ธฐ๋ ํ์๊ฐ์ ์๋ MARTENSITE์ ๊ฐ๋
์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ด์ฐฐ๋์๋ค[2]. Austenite Grain ํฌ๊ธฐ๊ฐ ๊ฐ์๋๋ฉด, ๊ฐ๋์ ํ์ ํ ์ฆ๊ฐ๊ฐ ์์๋๋ค.
MARTENSITE Laths๋ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ์ ๊ด๋ จ. ์ฒ์ ํ์ฑ๋ MARTENSITE ํ์ด ๊ฐ๋ณ Grain์ ๊ฑธ์ณ ๋ช ํ
ํด์ง๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ด์ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ์ค์์ผ๋ก์จ MARTENSITE ํ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ์ค์ผ ์ ์๋ค. ์์๋๋ก,
๊ฐ์๋ MARTENSITE ํ ํฌ๊ธฐ๋ ๊ฐ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๊ณ ์ฐ์ฑ์ ์์ง ์๊ณ ์ํ๋๋ค. ์ฐ์ฑ์ ์์ค ์์ด ์ ์ฌํ
๊ฐํ๋ Lath ํํ์ MARTENSITE์์ ์ด์ ์ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ๊ฐ์์ํด์ผ๋ก์จ ์ป์ด์ง๋ค[100]. ๊ทธ๋ฌ๋,
์ด์ ์ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ ๋ฐ S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ํ ๋๊ป๋ ๊ฐ๊ฐ Austeniteํ ์จ๋ ๋ฐ Tempering ์จ๋์ ๋ฐ๋ผ
๋ณํ์ง ์์๋ค. S1 ๊ฐ์ ์ด์ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ๋ S3 ๊ฐ์ฌ๋ณด๋ค ๋งค์ฐ ์์์ง๋ง, ๋ ๊ฐ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ์ฐจ์ด๋
์ด์ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ์ ์ฐจ์ด๋ก ์ค๋ช ๋ ์ ์์๋ค.
5.4.6 ์ฐํ Mechanism๋ถ์ (Reduction of Area)
Austeniteํ ๋ฐ Tempering ์จ๋์ ๋ฐ๋ฅธ Reduction of Area์ ๋ณํ๋ฅผ ์ค๋ช ํ๊ธฐ ์ํด ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ณํ๊ฐ ์กฐ์ฌ๋์๋ค.
๊ฐํ Mechanism๊ณผ ์ ์ฌํ๊ฒ Austenite ๋ฐ Lath ๊ตฌ์กฐ์ Austeniteํ ๊ฑฐ๋, ์์ถ ๊ฑฐ๋ ๋ฐ Grain ๋ฏธ์ธํ๋ก ๋ช
๊ฐ์ง ์์ธ์ ๊ณ ๋ คํ์ฌ ์ถ์ ํ๋ค. Austeniteํ ๊ฑฐ๋์ ์์ด์ ๋ถ์์ ํ Austeniteํ๋ Grain boundary์์ Ferrite
์ ์กด์ฌ์ Cementite์ ๋ถ์ถฉ๋ถ ํ ์ฉํด๋ฅผ ์ผ๊ธฐํ๋ค. Ferrite๊ฐ ์ฝํ ์์ธ ๊ฒฝ์ฐ์๋, MARTENSITE์ Ferrite์
๊ฒฝ๊ณ๋ ๊ท ์ด ์ง์ ์ ๊ฒฝ๋ก๊ฐ ๋ ์ ์์ผ๋ฉฐ, ์ฉํด๋์ง ์์ ๊ฑฐ์น Cementite๋ ๊ท ์ด ์ง์ ์ ๋์์ด ๋๋ค.
๋ฐ๋ผ์, 830โ์ Austeniteํ ์จ๋์์, Reduction of Area์ ๊ฐ์๋ ๋ถ์์ ํ Austeniteํ์ ๊ธฐ์ธํ๋ค.
์์์ ์ค๋ช ํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด, ์์ถ ๊ฑฐ๋์ V4C3 ํ Carbide๊ณผ ฮต- Carbide๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋ค. V4C3 ํ Carbide๋
Tempering ์จ๋์ ๋ฐ๋ผ ๋ณํ์ง ์์์ผ๋ฏ๋ก Reduction of Area์ ๊ด๋ จ์ด ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ฮต- Carbide๋ Tempering
์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ Cementite๋ก ๋ณํ์๊ณ Cementite๋ ๊ตฌํ์ด๊ณ ฮต- Carbide๋ณด๋ค ํฌ๋ค. Reduction of Area์
์ฆ๊ฐ๋ ฮต-Carbide์์ Cementite ๋ก์ ์ ์ด๋ก ์ค๋ช ๊ฐ๋ฅ. ํนํ 450โ์ Tempering ์จ๋์์ Reduction of Area
๊ฐ ๊ธ๊ฒฉํ ์ฆ๊ฐํ ๊ฒ์ Cementite ํ์ฑ ๋ฐ ฮต- Carbide ์ฉํด์ ๋ถ์จ์ด ์ฆ๊ฐํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค.
๋ง์ง๋ง์ผ๋ก, Austenite ๋ฐ Tempering ์จ๋์ ๋ฐ๋ฅธ Reduction of Area์ ๋ณํ๋ฅผ ์ค๋ช ํ๊ธฐ ์ํด MARTENSITE
๊ตฌ์กฐ์์์ Austenite ๋ฐ Lath์ Grain ๋ฏธ์ธํ๊ฐ ์กฐ์ฌ๋์๋ค. ์ด์ ์ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ์ S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์
ํ ๋๊ป๋ Austeniteํ ๋ฐ Tempering ์จ๋์ ๋ฐ๋ผ ๋ณํ์ง ์์๋ค. ์ด๋ ์ด์ ์ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ์ Lath
ํฌ๊ธฐ๊ฐ Reduction of Area์ ๊ด๋ จ์ด ์์์ ์๋ฏธํ๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, S1 ๊ฐ์ ์ด์ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ๋ S3 ๊ฐ๋ณด๋ค
์์๋ค. S3 ๊ฐ์ฌ์ ์ด์ Austenite Grain์ ํฐ ํฌ๊ธฐ๋ Reduction of Area๋ฅผ ๊ฐ์์ํค๊ธฐ ์ํด ์ด๋ ์ ๋ ๊ธฐ์ฌํ
์ ์๊ณ Reduction of Area๋ S1 ๊ฐ์ฌ์ ๊ฐ์๋ณด๋ค ์ฝ๊ฐ ์์ ์ ์๋ค. ๋ถ์์ ์ฒจ๊ฐ๋ BN์ ํ์ฑ์ ์ํ AlN์
ํ์ฑ์ ๋์ฒดํจ์ผ๋ก์จ Austenite์ ๋น์ ์์ ์ธ Grain ์ฑ์ฅ์ ์ ๋ฐํ ์ ์๋ค๊ณ ์ธ๊ธํ๋ค.
Reduction of Area๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๊ธฐ ์ํด์๋ Carbide, ์งํ๋ฌผ ๋ฐ ํ์งํ๋ฌผ๊ณผ ๊ฐ์ ๋ฏธ๋ฆฝ์๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ
Grain ์ฑ์ฅ์ ์ต์ ํด์ผ ํ๋ค.
5.5 ๊ฒฐ๋ก
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ ์๋ Spring ์ฉ๊ฐ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of Area๊ฐ ์ฐ๊ตฌ๋์๋ค. Austeniteํ ๋ฐ Tempering
์จ๋๊ฐ ๋ณํํจ์ ๋ฐ๋ผ, ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ฐ ์์ถ ๊ฑฐ๋์ด ์กฐ์ฌ๋์์ผ๋ฉฐ ๊ฐํ ๋ฐ ์ฐํ Mechanism์ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง ๋ฐ
๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ณํ๋ฅผ ์ค๋ช ํ๊ธฐ ์ํด ๋ ผ์๋์๋ค.
1. ๊ฐํ ํจ๊ณผ๋ Austeniteํ, ์์ถ (V4C3, Cementite ๋ฐ ฮต- Carbide) ๊ฑฐ๋ ๋ฐ ์ด์ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ, Lath
ํฌ๊ธฐ์ ๊ฑฐ๋์ ๊ทผ๊ฑฐํ์ฌ ์กฐ์ฌ๋์๋ค. Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ, ฮต- Carbide ๋ง์ด Cementite๋ก ๋ณํ๊ณ
๋ค๋ฅธ ์ธ์๋ ๊ฑฐ์ ๋ณํ์ง ์์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ Reduction of Area๋ ฮต- Carbide์ ์์ถ ๊ฑฐ๋๊ณผ ๊ด๋ จ.
2. Austeniteํ ์จ๋๊ฐ 830โ์ธ ๊ฒฝ์ฐ, S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ MARTENSITE ๊ตฌ์กฐ์ Ferrite๊ฐ ์กด์ฌํ๋ค. Ferrite์ ์กด์ฌ๋
830โ์์์ ๋ถ์์ ํ Austeniteํ ๋๋ฌธ์ผ ์ ์๋ค.
์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ์ ํ ๋ฐ Reduction of Area๋ MARTENSITE ์กฐ์ง์์ Ferrite์ ์กด์ฌ ๋๋ฌธ์ด๋ค..
3. ฮต-Carbide๋ 350 ~ 400โ์ ์จ๋ ๋ฒ์์์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ์ฆ๊ฐ์ ๊ธฐ์ฌํ๋ค. ๋ฎ์ Tempering ์จ๋์์, ํ์
Cluster๋ก๋ถํฐ ์์ถ๋ ฮต- Carbide ๋ฐ ๊ณผ ํฌํ๋ ํ์์ ์ผ๋ถ๊ฐ ์ ์ง๊ฐ๋ฅ. Tempering ์จ๋๊ฐ 400โ์์ 450โ๋ก
์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ฮต- Carbide๊ฐ ์ฉํด๋๊ณ Cementite๊ฐ ํ์ฑ๋์๋ค. ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ผ๋ก ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ ฮต-Carbide์์
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 67/111
Cementite๋ก ๋ฐ๋์ ๋ฐ๋ผ Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ์ํ์๋ค.
4. ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ์ฆ๊ฐ๋ ฮต- Carbide์ ๋ฏธ์ธํ ์์ถ๋ฌผ์ ์ํด ์ฃผ๋ก ์กฐ์ ๊ฐ๋ฅ. ๋ฎ์ Tempering ์จ๋์์,
ํ์ Cluster๋ก๋ถํฐ ์์ถ๋ ฮต- Carbide ๋ฐ ๊ณผ ํฌํ๋ ํ์์ ์ผ๋ถ๊ฐ ์ ์ง๊ฐ๋ฅ. ์ด๋ฌํ ์์๋ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ์ฆ๊ฐ
์ ๊ธฐ์ฌํ๋ค. ๋ด๊ธ์ง ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ฮต- Carbide๊ฐ ์ฉํด๋๊ณ ๋์์ Cementite๊ฐ ํ์ฑ๋๋ค.
ฮต- Carbide์์ Cementite๋ก์ ๋ณด๋ค ๋์ ๋ณํ์จ๋๋ ๋์ Tempering ์จ๋์์ Reduction of Area๋ฅผ ์์ง ์์ผ
๋ฉด์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํฌ ์ ์๋ค.
5. Austenite ๋ฐ Lath ๊ตฌ์กฐ์ Grain ๋ฏธ์ธํ๋ Austeniteํ ๋ฐ Tempering ์จ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of
Area์ ๋ณํ๋ฅผ ์ค๋ช ํ ์ ์์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, S3 ๊ฐ์ฌ์ ์ด์ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ๋ S1 ๊ฐ์ฌ ๋ณด๋ค ์๋นํ ํฌ๋ฉฐ
ํฐ ์ด์ Austenite Grain ํฌ๊ธฐ ๋ฐ Grain boundary์์์ ๋ฐ๋์งํ์ง ์์ ์์ถ ๋ฐ์์ ๋ฐ์์ Reduction of Area
๋ฅผ ๊ฐ์์ํค๋๋ฐ ๊ธฐ์ฌํ ์ ์๋ค.
6 Fe23 (C, B) 6 ์์ถ๋ฌผ์ ์ํ Embrittlement
6.1 ์๋ก
4์ฅ์์ ๊ธฐ์ ํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฐ์ํ๊ณ ์ฐ์ฑ์ด ๊ณ์ ์ฆ๊ฐํ๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ
๋ก ๊ฐ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ฉด ์ฐ์ฑ์ด ๊ฐ์ํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์ ์๋ ค์ ธ ์๋ค. ๊ณ ๊ฐ๋ ๊ฐ์ฌ์ ์ฑํ ๋ฐ ํผ๋ก ํน์ฑ์ ํฅ์์ํค๊ธฐ
์ํด์๋ ์ฐ์ฑ(์ธ์ฑ, Reduction of Area ๋ฑ)์ ์ผ์ ์์ค ์ด์์ผ๋ก ์ ์งํด์ผ ํ๋ค.
๊ทธ๋ฌ๋, ์ฐ์ฑ์ด ๋ฎ์ ๊ณ ๊ฐ๋ ๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ ์ทจ์ฑ ๊ท ์ด์ด ์์ฃผ ๋ฐ์ํ์ฌ ํผ๋ก์๋ช ์ด ์ ํ๋๋ค. Embrittlement๋ ์ฒ ๊ฐ
์ ๋ํด ์์๋๋ ๊ฒ๋ณด๋ค ๋ฎ์ ์ธ์ฑ์ ์ ๋ฐํ๋ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ์กฐ๊ฑด์ ์๋ฏธํ๋ค. ์๋ก, ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง๊ณผ ์ธ์ฑ์ ๊ฒฐํฉ
์ํค๋ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ ํจํ ๊ท์น์ ๊ฒฝ๋ ๋ฐ ๊ฐ๋๊ฐ ๋ฎ์์๋ก ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ ์ฐ์ฑ ๋ฐ ์ธ์ฑ์ด ๋๋ค๋ ๊ฒ์ ์๋ฏธํ๋ค.
๊ทธ๋ฌ๋ ์ทจ์ฑ ํ์์ ์ด ๊ท์น์ ๋ํ ์์ธ์ด๋ฉฐ, ์๋ก MARTENSITE ์ทจ์ฑ ์ํ๋ ์ฐํ ์จ๋ ๋ฒ์ ๋ด์์ ๊ฒฝ๋๊ฐ
๊ฐ์ํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ฐ์ฑ๊ณผ ์ธ์ฑ์ ์ ํ์ํจ๋ค. ๋ฐ๋ผ์ Embrittlement ํ๊ดด๋ ๊ฐํ๋ฅผ ๋ฐฉํดํ๋ ๊ฐ์ฅ ํฐ ์์ธ ์ค
ํ๋์ด๋ค.
์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๊ฐ๋์ Reduction of Area์ ๊ด๊ณ๋ ๋ด๊ธ์ง ๋ฐ Tempering๋ Spring ๊ฐ์ฌ์ ์ด์ฒ๋ฆฌ ๋ฐ ์ ์ฉ์ ์ฃผ์
๊ด์ฌ์ฌ์ด๋ค. Tempering์ ์ทจ์ฑ ๊ฐ์ ๋๋ ์ฃผ์ ๋ชฉ์ ์ผ๋ก Reduction of Area๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๋ ๊ฒฝํ ๊ฐ์ฌ์ ์ด์ฒ๋ฆฌ.
ํน์ ์์ฉ ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ๋ํ Tempering ์กฐ๊ฑด์ ๊ฒฐ์ ํ๋ ๊ฒ์ ์ฌ์ฉ ๊ฐ๋์ Reduction of Area์ ๊ท ํ์ด๋ค[2]
๋ฐ๋ผ์ 6์ฅ์์๋ ์ด์ฒ๋ฆฌ ๊ณผ์ ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ณํ์ ๊ด๋ จํ์ฌ Reduction of Area ๋ฐ ์ทจํ ํ์ ๊ฐ์๋ฅผ ์ฐ๊ตฌํ๋
๊ฒ์ด ๋ชฉ์ ์ด๋ค.
6.1.1 Tempering ์ค ์ทจ์ฑ
๊ฐ์์์ ๋ฒฝ๊ฐ ํ๊ดด๋ ํํ ํํ์ ์ทจ์ฑ์ด์ง๋ง, ๋ง์ ๊ฒฝ์ฐ์ ์ทจ์ฑ์ Intergranular, ์ฆ Grain boundary, ๋ณดํต
Austenite ๊ณ ๊ฒฝ๊ณ๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ์ผ์ด๋๋ค[74]. ์ด ๊ฑฐ๋์ Tempering (Tempering ์ทจ์ฑ, Tempering๋ MARTENSITE ์ทจ
์ฑ)์์ ๋ด๊ธ์ง๋ ๊ฐ์์ ๋ฐ์. ์ด๋ฌํ ์ทจ์ฑ ํํ๋ ์ค์จ ๋๋ ๊ทธ ์ฃผ๋ณ์์ ๋ฐ์ํ๋ ๊ณ ์จ์์ Grain boundary
๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ํ๊ดด๋๋ ๊ฒ๊ณผ ๊ด๋ จ๋ ๊ณ ์จ์์์ ์ด๊ฐ ๊ฐ๊ณต ์ค Hot shortness ๋ฐ ๊ณ ์จ Creep ํ์ ํ์๋ ์๋ค.
ํ๋์ Mechanism์ผ๋ก๋ ๋ค์ํ ์ข ๋ฅ์ ์ทจ์ฑ์ ์ค๋ช ํ ์๋ ์์ง๋ง Intergranular fracture๋ก ์ด์ด์ง๋ ๊ณผ์ ์
๋ชจ๋ Grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ์์ง๋ ฅ์ ๊ฐ์์ํจ๋ค. ์ด๋ ๋ค๋ฅธ ๋ฐฉ์์ผ๋ก ๋ฐ์ํ ์ ์์ง๋ง ๊ฐ์ฅ ๊ด๋ จ์ด ์๋
๊ฒ์ Grain boundary์ ์ฐ์ ์ ์ผ๋ก ์ฉ์ง ์์๋ฅผ ๋ถ๋ฆฌํ๊ณ Grain boundary์ ์ 2์ Grain์ ๋ถํฌ์ํค๋ ๊ฒ์ฒ๋ผ
๋ณด์ธ๋ค. ์ด๋ฌํ ํ์์ ํธ์์ ์ํ Grain boundary ์๋์ง๋ฅผ ๋ฎ์ถค์ผ๋ก์จ ๋๋ ๊ท ์ด ํต์ ๋ณด๋ค ์ฝ๊ฒ ์ ๊ณตํ๋
Grain์ ๊ฐ์ง์ผ๋ก์จ ๋ณํ์๋์ง๋ฅผ ๊ฐ์์ํจ๋ค.
๊ณ ๊ฐ๋ ๋ด๊ธ์ง ๋ฐ Tempering๋ MARTENSITE ๊ณ ๊ฐ์ ์ทจํ๋ ์์ Carbide ํผ๋ง์ด Phosphorous๊ณผ ๊ฐ์
๋ถ์๋ฌผ๋ก ๋์ถ๋ ์ด์ Austenite grain boundary (PAGB)์์ ํ์ฑ๋ ๋ ๋ฐ์ํ๋ค๋ ๊ฒ์ด ๋ฐํ์ก๋ค [118-120].
์ทจ์ฑ์ด ๊ด์ฐฐ๋๋ Tempering ์จ๋๋ Cementite ์์ถ์ด ์ผ์ด๋๋ Tempering์ ์ 3 Step์ ๋ฎ์ ๋ฒ์์
์ค์ฒฉ๋๋ค. ์ฌ์ Austenite grain boundary๋ ๋ด๊ธ์ง๋ MARTENSITE์ Tempering ๋์ Carbide์ ์ฐ์ ํต ์์ฑ
์ง์ ์ด๋ค. ์ด Grain boundary Carbide๋ ๋ด๊ธ์ง๋๊ณ Tempering๋ ๊ณ ๊ฐ๋ ํ์๊ฐ์ ๋ค์ํ ์ ํ์ ์ฐํ์
๊ด๋ จํ์ฌ ๋ ผ์๋์ด ์๋๋ฐ, ์๋ก ์ฐํ๋ MARTENSITE ์ทจํ [118,121,122]์ ์์ ์ ๋ ํ๊ดด๊ฐ ์๋ค[123,124]
์์ ํ ๋ชจ์์ Carbide๋ ์ฌ๋ฆฝ ์ฅ๋ฒฝ์ผ๋ก ์์ฉํ ์ ์์ผ๋ฉฐ ์ด๋ฏธ ๋ถ์๋ฌผ ์ฝํ๋ PAGB์์ Grain boundary
๊ท ์ด์ ์ผ์ผํฌ ์ ์๋ค. 673K ์ดํ์ ๋ด๊ธ์ง ์จ๋์์ ๋ถ์๋ฌผ ์์์ ํ์ฐ์ ์๋์ ์ผ๋ก ๋ฎ๋ค. Banerji ๋ฑ์
[125] PAGB์ ๋์ถ์ ๋ด๊ธ์ง ์ ์ Austeniteํ ๋์ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ Tempering๋ MARTENSITE ์ทจํ๊ฐ ๊ด์ฐฐ๋ ์จ๋
๋ฒ์์์ ์ผ์ด๋์ง ์์์ ๋ณด์ฌ ์ฃผ์๋ค.
์ด์ ํํ์ Austenite Grain ๊ณ๋ฉด์์ Cementite๊ฐ ์ด์ ํํ์ Austenite grain boundary์์ ์์ถ๋๊ณ [126]
์ด๋ฌํ ๊ฑฐ์น Cementite ํผ๋ง์ด ์ด์ ์ Austenite grain boundary์์ ํ์์ ์ผ์ผํค๊ณ ๊ฐ์ ํ๋จ ๊ฐ๋๋ฅผ ์ ํ
์ํจ๋ค๋ ๊ฒ์ ์ ์๋ ค์ ธ ์๋ค [122]. ์ทจ์ฑ์ ํผํ๊ฑฐ๋ ์ต์ํํ๊ธฐ ์ํด, ํนํ ๋ถ์๋ฌผ ์์๊ฐ ์กด์ฌํ๋ ๊ฒฝ์ฐ
PAGB์์ ํํ ํ Carbide์ ์กฐ๊ฐ๋ด๊ฑฐ๋ ํผํ์ฌ์ผ ํ๋ค. ๋ฐ๋ผ์ Grain boundary Cementite์ ๋ฏธ์ธํ๋ ์ทจ์ฑ
๊ท ์ด์ ์๋ฐฉํ๋ ํ ๊ฐ์ง ๋ฐฉ๋ฒ์ด๋ค.
๊ณ ๊ฐ๋ Quenching ๋ฐ Tempering๋ ๊ฐ์ ๋ค์ํ ์ข ๋ฅ์ ์ทจ์ฑ์ ์ทจ์ฝํ๋ค. ์ทจํ Mechanism์ ๊ณต์ ๋ฐ
Tempering ์ค์ ๋์ ๋ ๊ตฌ์กฐ์ ๋ณํ๋ก ์ธํ ๊ฒ์ผ๋ก ์ ์๋ ค์ ธ ์๋ค[2]. ์ทจ์ฑ์ ์๋ Tempering๋
MARTENSITE ์ทจํ ๋ฐ temper embrittlement์ด๋ค. ์ทจ์ฑ ํ์ ๊ฐ๊ฐ์ ๋ณ๋์ ๋ถ๋ถ์์ ๋ ์์ธํ ์ค๋ช ๋๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 68/111
Tempering๋ MARTENSITE ์ทจ์ฑ(TME)์ 260 ~ 370โ ์ฌ์ด์ Tempering ํ์ ๋ฐ์ํ๋ฉฐ Tempering ์ทจํ(TE)๋
373 ~ 575โ์ ์จ๋ ๋ฒ์์์ Tempering ๋๋ ๋๊ฐ ํ ๋ฐ์ํ๋ค.
6.1.2 Tempered MARTENSITE ์ทจ์ฑ
Tempered MARTENSITE ์ทจ์ฑ(TME)์ ์ด์ ์ Austenite grain boundary์ ๋ํ ๋ถ์๋ฌผ ํธ์์ ๊ด๋ จ์ด ์์
์๋ ์๊ณ ์๋ ์๋ ์์ผ๋ฉฐ, 260์์ 370โ ์ฌ์ด์์ Tempering๋ ์ํธ์ Tempered MARTENSITE๋ฅผ ํตํด
์ธ ๊ฐ์ง ๋ค๋ฅธ ๋ชจ๋์ ํ๊ดด์ ๊ด๋ จ๊ฐ๋ฅ. TME์ ๋ํ ๊ณตํต ์์ธ์ Tempering ๋์ Cementite์ ํ์ฑ์ธ ๊ฒ์ผ๋ก
๋ณด์ธ๋ค. ๋ถ์์ง๊ธฐ ์ฌ์ด Grain boundary ํ๊ดด๋ฅผ ์ผ์ผํค๋ Cementite์ ์์ฒ์ Tempering์ ๋ ๋ฒ์งธ Step์์
์๋ฅ Austenite์ ๋ถํด์ด๋ค. TME์ ์์ธ์ ๋ํ์ด ์ค๋ช ์ Thomas [127]์ ์ํด ์ฒ์ ์ ์๋์๋ค.
TME์ ๊ด๋ จ๋ Intergranular ๋ชจ๋์ ํํ๋ ์ผ๋ฐ์ ์ด๋ฉฐ Austeniteํ ๋์ Austenite grain boundary์ ๋ํ
์ธ ํธ์๊ณผ ๊ด๋ จ[125,128,129] ๊ทธ๋ฌ๋ฏ๋ก ์ธ์ ๋ด๊ธ์ง๋ MARTENSITE Grain boundary์ ์กด์ฌํ๊ณ 200โ๊น์ง
Tempering ํ ์ ์ง๋์ง๋ง, Tempered MARTENSITE์ Cementite๊ฐ ํ์ฑ๋๋ ๋ฒ์์์ Tempering ํ ํ์๋ง
TME๊ฐ ์์ ํ ๋ฐ๋ฌํ๋ค.
ํ์์ ๊ด์ฐฐ์ ์ธ๊ณผ Cementite ์ฌ์ด์ ์ํธ ์์ฉ์ด TME์ Intergranular ๋ชจ๋์ ํ์ํ๋ค๋ ๊ฒ์ ๋ํ๋ธ๋ค.
TME์ ๊ด๋ จ๋ ๋ ๋ค๋ฅธ ์ ํ์ Grain boundary ํ๊ดด ๋ชจ๋๋ ์๋ฅ Austenite์ ๋ณํ์ ์ํด ํ์ฑ๋ Cementite์
ํํํ ๊ท ์ด์ ์ํด ์ ๋๋ Inter-Lath ๊ท ์ด์ด๋ค. ์ผ๋ถ ๊ฐ์ฌ์์ TME์ ํจ๊ป ๋ํ๋๋ ๋ ๊ฐ์ง ์ ํ์ Grain
๋ด ํ๋จ์ ์์ธ์ Inter-Lath carbide ๋๊ป, Inter-Lath fracture๋ฅผ ์ด์งํ๋ ๋ณด๋ค ์์ Carbide ๋ฐ Trans-Lath
cleavage๋ฅผ ์ด์งํ๋ ๋๊บผ์ด Carbide์ ๊ด๋ จ.
6.1.3 Temper embrittlement
์ทจํ ์ํธ์ ํน์ง์ ์ธ Intergranular ํ๊ดด๋ก ํ์ธ ๊ฐ๋ฅํ ์ฝ๊ฒ ํด๊ฒฐํ ์ ์๋ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ ํน์ง์ด ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์
TE์ ์์ธ์ ํ์ธํ๊ธฐ๊ฐ ์ด๋ ต๋ค. ์ทจ์ฑ์ ์ ์ผํ ๊ธ์ ์กฐ์งํ์ ์ฆ๊ฑฐ๋ ํธ์๋ ์ธ์ ํจ์ ํ ์ด์ ์ Austenite
grain boundary๋ฅผ ๋๋ฌ๋ด๋ ํน์ ๋ถ์์ ์ ๋ฅ๋ ฅ์ด์๋ค[130].
Auger Electron Spectroscopy (AES)์ ๊ฐ์ ํ์ฌ ์ด์ฉ ๊ฐ๋ฅํ ํ๋ฉด๋ถ์ ๊ธฐ์ ์ TE์ ์ดํด์ ๊ธฐ์ฌํ์๋ค.
2 ์ข ๋ฅ์ ์ทจํ๋ Tempering ๋์ ์ฐ์ฑ์ ๊ฐ์์ํค๋ ์ญํ ์ ํ๋ค. ์ฒซ ๋ฒ์งธ๋ 250โ ์ทจ์ฑ, 350โ ์ทจ์ฑ ๋๋
One Step Tempering ์ทจ์ฑ์ด๋ผ๊ณ ํ๋ค. One Step Temper ์ทจ์ฑ์ ๊ณ ๊ฐ๋ ๊ฐ์ฌ์์ Quenchingํ ํ ์ ์จ์์
์ด์ฒ๋ฆฌ ์ ๋ฐ์. ์ ํฉ๊ธ๊ฐ์ ๋ด๊ธ์ง๋ MARTENSITE๋ฅผ 250 ~ 350โ์ ์จ๋ ๋ฒ์์์ Tempering ์ ๋ฌธ์ .
Tempering ์จ๋๊ฐ ์์นํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ์ ๊ฒฝ๋๋ ์ง์์ ์ผ๋ก ๊ฐ์ํ์ง๋ง ์ธ์ฑ์ ์ต์๋ฅผ ํต๊ณผํ๋ค. ๊ฐ์ด ์ทจํ๋๋ฉฐ
์ด์ ์ Austenite grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ, ๊ท ์ด์ด Intergranular๊ฐ ์ฃผ๊ฐ ๋๋ค. ์ทจ์ฑ์ ฮต- Carbide์์ Cementite๋ก
์ Carbide ๊ตฌ์กฐ ๋ณํ์ ๊ด๋ จ์ด ์๋ค. ์ด๋ฌํ ์ทจ์ฑ์ ์ต์ ์ ๊ฐ๋์ ์ฐ์ฑ์ 250โ ~ 350โ ๋ถ๊ทผ์ Tempering
์ผ๋ก ์ป์ ์ ์๋ ๊ฒฝ์ฐ ๋ฌธ์ ๋ฅผ ์ผ๊ธฐํ๋ค.
์ทจ์ฑ์ ฮต- Carbide ๋ฐ Cementite์ ์์ถ๊ณผ ๋์์ ๋ฐ์ํ์ง๋ง, ์ด๋ฌํ ์์ถ ์์ฒด๊ฐ ์ธ์ฑ์ ์์ค์ํค๋ ์์ธ์
์๋๋ค. ๊ฐ์ฌ์ P, Sb, Sn, As, N์ด ์๋ ๊ฒฝ์ฐ์๋ ์ทจ์ฑ์ด ๋ฐ์ํ์ง ์๋๋ค. ๋ํ, ์๊ณ ์จ๋ ๋ฒ์์์
Cementite์ ํ์ฑ์ ์ต์ ํ๊ธฐ ์ํด ๊ฐ์ ์ถฉ๋ถํ Si๋ฅผ ์ฒจ๊ฐํจ์ผ๋ก์จ ๋ฌธ์ ๋ฅผ ํผํ ์ ์๋ค. ์ด ๊ณต์ ์
Austenite grain boundary์ P ๋๋ N์ ์์ถ๋ก ์์๋๋ฉฐ Mn์ ์ํด ๊ฐ์๊ฐ๋ฅ. ๋ฐ์ํ๋ ์์ถ์ ๊ฒฝ๋ฏธ[119].
์ฐ์์ ์ธ Austenite grain boundary์์์ Cementite์ ํ์ ์์ถ์ ์ฑ์ฅํ๋ Carbide Particles๋ก๋ถํฐ ์ฉ์ง์
๊ฑฐ๋ถํจ์ผ๋ก์จ ๋ถ์๋ฌผ ํธ์์ ์ฆ๊ฐ์ํฌ ์ ์๋ค. ๊ฐ๋ฅ์ฑ ์๋ ์กฐํฉ์ ๋ถ์๋ฌผ ์์ถ์ด ์ด์ Austenite grain
boundary์์์ ์ ์ฐฉ๋ ฅ์ ์ฝํ์ํค๊ณ Carbide์ ๊ท ์ด์ด Intergranular ํ๊ดด๋ฅผ ์ผ์ผํจ๋ค๋ ๊ฒ์ด๋ค.
๋ ๋ฒ์งธ ์ข ๋ฅ์ ์ทจ์ฑ์ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก Temper ์ทจ์ฑ ๋๋ 2 Step Temper ์ทจ์ฑ์ด๋ผ ๋ถ๋ฆฌ๋ ๊ฒฝ์ฐ๊ฐ ๋ง๋ค .2 Step
Temper ์ทจ์ฑ์ 600โ ~ 700โ์์ ๊ณ ์จ์์ Tempering ๋ฐ 600โ ~ 350โ์ ์จ๋ ๋ฒ์์์ ์์ํ
๋๊ฐํ๊ฑฐ๋ ์ด ๋ฒ์์ ์๋น์ค ์จ๋์ ๊ฒฝ์ฐ ๋ฐ์ํ๋ค.
TE์ ํ๊ดด๋ ์ด์ ์ Austenite ๊ฒฝ๊ณ์์ ๋ฐ์ํ๋ Intergranular ์ด๋ค.
์ด ์ฅ์์๋ ํ์ ๋ฐ ์ ํฉ๊ธ๊ฐ์ Reduction of Area ๋ฐ ์ทจํ ํ์ ๊ฐ์์ ๊ด๋ จ๋ ์ํธ ์ฐ๊ด๋ ํํ์ ๋ฐ ๋ฏธ์ธ
๊ตฌ์กฐ์ ์์ธ์ ์ผ๋ถ๋ฅผ ์ค๋ช ํ๊ณ ์ด๋ฌํ ์์ธ์ ํน์ฑ๋ถ์ด ๋๋ Grain ๊ฐ ๊ท ์ด ํ๋ฉด๊ณผ ๊ด๋ จ์ํจ๋ค. ํน๋ณ์ฃผ์๋
Fe23 (C, B) 6์ ์ง์ค.
6.2 ์คํ ๋ฐฉ๋ฒ
6.2.1 SEM ๊ธ์ ์กฐ์งํ
๊ดํ ํ๋ฏธ๊ฒฝ ๊ด์ฐฐ์ ์ํ Steel S3 ์ํธ์ Mountingํ์ฌ 1200 Grit๋ก ์ฐ๋งํ ๋ค์ 6, 1um Diamond paste๋ก
Polishing. ๊ทธ ํ ์ํธ์ 3 vol. Nital (๋ฉํ์ฌ ์ค ์ง์ฐ) ๋ฐ Picric ์ฐ์ ๋ถ์. ๋ถ์๋ ์ํธ์ ์ง๊ณต๋ถ์๊ธฐ์์
๊ธ ์ฝํ ๋์๋ค. SEM์ JEOL JSM-7000F ์ ๊ณ ๋ฐฉ์ถ ์ฃผ์ฌ ์ ์ ํ๋ฏธ๊ฒฝ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ํ๋์๋ค.
6.2.2 TEM ๊ธ์ ์กฐ์ง
TEM์ 200 kV Philips ํฌ๊ณผ ์ ์ ํ๋ฏธ๊ฒฝ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ํ๋์๋ค. Energy dispersive X-ray (EDX) ์ฅ์น๊ฐ ์ฅ์ฐฉ๋
TEM์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋ ๊ฐ์ง ์ ํ์ ์ํธ์ ์กฐ์ฌ ํ์๋ค. ์์ Foil ๋ฐ ํ์ ์ถ์ถ ์ฉ Replica. ์์ Foil์ ์ค๋ฆฌ์ฝ
Carbide blade ๋ฐ ๋๊ฐ ์คํ์ ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋๊ป๊ฐ ์ฝ 250 um ์ธ 3 mm ์ง๊ฒฝ ๋์คํฌ๋ก Bulk ์ํธ์์ ์ ํธ.
์ ๋จ ํ, ์ํธ์ Sand paper๋ก ์ฝ 50ใ ๋๊ป๋ก ์ฐ๋ง. ์ ํด ์ฐ๋ง๋ ํธ์ ์ ํธ ์ ํด ์ฐ๋ง๊ธฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ํ.
์ ํด์ฐ๋ง ์ฉ์ก์ 5 vol. % ๊ณผ์ผ์์ฐ, 20 vol. % ๊ธ๋ฆฌ์ธ๋กค ๋ฐ 75 vol. % ๋ฉํ์ฌ ์ฌ์ฉ.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 69/111
์ ํด์ฐ๋ง๋ 20โ์์ ์ฉ์ก์ผ๋ก ์ํํ์์ผ๋ฉฐ Dislocation๋ 50V๋ก ์ค์ .
TEM ๊ฒ์ฌ๋ฅผ ์ํด ๊ฐ ์ํธ์ผ๋ก๋ถํฐ ์นด๋ณธ Replica ์ํธ๋ ์ค๋นํ๋ค. ๊ฐ ๊ธฐ์ง๋ก ์ธํ ์ํฅ์ ์ ๊ฑฐํจ์ผ๋ก์จ,
Carbide์ ํฌ๊ธฐ ๋ฐ ํํ์ ์กฐ์ฑ์ ๋ณด๋ค ์ ํํ๊ฒ ์ธก์ ํ ์ ์๋ค. ๋จ์ผ Step ์ถ์ถ Replica์ ์ค๋น ํ์๋ค.
์ํธ์ ๊ดํ ํ๋ฏธ๊ฒฝ๊ณผ ๋์ผํ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ๊ธฐ๊ณ์ ์ผ๋ก ์ฐ๋งํ๊ณ , 4 vol. % Nital์ ์ ์ด ๋ถ์. 20 ~ 30nm์ ์นด๋ณธ
์ฝํ ์ด 10-5 torr์ ์ง๊ณต ์ํ์์ ๋ถ์๋ ํ๋ฉด์ ์ฆ์ฐฉ๋์๋ค. ์ด ํ๋ฆ์ ์๋ฆฌํ ๋ ๋ก ์ฑ์ทจํ์ฌ ๋ช ๊ฐ์ ์์
์ ์ฌ๊ฐํ (์ฝ 1 mm2)์ผ๋ก ๋๋๋ค.
๋ฉํ์ฌ 5% ์ผ์ฐ ์ฉ์ก์์ 7.5V ์ ํด๋ถ์์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ํ์ ํ๋ฆ์ ์ ๊ฑฐํ ๋ค์, ์ด๋ฅผ ๋ฉํ์ฌ์์ ์ธ์ฒํ๊ณ
์ฆ๋ฅ์์์ ๋ ๋ด์๋ค. ๊ฐ ์ํธ์ TEM์์ ๊ฒ์ฌํ๊ธฐ ์ ์ ๊ตฌ๋ฆฌ ๊ฒฉ์์ ์ฅ์ฐฉํ๊ณ ๊ฑด์กฐ์ํจ ์ฝ 10๊ฐ์ ์์
์ฌ๊ฐํ์ ๋ง๋ ๋ค.
6.2.3 ์์ ํ์นจ๋ถ์
Fe23 (C, B)6 Carbide์ ๊ด์ฐฐํ๊ธฐ ์ํด 66 * 66 * 85 nm3์ ๋ถ์ ์ฉ์ ์์ ๋ ์ด์ ๋ณด์กฐ 3-DAP (CAMECA,
LAWATAP)๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์์ Probe(AP)๋ถ์์ ์ํํ์๋ค. AP ํ์ ์ด์ค ๋น FIB (Helius 600)๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ค๋น.
25 keV์ ๋น ์ ๋ฅ๋ฅผ ๊ฐ๋ 30 keV ์๋์ง์ Ga ์ด์จ์ด ์ด๋ฏธ์ง์ ์ฌ์ฉ๋์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 6.1์ AP์ ๋ํ
์ํธ ์ ์ฐจ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. AP๋ถ์์ 50 K์ ํ ์จ๋์์ 15%์ ํ์ค๋ถ์จ ๋ฐ 600 Hz์ ํ์ค ๋ฐ๋ณต๋ฅ ๋ก ์ด๊ณ ์ง๊ณต
(์ฝ 1 ร 10-10 mbar)์์ ์ํ๋์๋ค. LAWATAP์์ ์ธก์ ๋ ์ ํ์ ์ธ ์ง๋ ์คํํธ๋ผ์ด ๊ทธ๋ฆผ 6.2๊ณผ ๊ฐ๋ค. B, C, Cr,
Mn, Ti, Ni ๋ฐ Fe์ ๊ฐ์ ๋ชจ๋ ํฉ๊ธ ์์๊ฐ ๊ฒ์ถ๋์๋ค. ๊ฒ์ถ๋ ํ์ ํผํฌ๋ 6 (C ++), 12 (C + ๋ฐ C2 ++), 18 (C3
++), 24 (C2 + ๋ฐ C4 ++) ๋ฐ 36 (C3 +)์ ์ง๋ ๋ ์ ํ (m / n) ๋น์จ์์ ๋ํ๋ฌ๋ค. ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๋ณด๋ก ํผํฌ๋ m / n
๋น์จ์ด 5 (B ++)์ 11 (B +)์์ ๋ฐ๊ฒฌ๋์๋ค. ๋ํ ๋ค๋ฅธ ํฉ๊ธ ์์๋ ์์ธ๋์๋ค.
H ํผํฌ๊ฐ ๋ถ์ Chamber์์ ๋์จ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ฐ์ ํ๋ค.
FIGURE 6.1: SEM images showing the procedures for AP sample preparation. (a) carbides, (b) Pt deposition, (c) trench milling, (d) annular milling and (e) final tip.
FIGURE 6.2: Mass spectrum of the steel wires obtained from laser pulsed atom probe. All of the atoms are detected
6.3 ๊ฒฐ๊ณผ
6.3.1 Intergranular fracture์ ๋ฏธ์น๋ Fe23 (C, B) 6 Carbide์ ์ํฅ
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 70/111
๊ทธ๋ฆผ 6.3์ S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ์ธ์ฅ์ํธ์ ํ๋จ๋ฉด์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๋ชจ๋ ์ํธ์ 880โ์์ Austeniteํ ํ ํ 450โ์
์ Temperingํ๋ค. S1 ๊ฐ์ ํ๋จ๋ฉด์ ์ฐ์ฑ์ด ๋์ ์ฐ์ฑ ํ๊ดด๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค (๋ฉด์ RA = 43.5% ๊ฐ์). ๊ทธ๋ฌ๋ S3
๊ฐ์ ๋์ Tempering ์จ๋์ ๊ด๊ณ์์ด ๋ฎ์ ์ฐ์ฑ (๋ฉด์ RA = 22.2% ๊ฐ์)์ผ๋ก ์ด์ด์ง Intergranular fracture๋ฅผ
๋ณด์๋ค. S1 ๊ฐ์ ๊ท ์ด ์ง์ ์ ์ํธ์ ์ค์ฌ์์ ์์๋ ์ข ๋์ ์ฐ์ฑ ํ๋จ๋ฉด์ด์ง๋ง S3 ๊ฐ์ ๊ท ์ด ์ง์ ์ ํ๋ฉด์
์ ์์๋์ด ์ ์ฌํ๊ฒ ๋ณด์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 6.3 (c)์ S3 ๊ฐ์ฌ์ ์ธ์ฅ์ํธ์ ํ๋ฉด ๊ท ์ด์ ๋ํ ์ข ๋ฐฉํฅ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๊ฐ
๊ทธ๋ฆผ 6.4์ ๊ฐ๋ค. ๊ท ์ด์ Grain boundary์์ Carbide๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ์์๋๊ณ ์ ํ๋์๋ค. ๊ท ์ด์ ๋ํ Carbide์
๊ท ์ด์์ ์์๋์๋ค. ๊ท ์ด์ Particle (Inclusion, Carbide)์์ ์์ํ์ฌ ์ด์ ์ Austenite grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ
Carbide ํ์ฑ์ ์ํด ์ฝ๊ฒ ์ ํ๊ฐ๋ฅ. ์ด๋ฌํ Carbide๋ ์ฌ๋ฆฝ ์ฅ๋ฒฝ ์ญํ ์ ํ ์ ์์ผ๋ฉฐ ์ด์ ์ Austenite grain
boundary์์ Intergranular cracks์ ์ผ์ผํฌ ์ ์๋ค. Reduction of Area๋ ์ด๋ค Carbide๋ก ๋ฎ์ธ Austenite grain
boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ Intergranular fracture๋ก ์ธํด ํ์ ํ๊ฒ ๊ฐ์.
6.3.2 Fe23 (C, B) 6 ์์ถ
Grain boundary ํ๊ดด๋ฅผ ์ผ์ผํจ Carbide์ ์กฐ์ฌํ๊ธฐ ์ํด S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์์ Carbide์ ์์ถ ๊ฑฐ๋์
๋น๊ตํ๊ณ ์กฐ์ฌํ์๋ค. S1 ๊ฐ์ Tempering๋ ์ํธ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ ๊ทธ๋ฆผ 6.5์ ๊ฐ์ด Austeniteํ ์จ๋ 880โ์
930โ์์ ์กฐ์ฌ๋์๋ค. Austeniteํ ์จ๋๊ฐ 880โ ์ธ ๊ฒฝ์ฐ, Austenitization ๋์ ์ฉํด๋์ง ์์ ๊ฑฐ์น Cementite
๋ Tempering ํ์๋ ์ ์ง๋์๋ค. ์ฉํด๋์ง ์์ ๊ฑฐ์น Cementite์ ์์ Austeniteํ ์จ๋๊ฐ 880โ์์ 930โ
๋ก ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ์ ํ์๋ค.
FIGURE 6.3: Fractographs of tensile tested specimens of S1 and S3 steel. All of specimens were austenitized at 880ยฐC and then tempered at 450ยฐC. (a), (b) of S1 steel and (c), (d) of S3 steel
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 71/111
FIGURE 6.4: SEM micrographs of cross-sections of tensile tested specimens of S3 steel. (a), (b) tempered at 350ยฐC and (c), (d) at 450ยฐC.
S1 ๊ฐ์ Tempering๋ ์ํธ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ MARTENSITE์ ๊ฑฐ์น Cementite๋ก ์ด๋ฃจ์ด์ก์ง๋ง ์ด Carbide๋
Grain boundary ํ๊ดด๋ฅผ ์ผ์ผํค์ง ์์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 6.6์ S3 ๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ด S1 ๊ฐ์ฌ์ ์ ์ฌํ Tempered MARTENSITE์ ์ฉํด๋์ง ์์ ๊ฑฐ์น
Cementite๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์ด ์์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ Carbide๋ ์ด์ ์ Austenite grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ์กด์ฌํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 6.7์ ์ด๋ฌํ Carbide๊ฐ Zone ๋ฐฉํฅ์ด ์๋ Fe23 (C, B) 6 Carbide๋ก ์ํ๋ ๊ฒ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค [112]
Fe23 (C, B) 6 Carbide๋ Tempering ํ ๊ทธ๋ฆผ 6.6๊ณผ ๊ฐ์ Tempering ์จ๋์ ๊ด๊ณ์์ด ์ด์ Austenite grain
boundary์์ ์ ์ง๋์๋ค.
๋ํ, Fe23 (C, B) 6 Carbide์ ํํ์กฐ์ฑ์ 3- DAP ๊ธฐ์ ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ธก์ ๋์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 6.8์ ์ธก๋ฉด๋์์ 66 * 66 *
85 nm3์ ๋ถ์ ์ฉ์ ์์ ํฉ๊ธ์์์ 3-DAP ์์์ง๋๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๊ฐ ์ ์ ํฉ๊ธ ์์๊ฐ ๊ฒ์ถ๋ ์์น๋ฅผ
๋ํ๋ธ๋ค. ๋ถ์๋ ๋ถํผ์ ์ ๋ฐ๋๋ ํฉ๊ธ ์์์ ๋ฐ๋์ ๋น๋กํ๋ค. Si ์ด์ธ์ ๋ชจ๋ ์์๊ฐ ๊ณต์กด ํจ์ด
ํ๋ช ๋์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 6.9๋ C, B, Mn, Cr, V, Ti ๋ฐ Fe์ ๊ฐ์ ์ฌ๋ฌ ํฉ๊ธ ์์๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ฃผ๋ 2 ์ฐจ์ ์กฐ์ฑ ํ๋กํ์ผ์ ๋ํ๋ธ๋ค.
๊ฒ์ถ ๋ฐฉํฅ (โ)์ ๊ทธ๋ฆผ 6.8์ ๋ถ์ ์์์ง๋์ ๋์ ์๋ค.
๋ฐ๋ผ์ ์ด์ ์ Austenite grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ฅธ Carbide๋ SEM, TEM ๋ฐ 3-DAP๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋ค์ Fe23 (C, B)6
Carbide๋ก ํ์ธ๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 6.10์ 830โ, 880โ, 930โ ๋ฐ 980โ์์ Austeniteํ๋ S3 ๊ฐ์ ์ด์ Austenite grain boundary์์
Fe23 (C, B)6 Carbide์ ๋ถํฌ์ ํํ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์ด๋ Fe23 (C, B)6 Carbide๊ฐ Austeniteํ ๋์ ์์ ํ ์ฉํด๋์ง
์๊ณ ์ด์ ์ Austenite grain boundary์ ์กด์ฌํจ์ ๋ํ๋ธ๋ค.
S1๊ณผ S3 ๊ฐ์ ์์ฐ๋ ์ํธ์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ๊ทธ๋ฆผ 6.11๊ณผ ๊ฐ๋ค. ์ฐจ์ด์ ์ S3 ๊ฐ์ฌ์ Grain boundary์ ๋ฐ๋ฅธ
Carbide๊ณผ Ferrite์ ์กด์ฌ์ด๋ค. S3 ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ์ฃผ๋ก Pearlite์ด๋ฉฐ, Carbide๋ Grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ
์กด์ฌํ๊ณ , Grain boundary์์ Carbide ๊ทผ์ฒ์ Ferrite๊ฐ ํ์ฑ๋์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, S1 ๊ฐ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ Pearlite ์กฐ์ง
์ด์์ผ๋ Grain boundary์๋ Carbide๊ฐ ํ์ฑ๋์ง ์์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 6.12๋ ๊ทธ๋ฆผ 6.11์์ ๋ณด์ฌ์ง๋ S3 ๊ฐ์ ๊ฒฐ์
Grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ฅธ Carbide์ ๋ํ TEM ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. Carbide๋ ๊ฒฉ์ Parameter 10.67ร ์ ๊ฐ๋
Fe23 (C, B)6 ๊ตฌ์กฐ๋ก์ ์กฐ์ฌ๋์์ผ๋ฉฐ, ๊ทธ๋ฆผ 6.12 (b) ๋ฐ (c)๋ ๊ฐ๊ฐ Carbide์ ์์์ผ ์ด๋ฏธ์ง ๋ฐ ํ์ ํจํด์ด๋ค
[133,134]. Carbide์ ๊ตฌ์ญ ์ถ์ ๊ทธ๋ฆผ 6.12 (c)์ ๊ฐ์ด [110] ๋ฐฉํฅ์ด๋ค. Fe23 (C, B)6 Carbide ๊ทผ์ฒ์ ์์ BCC
(Body Centered Cubic) ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๊ฐ๋ Ferrite์ด๋ฉฐ, ๊ทธ๋ฆผ 6.5 (d) ๋ฐ (e)์ ๋์๋ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ์์ญ ๋ฐฉํฅ์ [110]์ด๋ค.
S3 ๊ฐ์ผ๋ก ์์ฐ๋ ์ํธ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ Grain boundary์์ Pearlite, Carbide ๋ฐ Ferrite๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์๋ค. ๊ทธ ๊ฒฐ๊ณผ,
Grain boundary์์์ Fe23 (C, B)6 Carbide ๋ฐ Ferrite๋ ์์ฐ๋ ์ํ๋ก ํ์ฑ๋๊ณ Tempering ํ์๋ ์ ์ง๋๋ค.
6.4 ํ ๋ก
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 72/111
์ธ์ฅ ์ํํ S3 ๊ฐ์ฌ์ ํ๊ดด ํ๋ฉด์ ์ฐ์ฑ์ด ๋ฎ์ Intergranular brittle fracture (๋ฉด์ , ์ฐ์ ์จ์ ๊ฐ์ ๋ฑ)์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 6.4๋ ๊ท ์ด์ด ์ด์ Austenite grain boundary์์ Fe23 (C, B)6 Carbide์ ๋ฐ๋ผ ์ฝ๊ฒ ์ ํ๋์์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
Fe23 (C, B) 6 Carbide๋ ์ฌ๋ฆฝ ์ฅ๋ฒฝ ์ญํ ์ ํ ์ ์์ผ๋ฉฐ ์ด์ ์ Austenite grain boundary์์ Intergranular
cracks ์ ์ผ์ผํฌ ์ ์๋ค.
FIGURE 6.5: SEM micrographs of tempered specimens of S1 steel. Tempering temperature: (a) 350ยฐC, (b) 400ยฐC and (c) 450ยฐC (austenitized at 880ยฐC) and (d) 350ยฐC, (e) 400ยฐC and (f) 450ยฐC (austenitized at 930ยฐC)
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 73/111
FIGURE 6.6: SEM micrographs of tempered specimens of S3 steel. Tempering temperature: (a) 350ยฐC, (b) 400ยฐC and (c) 450ยฐC (austenitized at 880ยฐC) and (d) 350ยฐC, (e) 400ยฐC and (f) 450ยฐC (austenitized at 930ยฐC)
FIGURE 6.7: SEM, TEM micrographs and diffraction pattern of Fe23(C, B)6 carbide of S3 steel tempered at 350ยฐC (austenitized at 880ยฐC). (a) SEM image, TEM image and (b) diffraction pattern
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 74/111
FIGURE 6.8: Dimensional atom map showing alloy element such as B ( ), C ( ), V ( ), Mn ( ), Cr ( ) and Ti ( ). It was found that all of alloy element except Si were co-existed
FIGURE 6.9: 2-dimensional composition profile showing the several alloy atoms such as C, B, Mn, Cr, V, Ti and Fe. The detection direction (โ) is listed in carbon atom map in Fig. 6.8.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 75/111
FIGURE 6.10: SEM micrographs of Fe23(C, B)6 carbide in the oil-quenched specimens of S3 steel austenitized at (a) 830ยฐC, (b) 880ยฐC, (c) 930ยฐC and (d) 980ยฐC.
FIGURE 6.11: SEM micrographs of as-rolled specimens of S1 and S3 steels. (a) S1 steel and (b) S3 steel
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 76/111
FIGURE 6.12: TEM micrographs and diffraction pattern of as-rolled specimens of S3 steel. (a) TEM image, (b) Fe23(C, B)6 image, (c) Diffraction pattern of Fe23(C, B)6, (d) Ferrite image and (e) Diffraction pattern of Ferrite.
๋ด๊ธ์ง ๋ฐ Tempering ์ฒ๋ฆฌ ํ Intergranular fracture ๋ฅผ ํผํ๊ธฐ ์ํด Fe23 (C, B)6 Carbide ํ์ฑ์ ์ต์ ํด์ผ ํ๋ค.
Fe23 (C, B)6 Carbide์ 1.0โ/s์ ๋๊ฐ ์ค ์์ฐ ์ํ์์์ ์์ถ ๊ฑฐ๋์ ์กฐ์ฌ ํ์๋ค (๊ทธ๋ฆผ 6.13 (a)).
๊ทธ๋ฆผ 6.13์ S3 ๊ฐ์ ๋๊ฐ ์ค ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ SEM ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง์ด๋ค. ๋ชจ๋ ์ํธ์ 980โ์์ 1800 ์ด ๋์
Austeniteํ๋์๋ค. Fe23 (C, B)6 Carbide๋ 980โ์์ ๋ด๊ธ์งํ ํ์๋ ์กด์ฌํ์ง ์์๋ค. 980โ์์ 710โ๋ก
๋๊ฐ ์์ผฐ์ ๋ Fe23 (C, B)6 Carbide๋ ์ด์ ์ Austenite grain boundary์์ ์์ถ๋๊ธฐ ์์ํ๋ค. ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ
Fe23 (C, B)6 Carbide๊ณผ Austenite์ Pearlite ์ฌ์ด์ ๊ณ๋ฉด์์ ํ์ฑ๋ Ferrite๊ฐ ๋์์ ๋ํ๋๋ค. Fe23 (C, B)6
Carbide๋ ์ด์ ์ Austenite grain boundary์์ ๋จผ์ ํ์ฑ๋๊ณ , ๊ทธ ๋ค์ ํ์ ๊ฒฐํ ์์ญ์ Fe23 (C, B)6 Carbide
๊ทผ์ฒ์์ ํ์ฑ๊ฐ๋ฅ. Ferrite๋ Fe23 (C, B)6 Carbide ๊ทผ์ฒ์์ ํ์๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์์ญ์์ ํ์ฑ๋๋ค. ์ค์จ์ผ๋ก
๋๊ฐ์ํจ ํ, ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ์ด์ Austenite grain boundary์์ Pearlite ๋ฐ Fe23 (C, B)6 Carbide๊ณผ Ferrite๋ก ๊ตฌ์ฑ.
๊ฐ์ด ๊ณผ์ ์์ Fe23 (C, B)6 Carbide๊ณผ Cementite์ ์ฉํด ๊ฑฐ๋์ ๋ถ์ํ๊ธฐ ์ํด, S3 ๊ฐ์ฌ์ Austeniteํ๋ฅผ
Dilatometer๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๋ชจ์ฌ ํ์๋ค.
์์ฐ๋ ์ํธ์ ์ํ๋ ์จ๋์ธ 790โ ~ 930โ๋ก ๊ฐ์ดํ๊ณ ์ค์จ์ผ๋ก ์ง์ ๋ด๊ธ์ง์์ผฐ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 6.14๋ Austeniteํ ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ S3 ๊ฐ์ฌ์ Austeniteํ ๊ฑฐ๋์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. Pearlite๋ 850โ ์ด์์์
์์ ํ ์ฉํด๋์๊ณ , ์ผ๋ถ๋ 930โ ์ด์์์ ๊ฑฐ์ ์ฉํด๋์๋ค. ์ด์ ์ Austenite grain boundary์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ฑฐ์น
Carbide์ ์ผ๋ถ๋ Austeniteํ ๋์ ์ ์ง๋์๋ค. Grain boundary์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ฑฐ์น Carbide๋ ๊ทธ๋ฆผ 6.11๊ณผ 6.12์
๋ํ๋ ๊ฒ์ฒ๋ผ Fe23 (C, B)6 Carbide์ด๋ค. ๊ฐ์ด ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ, Fe23 (C, B)6 Carbide๋ ์ฉํด๋์์ง๋ง ์ด์
์ Austenite grain boundary์์๋ ๊ฑฐ์น Particles๋ก ๋จ์ ์์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 6.15๋ 930โ ~ 1200โ ๋ฒ์์ S3 ๊ฐ์ฌ
Austeniteํ์ ๊ฑฐ๋์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. Dilatometer๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ 1200โ๊น์ง ๊ฐ์ดํ๋ ๋์ Fe23 (C, B) 6 Carbide์ ์์
์ฑ์ ์กฐ์ฌ ํ์๋ค. Fe23 (C, B)6 Carbide๋ 930โ ~ 1200โ์ Austeniteํ ์จ๋์์ 180 ์ด ๋์ ์ ์ง ํ ํ์๋
์์ ํ ์ํ๋ก ์ด์ Austenite grain boundary์์ ์ ์ง๋์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ฏ๋ก, Fe23 (C, B)6 Carbide๊ฐ as-rolled ์ํ์
์ ํ์ฑ๋๋ฉด Fe23 (C, B)6 Carbide์ ์์ ์ฑ์ ๊ณ ์จ์์ ๋งค์ฐ ๋๊ณ Spring๊ฐ ์ด์ฒ๋ฆฌ์ ์ผ๋ฐ์ ์ธ ์กฐ๊ฑด์์
Fe23 (C, B)6 Carbide๋ ์์ ํ ๋ น์ง ์๋๋ค
S3 ๊ฐ์ Intergranular fracture์ ํ๊ดด Mechanism์ ๊ทธ๋ฆผ 6.16์ ๊ฐ๋ต์ ์ผ๋ก ์ ์๋์ด์๋ค. ์์ฐ ์ํ์
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 77/111
Fe23 (C, B)6 Carbide๋ ๋๊ฐ ์ค์ ์ด์ ์ Austenite grain boundary์์ ์์ถ๋์๋ค.
Ferrite๋ Borocarbide ๋ถ๊ทผ์ ํ์๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ง์ญ์์ ํ์ฑ๋์๋ค. ๋ง์ง๋ง์ผ๋ก S3 ์์ฐ ์ ์ํธ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์
๊ทธ๋ฆผ 6.16 (a)์ ๊ฐ์ด ์ด์ ์ Austenite grain boundary์์ Pearlite์ Borocarbide ๋ฐ Ferrite๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์๋ค.
์์ฐ๋ ์ํธ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ด Austeniteํ ๋์ Austenite๋ก ๋ณํ๋์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, Fe23 (C, B)6 Carbide๋ Spring
์ด์ฒ๋ฆฌ์ ์ผ๋ฐ ์กฐ๊ฑด ํ์์ ์์ ํ ์ฉํด๋์ง ์์๋ค. ์ด๋ค Fe23 (C, B) 6 Carbide๋ ๋ด๊ธ์ง๊ณผ Tempering ํ์๋
์ด์ Austenite grain boundary์์ ์ ์ง๋์๋ค.
Fe23 (C, B) 6 Carbide์ ์ผ๋ถ๋ Austeniteํ ๋์ ์ฉํด๋์๊ณ ๋ด๊ธ์ง ๋ฐ Tempering ํ์ ์ ๋ฆฌ ๋ถ์๋ก ์์ถ.
S3 ๊ฐ์ฌ์ ์ธ์ฅ์ํ ์ํธ์ Intergranular fracture๋ ์ด์ ์ Austenite grain boundary์์ Fe23 (C, B)6 Carbide์
์ํด ์ผ๊ธฐ๊ฐ๋ฅ. ๊ท ์ด์ ์ด์ ์ Austenite grain boundary์์ ํ๋ฉด ๋๋ Particles (Inclusion, Carbide, Fe23 (C, B)6
Carbide ๋ฑ)์ ๋ฏธ์ธ ๊ท ์ด์์ ์์ํ์ฌ Fe23 (C, B)6 Carbide์ ๋์์ผ๋ก Grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ์ฝ๊ฒ ์ ํ๋๋ค.
Fe23 (C, B)6 Carbide๋ก ๋ฎ์ธ ์ด์ Austenite grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ Intergranular fracture ๋ก ์ธํด ์ฐ์ฑ
(๋ฉด์ , ์ฐ์ ์จ ๋ฑ์ ๊ฐ์)์ด ์๋นํ ๊ฐ์๊ฐ๋ฅ.
FIGURE 6.13: SEM micrographs of microstructures of S3 steel during cooling. (a) Schematic diagram of the cooing simulation by dilatometer. It was quenched at (b) 980ยฐC, (c) 710ยฐC, (d) 700ยฐC, (e) 690ยฐC and (f) 650ยฐC.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 78/111
FIGURE 6.14: SEM micrographs of quenched specimens of S3 steel during heating. It was oil-quenched directly from (a) 790ยฐC, (b) 820ยฐC, (c) 850ยฐC, (d) 880ยฐC, (e) 930ยฐC.
FIGURE 6.15: SEM micrographs of quenched specimens of S3 steel during heating. It was quenched after holding 180 sec. at (a) 930ยฐC, (b) 1000ยฐC, (c) 1100ยฐC and (d) 1200ยฐC.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 79/111
FIGURE 6.16: Mechanism of Fe23(C, B)6 embrittlement. (a) as-rolled state, (b) tempered state and (c) cracking during deformation.
6.5 ๊ฒฐ๋ก
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์๋ก์ด ๊ณ ๊ฐ๋ Spring ๊ฐ์ ์ทจ์ฑ์ด ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ์ฐ๊ตฌ์ ๊ด๋ จํ์ฌ ํ๊ฐ๋์๋ค.
S3 ๊ฐ์ Intergranular fracture ๋ ์ด์ ์ Austenite grain boundary์์ Borocarbide๋ฅผ ์ผ๊ธฐํ๋ค.
๊ท ์ด์ ์ด์ ์ Austenite grain boundary์์ ํ๋ฉด ๋๋ Particles (Inclusion, Carbide, Fe23 (C, B)6 Carbide ๋ฑ)์
๋ฏธ์ธ ๊ท ์ด์์ ์์ํ์ฌ Fe23 (C, B) 6 Carbide์ ์ํด Grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ์ฝ๊ฒ ์ ํ๋๋ค.
Fe23 (C, B) 6 Carbide๋ก ๋ฎ์ธ ์ด์ Austenite grain boundary๋ฅผ ๋ฐ๋ผ Intergranular fracture๋ก ์ธํ์ฌ
์ฐ์ฑ (๋ฉด์ , ์ฐ์ ์จ ๋ฑ์ ๊ฐ์)์ด ํ์ ํ๊ฒ ๊ฐ์๊ฐ๋ฅ.
7 Spring ๊ฐ์ ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of Area์ ๋ํ Step Tempering ํจ๊ณผ
7.1 ์๋ก
๊ฐ์ฌ์ MARTENSITE๋ ๋งค์ฐ ๊ฐ๋ ฅํ๊ณ ์ทจ์ฑ ์ํ์ด๋ฏ๋ก 150 ~ 700โ ์ด์ฒ๋ฆฌ๋ฅผ ํตํด ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ์์ ํ๋ค.
์ด ๊ณผ์ ์ Tempering์ด๋ผ๊ณ ๋ถ๋ฆฌ๋ฉฐ, ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ์ด์ ํ์ฑํ์ ์ํฅํ์ ํํ์ ์ ๊ทผํ๋ค[2,74] ๋ฐ๋ผ์
MARTENSITE์ Tempering ๋์ ์ผ๋ฐ์ ์ธ ๊ฒฝํฅ์ Carbide๋ฅผ ์์ถ์ํค๊ธฐ ์ํด ๊ณผ๋์ ํ์๋ฅผ ๊ฑฐ๋ถํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก
์์ํ์ง๋ง ๋์ฒด ์ฉ์ง์ ํ์ฐํ์ง ์๋๋ค. Tempering์ ์ต์ข ๊ฒฐ๊ณผ๋ Tempering ์จ๋์ ๋ฐ๋ผ ์๋
MARTENSITE์ ๊ฑฐ์ ์ ์ฌํ์ง ์์ Ferrite ๊ธฐ์ง์ Carbide์ ๋ถ์ฐ์ด๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก, ๊ฐ๋์ ์ฐ์ฑ์ ๊ด๊ณ๋
๋ด๊ธ์ง ๋ฐ ๋ด๊ธ์ง๋ ๊ฐ์ฌ์ ์ด์ฒ๋ฆฌ ๋ฐ ์ ์ฉ์์ ์ฃผ์ ๊ด์ฌ์ฌ์ด๋ค. ํญ๋ณต๊ฐ๋์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ ์ง์์ ์ผ๋ก ๊ฐ์ํ๊ณ
Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ฐ์ ์จ๊ณผ Reduction of Area๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ค.
๊ฐ๋ ์ฆ๊ฐ ์ธ์๋ ํน์ ํฉ๊ธ ์์๋ Tempering ์ค ์ฐํ ์๋๋ฅผ ๋ฆ์ถ๋๋ฐ ๋์์ด ๋๋ค.
์ด ์ ์์ ๊ฐ์ฅ ํจ๊ณผ์ ์ธ ์์๋ Cr, Mo ๋ฐ V์ ๊ฐ์ ๊ฐ๋ ฅํ Carbide former์ด๋ค. ์ด๋ฌํ ์์๊ฐ ์์ผ๋ฉด
์ฒ - ํ์ ํฉ๊ธ๊ณผ ์ ํ์ ๊ฐ์ ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ธ์ํ ์ฐํ๋๋ค[2,74,135]
์ด ์ฐํ๋ ์ฃผ๋ก Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ Cementite์ ๊ธ๊ฒฉํ ๊ฑฐ์น ๊ธฐ์ ๊ธฐ์ธํ๋ฉฐ ํ์์ ์ฒ ์ ํ์ฐ์
์์กดํ๋ ๊ณต์ ์ด๋ค[98,100] ๊ทธ๋ฌ๋, ์ถฉ๋ถํ ์์ด ๊ฐ์ ์กด์ฌํ๋ค๋ฉด, Carbide์ ํ์ฑํ๋ ์ฑ๋ถ์ ์ฐํ๋ฅผ ์ง์ฐ์ํฌ
๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ๊ณ ์จ์ ์จ๋์์ ๊ฐ๋ ์ฆ๊ฐ๋ฅผ ์ผ์ผํค๋ ๋ฏธ์ธ ํฉ๊ธ Carbide์ ํ์ฑํ๋ค.
7.1.1 ๊ฐํ ๋ฐ ์ฐํ Mechanism
์์์ ์ธ๊ธํ ๋ช ๊ฐ์ง ์์ธ์ด ์ ์๋ Spring ๊ฐ์ฌ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ณํ๋ฅผ ์ค๋ช ํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ฐ์ฃผ๋์๋ค[2,74,135]
์ด๋ฌํ ๊ฐํ ์์ธ์ MARTENSITE์ Austeniteํ ๊ฑฐ๋, ์์ถ ๊ฑฐ๋ ๋ฐ Austenite Grain ๋ฐ Lath ๊ตฌ์กฐ์
๋ฏธ์ธํ์๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก, Tempering๋ MARTENSITE ์กฐ์ง์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๊ธฐ ์ํด, Carbide ํ์ฑ ํฉ๊ธ์
์๋ฅผ ์ฒจ๊ฐํจ์ผ๋ก์จ ์์ถ ๊ฐํ๊ฐ ์ฌ์ฉ๋์๋ค[95,136]. ์ ์๋ ๊ฐ์ ๋ํ์ฌ V, Ti, Mo ๋ฑ์ ํฉ๊ธ์์๋ฅผ ์ฒจ๊ฐํจ์ผ๋ก
์จ V4C3 ํ Carbide๋ ์ฃผ๋ก ์์ถํ์๋ค[106]. (V, Ti) 4C3 Carbide๋ S1 ๊ฐ์ ์ฃผ์ ์์ถ๋ฌผ์ด์๊ณ (V, Ti, Mo) 4C3
Carbide๋ S3 ๊ฐ์ฌ์ ์์๋ค. S3 ๊ฐ์ V4C3 ํ Carbide๋ S1 ๊ฐ๋ณด๋ค ์ฝ๊ฐ ๋ ์ธ๋ฐํ๊ณ ๋ฐ๋๊ฐ ๋๋ค. S3 ๊ฐ์
Mo ์ฒจ๊ฐ๋ (V, Ti, Mo) V4C3 Carbide์ ๋ฏธ์ธํ ์์ถ์ ์ผ๊ธฐํ ์ ์๋ค. V4C3 ํ Carbide์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋
Tempering ์จ๋์ ๋ฐ๋ผ ๋ณํ์ง ์๋๋ค. V4C3 ํ Carbide์ inter- Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์
๋ฐ๋ผ ์ฝ๊ฐ ๊ฐ์ํ๋ค. V4C3 ํ Carbide๋ ์์ถ๋ ๊ฐํ์ ์ํ ๊ฐ๋ ์ฆ๊ฐ๋ฅผ ์ํ ์์ธ์ผ๋ก ๊ธฐ์ฌ.
S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ ๋ค๋ฅธ ์์ถ๋ฌผ์ Tempering ์ฒ๋ฆฌ ๋์ ํ์ฑ๋ ฮต- Carbide๋ก์ ์กฐ์ฌ๋์๋ค.
ฮต- Carbide์ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ๋ V4C3 ํ Carbide๋ณด๋ค ๋งค์ฐ ๋ฏธ์ธํ๊ณ ๋ฐ๋๊ฐ ๋๋ค. ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ์ฆ๊ฐ๋ Tempering ์ฒ๋ฆฌ
๋์ V4C3 ํ Carbide ๋์ ฮต- Carbide์ ์์ถ ๊ฑฐ๋์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ํ ์ ์๋ค. ์ ์จ (Tempering์ ์ด๊ธฐ Step)์
์ ์ฃผ์ํ MARTENSITE๋ ํ์์์์ Clustering์ ํตํด ฮต- Carbide์ ์ ํ์ MARTENSITE๋ก ๋ถํด๋๋ค
[74,100]. Tempering ์จ๋๊ฐ 400โ์์ 450โ๋ก ๋ณํ ๋ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ๊ธ๊ฒฉํ ๊ฐ์๋ ฮต Carbide์์ Cementite๋ก
์ ์ ์ด์ ์ํด ์ค๋ช ๊ฐ๋ฅ.
ฮต- Carbide๋ ์ฉํด๋์๊ณ , ๋์์ Cementite ํต ์์ฑ์ ฮต- Carbide์ ๋์ ์ ๊ฑฐ๋ก ์์๋๋ค.
์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ๊ฐ์๋ Tempering ์จ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๋ฉด์ ฮต- Carbide๋ก๋ถํฐ Cementite๋ก์ ์ ์ด๋ฅผ ์ผ๊ธฐํ ์ ์๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 80/111
์ฃผ์ ๊ฐํ Mechanism์ Tempering ๋์ ฮต- Carbide์ ์์ถ ๊ฑฐ๋์ผ ์ ์๋ค.
์ฐํ์ ๊ฒฝ์ฐ, ์์์ ์ค๋ช ํ ๊ฒ์ฒ๋ผ, ์์ถ ๊ฑฐ๋์ V4C3 ํ Carbide๊ณผ ฮต- Carbide๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋ค. V4C3 ํ Carbide
๋ Tempering ์จ๋์ ๋ฐ๋ผ ๋ณํ์ง ์์์ผ๋ฉฐ Reduction of Area์ ๊ด๋ จ์ด ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด์ธ๋ค.
๊ทธ๋ฌ๋ ฮต- Carbide๋ Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ Cementite๋ก ๋ณํ์๊ณ Cementite๋ ฮต- Carbide๋ณด๋ค ํฐ
๊ตฌํ์ด๋ค. Reduction of Area์ ์ฆ๊ฐ๋ ฮต-Carbide์์ Cementite ๋ก์ ์ ์ด์ ์ํด ์ค๋ช ๊ฐ๋ฅ.
ํนํ 450โ์ Tempering ์จ๋์์ Reduction of Area๊ฐ ๊ธ๊ฒฉํ ์ฆ๊ฐํ ๊ฒ์ Cementite ํ์ฑ ๋ฐ ฮต- Carbide
์ฉํด์ ๋ถ์จ์ด ์ฆ๊ฐํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. V4C3 ํ Carbide๋ ์์ถ๋ ๊ฐํ์ ์ํด ๊ฐ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๋ ์์ธ์ผ๋ก ๊ธฐ์ฌํ
์ ์์ผ๋, ์ฃผ๋ ๋ณด๊ฐ Mechanism์ Tempering ๋์ ฮต- Carbide์ ์์ถ ๊ฑฐ๋์ผ ์ ์๋ค.
7.1.2 Step Tempering
์ง๊ธ๊น์ง Tempering์ ์จ๋์ ํจ๊ป ์ฃผ์ ๋ณ์๋ก ๋ ผ์๋์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ์์ฑ ๋ณ๊ฒฝ์ ์ฑ ์์ด ์๋ ๊ตฌ์กฐ์ ๋ณํ๋
์ด์ ์ผ๋ก ํ์ฑํ๋์ด ์จ๋์ ์๊ฐ์ ๋ฐ๋ผ ๋ฌ๋ผ์ง๋ค. ์๋ก, Tempering Step์์ ๋จ์ผ ๊ตฌ์กฐ Mechanism์ด ์๋ํ
๋ ๊ฒฝ์ฐ, Cementite์ Coarsening, ์ฃผ์ด์ง ๊ฐ๋๋ ๋จ์๊ฐ์ ๊ณ ์จ์์ Temperingํ๊ฑฐ๋ ๋ ์ค๋ ์๊ฐ ๋์ ๋
๋ฎ์ ์จ๋์์ Temperingํ์ฌ ์ป์ ์ ์๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ด์ ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋๋ถ๋ถ์์์ฒ๋ผ ์๊ฐ์ด ์ธ๊ธ๋์ง ์์ผ๋ฉด
์ ์ฒด Tempering ์๊ฐ์ 30๋ถ์ด๋ค.
๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ๊ฐ์ ํ๊ธฐ ์ํด 2 Step Tempering ๊ณต์ ์ผ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋ ์๋ก์ด Tempering ์ฒ๋ฆฌ๊ฐ ๊ฐ๋ฐ๋์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 7.1์ ๊ธฐ์กด์ Tempering [2,74,100] ๋ฐ Step Tempering ์ฒ๋ฆฌ์ ๊ฐ๋ต๋๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์ข ๋์ Tempering์
ํ๋์ ์จ๋ ํ์์ ์ด๋ฃจ์ด ์ง์ง๋ง, Step Tempering์ ๋ ๊ฐ์ง ์จ๋์์ Step์ผ๋ก ์งํ๋๋ค. Step Tempering์
์ฃผ์ ์ด์ ๋ ฮต- Carbide์ ์๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๊ณ ฮต- Carbide์์ Cementite๋ก์ ์ ์ด๋ฅผ ์ต์ ํ๋ ๊ฒ์ด๋ค. ๋์ฑ์ด,
Step Tempering์ ํต ์์ฑ ๋ฐ ์ฑ์ฅ์ด ๋ค๋ฅด๊ฒ ๊ฒฐํฉ๋จ์ ๋ฐ๋ผ ์์ถ๋ฌผ ํฌ๊ธฐ๋ถํฌ์ ํญ์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น ๊ฒ์ด๋ค.
FIGURE 7.1: Schematic diagrams of conventional Tempering and step Tempering. (a) conventional Tempering and (b) step Tempering.
Step Tempering์์๋ ๊ณ ์จ์์ ์ฒซ ๋ฒ์งธ Tempering์ด ์งง๊ณ ๋ ๋ฒ์งธ Tempering์ ์ ์จ์์ ์ฅ์๊ฐ ๋์ ์งํ
๋๋ค. ์ 1 Tempering์์๋ ๋ง์ ฮต- Carbide๊ฐ ๋น ๋ฅด๊ฒ ์์ถ๋๊ณ ์ 2 Tempering์์๋ ฮต- Carbide๊ฐ ์ฑ์ฅํ์ฌ
Cementite๋ก ์ด๋ํ๋ ๊ฒ์ด ์ต์ ๋๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ค.
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ ์๋ ๊ฐ์ฌ์ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ํฅ์์ํค๊ธฐ ์ํด Step Tempering ๊ณต์ ์ ์ ์ฉํ์๋ค.
Step Tempering์ ์กฐ๊ฑด์ ๋ณ๊ฒฝํ์ฌ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ฐ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ ์กฐ์ฌ ํ์๋ค.
7.2 ์คํ ๋ฐฉ๋ฒ
7.2.1 ์ํธ ์ค๋น ๋ฐ ์ด์ฒ๋ฆฌ
SAE9254 ๋ฐ POSHIS120D์ ๊ธฐ์กด Spring ๊ฐ์ S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ๊ณผ์ ๋น๊ต์ ์ฌ์ฉ๋์์ผ๋ฉฐ ์ํตํ ์ํธ์
์ธ์ฅ์ํ ์ํธ์ผ๋ก ๊ฐ๊ณตํ์๋ค. SAE9254 ํํ์กฐ์ฑ์ 0.45% C, 2.1% Si, 0.65% Mn, 0.7% Cr, Fe (bal.)์ ์ค๋ %
๋ก, 0.55% C, 1.5% Si, 0.7% Mn, 0.7% Cr์ด๋ฉฐ, POSHIS120D์ ํํ์กฐ์ฑ์ 0.48%. ์ธ์ฅ์ํธ์ ์ถ์ ์๋์ ์์ฐ
๋ฐฉํฅ์ด์๋ค. ๋ชจ๋ ๊ฐ์ฌ๋ 980โ์ ์จ๋์์ 3๋ถ ๋์ ์์ ํ Austenite๊ฐ๋๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค. 50โ์ ์จ๋์
์ ๊ธฐ๋ฆ์์ Quenching๋์๋ค. ๋ด๊ธ์ง๋ ์ํธ์ Salt bath๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ 350, 400, 450โ์ ์จ๋์์ 30๋ถ ๋์
Tempering ํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 7.2 (a)๋ ์ข ๋์ Tempering ์ฒ๋ฆฌ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 81/111
FIGURE 7.2: Schematic diagrams of conventional Tempering and step Tempering (a) conventional Tempering and (b) step Tempering.
Step Tempering ์คํ์์ ๋ชจ๋ ๊ฐ์ฌ๋ 980โ์ ์จ๋์์ 3๋ถ ๋์ ์์ ํ Austenite๊ฐ ๋๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค.
50โ์ ์จ๋์์ ์ค์ผ๋ก ๋ด๊ธ์ง. Quenched ์ํธ์ ๋จผ์ 400โ์์ 5๋ถ ๋์ Tempering๋๊ณ , ์ด์ด์ Salt bath
์ ์ฌ์ฉํ์ฌ 250โ์ 300โ์์ 10๋ถ ๋์ Tempering๋๋ค.
Step Tempering์ ์ด ์ด๋ ฅ์ ๊ทธ๋ฆผ 7.2 (b)๊ณผ ๊ฐ๋ค.
7.2.2 ๊ธฐ๊ณ์ ๋ฐ ํผ๋ก์ํ
์ธ์ฅ์ํ์ ๊ฒ์ด์ง ๊ธธ์ด 25mm, ์ง๊ฒฝ 6.25mm, ๋ณํ ์๋ 0.2/min์์ ์ํธ์ ๋ํด ์ํ๋์๋ค. ์ํธ์ Vickers
๊ฒฝ๋๋ 10kg์ ํ์ค์ผ๋ก 10 ์ด ๋์ ์ธก์ ๋์๋ค. ๊ฐ ๊ฒฝ์ฐ์ ํ๋ฉด ๊ฒฝ๋๋ฅผ 5 ํ ์ธก์ ํ๋ค.
์ฝ์ผ Spring์ SAE9254 ๋ฐ POSHIS120D Spring ๊ฐ์ผ๋ก ๋ง๋ค์ด์ก๋ค.
๋ชจ๋ Spring์ 980โ์์ 3๋ถ ๊ฐ์ด ํ Spring์ผ๋ก ์ฑํ. ๊ฐ๊ฒจ์ง ์ํธ์ ์์์ ์ค๋ช ํ ์กฐ๊ฑด์ ๋ฐ๋ผ ์์ฐจ์ ์ผ๋ก
Tempering๋์๋ค. ํผ๋ก์ํ์ 1100 ~ 1200 MPa์ ์ํ๋ ์๋ ฅ ํ์์ ์ํ.
7.2.3 SEM ๋ฐ TEM ๊ธ์ ์กฐ์ง
๊ดํ ํ๋ฏธ๊ฒฝ ๊ด์ฐฐ์ ์ํ ์ํธ์ Mounting ํ๊ณ Silicon Carbide 1200 Grit๋ก ์ฐ๋ง๋ ๋ค์ 6 ๋ฐ 1 ใ Diamond
paste๋ก Polishing. 3 vol % Nital (๋ฉํ์ฌ ์ค ์ง์ฐ) ๋ฐ Picric์ฐ ๋ถ์ ์ํธ์ ์ง๊ณต๋ถ์๊ธฐ์์ ๊ธ ์ฝํ ๋์๋ค.
SEM์ JEOL JSM-7000F ์ ๊ณ ๋ฐฉ์ถ ์ฃผ์ฌ ์ ์ ํ๋ฏธ๊ฒฝ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ํ๋์์ผ๋ฉฐ TEM์ 200 kV Philips ํฌ๊ณผ
์ ์ ํ๋ฏธ๊ฒฝ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ํ๋์๋ค. Energy dispersive X-ray (EDX) ์ฅ์น๊ฐ ์ฅ์ฐฉ๋ TEM์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋ ๊ฐ์ง
์ ํ์ ์ํธ, ์์ Foil ๋ฐ ํ์ ์ถ์ถ ์ฉ ๋ณต์ ํ์ ์กฐ์ฌํ์๋ค. ์์ Foil์ ์ค๋ฆฌ์ฝ Carbide blade์ ๋๊ฐ ์คํ
์ ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ฝ 250 ใ ๋๊ป์ 3mm ์ง๊ฒฝ ๋์คํฌ๋ก Bulk ์ํธ์์ ์๋จ๋์๋ค. ์ ๋จ ํ, ์ํธ์ ์ฝ 50 ใ
๋๊ป๋ก ์ฐ๋งํ์๋ค. ์ ํด ์ฐ๋ง๋ ํธ์ ์ ํธ ์ ํด ์ฐ๋ง๊ธฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ํํ์๋ค.
์ ํด์ฐ๋ง ์ฉ ์ฉ์ก์ 5 vol % ๊ณผ์ผ์์ฐ, 20 vol. % ๊ธ๋ฆฌ์ธ๋กค ๋ฐ 75 vol. % ๋ฉํ์ฌ.
์ ํด์ฐ๋ง๋ 20โ์์ ์ฉ์ก์ผ๋ก ์ํํ์์ผ๋ฉฐ 50V๋ก ์ค์ ํ์๋ค.
7.3 ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ํ ๋ก
7.3.1 ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง
์ธ์ฅ์ํ์ ์จ๋ ๋ฐ ์๊ฐ์ Tempering์ ํจ์๋ก์ ์ํ๋์๋ค. SAE9254 Spring ๊ฐ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ (์ต๋ ์ธ์ฅ๊ฐ๋)
์ Reduction of Area๋ฅผ ๊ทธ๋ฆผ 7.3์ ๋ํ๋ด์๋ค. ์ด ๊ฐ์ 980โ์์ Austeniteํ ์ฒ๋ฆฌํ ํ 5, 30๋ถ ๋์ 350,
400, 450โ์์ Temperingํ๋ค. ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ์ํ์ง๋ง, Tempering ์จ๋๊ฐ
์์นํจ์ ๋ฐ๋ผ Reduction of Area๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ค.
Tempering ์๊ฐ์ด 5๋ถ์์ 30๋ถ์ผ๋ก ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฐ์ํ๊ณ Reduction of Area๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ค.
์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of Area๋ฅผ ๊ฐ์ ํ๊ธฐ ์ํด Tempering ์กฐ๊ฑด์ ๊ทธ๋ฆผ 7.2 (b)์ ๊ฐ์ด ์ฌ ์ค๊ณ ํ์๋ค.
Tempering ์๊ฐ์ด ๊ฐ์ํจ์ ๋ฐ๋ผ ํ๊ท 150MPa ์ด์์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์๋ ค์ ธ ์๋ค.
๊ทธ๋ฌ๋ Tempering ์๊ฐ์ด ๊ฐ์ํจ์ ๋ฐ๋ผ Reduction of Area๊ฐ ๊ธ๊ฒฉํ ๊ฐ์ํ๋ค.
6์ฅ์์ ์ค๋ช ํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด, Spring ๊ฐ์ฌ์ Tempering์์ ๊ฐํ Mechanism์ ์ฃผ๋ก ๋ฏธ์ธํ ฮต-Carbide (Fe2.4C)์
์์ถ๋์ด๋ค. ์ด ๊ฒฐ๊ณผ์ ๊ธฐ์ดํ์ฌ, Tempering ์๊ฐ์ 5๋ถ์ผ๋ก ์ค์ ํ๊ณ , ์ด์ด์ ์ 2 Tempering ์ฒ๋ฆฌ๋ฅผ ๊ฐํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 7.4๋ SAE9254 ๊ฐ์ ๋จ์ผ Temper ์ํธ๊ณผ Step Temper ์ํธ์ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๋ชจ๋ ์ํธ์
980โ์์ 3๋ถ ๋์ ๊ฐ์ด๋์๋ค. ๋จ์ผ Tempering๋ ์ํธ์ ๊ทธ๋ฆผ 7.3๊ณผ ๊ฐ์ด ์ฃผ์ด์ง ์จ๋์์ 5๋ถ๊ฐ Tempering
๋์๋ค. Step์ผ๋ก Tempering๋ ์ํธ์ ์ฃผ์ด์ง ์จ๋์์ 5๋ถ๊ฐ ๋จผ์ Tempering ํ ๋ค์ 250โ์ 300โ์์
10๋ถ ๋์ Tempering Temperingํ๋ค.
Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๊ณ Reduction of Area๊ฐ ๊ฐ์ํ๋ค. Step์ผ๋ก Tempering๋
์ํธ์์์ Reduction of Area๋ 5๋ถ ๋์ Tempering๋ ์ํธ๋ณด๋ค 40% ๋ ๋๋ค. Step์ผ๋ก Tempering๋ ์ํธ์
์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ 5๋ถ ๋์ ๊ฒฌ๋๋ ์ํธ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ณด๋ค ์๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 82/111
1 ์ฐจ Tempering ์ฒ๋ฆฌ ์๊ฐ์ด 5๋ถ์ผ๋ก ์งง์ง๋ง 250โ ๋๋ 300โ์์ 10๋ถ๊ฐ ๋ ๋ฒ์งธ Tempering ์ฒ๋ฆฌ๋ฅผ ํ๋ฉด
Reduction of Area๊ฐ 40%๊น์ง ํฅ์๋๋ค๋ ๊ฒ์ ์ ์ ์๋ค.
๋ ๋ฒ์งธ Tempering ์จ๋์ ํจ๊ณผ๋ ๊ตฌ๋ณํ ์ ์๋ค.
FIGURE 7.3: Mechanical properties of SAE9254 spring steel with Tempering temperature and time. (a) Tensile strength and (b) Reduction of area
FIGURE 7.4: Mechanical properties of single tempered specimens (5 min.) and step tempered specimens of SAE9254 spring steel. (a) Tensile strength and (b) Reduction of area
FIGURE 7.5: Mechanical properties of single tempered specimens for 5, 30 minutes and step tempered specimens of SAE9254 spring steel. (a) Tensile strength and (b) Reduction of area
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 83/111
๊ทธ๋ฆผ 7.5๋ SAE9254 Spring ๊ฐ์ฌ์ 5๋ถ, 30๋ถ ๋ฐ Step์ผ๋ก Tempering๋ ์ํธ์ ๋ํ ๋จ์ผ Temper ์ํธ์ ๊ธฐ
๊ณ์ ์ฑ์ง์ ๋ํ๋ธ๋ค. ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ 5๋ถ ๋์ ๋จ์กฐ๋ ๋จ์ผ ์ํธ์ด ๊ฐ์ฅ ๋์์ผ๋ฉฐ 30๋ถ ๋์ Tempering๋ ์ํธ
์ ๊ฐ์ฅ ๋ฎ์ ๊ฐ์ ๋ณด์๋ค. Reduction of Area์ ๊ฒฝ์ฐ, Step์ผ๋ก Tempering๋ ์ํธ์ ๊ฐ์ฅ ๋์ ๊ฐ์ ๊ฐ์ง๋ฉฐ
๋จ์กฐ๋ ์ํธ์ 5๋ถ ๋์ 30%์ ๊ฐ๊น์ด ๊ฐ์ ๊ฐ์ง๋ค. ๋ํ, Tempering๋ ์ํธ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ 30๋ถ ๋์ ๋จ์ผ
Tempering๋ ์ํธ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ณด๋ค 50 MPa ์ฆ๊ฐํ๋ค. Step Tempering์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ๊ธ๊ฒฉํ ์ ํ๋ฅผ ์ต์ ํ๊ณ
Reduction of Area๋ฅผ ํฌ๊ฒ ๊ฐ์ ํ ์ ์๋ค.
POSHIS120D Spring ๊ฐ์ฌ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of Area๊ฐ ๊ทธ๋ฆผ 7.6์ ๋์ ์๋ค.
์ด ๊ฐ์ 980โ์์ Austeniteํ ์ฒ๋ฆฌํ ํ 5, 30๋ถ ๋์ 350, 400, 450โ์์ Temperingํ๋ค. ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋
Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ์ํ์ง๋ง, Tempering ์จ๋๊ฐ ์์นํจ์ ๋ฐ๋ผ Reduction of Area๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ค.
Tempering ์๊ฐ์ด 5~ 30๋ถ์ผ๋ก ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฐ์ํ๊ณ Reduction of Area๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ค.
FIGURE 7.6: Mechanical properties of POSHIS120D spring steel with Tempering temperature and time. (a) Tensile strength and (b) Reduction of area
๊ทธ๋ฆผ 7.6์ Tempering ์๊ฐ์ด ๊ฐ์ํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๊ฐ 100 MPa ์ด์ ์ฆ๊ฐ ํจ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. Tempering ์๊ฐ์ด
๊ฐ์ํจ์ ๋ฐ๋ผ Reduction of Area๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ค. 6 ์ฅ์์ ์ค๋ช ํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด, Spring ๊ฐ์ฌ์ Tempering์์ ๊ฐํ
Mechanism์ ์ฃผ๋ก ๋ฏธ์ธํ ฮต-Carbide (Fe2.4C)์ ์์ถ๋์ด๋ค. ์ด ๊ฒฐ๊ณผ์ ๊ธฐ์ดํ์ฌ ๊ทธ๋ฆผ 7.7์์ Step Tempering
๊ณผ ๋จ์ผ Tempering์ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ๋น๊ตํ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 7.7์ POSHIS120D ๊ฐ์ ๋จ์ผ Tempering๋ ์ํธ๊ณผ Step
Tempering๋ ์ํธ์ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. POSHIS120D์ Step Tempering ์กฐ๊ฑด์ SAE9254 ๊ฐ์ฌ์ Step
Tempering ์กฐ๊ฑด๊ณผ ๋์ผํ๋ค.
Tempering ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๊ณ Reduction of Area๊ฐ ๊ฐ์ํ๋ค. Step์ผ๋ก Tempering๋
์ํธ์์์ Reduction of Area๋ 5๋ถ ๋์ Tempering๋ ์ํธ๋ณด๋ค 40% ๋ ๋๋ค. Step์ผ๋ก Tempering๋ ์ํธ์
์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ 5๋ถ ๋์ ๊ฒฌ๋๋ ์ํธ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ณด๋ค ์ฝ๊ฐ ์ ๋ค. 1 ์ฐจ Tempering ์ฒ๋ฆฌ ์๊ฐ์ด 5๋ถ์ผ๋ก ์งง์ง๋ง
250โ ๋๋ 300โ์์ 10๋ถ๊ฐ ๋ ๋ฒ์งธ Tempering ์ฒ๋ฆฌ๋ฅผ ํ๋ฉด Reduction of Area๊ฐ 40%๊น์ง ํฅ์๋๋ค๋ ๊ฒ์
์ ์ ์๋ค. ๋ ๋ฒ์งธ Tempering ์จ๋์ ์ํฅ์ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ๊ณผ ๊ตฌ๋ณ๋ ์ ์์ผ๋ฉฐ SAE9254 ๊ฐ๊ณผ ์ ์ฌํ๋ค.
ํนํ, ๋จ์ฐจ ๋จ์กฐํ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ Tempering ๋จ์กฐํ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ 5๋ถ๊ฐ ๊ฑฐ์ ์ ์ฌํ๋ค๋ ๊ฒ์ด ์กฐ์ฌ๋์๋ค.
FIGURE 7.7: Mechanical properties of single tempered specimens (5 min.) and step tempered specimens of POSHIS120D spring steel. (a) Tensile strength and (b) Reduction of area
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 84/111
FIGURE 7.8: Mechanical properties of single tempered specimens for 5, 30 minutes and step tempered specimens of POSHIS120D spring steel. (a) Tensile strength and (b) Reduction of area
๊ทธ๋ฆผ 7.8์ POSHIS120D Spring ๊ฐ์ฌ์ 5๋ถ, 30๋ถ ๋ฐ Step Tempering๋ ์ํธ์ ๋ํ ๋จ์ผ Tempering ์ํธ์
๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๋ค์ ๋งํ๋ฉด, Step Tempering์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ๊ธ๊ฒฉํ ์ ํ๋ฅผ ์ต์ ํ๊ณ Reduction of Area
๋ฅผ ํฌ๊ฒ ๊ฐ์ ํ ์ ์๋ค. ๋ํ, SAE9254์ POSHIS120D ๊ฐ์ฌ์ ๊ธฐ์กด์ Tempering๋ Spring๊ณผ Step Tempered
Spring์ ํผ๋ก ํน์ฑ์ด ๊ทธ๋ฆผ 7.9์์ ๋น๊ต๋์๋ค. ๋ชจ๋ ์ํธ์ 980โ์์ 3๋ถ๊ฐ ๊ฐ์ด๋์๋ค. ๊ฐ์ด๋ ์ํธ์
์๋์ฐจ ์ฉ Suspension Spring์ ํํ๋ก ๊ฐ๊ฒจ์ ์ค์ผ๋ก Quenching์์ผฐ๋ค. ์ข ๋์ Spring์ 400โ์์ 30๋ถ
๋์ Tempering๋์๋ค. ๋ค๋ฅธ ํํธ, ๊ณ๋จ์ Spring์ 400โ์์ 5๋ถ๊ฐ, ์ด์ด์ 250โ์์ 10๋ถ๊ฐ Tempering๋
์๋ค. ๋ชจ๋ Spring์ Shot pinning๋์๊ณ ํผ๋ก์๋ช ์ ๋ํด ํ๊ฐ๋์๋ค. Spring์ ํผ๋ก์ํ์์ ์๊ตฌ๋๋ ์๋ ฅ์
SAE9254์ ๊ฒฝ์ฐ 1100 MPa์ด๊ณ POSHIS120D ๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ 1200 MPa์ด๋ค (๊ทธ๋ฆผ 7.9 ์ฐธ์กฐ). ์ข ๋์ Tempering๋
Spring ๋ฐ Step Tempering๋ Spring์ ํผ๋ก์๋ช ์ ๊ฑฐ์ ๋์ผํ๋ค. ๋ฐ๋ผ์ Step Tempering ์ฒ๋ฆฌ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ
๊ธฐ์กด์ Tempering์ ์ ๋ฐ๋ณด๋ค ์ ์ ์๊ฐ์๋ ๋ถ๊ตฌํ๊ณ ๊ธฐ์กด์ Spring์ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ด ํฅ์๋๊ณ ํผ๋ก์๋ช ์ด
๊ฐ์ํ์ง ์์๋ค.
FIGURE 7.9: Fatigue properties of conventional tempered spring and step tempered spring of SAE9254 and POSHIS120D steel.
7.3.2 ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง
๊ทธ๋ฆผ 7.10์ 350, 400 ๋ฐ 450โ์์ 5๋ถ ๋ฐ 30๋ถ ๋์ ๊ฐํ๋ SAE9254 ๊ฐ์ SEM ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง์ด๋ค.
SAE9254์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ ๋ณดํต MARTENSITE๋ฅผ Tempering ๋ง๋ค์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 7.11์ 350, 400 ๋ฐ 450โ์์ 5๋ถ
๋ฐ 30๋ถ ๋์ ๊ฐํ๋ POSHIS120D ๊ฐ์ SEM ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง์ด๋ค. ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก MARTENSITE๋ฅผ ์ฐํ
ํ์๊ณ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ ์ฐจ์ด๋ ๊ทธ๋ฆผ 7.10๊ณผ ๊ฐ์ด Tempering ์๊ฐ๊ณผ ๊ตฌ๋ณํ ์ ์์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, Tempering ์๊ฐ์ด
5๋ถ์์ 30๋ถ์ผ๋ก ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ, ๋ช๋ช ๊ตฌ์ํ๋ Carbide๊ฐ ํ์ฑ๋์๋ค. Step Tempering ์ฒ๋ฆฌ ํ, SAE9254์
POSHIS120D์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ ๊ทธ๋ฆผ 7.12์ ๊ฐ์ด ์ ํ์ ์ธ Tempering๋ MARTENSITE์๋ค. ๋จ์ผ Tempering๋
์ํธ๊ณผ Tempering๋ ๋จ์กฐ์ํธ ์ฌ์ด์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ ์ฐจ์ด๋ ๊ตฌ๋ณ๋ ์ ์๋ค.
๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ TEM ๊ธฐ๊ธฐ๋ก ์์ธํ ๋ถ์ํ ํ์๊ฐ ์๋ค.
7.3.3 ์์ถ ๊ฑฐ๋
๊ทธ๋ฆผ 7.13์ 350, 400 ๋ฐ 450โ์์ 5๋ถ ๋ฐ 30๋ถ ๋์ Tempering ํ SAE9254์ TEM ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง์ด๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 85/111
ฮต- Carbide (Fe2.4C)๋ ์ 6 ์ฅ์์ ์ค๋ช ํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด Tempering๋ MARTENSITE์์ ์กฐ์ฌ๋์๋ค. 450โ์
Tempering ์จ๋์์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ๋ฏธ์ธํ Fe2.4C Carbide๊ณผ ๊ตฌ์ํ๋ Cementite (Fe3C)๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์์ผ๋ฉฐ ๊ตฌ์ํ๋
Cementite์๋ถ์จ์ ์ฆ๊ฐํ๋ฉด์ ์ฆ๊ฐํ๋ค Tempering ์จ๋๋ 5 ~ 30๋ถ.
FIGURE 7.10: SEM micrographs of SAE9254 steel tempered for (a) 5 minutes and (d) 30 minutes at 350ยฐC, (b) 5 minutes and (e) 30 minutes at 400ยฐC and (c) 5 minutes and (f) 30 minutes at 450ยฐC.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 86/111
FIGURE 7.11: SEM micrographs of POSHIS120D steel tempered for (a) 5 minutes and (d) 30 minutes at 350ยฐC, (b) 5 minutes and (e) 30 minutes at 400ยฐC and (c) 5 minutes and (f) 30 minutes at 450ยฐC.
FIGURE 7.12: SEM micrographs of spring steels tempered at 400ยฐC for 5 minutes and subsequently at 250ยฐC for 10 minutes. (a) SAE9254 and (b) POSHIS120D
์ด๋ Fe2.4C ๊ฐ ๊ตฌ์ํ๋ Cementite๋ก ๋ฐ๋์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. ์ด๋ 450โ์์์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ๊ฐ์๊ฐ ๋ฏธ์ธํ Fe2.4C
์์ ๊ตฌ์ํ๋ Cementite๋ก ๋ฐ๋์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค. Tempering ์จ๋ 350โ ๋ฐ 400โ์์
MARTENSITE์ ์ฌ๋๋ธ์ Fe2.4C ๊ฐ ๋ฏธ์ธ Carbide๋ก ์์ฑ๋์์ง๋ง Fe2.4C ์ ์ผ๋ถ๊ฐ Tempering ์๊ฐ์ด 5๋ถ์
์ 30๋ถ์ผ๋ก ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ตฌ์ํ๋ Cementite๋ก ๋ฐ๋์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 7.14๋ 350, 400 ๋ฐ 450โ์์ 5๋ถ ๋ฐ 30๋ถ ๋์ ๊ฐํ๋ POSHIS120D์ TEM ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
POSHIS120D์ Fe2.4C Carbide๋ถํฌ๋ SAE9254 ๊ฐ์ฌ์ ์ ์ฌํ๋ค. Tempering ์จ๋ 350โ์ 400โ์์
MARTENSITE์ ์ด์ฒ๋ฆฌ์์ ์์ฑ๋ Fe2.4C Carbide๊ณผ Fe2.4C ์ ์ผ๋ถ๊ฐ Tempering ์๊ฐ์ด 5๋ถ์์ 30๋ถ์ผ๋ก
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 87/111
์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ตฌ์ํ๋ Cementite๋ก ๋ฐ๋์๋ค. 450โ์ Tempering ์จ๋์์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ๋ฏธ์ธํ Fe2.4C
Carbide์ ๊ตฌ์ํ๋ Cementite (Fe3C)๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์์ผ๋ฉฐ, ๊ตฌํํ๋ Cementite์๋ถ์จ์ 5๋ถ์์ 30๋ถ๊น์ง ์จ๋๋ฅผ
์ฆ๊ฐ ์ํด์ ๋ฐ๋ผ ์ฆ๊ฐํ๋ค. ๊ทธ๊ฒ์ Fe2.4C ์์ ๊ตฌ์ํ๋ Cementite๋ก ๋ฐ๋์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 7.15๋ SAE9254์ POSHIS120D์ TEM ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง์ผ๋ก 400โ์์ 5๋ถ๊ฐ, ์ด์ด์ 250โ์์ 10๋ถ๊ฐ
Tempering ํ ๊ฒ์ด๋ค. ๋ฏธ์ธํ Fe2.4C Carbide๊ฐ ๋จ์ผ Tempered ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง๊ณผ ๊ฐ์ MARTENSITE ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์
๊ฒฉ์์ ๋ถํฌ๋์ด ์์์ ์กฐ์ฌ ํ์๋ค. ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ์ ํ๋ ๊ฐํ ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ Fe2.4C ๋ก๋ถํฐ ๊ตฌ์ํ๋
Cementite์ ํ์ฑ์ ๊ธฐ์ธํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ์ธ๋์๋ค.
7.3.4 Step Tempering์์ ๋ณด๊ฐ Mechanism๋ถ์
๊ธฐ์กด Tempering๋ Spring์ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ํฅ์์ํค๊ธฐ ์ํด ์๋ก์ด Tempering ์ฒ๋ฆฌ ๊ณต์ ์ด ๊ฐ๋ฐ๋์๊ณ Step
Tempering์ผ๋ก ๋ถ๋ ค์ก๋ค. ์์ ์ฉ Spring์ ํต์์ ์ผ๋ก 30๋ถ ์ ๋ Temperingํจ์ผ๋ก์จ ์ฒ๋ฆฌ๋์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 1 ๋ฐ
๊ทธ๋ฆผ 2์ ๋์๋ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด, 7.5 ๋ฐ 7.8์ ๊ฒฝ์ฐ, ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ ๋จ์กฐ๋ ์ํธ์ Reduction of Area๋ 30๋ถ ๋์
๊ฐํ๋ ์ข ๋์ ์ํธ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of Area๋ณด๋ค ๋์๋ค.
FIGURE 7.13: TEM micrographs of SAE9254 tempered for 5 minutes at (a) 350, (b) 400 and (c) 450ยฐC, and for 30 minutes at (d) 350, (e) 400 and (f) 450ยฐC.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 88/111
FIGURE 7.14: TEM micrographs of POSHIS120D tempered for 5 minutes at (a) 350, (b) 400 and (c) 450ยฐC, and for 30 minutes at (d) 350, (e) 400 and (f) 450ยฐC.
FIGURE 7.15: TEM micrographs of spring steels tempered at 400ยฐC for 5 minutes and subsequently at 250ยฐC for 10 minutes. (a) SAE9254 and (b) POSHIS120D
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 89/111
๊ทธ๋ฆผ 7.16์ SAE9254์ Fe2.4C Carbide๊ณผ 400โ์์ 5๋ถ ๋ฐ 30๋ถ ๋์ ์ด์ฒ๋ฆฌ๋ POSHIS120D ๊ฐ ์ฌ์ด์
Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ ๋ํ๋ด๋ฉฐ 400โ์์ 5๋ถ๊ฐ, ์ด์ด์ 250โ์์ 10๋ถ๊ฐ Tempering๋๋ค (Step Tempering).
SAE9254 ๊ฐ์ ์์ด์, Fe2.4C Carbide์ Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ ๊ฐ๊ฐ 0.0386, 0.0383 ๋ฐ 0.038ใ์ด์๊ณ ,
POSHIS120D ๊ฐ์์ Fe2.4C Carbide์ Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ ๊ฐ๊ฐ 0.0354, 0.0364 ๋ฐ 0.0358 um์ด์๋ค.
Inter-Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ Tempering ์กฐ๊ฑด์ ๊ด๊ณ์์ด ๊ฑฐ์ ๋์ผํ๋ค. ์ด๋ Fe2.4C Carbide์ ์์ถ ๋ฐ๋ (Inter-
Particle ๊ฑฐ๋ฆฌ)๊ฐ ๋จ์ ์๊ฐ์ด ์ฆ๊ฐํ๋๋ผ๋ ํฌ๊ฒ ๋ณํํ์ง ์์์์ ์ ์ํ๋ค.
FIGURE 7.16: Inter-Particle distance between Fe2.4C carbide of SAE9254 and POSHIS120D steels tempered at 400ยฐC for 5 and 30 minutes, and tempered at 400ยฐC for 5 minutes and subsequently at 250ยฐC for 10 minutes (step Tempering).
๊ทธ๋ฆผ 7.17์ 400โ์์ 5๋ถ๊ฐ, ์ด์ด์ 250โ์์ 10๋ถ๊ฐ Tempering๋๊ณ , 400โ์์ 5๋ถ๊ฐ, 30๋ถ๊ฐ Tempering
๋ Spring ์ฉ๊ฐ์ ๋จ๋ฉด์ ์์์ ๊ฒฝ๋๋ถํฌ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. Step์ผ๋ก Tempering๋ ์ํธ์ ๊ฒฝ๋๋ 5๋ถ๊ณผ 30๋ถ ๋์
Tempering๋ ์ํธ ์ฌ์ด์ ์์น์์ผฐ๋ค. Tempering ์ค ์ฐํ๋ Fe2.4C Carbide์ ์์ถ, ์ฑ์ฅ ๋ฐ Fe2.4C ์์
๊ตฌ์ํ๋ Cementite๋ก์ ์ ํ๊ณผ ๊ด๋ จ์ด ์๋ค. 30๋ถ์์ Tempering๋ ์ํธ์ Reduction of Area์ ์ฆ๊ฐ๋ ์ฃผ๋ก
Fe2.4C ์์ ๊ตฌ์ํ๋ Cementite๋ก์ ์ ์ด์ ๊ด๋ จ์ด ์์ ์ ์์ผ๋ฉฐ, ๋ฐ๋ผ์ ๊ฒฝ๋๋ ๋ชจ๋ ์ํธ ์ค์์ ๊ฐ์ฅ
๋ฎ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, 5๋ถ ๋์ Tempering๋ ์ํธ์ ๊ฒฝ๋๊ฐ ๊ฐ์ฅ ๋์์ผ๋ฉฐ, Reduction of Area๋ ๋ชจ๋ ์ํธ ์ค์์
๊ฐ์ฅ ๋ฎ์๋ค. Tempering ์๊ฐ์ด ์ถฉ๋ถํ์ง ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ผ ์ ์๋ค. ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of Area๋ฅผ ๊ฐ์ ํ๊ธฐ ์
ํด ์๋ก์ด Step Tempering์ด ๊ฐ๋ฐ๋์๊ณ ๊ฒฝ๋๋ ์ฝ๊ฐ ๊ฐ์๋์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of Area๊ฐ
์ข ๋์ Tempering๋ ์ํธ๋ณด๋ค ๋ ํฅ์๋์๋ค. ์ด๋ ๊ตฌ์ํ๋ Cementite๊ฐ ํ์ฑ๋์ง ์์๊ณ Step Tempering์
์ 2 Step์ด ์ฐํ๋ฅผ ์ ๋ฐํ ์ ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ 5๋ถ ๋์ Tempering๋ ์ํธ๊ณผ Step์ผ๋ก Tempering๋
Carbide์ ๋งค์ฐ ๋ฏธ์ธํ ๋ถํฌ ๋๋ฌธ์ ์ํธ ์ฌ์ด์์ Fe2.4C Carbide์ ๋ถ์จ ๋ณํ๋ฅผ ๊ตฌ๋ณํ๋ ๊ฒ์ ์ฝ์ง ์์๋ค.
FIGURE 7.17: Hardness distribution in cross-sectional area of spring steels tempered at 400ยฐC for 5 minutes and
subsequently at 250ยฐC for 10 minutes ( ), tempered at 400ยฐC for 5 minutes ( ) and for 30 minutes ( ). (a) SAE9254 and (b) POSHIS120D
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 90/111
7.4 ๊ฒฐ๋ก
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๊ณ๋จ์ Spring ๊ฐ์ฌ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ Reduction of Area๊ฐ ์ฐ๊ตฌ๋์๋ค. Tempering ์กฐ๊ฑด (์๊ฐ ๋ฐ
Step Tempering)์ด ๋ณ๊ฒฝ๋จ์ ๋ฐ๋ผ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ฐ ์์ถ๋ ๊ฑฐ๋์ด ์กฐ์ฌ๋์๋ค.
๊ฐํ Mechanism์ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง๊ณผ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ ๋ณํ๋ฅผ ์ค๋ช ํ๊ธฐ ์ํด ๋ ผ์.
Step Tempered Spring์ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ ๊ธฐ์กด Tempered Spring๋ณด๋ค ํฅ์๋์์ผ๋ฉฐ ํผ๋ก์๋ช ์ ๊ฑฐ์ ๋์ผ.
๊ฐํ๋ ๋ฏธ์ธํ Fe2.4C Carbide์ ์์ถ๊ณผ Fe2.4C Carbide์์ ๊ตฌ์ํ๋ Cementite๋ก์ ์ ์ด ์ต์ ์ ๊ธฐ๋ฐ.
๋ค์ Step Tempering์ ๋ ๋ฒ์งธ Step๋ ์ฐํ๋ฅผ ์ ๋ํ๊ณ Fe2.4C์์ Cementite๋ก์ ์ ์ด๋ฅผ ์ต์ . ๊ทธ๋ฌ๋ 5๋ถ
๋์ Tempering๋ ์ํธ๊ณผ Step์ผ๋ก Tempering๋ ์ํธ ์ฌ์ด์์ Fe2.4C Carbide์ ๋ถ์จ ๋ณํ๋ฅผ ๊ตฌ๋ณํ๋ ๊ฒ์
์ฝ์ง ์์๋ค. Carbide์ ๋งค์ฐ ๋ฏธ์ธํ ๋ถํฌ ๋๋ฌธ. ๋ฏธ๋์๋ Step Tempering์ ์ต์ ํ์ Step Tempering์ ๋ ๋ฒ
์งธ Step์์์ ์์ถ๋ ๊ฑฐ๋์ ๋ํด ๋ ์์ธํ ์ฐ๊ตฌํ ํ์๊ฐ ์๋ค.
8 ๋ฑ์จ ๋ฐ ๋น ๋ฑ์จ ์ด์ฒ๋ฆฌ ์ค ๋์ ์ฐํ๊ฐ ์ผ์ด๋ Spring ๊ฐ์ ํํ Ferrite ๊น์ด ์์ธก
8.1 ์๊ฐ
์ด๊ฐ ์์ฐ ๊ณต์ ๋๋ ์ด์ฒ๋ฆฌ ๊ณต์ ์ค ๋๋๋ก ๊ฐ ํ๋ฉด์ ํํ์ด ๋ฐ์. ํํ๋ ๊ฐ์ ๊ฐ๋ ๋ฐ ํผ๋ก์๋ช ์ ์ ํ์
๊ฐ์ ๋ช ๊ฐ์ง ๋ฌธ์ ์ ์ ์ผ๊ธฐํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์, ํํ๋ ๊ฐ์ด Spring ๋๋ ๋ฒ ์ด๋ง๊ณผ ๊ฐ์ ๋ถํ์ ์ ์กฐํ๋๋ฐ ์ฌ์ฉ๋
๋, ํํ ๊น์ด๋ฅผ ์ต์ํํ ํ์๊ฐ ์๋ค. ์ด๋ฏธ ํํ๋ ์์ฌ๋ฃ๊ฐ ํํ ์ธต์ ์ ๊ฑฐํ์ง ์๊ณ ์ฝ์ผ Spring์ผ๋ก ๊ฐ๊ณต
๋ ๋, ์ฝ์ผ Spring์ ์ต์ข ์์ฑ๋ฌผ์ ์ต์ ์ ์ผ๊ธํ์ ์กฐ๊ฑด์ ์๋๋ค[137].
์ผ๋ฐ์ ์ธ ์ด๊ฐ ์์ฐ ๊ณต์ ์ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก Billet ์ฌ๊ฐ์ด, ์ด๊ฐ ์์ฐ, ๋ง๋ฌด๋ฆฌ ์์ฐ, ๋๊ฐ ๋ฐ ์ฝ์ผ๋ง๊ณผ ๊ฐ์ ๋ช ๊ฐ์ง
์ฃผ์ Step๋ฅผ ํฌํจํ๋ค. ์ด Step์์ ํญ์ ๋ฐ์ํ๋ ๋ ๊ฐ์ง ์ค์ํ ํ์, ์ฆ ์ฐํ ๋ฐ ํํ์ด ์๋ค. ์ด๋ฌํ
๊ณต์ ์ ์ฌ ๊ฐ์ด๋ก, ์ด๊ฐ ์์ฐ, ๋๊ธฐ ์ค ํฉ์ญ ๋ฐ ๋ง๋ฌด๋ฆฌ, ๊ณต๊ธฐ ๋๊ฐ ์ค ๋์์ ๋ฐ์. ํนํ, ์ฌ๋ฃ์ ํ๋ฉด ์ธต์์
์ ํ์ ์์ค์ ๊ณ ํ์๊ฐ ์์ฐ์์ ๊ฐ์ฅ ์ค๋๋๊ณ ์๊ตฌ์ ์ธ ๋ฌธ์ ์ค ํ๋. ์ธ์ฅ๊ฐ๋, ๊ฒฝ๋, ํผ๋ก์ ํญ ๋ฑ๊ณผ
๊ฐ์ ๋ช ๊ฐ์ง ์ฌ๋ฃ ํน์ฑ์ ์ฃผ๋ก ํ์ํจ๋์ ๋ฐ๋ผ ๋ฌ๋ผ์ง๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ํํ์ ์ฌ๋ฃ ํน์ฑ์ ํฌ๊ฒ ์ํฅ. ํ๋ฉด์์
ํํ์ด ํญ์ ๋ฐ์ํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ํ๋ฉด์ ์ต๋ ์๋ ฅ์ด ๋ฐ์ํ๋ ๋ชจ๋ ์ ์ฉ์ด ํฌ๊ฒ ์ํฅ์ ๋ฐ๋๋ค. ํํ์ผ๋ก ์ธํ
ํ๋ฉด์ ๋ถ๋ํ ์ฌ๋ฃ ํน์ฑ์ ํ๋ฉด์ ๊ตญ๋ถ์ ์ธ ํ๊ดด๋ฅผ ์ด๋ํ ์ ์์ผ๋ฉฐ, ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ผ๋ก ์ ์ฒด ๋ถํ์ ํ์์ ์ด๋.
ํํ ์ธต์ ํญ์ ๊ธฐ๋ณธ ์ฌ๋ฃ ๊ธฐ์ง๋ณด๋ค ์ฐํ. ์ฐํ ํ๋ฉด์ ๊ฐ์ง ๋ฌผ์ง์ Shot pining์ด ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์ ํ๋ฉด์ ๊ฒฝ์ง
์ธต์ด ์๋ ๋ฌผ์ง์ ํจ๊ณผ๋งํผ ์ข์ง ์๋ค. ์ด๋ค ๊ฒฝ์ฐ์๋ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ํ๋ฉด ์๋ ์๋ฐฑ ๋ฏธํฌ๋ก ์ Ferrite๋ก ๋จ์์๋
๋ฐ๋ฉด ๊ธฐ์ง์ ๋๋จธ์ง ๋ถ๋ถ์ ๋์์ธ์์ ์๊ตฌํ๋ ๋๋ก MARTENSITE๋ฅผ ์ฐํํ๋ค. ์ด ์ํฉ์์ Shot pining์
ํจ์จ์ฑ์ ํฌ๊ฒ ๊ฐ์ํ๋ค.
Shot pining Mechanism[138] ์ ์ฌ๋ฃ์ ํ๋ฉด์ ์์ถ ์๋ฅ ์๋ ฅ์ด ํ์ฑ ๋์๊ธฐ ๋๋ฌธ. ์์ถ ์๋ฅ์๋ ฅ์ ์ผ๋ฐ์ ์ผ
๋ก ์ธ๋ถ ํ์ ์ํด ๊ตฌ์ฑ ์์์ ์ธ์ฅ์๋ ฅ์ ๊ฐ์ ์ํค๋ฏ๋ก ์ฌ๋ฃ์ ํผ๋ก์๋ช ์ ์ฆ๊ฐ. ๋ํ, ์์ถ์๋ ฅ์ด Shot
pining ์ ์ํด ํ๋ฉด ๋ฐ ํ๋ฉด ์๋์ธต์ผ๋ก ์ ์ ๋จ์ ๋ฐ๋ผ ํผ๋ก๊ท ์ด์ด ์์ถ ์์ญ์์ ์ฝ๊ฒ ๋ฐ์ํ์ง ์์ผ๋ฉฐ ๋ฐ๋ผ
์ ํผ๋ก๊ฐ๋๊ฐ ํฅ์. ํํ ์ธต์ด ์กด์ฌํ ๋, ์ด ์ธต์ ๋ณด๋ค ์ฐ์ง์ด๋ฉฐ ์ฝ๊ฒ ์์ฑ ๋ณํ. ์ด ๋ถ๋๋ฌ์ด ์ธต์ ๊ตญ๋ถ์
์ธ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๊ฐ ๋ฎ๊ณ ํญ๋ณต๊ฐ๋๊ฐ ๋ฎ๋ค. ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ผ๋ก, ์์ฑ ๋ณํ๋ ์ด ์ธต์ ์ ์ ํ ๊ฐ๋ ๋ฐ ๋ด๊ตฌ์ฑ์ ์ ๊ณตํ๋
๋ฐ๋์งํ ์๋ฅ์๋ ฅ์ ๋ฐ์์ํค๋ ๋ฅ๋ ฅ์ด ๋ถ์กฑ.
FIGURE 8.1: Optical micrographs of Ferrite decarburization layer of as-quenched SAE 9254 spring steel after heating. (a) non-existence of Ferrite decarburization layer and (b) decarburized Ferrite layer.
SAE 9254 Spring ๊ฐ์ฌ์ ์ ํ์ ์ธ ํํ ์ธต์ ๊ทธ๋ฆผ 8.1๊ณผ ๊ฐ์ผ๋ฉฐ ํํ๋ Ferrite ์ธต์ด ์์ฑ. ์์ํ Ferrite ๊ณ
ํ๋ฉด ์ธต์ ์ด์ ๋ ํ์ํจ๋์ด Fe-C์ ๋ํด 0.022%๋ก ์๋ ค์ ธ ์๋ Ferrite์ ๊ณ ์ฉ๋๋ฅผ ๋ฐ๋๊ณ ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค.
ํํ์ ํผํ๋ ค๋ฉด ๋ฌผ๋ฆฌ์ Mechanism์ ์กฐ์ฌํ๊ณ ํํ์ ์ฃผ ์์ธ์ ํ์ธํ๋ ๊ฒ์ด ์ค์.
์ฌ๊ฐํ ํํ์ ์ฃผ์ ์์ธ์ด ์๋ ค์ง ๊ฒฝ์ฐ, ์ฒ ๊ฐ ์์ฐ ๊ณต์ ์ค ํํ ๋์ ์ค์ด๊ธฐ ์ํ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๊ฐ๋ฐํ ์ ์๋ค.
์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก Furnace์ ๋ถ์๊ธฐ ์ ํ, ๋ชจ๋ ์์ฐ Step์ ์ด ์ํ ๋ฐ ์ฌ๋ฃ์ ํํ์ ์กฐ์ฑ๊ณผ ๊ฐ์ ํํ ๋ฐ ์ฐํ์
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 91/111
์ํฅ์ ์ค ์ ์๋ ๋ง์ ์์๊ฐ ์๋ค. ์ผ๊ธ ๊ณต์ ์ ๋ณต์กํ๊ณ ์จ๋, ๋๊ธฐ, ฮฑ / ฮณ ๋ณํ, ํ๋ฉด์ ํํ, ํฉ๊ธ ์กฐ์ฑ ๋ฑ
๊ณผ ๊ฐ์ ๋ง์ ์์ธ์ ์ํด ์ํฅ[139-141]
์ฐํ์ ํํ ์ฌ์ด์ ์ํธ์์ฉ์ ์ดํดํ๊ธฐ ์ํด ์ปดํจํฐ ๋ชจ์ฌ ๋งค์ฐ ์ ์ฉํ ์ ์์ผ๋ฉฐ ๋ณต์กํ๊ณ ๋๋ก๋ ๋ฐ ์ง๊ด
์ ์ธ ๊ฒฐ๊ณผ์ ํด์์ ๋์ธ ์ ์๋ค. ๋ชจ์ฌ๋ ์ข ์ข ์คํ์ ์กฐ์ฌ๋ณด๋ค ์ ๋ ดํ๊ณ ๋น ๋ฅด๋ฉฐ, ๋ง์ ๊ฒฝ์ฐ ์คํ์ค ๋ฐ ์ฐ์
์กฐ๊ฑด์์์ ๋ฌผ์ง์ ๊ฑฐ๋์ ๋ํ ์ถ์ธ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ์ ๋์ ์ ๋ณด๋ ์ ๊ณต. ์ด๋ฌํ ๋งฅ๋ฝ์์ ํํ ๊ณผ์ ์
์ฐ๊ตฌํ๊ธฐ ์ํ ๋ช ๊ฐ์ง Model์ด ๊ฐ๋ฐ[143-146]
Verhoeven์ ํํ์ ์ํด Hypereutectoid Fe-C ํฉ๊ธ์์ Ferrite ๋ฐ Austenite ์ธต ํ์ฑ์ ๋์ญํ์ ์์ธกํ๋
Model์ ์ ์. ์ด Model์ ๋ค๋ง์ค์ฟ ์ค ๊ฐ ์นผ์ ํํ ๊ฑฐ๋์ ๋ถ์ํ๊ธฐ ์ํด ์ฌ์ฉ๋์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, Verhoeven์
Model์ ์ฐํ ์์ด ๋ฑ์จ ๊ฐ์ดํ๋ ๋์ Fe-C ์ํ๋์ Acm๋ณด๋ค ํ์ ์กฐ์ฑ์ด ํฐ ๊ณผ๊ณผ ๊ฐ์ ๊ฐ์ ์ ์ผํ ํํ
์กฐ๊ฑด ํ์์ ์ ์ฉ๋์๋ค. Nomura ๋ฑ์ Spring ๊ฐ์ Ferrite ํํ ๊น์ด๋ฅผ ์์ธกํ๋ Model์ ๋ฐํํ๋ค[148].
๊ทธ๋ค์ ์ฐํ๊ฐ ์๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ๊ณ Ferrite ํํ ๊น์ด๋ฅผ ์์ธกํ๊ธฐ ์ํด ๊ทผ์ฌ ๋ฐฉ์ ์์ ์ฌ์ฉํ์๋ค. Li ๋ฑ์ ๋์
ํํ ๋ฐ ์ฐํ ๋์ญํ์ ๊ธฐ์ ํ๋ ๊ฐ๋จํ ํตํฉ ๋ชจ๋๋ฅผ ๊ฐ๋ฐ[149]. ํํ Model์ vacancy exchange Mechanism
๊ณผ Random walk theory ์ ๊ทผ๊ฑฐํ๊ณ ํ๊ท ์ ๊ณฑ ํ์ฐ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ก ๊ทผ์ฌํ๋๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ํํ ๊ณผ์ ์์ ๋ฐ์ํ๋ ํ์
๋๋ ํ๋กํ์ผ์ ๊ณ ๋ ค๋์ง ์์๋ค.
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ ๊ฐ์ ํํ์ฑ๋ถ ๋ฐ ๊ฐ์ด์กฐ๊ฑด์ด Ferrite ํํ ๊น์ด์ Scale์ ๋๊ป์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์ ์ด์ ์ ๋๊ณ ์๋ค.
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ปดํจํฐ ๋ชจ์ฌ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์ ๋ณํ ๋ฐ ํ์ฐ ๊ณ์ฐ์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ํ ๊ฐ์ฌ์ ๊ฒฐํฉ ์ธต ์ฑ์ฅ ๋ฐ ํํ์
๋ํ ๊ฐ์ ํํ์ ์กฐ์ฑ์ ์ํฅ ๋ฐ ์ ํ์ ์ธ ์ฐ์ ์กฐ๊ฑด์์์ ํํ ํ์์ ๋ํด ์กฐ์ฌ. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋
Dilatometer ๋ฐ TGA์์ ์ป์ ์คํ ๋ฐ์ดํฐ๋ฅผ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก Si๊ฐ ํ๋ถํ Spring ๊ฐ์ฌ์ ํํ ๊ฑฐ๋์ ์ด๋ก ์ ๋ฐ
์์น์ ์ผ๋ก ์กฐ์ฌ.
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์ ๋ชฉ์ ์ ๊ณ ์จ์ ์ค๋ฆฌ์ฝ Spring ๊ฐ์ฌ๋ฅผ ์ฌ ๊ฐ์ด ๋ฐ ๋๊ฐํ ๋ ์ฃผ๋ณ ๋๊ธฐ์์ ํํ ๊ณผ์ ์ ์กฐ์ฌํ๊ณ
์ด ์ฌ์ดํด์ด ํํ ๊ฑฐ๋์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์ ํ์ธํ๋ ๊ฒ์ด๋ค.
๋ชจ์ฌ ๊ฒฐ๊ณผ์ ํ๋น์ฑ์ ์คํ์ ์ผ๋ก ํ์ธ.
8.2 ํํ ๋ฐ ์ฐํ Mechanism
์ด ๋ ๊ฐ์ง ๋์ ์งํ ๊ณผ์ ์ด ์งํ๋๋ ๋์ ์ฐํ๋ฌผ Scale ์ฑ์ฅ์ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ํํ๋ ๊ธ์์ ์ผ๋ถ๋ฅผ ์๋นํ๋ฏ
๋ก ์ต์ข ์ ์ผ๋ก ๊ด์ฐฐ๋ ํํ ๊น์ด๊ฐ ๊ฐ์ํ๋ค๋ ๊ฒ์ ์ธ์ํ๋ ๊ฒ์ด ์ค์.
ํ๋ฉด์ ๊ธฐ์ฒด - ๊ณ ์ฒด ํํ ๋ฐ์์ ํํ ๊ณต์ ์ด ์ ๋ถํผ๋ก ํ์ฐ ์ ์ด๋๊ธฐ์ ์ถฉ๋ถํ ๋น ๋ฅด๋ค๊ณ ๊ฐ์ . ์ฆ, ์ฐํ๋ฌผ ์ธต
์ ํํ ๊ณต์ ์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น์ง ์๋๋ค๊ณ ๊ฐ์ . ์ ์๋ Model์์ ํต ์์ฑ์ ์ด๊ธฐ Step๋ก ๊ฐ์ฃผ๋์ง ์๋๋ค.
Model์ ์ธ๋ถ ์ฐํ๋ฌผ ์ธต๊ณผ ๋ด๋ถ ๊ณ ๊ฐ๋ Ferrite ์ธต์ผ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋ ๊ฒฐํฉ ์ธต์ ์ฑ์ฅ์ ๊ธฐ์ .
8.2.1 ์ฐํ
๊ณ ์จ์์์ ๊ฐ์ ์ฐํ๋ ๋งค์ฐ ์ผ๋ฐ์ ์ธ ํ์์ด๋ค. ์ฐํ ๋ฐ์์ ๋๋ ฅํ ๋ฐ ์ฐํ ์์ฑ๋ฌผ์ ์์ ์ฑ์ ์ฐํ๋ฌผ ํ์ฑ
์์ ๋ฐ ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ผ๋ก ๊ฐ ์กฐ์ฑ์ ์ ํ์ ํฌ๊ฒ ์์กดํ๋ค. ๊ธฐ๋ณธ์ ์ผ๋ก ๋ ธ์ ์ฐํ๋ถ์๊ธฐ์์๋ ์ฐํ์ฒ Scale์ด ํ์ฑ
๋์ด ์ฑ์ฅ. Scale - ๊ธ์ ๊ณ๋ฉด์์, ํ์๋ ๊ทธ๋ฆผ 8.2์์ ๋ณด์ฌ์ง๋ ๋ฐ์์ ์ํด ์ผ์ฐํํ์๋ฅผ ํ์ฑํ๊ธฐ ์ํด
Scale๊ณผ ์ํธ ์์ฉํ๋ค. ์ด ๋ฐ์์ ์ผ์ฐํํ์ ๋ฐ์ ์์ฑ๋ฌผ์ด Scale์ ํตํด ๋น ์ ธ ๋๊ฐ๋ ๊ฒฝ์ฐ์๋ง ์งํ๊ฐ๋ฅ.
๋ค๊ณต์ฑ Scale์ด ์์ฑ๋๋ฉฐ, ํนํ ์ฐ์ ์กฐ๊ฑด์์ ์์ฑ๋๋ฉฐ ์ผ์ฐํํ์ ์ ๊ฑฐ๋ ๋ฌธ์ ๊ฐ ๋์ง ์๋๋ค.
FIGURE 8.2: Mechanisms of decarburization of plain carbon steel with simultaneous scaling.[151]
์ ์จ (โ 500โ)์์ ํฉ๊ธ์ Fe3O4 ๋ฐ Fe2O3๋ก ๊ตฌ์ฑ๋ ์ธต๊ณ๋ฅผ ํ์ฑํ๋ค. 1 ๊ธฐ์ ์ฐ์ ์ค 500โ์์ 0.1, 0.5 ๋ฐ
1.0 wt. % C๋ฅผ ํจ์ ํ๋ Fe-C ํฉ๊ธ์ ์ฐํ๋ Caplan ๋ฑ์ [152]์ ์ํด ์ฐ๊ตฌ๋์๋ค. Pearlite ์์ ํ์ฑ๋๋
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 92/111
๋ณด๋ค ๋ฏธ์ธํ ์ ์ Fe3O4 ์ธต์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ก์, Annealing๋ ํฉ๊ธ์ ๋ํ ๋จ์ผ ์ Ferrite๋ณด๋ค Pearlite ์ฝ๋ก์ด๋๋ณด๋ค
์ฐํ๋ฌผ Scale์ด ๋๊ป๊ฒ ์ฑ์ฅํ๋ค๋ ๊ฒ์ด ๋ฐ๊ฒฌ. ๋๊ฐ ๊ฐ๊ณต๋ ํฉ๊ธ์ ์ด์ฒ๋ฆฌ๋ ํฉ๊ธ๋ณด๋ค ํจ์ฌ ๋นจ๋ฆฌ ์ฐํ๋๋ค.
์ด๋ค ํฉ๊ธ์ ๋ํด์๋ ์นจํ ๋๋ ํํ์ ๊ด์ฐฐ๋์ง ์์๋ค. ์ด๋ C๊ฐ Fe3O4 ์ธต์ ๋ด๋ถ๋ฅผ ํตํด ํ์ฐ๋๊ณ Fe3O4
๋ฐ Fe2O3 ์ธต์ ์ธ๋ถ ๋ถ๋ถ์ ์ฑ๋ ๋ฐ ๊ธฐ๊ณต์ ํตํด ๋น ์ ธ ๋์ CO๋ก ์ฐํ๋๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ฐ์ ๋์๋ค.
500โ ์ด์์ ์จ๋์์ ๊ณต๊ธฐ ์ค์ ๊ฐ๋ฐ๋ Scale์ ๊ทนํ ์์ ์ต ์ธ๊ณฝ ์ ์ฒ ๊ด ์ธต, ์์ ์ค๊ฐ ์์ฒ ๊ด ์ธต ๋ฐ
๋๊บผ์ด ๋ด๋ถ wรผstite layer[167]. ์ฐํ์์ ์ด๋ฌํ ๋น์จ์ ํ์ฐ์์ ์ฒ ์ ํ์ฐ๊ณ์๊ฐ Magnetite๋ณด๋ค ํจ์ฌ ํฌ๊ณ
์ฐํ ์ฒ ์ธต์ ํตํ ์ฐ์ ๋ฐ ์ฒ ์ ํ์ฐ์ด ๊ทนํ ๋๋ฆฌ๋ค๋ ์ฌ์ค์ ๋ฐ์ํ๋ค. ๊ณ ์จ์์์ ์ฐํ๋ ๊ฐ ๊ณต์ ์ค
์ฌ ๊ฐ์ด ์กฐ๊ฑด์์ ์ ํ์ ์ผ๋ก ์๋นํ ํํ์ ์ผ๊ธฐํ ์ ์๋ค. ์ด๋ ๊ตฌ์ฑ ์์์ ์์ฑ์ ํฐ ์ํฅ์ ์ค ์ ์๋ค.
์ด์ฒ๋ฆฌ๋ ๊ฐ์ฌ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ ์ฃผ๋ก ํ์ํจ๋์ ๋ฌ๋ ค ์๋ค. ๊ตฝํ ์ ๊ตฌ์ฑ ์์์ ์ต๋์๋ ฅ์ ํ๋ฉด์์ ๋ฐ์ํ๋ค.
๋ถ๋ช ํ, ๊ตฝํ ์๋ ฅ์ ์ญ์ ์ํค๋ ๊ฐ์ฌ์ ๊ณผ๋ํ ํ๊ดด๊ฐ ํผํด์ผ ํ๋ ๊ฒฝ์ฐ, ๋ช ์๋ ํ์ํจ๋์ ๋ถํ์ ํ๋ฉด์ธต
๋ด์์ ์ ์ง๋์ด์ผ ํ๋ค.
8.2.2 ํํ
ํํ์ ๊ณต์๋ฌผ ํ๋ฉด์์ ํ์์์๊ฐ ์์ค๋์ด ํ๋ฉด ์๋ ๋ค๋ฅธ ์ผ๋ถ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ณด๋ค ํ์ํจ๋์ด ๋ฎ์ ํ๋ฉด์ ์์ฑํ
๋ค. ๊ฐ์ฌ์ ํํ ๋ฐ์์ ์ ์๋ ค์ ธ ์๋ค. ํํ ํ์์ ๋๊ฐ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ ๋ฐ์๊ณผ ํจ๊ป ์ฝ 700โ ์ด์์ ์จ๋์
์ ๋ฐ์ํ๋ค[137].
๋ฐ์์ด ์ผ์ชฝ์์ ์ค๋ฅธ์ชฝ์ผ๋ก ์งํ๋ ๋, ํํ์ ๊ทธ๋ฆผ 8.2์ ๊ฐ์ด ์ผ์ด๋๋ค. ๊ฐ ํํ ์ค์ ์ผ์ด๋๋ ํ์๋ถ์์
Process ๋ฐ์ ์๋๊ฐ ๊ทผ๋ณธ์ ์ผ๋ก ๋ค ๊ฐ์ง ๋ฐ์ ์๋์ ๋ฌ๋ ค ์๋ค๋ ๊ฒฐ๋ก ์ ์ด๋์ด ๋ธ๋ค.
(i) Bulk๋ก๋ถํฐ ํ์ ํ๋ฉด์ผ๋ก์ ๊ฐ ํ๋ฉด์ผ๋ก์ ํ์ฐ
(ii) ๊ฐ ํ๋ฉด์์ ๊ธฐ์ฒด ํก์ฐฉ (์์ฆ๊ธฐ ๋ฐ ์์)
(iii) ํ์์ ์ฐํ
(iv) ์ฐํ์ฒ ์ ํ์ฑ.
์ด๋ฌํ ๋ชจ๋ ๊ณต์ ์ ์ด์ ์ผ๋ก ํ์ฑํ๋๋ฉฐ ์จ๋๊ฐ ์์นํ๋ฉด ๊ฐ์
8.3 ์ํ์ Model
8.3.1 ์ฐํ Model
๋ฌผ๋ฆฌ ํํ์ ๋ณํ์ ๋ด๋นํ๋ Mechanism์ ์ฐํ์จ (๊ณต๊ฒฉ์ ์ธ ํ๊ฒฝ์์ ๋ ธ์ถ ์๊ฐ๊ณผ ๊ด๋ จํ์ฌ ํ์ฑ๋ ์ฐํ๋ฌผ
์ ์ง๋ ๋ณํ)์ ๋ฐ๋ผ ๋ Step๋ก ๋๋ ์ ์๋ค. ์ฐํ์๋๋ ์ ํ์ด๋ฉฐ ํ์ Step๋ ์ฐํ์จ์ด ํฌ๋ฌผ์ ๋ฎ์ ๊ฐ์
๋ฐ๋ฅธ๋ค[153]. ์ ํ ๊ฑฐ๋์ ์งง์ ์๊ฐ ๋์ ์์ ์ฐํ๋ฌผ ์ธต์ด ํ์ฑ๋ ๋๊น์ง ์ง์๋๋ค. ์ด Step์์ ๊ด์ฐฐ๋
์ค์ ์๋๋ ์ฐํ ์ข ์ ๋ฐ๋ผ ๋ค๋ฅด๋ค. ๋ํ Scale - ๊ฐ์ค ๊ณ๋ฉด์์ ์ผ์ด๋๋ ํํ ๋ฐ์์ ์๋ ๋๋ ๊ธฐ์์
ํตํ ๋ฐ์ ํ๋ฉด์ผ๋ก์ ์ฐํ ์ข ์ ์์ก ์๋์ ์ํด ์กฐ์ ๋๋ค. ์ ์๋ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก Scale ํ๋ฉด์ ์ฐํ ํํ ์ข ์
ํก์ฐฉ ์๋ ๋ฐ ์์ ์ธต ์ฐ์์ ์ฐํ๋ฌผ ์ธต์ผ๋ก์ ๊ฒฐํฉ์ผ๋ก ํด์๋๋ค.
Petit๊ณผ Wagner [154]์ ์ํด ๋ฐ๊ฒฌ๋ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด Scale์ด ์ผ์ ํ ๋๊ป์ ๋๋ฌํ๋ฉด ์ฐํ Mechanism์ด ๋ณํ๊ณ
์ฐํ ์๋๋ ์ฐํ ์ธต์ ํตํด (๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๊ธฐ์์ ํตํ์ง ์๊ณ ) ์ด์จ ์ข ์ ํ์ฐ์ ์ํด ์ ์ด๋๊ธฐ ์์ํ๋ค. ๊ฒฐ๊ณผ์
์ผ๋ก Scale์ ์ฑ์ฅ๋ฅ ์ ๋ ธ์ถ ์๊ฐ์ ํฌ๋ฌผ์ ํจ์์ด๋ค. Wagner[155] ๋ Parabolic ์ฐํ๊ฐ ์๊ฒฉํ๊ฒ Scale์
ํตํ ๊ธ์ ์ด์จ ๋ฐ ๊ณต๊ณต์ ํ์ฐ์ ์ํด ์ ๋๋๊ณ ๊ธ์ - ์ฐํ๋ฌผ ๋ฐ ์ฐํ๋ฌผ - ๊ธฐ์ฒด ๊ณ๋ฉด์์์ ํํ์ ํํ์ด
์ฐํ ๊ณผ์ ์ค์ ์ ์ง๋๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ค. ์ฒ ์ฐํ๋ฌผ์์ ์ฒ ์ ์๊ธฐ ํ์ฐ๊ณ์์ ๊ดํ ์ฐ๊ตฌ๋ ์ฒ ์ฐํ๋ฌผ์ ์ฑ์ฅ์
์ฒ ๊ทผ ์ด์จ์ ์์ด์จ ํ์ฐ์ ์ํด ์ข์ฐ๋๋ค๋ ๊ฒ์ Wagner์ ๊ฐ์ ์ ๋ฐ๋ผ ๋ํ๋๋ค(156,157).
๊ธ์ ๋ฐ ํฉ๊ธ์ ์ฐํ ๊ฑฐ๋์ ์์์ ์ธ๊ธ ํ ๋ง์ ๋ฌธํ [158,159]์์ ๋ฐํ์ก๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ์ด ์ฐ๊ตฌ์์ ์ฌ์ฉ๋
์ฐํ ๋์ญํ์ ๊ฒฐ์ ํ๊ธฐ ์ํ ๊ด๋ จ ๋์ญํ์ ๋ฐฉ์ ์๊ณผ ์๋ฆฌ์ ๋ํ ๊ฐ๋ตํ ์์ฝ์ ์๋์ ์ ์. ์๊ฐ์ ํจ์๋ก
์ ์ง๋ ์ฆ๊ฐ (์ ํ์ ์ผ๋ก ํ๋ฉด์ ์ผ๋ก ์ ๊ทํ๋๊ณ mg / cm2๋ก ์ฃผ์ด์ง)๋ ์ ํ, ํฌ๋ฌผ์ , ๋ก๊ทธ ๋๋ ์ ๋ฐฉ ๊ด๊ณ๋ฅผ
๋ฐ๋ฅผ ์ ์์ผ๋ฉฐ ์ด๋ฌํ ํ๋์ ๋ค์ํ ๊ธ์ ๋ฐ ํฉ๊ธ์ ๋ํด ์ง๊ณ๋์๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ฐํ ๋๋ ฅํ์ ๋ํ ์๋
๋ฒ์น์ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ์ฃผ์ด์ง๋ค.
์ฌ๊ธฐ์ (W / A)๋ ์๊ฐ t์์์ ๋จ์ ๋ฉด์ ๋น ๋ฌด๊ฒ ์ฆ๊ฐ๋์ด๊ณ , K๋ ์๋ ์์์ด๊ณ , n์ ์์ ์๊ฐ ์ง์์ด๋ค.
์๋ ์์, K (T)๋ ์จ๋ ์์กด ์๋ ์์(๋ฑ์จ ์คํ์ ๋ํ ์ผ์ ๊ฐ)์ด๋ฉฐ ๋ค์์ ์ฃผ์ด์ง Arrhenius ๊ด๊ณ๋ฅผ
๋ฐ๋ฅธ๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 93/111
์ฌ๊ธฐ์ K0๋ Pre-exponential factor, R์ ๊ธฐ์ฒด ์์ (8.314 J/ mol /K), T๋ ์ ๋ ์จ๋ (K), ฮEฮฑ๋ ํ์ฑํ ์๋์ง.
ํ์ฑํ ์๋์ง๋ 1/T ๋ ln (K) Plot ๊ธฐ์ธ๊ธฐ๋ก๋ถํฐ ๊ฒฐ์ .
๋ง์ ์คํ[160] ์์ ๊ฐ ๊ธฐํ์์ ์ฐํ๋ฌผ ์ธต์ ์ฑ์ฅ์ด ์กฐ์ฌ. ๋๊ธฐ์ ์ข ๋ฅ์ ์ฐ์์ ์ธ ์ฐ์ ๊ณต๊ธ๋์ ๋ฐ๋ผ ์ ํ
๋๋ ํฌ๋ฌผ์ ์ฑ์ฅ ๋ฒ์น์ด ๊ด์ฐฐ๋์๋ค. ์ฐํ๋ฌผ์ ์ฑ์ฅ์ ๊ธ์ ํ๋ฉด์์์ ํํ ๋ฐ์์ ์๋ ๋๋ Scale ํ๋ฉด์
์ ์ฐํ ์ข ์ ํก์ฐฉ ์๋ ๋ฐ ์์ ์ฐ์์ ๊ฒฐํฉ์ ์ํด ์ ์ด๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ฐํ์ ์ด๊ธฐ Step๋ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ ํ
์ฑ์ฅ ์๋ ๋ฒ์น์ ๋ฐ๋ฅธ๋ค. ์ฐํ๋ฌผ ์ธต์ด ์ผ์ ํ ๋๊ป์ ๋๋ฌํ๋ฉด ์ฐํ Mechanism์ ์ด์จ ์ธต์ด ์ฐํ๋ฌผ ์ธต์ ํต
ํด ํ์ฐ์ ๋ฐ๋ผ ์ ์ด๋์ด ํฌ๋ฌผ์ ์ฑ์ฅ ์๋๋ฅผ ์ ๋. ์ฐํ๋ฌผ Scale์ด Ferrite ์ธต ์๋ก ์ฑ์ฅํจ์ ๋ฐ๋ผ, ํ๋ถ์
Tempering๋ MARTENSITE์ ํ์ ์ค์๋ ์ฐํ ์๋์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น์ง ์๋๋ค.
8.3.2 ํํ ์ฐํ Model
8.3.2.1๋ฑ์จ ์ด์ฒ๋ฆฌ Model
์ฒ ๊ธฐ์ง์์ ๊ฐ์ง ํ์์ ํ์ฐ์ ๋ํ ๊ธฐ๋ณธ ์ง๋ฐฐ ๋ฐฉ์ ์์ Fick์ ๋ ๋ฒ์งธ ๋ฒ์น์ผ๋ก ์๋ ค์ ธ ์๋ค[161].
์ฌ๊ธฐ์ D๋ ํ์ฐ๊ณ์๊ณ , C๋ ๋๋์ด๋ค. t์ x๋ ๊ฐ๊ฐ ์๊ฐ๊ณผ ์์น์ด๋ค.
ํ์ฐ๊ณ์๊ฐ ์ผ์ ํ๊ณ ์กฐ์ฑ๋ฌผ๊ณผ ๋ฌด๊ดํ๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ฉด ์ (4)๋ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ๋จ์ํ.
์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก, ํ์ฐ๊ณ์ D๋ ํํ๋ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ์จ๋์ ์์กดํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์๋ ค์ ธ ์๋ค
์ฌ๊ธฐ์ D0๋ ์จ๋์ ๋ฌด๊ดํ ์ ์ง์ ํจ์, Q๋ ํ์ฑํ ์๋์ง, R์ ๊ธฐ์ฒด ์์, T๋ ์ ๋ ์จ๋์ด๋ค. ์ (5)๋
๊ฒฝ๊ณ ์กฐ๊ฑด์ด ์ง์ ๋ ๋ ๋ฌผ๋ฆฌ์ ์๋ฏธ๋ฅผ ๊ฐ๋๋ค. Ferrite ๋ฐ Austenite ์ ๋ ๋ค์ ์๋ ํ์์ ์กฐ์ฑ ํ๋กํ์ผ์
๊ฐ Step์์ Fick์ ๋ ๋ฒ์งธ ํ์ฐ ๋ฒ์น์ ์ (5)๋ก ๊ฒฐ์ . ์ (5)๋ ํ์ ํ์ฐ๊ณ์๊ฐ Ferrite ์ ๋ฐ Austenite ์
์ ์ฒด์ ๊ฑธ์ณ ์ฃผ์ด์ง ์จ๋์ ๋ํด ์ผ์ ํ๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ค. Ferrite ์์์์ ์กฐ์ฑ ๋ณํ๊ฐ ๋งค์ฐ ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์, Step
์ ์ ํ ๊ฐ์ ์ผ ๊ฒ์ด๋ Austenite Step์์ ์คํ์ D๊ฐ ์กฐ์ฑ์ ๋ฐ๋ผ ํ์ ํ๊ฒ ๋ณํํ๋ค๋ ๊ฒ์ ๋ณด์ฌ ์ฃผ์๋ค
[162,163]. Kidson [164]์ ์ด ๊ฒฝ์ฐ์ ๊ฒฝ๊ณ ์กฐ๊ฑด์ด Matano-Boltzmann ๋ณํ์ ์ (5)์ ์ ์ฉํ ์ ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์,
(5)์์ ๋ ๊ฐ์ ์ธํฐํ์ด์ค๋ ์๊ฐ์ ์ ๊ณฑ๊ทผ์ ์ ํ ํจ์์ฌ์ผ ํ๋ค.
ํ์๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ, ํํ ๊ฑฐ๋์ Fig. 8.3. A3 ์ด์์ ์จ๋ ์์ญ (a) (C = 0.0 wt.%)์์ Ferrite๋ ์ด์ญํ์ ์ผ๋ก ์์
ํ์ง ๋ชปํ๋ฉฐ ํํ ์ค์ ํ์ฑ๋ ์ ์๋ค. ์ด ์กฐ๊ฑด์์ ํ์์ ๋๋ ํ๋กํ์ผ์ ๊ฐ์ด ์๊ฐ ๋ฐ ์จ๋์ ํจ์๋ก
๋ณํ๋ค. A3 (C = 0.0 wt. %) ์ดํ ๋ฐ A3 (C = C0, ์ด๊ธฐ ํ์ ์กฐ์ฑ) ์ดํ์ ์จ๋ ์์ญ (b) ์์ ํ์๋๋์ ํ๋กํ์ผ
์ ํ๋ฉด์์ 0.0 wt%๋ก ๋จ์ด์ง๊ณ ํํ ์ค์๋ Ferrite๊ฐ ํ์ฑ๋๊ณ ์ฑ์ฅ. ๋ง์ง๋ง์ผ๋ก, A3 (C = C0) ์ดํ์ ์จ๋
์์ญ (c) ์์ Austenite๋ Ferrite + Austenite ๋๋ Ferrite + Cementite๋ก ๋ณํ๋๊ณ ํํ ์ค์ ํ๋ฉด์ ํํ
Ferrite๊ฐ ํ์ฑ.
ํํ ์ฐํ Model์ ํํ ๊ฑฐ๋์ ์ฐจ์ด๋ก ์ธํด ์ธ ๊ฐ์ง ์จ๋ ์์ญ์ ๋ํด ๊ฐ๋ฐ๋์ด์ผ ํ๋ค.
FIGURE 8.3: Fe-C phase diagram and three regions of decarburization.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 94/111
FIGURE 8.4: Schematic diagram of decarburization-oxidation behavior and phase diagram of region (a). The relationship between the equilibrium diagram, the diffusion annealing temperature and the diffusion zone interface concentrations for a two phase system.
์จ๋ ์์ญ (a)์์๋ ํํ ์ Ferrite ํํ ์ธต์ด ํ์ฑ๋์ง ์๊ณ ์๊ฐ๊ณผ ๊ฑฐ๋ฆฌ์ ๋ฐ๋ผ ํ์๋๋์ ๋ณํ๊ฐ
๋ํ๋๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 8.4๋ ํํ ์ค ํ์๋๋ ํ๋กํ์ผ๊ณผ Fe-C ์ ๋ํ์ ๊ฐ๋ต์ ์ธ ๊ทธ๋ฆผ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
์จ๋ ์์ญ (a)์์ ํ์ฐ ๋ฐฉ์ ์์ ํ๋ฉด ํ์๋๋๋ ์ (7).
ํ๋ฉด์์ ํ์๋๋๊ฐ 0 (x = Xs)์ด๊ณ ํํ ์ ์ ์ด๊ธฐ ํ์ ์กฐ์ฑ์ด C0๋ผ๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ค.
์จ๋ ์์ญ (b)์์ ํํ์ด ๋ฐ์ํ๋ฉด ๊ทธ๋ฆผ 8.5์ ๊ฐ์ด ํ์์ ๋ถ์ฐ์ ๋๋ ํ๋กํ์ผ์ด ๊ด์ฐฐ๋๋ค. ๋ถ์ฐ์์ ์ธ
๋๋ ํ๋กํ์ผ์ Ferrite ๋ฐ Austenite์์ ํ์์ ํํ์ ์ธ ์ ์ฌ๋ ฅ์ ์ฐ์์ฑ์ ์ํด ์ผ๊ธฐ๋๋ค[165].
FIGURE 8.5: Schematic diagram of decarburization-oxidation behavior and phase diagram of region (b). The relationship between the equilibrium diagram, the diffusion annealing temperature and the diffusion zone interface concentrations for a two phase system.
Fick ํ์ฐ์ ์ฒซ ๋ฒ์งธ ๋ฒ์น์ ๋จ์ ์๊ฐ์ ๋จ์ ๋ฉด์ ์ ๊ฑธ์น ์ฌ๋ฃ์ ํ๋ฆ (J)์ด ๋๋ ๊ตฌ๋ฐฐ์ ๋น๋กํ๋ค๋ ๊ฒ์
๊ฐ๋จํ ๋งํ๋ค. ๋น๋ก ๊ณ์ D๋ ํ์ฐ๊ณ์ (๋ณด๋ค ์๊ฒฉํ๊ฒ๋ ๊ฑฐ๋ฆฌ ์ธก์ ์ Matano-Interface์ ์ ์ฉํ๋ฉด ์ํธ
ํ์ฐ๊ณ์)์ด๋ค. ์ (8) 1 ์ฐจ ์์ ์ ํ๋ ์ฉํด๋๋ฅผ ๊ฐ๋ 2 ๊ฐ์ ์์ํ ๊ธ์์ผ๋ก ์ด๋ฃจ์ด์ง๊ณ , ์ค๊ฐ ์
(Intermediate phase)์ด ์๋ ํ์ฐ ์ปคํ์ ๊ณ ๋ ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 95/111
๊ทธ๋ฆผ 8.5๋ c-x ๊ณก์ ๊ณผ ์์ํ๋ ํํ ์ํ๋๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
๊ณ๋ฉด์์์ ๋๋๋ ์ผ์ ํ๊ณ ํํ ๊ฐ (Kirkaldy)๊ณผ ๊ฐ๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ค[166].
Ferrite ํํ ์ธต์ ํ์๋๋๋ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ๊ณ์ฐ. (9). Ferrite ํํ ์ธต๊ณผ Austenite ๊ธฐ์ง์ ๊ณ๋ฉด์์ Ferrite์
ํ์๋๋๋ ๊ทธ๋ฆผ 8.5์ ๊ฐ์ด Cฮฑ์ด๋ค. Scale๊ณผ ๊ฐ์ ๊ณ๋ฉด์์ Ferrite์ ํ์๋๋๋ 0์ด๋ค.
Austenite์ ํ์๋๋๋ ์ (10). Austenite์ ํ์๋๋๋ ๊ทธ๋ฆผ 8.5์์ Cฮณ์ด๋ค.
Ferrite์ Austenite์ ๊ณ๋ฉด์์์ ํ์๋๋๋ Thermocalc ์ํํธ์จ์ด๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ณ์ฐ.
ํํ ์ ์, ํ์๋๋๊ฐ ์ด๊ธฐ ์กฐ์ฑ์ด๋ค.
์ค๋ฅธ์ชฝ์์ ์ผ์ชฝ์ผ๋ก ๋ฌผ์ง์ Flux๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ๋ค๋ฉด Xฮฑ์์ ๊ณ๋ฉด์ ์งํ ์๋๋ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ๋ค.
๊ณ๋ฉด์์ Ferrite ์์ผ๋ก๋ถํฐ์ Flux๋ Ferrite ์์ Austenite ์ ์์ญ์ผ๋ก ์ง์ ์ํค๊ธฐ ์ํด ๋จ์ ์๊ฐ๋น
๊ณผ์ ๋(Cฮณ-Cฮฑ) dXฮฑ๋ฅผ ๊ณต๊ธํด์ผ ํ๋ค. (11)์์ J๋ฅผ ๋์ ํ๋ฉด
๊ณ ๋ ค๋ ์์คํ ์ Boltzmann ์ ๋ฆฌ์ ์ ์ฉ์ ํ์ํ ์กฐ๊ฑด์ ๋ง์กฑ์ํจ๋ค.
๋ฐ๋ผ์ ๋๋ C (x, t)๋ ๋จ์ผ ๋ณ์์ ํจ์ ฮป = ๐ฅ/โ๐ก, ๋ก ํํ๊ฐ๋ฅ.
๊ฐ์ ํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด, ๋๋๊ฐ ๊ณ๋ฉด์์ ์ผ์ ํ๊ฒ ์ ์ง๋๋ค๋ฉด, ๋ณ์ A ๊ฐ์ c๊ฐ ํํ๋๋ ๊ด์ ์์ ์ผ์ ํด์ผ ํ๋ค.
๊ทธ๋ฌ๋ dc / d๋ ๋ค์ ฮป์ ํจ์์ด๋ฉฐ ๋ฐ๋ผ์ ์ธํฐํ์ด์ค์์๋ ์ผ์ . ๋ฐ๋ผ์ ์ (13)์ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ์ฌ ์์ฑ
๊ฐ๋ฅ.
Eq. (14)๋ฅผ ์ ๋ถ
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 96/111
์ (15)๋ ๊ณ๋ฉด ์ด๋์ ์คํ์ ์ผ๋ก ๊ด์ฐฐ๋ ํฌ๋ฌผ์ ์๊ฐ ์์กด์ฑ์ ๋ํ๋ธ๋ค.
์จ๋ ์์ญ (c)์์ ํํ์ด ๋ฐ์ํ๋ฉด ๊ทธ๋ฆผ 8.6๊ณผ ๊ฐ์ด ํ์์ ๋ถ์ฐ์ ๋๋ ํ๋กํ์ผ์ด ๊ด์ฐฐ๋๋ค. ๋ถ์ฐ์ ๋๋
ํ๋กํ์ผ์ Ferrite ๋ฐ Austenite + Ferrite์์ ํ์์ ํํ์ ์ธ ์ฐ์์ฑ์ ์ํด ๋ฐ์ํ๋ค. Austenite์์ A1๋ณด๋ค
๋์ ์จ๋์์ Ferrite ์์ ๋ณํ์ํค๊ณ A1 ๋ฏธ๋ง์ ์จ๋์์ Ferrite + Cementite๋ฅผ ๋ณํ์ํค๊ธฐ ์์ํ๋ค. Ferrite
ํํ ์ธต์ ํ์๋๋๋ ์ (16). Ferrite ํํ ์ธต๊ณผ Austenite ๊ธฐ์ง ๊ณ๋ฉด์์ Ferrite์ ํ์๋๋๋ ๊ทธ๋ฆผ 8.6๊ณผ
๊ฐ์ด Cฮฑ์ด๋ค.
Scale๊ณผ ๊ฐ์ ๊ณ๋ฉด์์ Ferrite์ ํ์๋๋๋ 0์ด๋ค.
FIGURE 8.6: Schematic diagram of decarburization-oxidation behavior and phase diagram of region (c). The relationship between the equilibrium diagram, the diffusion annealing temperature and the diffusion zone interface concentrations for a two phase system.
Austenite + Ferrite์ ํ์๋๋๋ ์ (17). Austenite + Ferrite์์ ํ์๋๋๋ ์ด๊ธฐ ํ์๋๋ (C0)์ด๋ฉฐ, Austenite
(ํํํ์ง ์์)์์ ๋ณ์ฑ๋ Ferrite์ Austenite๋ ๊ทธ๋ฆผ 8.6๊ณผ ๊ฐ์ด ์์ .
Austenite์ Ferrite๋ ์์ ํ ์์ด๋ฉฐ ๋ ์ ๋ชจ๋์ ํํ ์ ์๋ ๋์ผ.
Austenite + Ferrite์์ Flux๊ฐ 0์์ ๋ํ๋ธ๋ค.
Xฮฑ์์ ๊ณ๋ฉด์ ์งํ ์๋๋ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ์ฃผ์ด์ง๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 97/111
๊ณ๋ฉด์์ ํํ๋ Ferrite ์์ผ๋ก๋ถํฐ์ Flux๋ ํํ๋ Ferrite๋ฅผ Austenite + Ferrite ์ ์์ญ์ผ๋ก ์ ์ง์ํค๊ธฐ
์ํด ๋จ์ ์๊ฐ๋น ์์ฌ ์ (C0 - C๐ผ)dX๐ผ๋ฅผ ๊ณต๊ธํด์ผ ํ๋ค.
์(19)๋ฅผ ์๋ถํ๋ฉด, Ferrite decarburized layer์ ๋๊ป๋ ์๋์ ๊ฐ๋ค
๊ทธ๋ฆผ 8.7์ ๋ฑ์จ ๊ฐ์ด ์ค ํํ ์ฐํ Model์ ๊ณ์ฐํ๊ธฐ ์ํ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
FIGURE 8.7: Algorithm for computing the decarburization-oxidation Model in isothermal heating
์ด ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ๊ธฐ์ดํ์ฌ, ๋์์ ์ฐํ๋๋ ํํ๋ Ferrite์ ๊น์ด๋ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ๊ณ์ฐ๋๋ค. (b)์ (c)์ ์จ๋
์์ญ์์ (15)์ (20) ์จ๋ ์์ญ (b)์์, ํํ ๊น์ด Xฮฑ๋ ์ (21)์ 0์ผ๋ก ๋๊ณ ๋ฐฉ์ ์์ Newton-Raphson
๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ์ํ์ ์ผ๋ก ํ์ด ๋. ์จ๋ ์์ญ (c)์์, ํํ ๊น์ด๋ ์ (22)๋ ์จ๋ ์์ญ (b)์ ๋์ผํ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก
๊ณ์ฐ๋๋ค.
8.3.2.2 ๋น ๋ฑ์จ ์ด์ฒ๋ฆฌ Model
๋น ๋ฑ์จ ์กฐ๊ฑด์์, ํํ๋ Ferrite์ ๊น์ด๋ ๊ทธ๋ฆผ 8.8์์์ ๊ฐ์ด ๊ณ๋จ์ ๊ณ์ฐ์ ์ํด ์ง์ ์ ์ผ๋ก ์ป์ด์ง๋ค.
์ด ๋ฐฉ๋ฒ์ ๋ฑ์จ ์ด์ฒ๋ฆฌ Model์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ๋๊ฐ ์ค์ Scale์ ๊น์ด์ ํํ๋ Ferrite๋ฅผ ๊ณ์ฐํ๋๋ฐ ์ฌ์ฉ๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 8.8์ ๋น ๋ฑ์จ ์ด์ฒ๋ฆฌ์์ ํํ ์ฐํ ๋ฐ์์ ๊ณ์ฐํ๋ ๊ณ๋จ์ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 98/111
FIGURE 8.8: Stepwise method calculating the decarburization-oxidation behavior in non-isothermal heat treatment.
์ฐ์ ์จ๋ Ti์์์ ์์ ์๊ฐ (ti-1)์ ์จ๋ Ti-1์์์ ์ด์ ๊ฐ (Xi-1)์ผ๋ก๋ถํฐ ์ (23).
์ฌ๊ธฐ์, f๋ Scale์ ์ฑ์ฅ ๋ฐ ํํ์ ๊น์ด ํจ์์ด๊ณ , t๋ ์๊ฐ์ด๋ฉฐ, X๋ Scale์ ๊น์ด ๋๋ ํํ๋ Ferrite์ ๊น์ด
์ด๋ค. ์ฃผ์ด์ง ์๊ฐ ๊ฐ๊ฒฉ (ฮt) ํ, ์จ๋ Ti์์์ ๋ณํ๋ ๊ฐ (ฮXi)์
๋ง์ง๋ง์ผ๋ก, ์จ๋ Ti์์์ ๊น์ด๋ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ์ฃผ์ด์ง๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 8.9๋ ๋น ๋ฑ์จ ์ด์ฒ๋ฆฌ์์ ํํ ์ฐํ Model์ ๊ณ์ฐํ๋ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๋๊ฐ ํ๋กํ์ผ์ ๋ถ์ฐ์
๋ฑ์จ์ Step๋ก ๋๋์ด์ง๊ณ ๊ฐ ํํ ๊น์ด๋ ์ด์ฐ ์จ๋์์ ํด๊ฒฐ๋๋ค.
์ด๋ ์ ์ ํ ์ปดํจํฐ ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ฐ๋ฅ.
FIGURE 8.9: Algorithm for computing the decarburization-oxidation Model in non-isothermal heating.
8.4 ์คํ ๋ฐฉ๋ฒ
8.4.1 ์ํธ์ค๋น
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 99/111
์ฐ๊ตฌ์ ์ฌ์ฉ๋ ๊ฐ์ฌ ์กฐ์ฑ๋ฌผ์ Step Tempering ์คํ์ ์ฌ์ฉ๋ ๊ฐ์ฌ ๋ฑ๊ธ SAE9254 Spring ๊ฐ๊ณผ ์ผ์นํ๋ค.
ํ๊ท ํํ์ ์กฐ์ฑ์ 0.55% C, 1.5% Si, 0.7% Mn, 0.7% Cr, Fe (bal.) (์ค๋%)์ด๋ค.
๋์ ๊ท์ ํจ๋์ ์ด๋ ์ ๋์ ๋ด ์ฐํ์ฑ์ ์ ๊ณตํ๋ค๋ ๋ณด๊ณ ๊ฐ ์๋ค.
8.4.2 TGA์ ์ํ scale ์ฑ์ฅ๋ถ์
์ ํํ ์ฐํ Scale ์ฑ์ฅ๋ฅ ์ ์ป๊ธฐ ์ํด 1atm์ ๊ณต๊ธฐ ๋ฐ 550โ์์ 1050โ์ ์จ๋ ๋ฒ์์์ ๋ฑ์จ ์ฐํ ์คํ์
์ํ. ์ฐํ์คํ์ ์ด ์ค๋๋ถ์๋ฒ (TGA)์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ํ๋์๋ค. ๋ชจ๋ ์ํธ์ SiC 1000 Grit ์ฐ๋ง ์์ธํค ์ธ์ฒ
ํ TGA ์ํ ์ ๊ณต๊ธฐ ์ค ๊ฑด์กฐ.
์ฐํ ๊ธฐ๊ฐ ๋์์ ์ค๋ ๋ณํ๋ฅผ ์ฐ์์ ์ผ๋ก ๊ด์ฐฐ.
8.4.3 Dilatometer ๋ชจ์ฌ์ ์ํ ํํ ๋ถ์
์ฒซ ๋ฒ์งธ ์คํ์์ ๋๊ธฐ์์ ์๋ํ๋ Dilatometer ์๋ฎฌ๋ ์ดํฐ๋ก ๋ฑ์จ ๊ฐ์ด ์ค ํํ์ ์กฐ์ฌํ์๋ค.
์ํธ์ 950โ์์ 30 ์ด๊ฐ ๊ฐ์ดํ๊ณ 750โ์์ 1050โ ์ฌ์ด์ ๋ค๋ฅธ ์จ๋๋ก ๊ธ์ ๋๊ฐ์ํค๊ณ 10์์ 300 ์ด
๊ฐ ์ ์ง. ์ด๋ฌํ ์ด์ฒ๋ฆฌ ํ, ๋ชจ๋ ์ํธ์ ์ค์จ์ผ๋ก ๋ด๊ธ์งํ๊ณ ํํ๋ Ferrite ๊น์ด๋ฅผ ์ธก์ ํ์๋ค.
๋ ๋ฒ์งธ ์คํ์์ ๊ณต๊ธฐ ์ค ํํ์ ๋ํ ๋๊ฐ ์๋์ ์ํฅ์ด ์กฐ์ฌ๋์๋ค. ์ํธ์ 50โ/s๋ก 1050โ๋ก ๊ฐ์ดํ๊ณ
60 ์ด๊ฐ ์ ์ง ํ์๋ค. ์ด์ด์, Dilatometer ์๋ฎฌ๋ ์ดํฐ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์ํธ์ ๊ฐ๊ฐ 0.1, 1.0 ๋ฐ 5.0โ/s์ ๋๊ฐ ์๋
๋ก ์ค์จ์ผ๋ก ๋๊ฐ์์ผฐ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 8.10์ ํํ ์คํ์ ๊ฐ๋ต๋์ด๋ค.
FIGURE. 8.10: Schematic diagram of (a) isothermal decarburization-oxidation experiments and (b) non-isothermal decarburization-oxidation experiments by Dilatometer simulator.
8.4.4 ๊ดํ ๋ฐ SEM ๊ธ์ ์กฐ์ง
๊ดํ ํ๋ฏธ๊ฒฝ ๊ด์ฐฐ์ ์ํ ์ํธ์ Mounting ํ ์ค๋ฆฌ์ฝ Carbide 1200 Grit ์ฐ๋ง ํ 6 ๋ฐ 1 ใ Diamond paste
Polishing. ์ํธ์ 5 vol. % Nital ๋ถ์ ํ Olympus ํ๋ฏธ๊ฒฝ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ดํ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๊ด์ฐฐ.
๋ถ์์ํธ์ ์ง๊ณต๋ถ์๊ธฐ์์ ๊ธ ์ฝํ ํ JEOL JSM-7000F SEM์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ด์ฐฐ.
8.5 ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ํ ๋ก
8.5.1 Scale ์ฑ์ฅ
์ฐํ ์ฐ๊ตฌ๋ SAE9254 ๊ฐ์ฌ์์ 1 ์๊ฐ ๋์ ๋ค๋ฅธ ์ ์ง ์จ๋์์ ์ํ๋์๋ค. ๋ฌด๊ฒ ์ฆ๊ฐ ๋ ์๊ฐ์ Plot์
๊ทธ๋ฆผ 8.11์ ์ ์. ๊ทธ๋ฆผ 8.11์์ ๋ณด๋ฏ์ด ์ฐํ ์๋๋ ์จ๋์ ๋ฐ๋ผ ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด์ธ๋ค. ๋ชจ๋ ์จ๋์์์
์ฐํ ๋์ญํ์ ๋น ๋ฅธ ์ฐํ ๋ฐ ์ ํ ์ฐํ์ ๊ธฐ๊ฐ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
FIGURE 8.11: Weight gain per unit area (mg/cm2) of SAE9254 steel as a function of time during oxidation obtained in the temperature range of 550 ยบC ~ 1050 ยบC.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 100/111
๋ชจ๋ ๊ณก์ ์ ๋ํ ์ ํ ํ๊ท์ ์ ํฉ์ฑ์ 0.99์ 1.0 ์ฌ์ด์ ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ํ์ฑํ ์๋์ง๋ฅผ
๊ฒฐ์ ํ๊ธฐ ์ํด SAE9254์ ๊ฒฝ์ฐ ์๋(n)์ ์ง์๋ 1.0์ผ๋ก ๊ฐ์ ํ๋ค. ๊ฒฐ์ ๋ ์๋ ์์๋ ln (K) ๋ 1/T (๊ทธ๋ฆผ
8.12)์ Plot์์ ์ฌ์ฉ๋์๊ณ ํ์ฑํ ์๋์ง๋ 16.2kJ /mol๋ก ๊ณ์ฐ๋์๋ค. 0.85%์ Mn, 0.85%์ Mn ๋ฐ 0.18%
์ Si์ ๊ณ ํ์๊ฐ์์, ์ฐํ ๋ฐ์ ์๋ ์์์ ํ์ฑํ ์๋์ง๋ 21.7 kJ / mol๋ก ์ป์ด์ก๋ค. ๊ท๋ชจ์ ๊น์ด๋ ๋จ์
๋ฉด์ ๋น ๋ฌด๊ฒ ์ฆ๊ฐ๋ฅผ ๊ท๋ชจ์ ๋ฐ๋๋ก ๋๋์ด ๊ณ์ฐ.
์ฒ๋๋ FeO๋ก ๊ฐ์ ํ๋ค. ์๊ฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ท๋ชจ ์ฑ์ฅ ๋ฐฉ์ ์์ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ์ฃผ์ด์ง๋ค.
d scale ๋๊ป, [mm], K๋ rate constant, [mm/s] t ๋ ์๊ฐ, [s].
FIGURE 8.12: Dependence of the linear rate constant of oxidation of the temperature.
8.5.2 ๋ฑ์จ ๊ฐ์ด ์ ํํ ๊ฑฐ๋
๊ทธ๋ฆผ 8.13์ ๋ฑ์จ ๊ฐ์ด ๋์ ํ์ฑ๋ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ ๊ดํ ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง.
์ํธ์ 750โ์ 950โ ์ฌ์ด์ ๋ค์ํ ์จ๋์์ ์ฐํ ๋ฐ ํํ ์ฒ๋ฆฌ๋ฅผ ๊ฑฐ์ณค๋ค.
๊ฐ์ด ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ํํ ์์ญ์ ๊น์ด๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒ์ ๋ช ํํ๊ฒ ๊ด์ฐฐ.
900โ์ ์ต๊ณ ์จ๋์์ ํ๋ฉด์ ํํ๋ Ferrite ์ธต์ ๋ถ ์ฐ์์ ์ผ๋ก ๋ณด์ธ๋ค. 850โ์ ๊ฐ์ด ์จ๋์์ ์ธ๊ด์ ๋๊บผ
์ด ํํ ์ธต์ด ํ๋ฉด์ ํ์ฑ๋์๋ค. ๋ํ 800 ~ 750โ์ ๋ฎ์ ์จ๋์์ ์ฒ๋ฆฌํ๋ฉด ์ฝ 40ฮผm์ ํ์ฅ์ ๊ฐ๋ ๊ฑฐ์
์ฃผ์์ธ Ferrite Grain์ด ์์ฑ. ์ํธ์ ์ธ๋ถ ํ๋ฉด์ ํ์ฑ๋๋ Scale์ ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ฆ๊ฐํ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 8.13
์ ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ์ Dictra์ ๋ฐ์ดํฐ๋ฒ ์ด์ค์ ๊ธฐ์ดํ์ฌ SAE9254์ ํ์ฐ๊ณ์๊ฐ ์จ๋์ ํจ์๋ก ๊ฒฐ์ ๋์๋ค. Ferrite
๋ฐ Austenite์ ๋ํ ํ์ ํ์ฐ๊ณ์๋
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 101/111
FIGURE 8.13: Optical micrographs of decarburized surface of SAE9254 heated at the temperature of 900ยฐC for (a) 60 s, (b) 120 s, (c) 180 s and (d) 300 s.
FIGURE 8.14: Optical micrographs of decarburized surface of SAE9254 heated at the temperature of 850ยฐC for (a) 60 s, (b) 120 s, (c) 180 s and (d) 300 s.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 102/111
FIGURE 8.15: Optical micrographs of decarburized surface of SAE9254 heated at the temperature of 800ยฐC for (a) 60 s, (b) 120 s, (c) 180 s and (d) 300 s.
FIGURE 8.16: Optical micrographs of decarburized surface of SAE9254 heated at the temperature of 750ยฐC for (a) 60 s, (b) 120 s, (c) 180 s and (d) 300 s
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 103/111
๊ทธ๋ฆผ 8.17์ 750โ์์ 900โ๊น์ง ๋ฑ์จ ๊ฐ์ด ์ ํํ๋ Ferrite ๊น์ด๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ํํ๋ ๊น์ด๋ ์๊ฐ์ด ์ง๋จ
์ ๋ฐ๋ผ ์ง์์ ์ผ๋ก ์ฆ๊ฐํ๋ ๋ฐ๋ฉด, 900โ์์ 750โ๋ก ์จ๋๋ฅผ ๋ฎ์ถ๋ฉด ์ฑ์ฅ๋ฅ ์ด ์ฆ๊ฐํ๋ค๋ ์ฌ์ค์ ์ ์
์๋ค. ํํ์จ์ ํ์ ํ์ฐ๊ณ์์ ํฌ๊ฒ ์ํฅ์ ๋ฐ๋๋ค. ์ด ํ์์ ๋ํ ์ค๋ช ์ Ferrite์ ํ์ ํ์ฐ๊ณ์๊ฐ
Austenite์ ํ์ ํ์ฐ๊ณ์๋ณด๋ค ํจ์ฌ ๋๋ค๋ ๊ฒ์ด๋ค.
ํํ ์ฐํ Model์ ๋ชจ์๊ฒฐ๊ณผ๋ ๊ทธ๋ฆผ 8.17์์ ํํ๋ Ferrite ๊น์ด์ ์ธก์ ๊ณผ ๋น๊ต๋์๋ค.
์ ์ ํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด, ๊ณ์ฐ์ ์ํ Ferrite ํํ ๊น์ด๋ ๊ธฐ๋ณธ์ ์ผ๋ก ์คํ์ ์ํด ์ผ์น. ํํ ๊น์ด์ ๊ฐ์ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ
์ ๋น๊ตํ์ฌ ๋ชจ์ฌ๋ฅผ ์ํด ์ฝ๊ฐ ์๊ฑฐ๋ ๋ ํฌ๋ค. ์ฐํ๋ฌผ ํ์ฑ์ ํ๋ฉด ํํ ์ธต์ ์ผ๋ถ๋ฅผ ์ฐํ๋ฌผ๋ก ๋ณํ์ํค๊ณ
๋ํ ์ธ๋ถ ๋๊ธฐ์ ๋ํด ๋ฐ๋ดํจ์ผ๋ก์จ ํ์์ ๊ธ๊ฒฉํ ์์ค๋ก๋ถํฐ Bulk ๊ธ์์ ๋ณดํธํจ์ผ๋ก์จ ํํ ๊น์ด๋ฅผ ๊ฐ์
์์ผฐ๋ค.
FIGURE 8.17: Decarburized Ferrite depths of experimental and predicted results of SAE9254 during heating obtained at 750ยฐC ~ 900ยฐC.
8.5.3 ๋น ๋ฑ์จ ์ด์ฒ๋ฆฌ์์์ ํํ ๊ฑฐ๋
๊ทธ๋ฆผ 8.18์ ๋๊ฐ ์ค ํ์ฑ๋ ์ํธ ํ๋ฉด์ ๊ดํ ํ๋ฏธ๊ฒฝ ์ฌ์ง. ์ํธ์ 1050โ์์ ๊ฐ์ดํ๊ณ ๊ณต๊ธฐ ์ค์์ ์ค์จ์ผ
๋ก ๋๊ฐ์์ผฐ๋ค. ๋๊ฐ ์๋๋ ๊ฐ๊ฐ 0.1, 1.0 ๋ฐ 5.0โ/s์ด์๋ค. ํํ๋ Ferrite ๊น์ด๋ ๋๊ฐ์๋๊ฐ ๊ฐ์ํจ์ ๋ฐ๋ผ
์ฆ๊ฐ. 5.0โ/s์ ๋๊ฐ ์๋์์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ MARTENSITE ์๊ณ 5.0โ/s ๋ฏธ๋ง์์๋ Grain boundary์์ Pearlite
์ Ferrite๋ก ๊ตฌ์ฑ๋ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ด ํ์ฑ๋์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 8.19๋ ๊ทธ๋ฆผ 8.18์ ๋ํ๋ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง ํ๋ฉด์ ํํ๋ Ferrite ๊น์ด๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ํํ๋ Ferrite ๊น์ด๋
0.5โ/s์ ๋๊ฐ ์๋์์ ์ฝ 67.8ฮผm, 1.0โ/s์ ๋๊ฐ ์๋์์ 45.6ฮผm, 5.0โ/s์ ๋๊ฐ ์๋์์ ๊ฐ๊ฐ 18.9ฮผm๋ก
์ธก์ ๋์๋ค. ๋ฐ๋ฉด, ์ ์๋ Model์ ์ํด ๊ณ์ฐ๋ ํํ๋ Ferrite ๊น์ด๋ ์คํ์ ๋์ผํ ์กฐ๊ฑด ํ์์ ๊ฑฐ์ ๋์ผ.
ํํ๋ Ferrite ๊น์ด์ ์ธก์ ๊ฐ๊ณผ ์์ธก ๊ฐ์ ๊ทธ๋ฆผ 8.19์ ๋๊ฐ ์๋์ ํจ์๋ก ๋น๊ตํ๋ค. ์ด์๊ณผ ๊ฐ์ด ๊ณ์ฐ์
์ํ ํํ๋ Ferrite ๊น์ด๋ ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ผ์นํ๋ฉฐ ํํ๋ Ferrite ๊น์ด๋ SAE9254์ ํํ์กฐ์ฑ๊ณผ ์ ์๋ Model
์ ์ด์ฉํ ๋๊ธฐ ์ค ์ฐํ๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ์ฌ ๊ณ์ฐ์ด ๊ฐ๋ฅ.
FIGURE 8.18: Optical zed surface of SAE9254 cooled as rates of (a) 0.1, (b) 1.0 and (c) 5.0ยฐC/s.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 104/111
์ด ์ฌ์ค๋ก๋ถํฐ, ํํ๋ Ferrite ๊น์ด๋ ์๊ธฐ Model์ ์ฌ์ฉํ ๊ฐ์ด ์กฐ๊ฑด (๊ฐ์ด, ๋๊ฐ)์ ๊ณ ๋ คํ์ฌ ๊ณ์ฐ์ด ๊ฐ๋ฅํ
๊ณ ๋ฑ์จ ๋ฐ ๋น ๋ฑ์จ ์ด์ฒ๋ฆฌ์์ ํํ์ฑ๋ถ, ํํ๋ฐ ์ฐํ์ ํจ๊ณผ๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ์ฌ ํํ๋ Ferrite ๊น์ด๋ฅผ ๊ณ์ฐํ ์
์๋ค. ์์น ๋ชจ์ฌ๋ ๋ชจ๋ ๊ฒฝ์ฐ์ ์ด์ฒ๋ฆฌ ์ค ์ฌ๋ฃ ๊ฑฐ๋ ์ถ์ธ ๊ฒฐ์ ์ ์ ์ฉํจ์ด ์ ์ฆ๋์๋ค. ๋ํ, ์ฐํ ๋ฐ ํํ
ํน์ฑ์ ๋ํ ์ ๋์ ์ ๋ณด๊ฐ ์ป์ด์ก์ผ๋ฉฐ ์คํ๊ณผ ์ ์ผ์นํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค.
FIGURE 8.19: Decarburized Ferrite depths of experimental and predicted results of SAE9254 during heating obtained at 750ยฐC ~ 900ยฐC. The cooling rates are (a) 0.5ยฐC /s, (b) 1.0ยฐC /s, and 5.0ยฐC /s, and the decarburized Ferrite depths are compared in (d).
8.6 ๊ฒฐ๋ก
์ฒ ์ ํํ์ ์กฐ์ฑ ๋ฐ ๊ฐ์ด์กฐ๊ฑด์ ์ํฅ์ ๊ณ ๋ คํ ํํ๋ Ferrite ๊น์ด์ ๋ํ ์์น Model์ ์์ฑํ๊ณ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ
์ ๋น๊ตํ์ฌ ๊ทธ ํ๋น์ฑ์ ํ์ธ ํ์๋ค. ์คํ ๋ฐ ๋ชจ์ฌ ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋ฐ๋ฅด๋ฉด ๊ฐ์ด ์กฐ๊ฑด๊ณผ ๋๊ฐ ์๋๋ ํํ ์๋ฟ๋ง ์
๋๋ผ ์ฐํ ์์๋ ํฐ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ค. ์ด Model์ ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ ์ผ์นํ๋ฉฐ ์ฒ ๊ฐ ์์ฐ ์ค ์ด ์ํ์ ์ต์ ํํ
๋๋ฐ ์ฌ์ฉ.
1. SAE9254์ ์ฐํ ์ค๋ ์ฆ๊ฐ ๊ณก์ ๋ถ์์ ์ฐํ์ ์๊ฐ ์ฌ์ด์ ์ ํ ๊ด๊ณ๊ฐ ์์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์ธก์ ๋ ์๋ ์
์๋ ํ์ฑํ ์๋์ง๊ฐ 16.2 kJ / mol์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
ํ์ฑํ ์๋์ง๋ 1.0์ ์๋ ๋ฒ์น์ ํ๊ท ์๊ฐ ์ง์๋ฅผ ๊ฐ์ ํ์ฌ ๊ณ์ฐ๋์๋ค.
2. ๊ณ์ฐ๋ ํํ๋ Ferrite ๊น์ด๋ ๊ฐ์ ์ผ์ ํ ์จ๋ ์กฐ๊ฑด์์์ ์คํ๊ณผ ๊ฑฐ์ ๋์ผํ๋ค.
์ด Model์ ๋ฑ์จ ๋ฐ ๋น ๋ฑ์จ ์ด์ฒ๋ฆฌ ์ค ํํ ๋ฐ ์ฐํ๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ Ferrite ํํ ๊น์ด ๊ณ์ฐ์ ์ ์ฉ.
3. ์ฐํ ๋ฐ ํ๋ฉด ํํ์ Spring ๊ฐ ์ ์กฐ ๊ณต์ ์ค์ ๋์์ ๋ฐ์. ๋ ๊ฐ์ง ํ์์ ํจ๊ณผ๋ฅผ ํฌํจํ๋ ์๋ก์ด
Model์ด ๊ฐ๋ฐ. ์ด ํํ ๊ณต์ ์ ํ์ฐ ์ ์ด๋ฅผ ์ํด ์ํ์ ํด๋ฒ์ ์ ์ํ์์ผ๋ฉฐ, ํํ ๊น์ด๋ ํํ์ด ์ํ๋๋
์จ๋์ ์๊ฐ์ ์๋นํ ๊ฐ๋ ฅํ ํจ์์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
4. ์์น ๋ชจ์ฌ๋ ๋ชจ๋ ๊ฒฝ์ฐ ์ด์ฒ๋ฆฌ ์ค ์ฌ๋ฃ ๊ฑฐ๋์ ๊ฒฝํฅ์ ๊ฒฐ์ ํ๋ ๋ฐ ์ ์ฉํจ์ด ์ ์ฆ๋์๋ค. ๋ํ, ์ฐํ ๋ฐ
ํํ ํน์ฑ์ ๊ดํ ์ ๋์ ์ธ ์ ๋ณด๊ฐ ์คํ๊ณผ ์ ์ผ์นํ์ฌ ์ป์ด์ก๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 105/111
์์ฝ
์๋์ฐจ ์ฐ์ ์์ ์ฐจ์ฒด ๊ฒฝ๋ํ๊ฐ ์ฐ๋นํฅ์ ์ธก๋ฉด์ ์์ด์ ๋งค์ฐ ์ค์ํ ์์ธ์ด๋ค. ์ด์ ๋ํด ํ๊ฐ ์คํ๋ง๊ฐ์
์ค๊ณ์๋ ฅ์ ํฅ์์ํด์ ๋ฐ๋ผ ๋ถ๋ถ์ ์ผ๋ก ์ฐ๋นํฅ์ ๋ฐ ๊ฒฝ๋ํ๊ฐ ๊ฐ๋ฅํด์ง ์ ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, ๊ฐ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ ์๋ก
์คํ๋ง์ ๋ค๋ฅธ ์๊ตฌํน์ฑ๋ค, ์คํ๋ง ์ฑํ์ฑ ๋ฐ ํผ๋ก์๋ช ๋ฑ์ด ์ ํ๋ ์ ์์ผ๋ฏ๋ก ์กฐ์ฌํด์ผ ํ๋ค. ํผ๋ก์๋ช ๋ฐ
์๊ตฌ๋ณํ์ ํญ์ฑ ๋ฑ์ ๊ฐ์ ์ํค๊ธฐ ์ํด์, ๋์ ๊ฐ์ ๊ฐ๋ ๋ฐ ๋จ๋ฉด๊ฐ์์จ์ ๊ฐ๋ ์๋ก์ด ์คํ๋ง๊ฐ์ด ๊ฐ๋ฐ๋
ํ์๊ฐ ์๋ค. ํ์ฌ์ ์ฐ์ ์ ํ๊ฒฝ์ ๋์ํ๋ ์๋ก์ด ๊ณ ๊ฐ๋ ํ๊ฐ์คํ๋ง๊ฐ ์์ฌ์ ๋ํ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ํ๋ฐํ
์งํ์ค์ด๋ค. ๊ณ ๊ฐ๋ ์คํ๋ง๊ฐ์ ์์ด์ ๊ธฐ์กด์ ์ฌ์ฉ๋๋ ์ ๊ฐ๋ ์คํ๋ง๊ฐ์ ํผ๋กํน์ฑ, ์ฐ์ฑ ๋ฐ ์ธ์ฑ๋ฑ์ด ๋๋ฑ
์ ์ง๋๋ฉด์ ๊ฐ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๋ ๊ฒ์ด ์ค์ํ ์ฐ๊ตฌ๋ถ์ผ์๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์ ๋ชฉ์ ์ ํ๊ฐ์คํ๋ง์ ์์ด์ ๊ณ ๊ฐ์ฌ
์๊ตฌ์ ๋ฐ๋ผ ์ค๊ณ์๋ ฅ 1400 MPa ๋ฅผ ๋ง์กฑ์ํฌ ์ ์๋ ๋จ๋ฉด๊ฐ์์จ์ด 25 % ์ด์, ํ๊ท ์ธ์ฅ๊ฐ๋ 2350 MPa ๋ฅผ
๊ฐ๋ ์คํ๋ง๊ฐ์ ๊ฐ๋ฐํ๋ ๊ฒ์ด๋ค. ์ด์ ๋ํด ์ค์คํ ๋์ดํธํ ๋ฐ ํ ํผ๋ง์กฐ๊ฑด์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง๋ณํ ๋ฐ ๊ธฐ๊ณ์
์ฑ์ง์ ์กฐ์ฌํ์๋ค.
์ 1์ฅ์์๋ ์คํ๋ง๊ฐ์ ๊ฐ๋ฐ์ญ์ฌ๊ฐ ์๊ฐ๋๋ฉฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์คํ๋ง๊ฐ์ ๊ฐ๋ฐํ์์ฑ์ด ์์ธํ๊ฒ ์ค๋ช ๋์ด ์๋ค.
์ต๊ทผ์, ์๋์ฐจ ๊ฒฝ๋ํ๋ฅผ ์ํด์ ๊ฐ๋ฒผ์ด ํ๊ฐ์คํ๋ง๊ฐ ๊ฐ๋ฐ์ ๋ํ ์๊ตฌ๊ฐ ๊ธ์ฆ๋๊ณ ์๋ค. ์ด๋ฌํ ์๊ตฌ๋ฅผ
๋ง์กฑ์ํค๊ธฐ ์ํด์ ๊ณ ๊ฐ๋ ์คํ๋ง ๊ฐ๋ฐ์ ๋ํ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ์งํ๋๊ณ ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, ํ์ฌ ์์ฉํ๋์ด ์๋
์คํ๋ง๊ฐ์ ๊ณ ์๋ ฅ ์กฐ๊ฑดํ์์ ์ฌ์ฉํ๊ฒ ๋๋ฉด ๋ด๊ตฌ์ฑ ๊ด๋ จ๋ฌธ์ , ๋ฎ์ ํผ๋กํน์ฑ ๋ฐ ์๊ตฌ๋ณํ์ ํญ์ฑ์ด ๋ฐ์๋
๊ฒ์ด๋ค: ๋ฐ๋ผ์ ์คํ๋ง์ ๋์ด๋ ๋ฎ์์ง ๊ฒ์ด๊ณ ์๋์ฐจ์ ๋์ด๋ ๊ฐ์ํ๊ฒ ๋์ด ์์ ์ฑ์ ๋ํ ์ฌ๊ฐํ ๋ฌธ์ ๋ฅผ
์ผ๊ธฐํ ๊ฒ์ด๋ค.
๊ฐ๋ฐํ๊ณ ์ ํ๋ ๊ณ ๊ฐ๋ ์คํ๋ง๊ฐ์ ์๊ตฌ๋ฌผ์ฑ์ ๋ง์กฑ์ํค๊ธฐ ์ํด์๋ ํฉ๊ธ์ฑ๋ถ์ ์กฐ์ ๋ฐ ์ต์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์
์ป๊ธฐ ์ํ ์ด์ฒ๋ฆฌ์กฐ๊ฑด ์ค๊ณ๊ฐ ๊ธฐ๋ณธ์ ์ฐ๊ตฌ๋ฐฉํฅ์ด ๋ ๊ฒ์ด๋ค. ์ด ๋ชฉ์ ์ ๋ฌ์ฑํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์ด์ฒ๋ฆฌ ๋๊ฐ์ค
์ค์คํ ๋์ดํธ๋ก ๋ถํฐ์ ์๋ณํ๊ฑฐ๋์ ํด์ํ ์ ์๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ด ์ 2์ฅ์ ์ค๋ช ๋์ด ์๋ค. ์๋ก์ด ์ ์๋ ๋ชจ๋ธ์
dialtation ๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ์ค์คํ ๋์ดํธ-ํ๋ผ์ดํธ, ์ค์คํ ๋์ดํธ-ํ๋ผ์ดํธ์ ์๋ณํ๊ฑฐ๋์ ํด์ํ ์ ์๋ค.
์๋ค์ ๋ถํผ๋ถ์จ์ด ์ ๋์ ์ผ๋ก Dilatation ๋ฐ์ดํฐ์ ๊ด๋ จ์ด ์๋ค๋ฉด, dilatometric ๋ฐฉ๋ฒ์ ์๋ณํ ๊ฑฐ๋์กฐ์ฌ์ ๋งค์ฐ
ํจ๊ณผ์ ์ธ ๋ฐฉ๋ฒ์ด ๋ ๊ฒ์ด๋ค. ํด์๋ชจ๋ธ์ ์๋ณํ์ ํ์์ ์ฌ๋ถํฌ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ค์คํ ๋์ดํธ๋ด ํ์๋ํ ๋ฐ ์๋ค์
๋จ์๋ถํผ์ฐจ์ด๋ฅผ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ๊ฐ๋ฐ๋์๋ค. self consistent Model ์ด Dilatation ๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ์๋ณํ๊ฑฐ๋์ ํด์ํ ์
์ ์ฉ๋์ด ๋ณด๋ค ์ ํ๋๋ฅผ ๋์์ผ๋ฉฐ ์๊ณต์๊ฐ์ ๋ํ ์๋ณํ์คํ์ผ๋ก ๋ชจ๋ธ๊ฒฐ๊ณผ์ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋น๊ต ๊ฒ์ฆํ์๋ค.
๊ณ์ฐ๊ฒฐ๊ณผ์ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ๊ฐ ์์ฃผ ์ ์ผ์นํจ์ ํ์ธํ์๋ค.
๊ฐ์ ๊ฐ๊ณต์ด์ฒ๋ฆฌ์์ ์ค์ํ ๋จ๊ณ๋ ์ฌ์ค์คํ ๋์ํธํ์ด๋ค. ์ฌ์ค์คํ ๋์ดํธํ ๊ฑฐ๋์ ์ค์คํ ๋์ดํธ Grainํฌ๊ธฐ,
๋ถํฌ ๋ฐ ํฉ๊ธ์์๋๋์ ๊ท ์งํ์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ฏ๋ก ๊ฐ์ด์ค ์์ฑ๋ Austenite microstructure ๊ฐ ์๋ณํ๊ฑฐ๋ ๋ฐ
๊ฒฐ๊ตญ์๋ ๋๊ฐ์กฐ๊ฑด์ (quenching and Tempering) ๋ฐ๋ผ ๊ธฐ๊ณ์ ๋ฌผ์ฑ์๋ ์์ฃผ ํฐ ์ํฅ์ ๊ฐ๊ฒ ๋๋ ๊ฒ์ด๋ค.
๊ทธ๋ฌ๋, ๊ฐ์ด์ค ์ฌ์ค์คํ ๋์ดํธํ์ ๊ฑฐ๋ ๋ฐ ์กฐ์ง์ ๋ํ ์คํ์ ๊ด์ฐฐ ๋ฐ ์กฐ์ฌ๋ฑ์ด ๋งค์ฐ ํ๋ค๋ค. ์ด๋ ๊ฐ์ด์ค
์์ฑ๋ ์ค์คํ ๋์ดํธ๊ฐ ๋๊ฐ์ค์ ์๋ณํ๋ก ์ฌ๋ผ์ง๊ณ ๋ง๋ฅดํ ์ฌ์ดํธ๋ก ๋ณํ๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. ์ด๋ฅผ ํด๊ฒฐํ๊ธฐ ์ํ์ฌ
๊ฐ์ด์ค ํ๋ผ์ดํธ โ ์ค์คํ ๋์ดํธ ์๋ณํ๊ฑฐ๋์ ํด์ํ ์ ์๋ ๋ชจ๋ธ์ ์ 3์ฅ์์ ๊ฐ๋ฐ ๋ฐ ์ค๋ช ํ์๋ค.
๊ฐ์ด์ค ์ค์คํ ๋์ดํธ ์กฐ์ง์์ฑ์ ๋ํด์ ์ค์คํ ๋์ดํธ๊ฐ ํ๋ผ์ดํธ-์๋ฉํ์ดํธ ๊ณ๋ฉด์์ ํต์์ฑ๋์ด ์๋ก์ด
์๋ฉํ์ดํธ์ค์คํ ๋์ดํธ ๋ฐ ์ค์คํ ๋์ดํธ-ํ๋ผ์ดํธ ๊ณ๋ฉด์ด ์๋ก์ด ์๊ธฐ๊ฒ ๋จ์ ์ ์ ์์๋ค. ๊ณ ์ ์ ์ผ๋ก
์ดํด์๋ ๊ฐ์ด์ค ์ค์คํ ๋์ดํธํ๋ ๋๊ฐ์ค ๊ณต์๋ฐ์๊ณผ ๋์ผํ ์๋ณํ ๋ฐ์์ผ๋ก ์ฌ๊ฒจ์ ธ์๋ ๊ฒ์ด ์๋์
ํ์ธํ ์ ์์๋ค. ์ ์๋ ๋ชจ๋ธ์ ์ด๋ฅผ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ๊ฐ๋ฐ๋์์ผ๋ฉฐ ์๋ก์ด ์๊ธฐ๋ ์๊ฐ ๊ฒฝ๊ณ๋ฉด์์ local
equilibrium ์กฐ๊ฑดํ์์ ํ๋ผ์ดํธ + ์๋ฉํ์ดํธ โ ์ค์คํ ๋์ดํธ ์๋ณํ๊ฐ ์๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ์๋ค. ์ด ๋ํ ์คํ์
ํตํ ๊ฒฐ๊ณผ์ ๊ณ์ฐ๋ ๊ฒฐ๊ณผ๊ฐ ์์ฃผ ์ ์ผ์นํจ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค.
์ 4์ฅ์ ๋ชฉ์ ์ ๋จ๋ฉด๊ฐ์์จ 25% ์ด์, ํ๊ท ์ธ์ฅ๊ฐ๋ 2350 MPa ๋ฅผ ๊ฐ๋ ์คํ๋ง๊ฐ์ ๊ฐ๋ฐํ๋ ๊ฒ์ด๋ค. ์ด๋ค
๋ฌผ์ฑ์ ๊ฐ๋ ์คํ๋ง๊ฐ ๊ฐ๋ฐ๋ชฉ์ ์ผ๋ก 5๊ฐ์ง ํ๋ณด ๊ฐ์ข ์ ์ฐ๊ตฌํ์๋ค. ํฉ๊ธ์ฑ๋ถ์ ๊ณ C- Si ๊ฐ์ ๊ธฐ๋ณธ์ผ๋ก ํ์ฌ
Mo, B, Nb ๋ฑ์ ์ฒจ๊ฐ์์ผ ๋ณํ๋ฅผ ๊พํ๋ค. ์ด์ฒ๋ฆฌ์กฐ๊ฑด(quenching and Tempering,..) ๋ณํ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ ๋ฐ
๋ฏธ์ธ์กฐ์ง ๋ณํ๋ฅผ ์กฐ์ฌํ์๋ค. ํ๋ณด๊ฐ์ข ์ค S1 ๋ฐ S3 ๊ฐ์ด ๊ณ ๊ฐ์ฌ ์๊ตฌ๋ฌผ์ฑ์น๋ฅผ ๋ง์กฑ์ํค๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค.
์ 5์ฅ์์๋ ์ด๋ค ํ๋ณด๊ฐ์ข ์ ๋ํ ๊ฐํ ๋ฐ ์ฐํ๊ธฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ ์ํ์๊ณ ๊ธฐ๊ณ์ ๋ฌผ์ฑ ๋ฐ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง ๋ณํ๋ฅผ
์ค๋ช ํ์๋ค. ๊ฐํ๊ธฐ๊ตฌ๋ ์ค์คํ ๋์ดํธํ ๊ฑฐ๋, ์์ถ๊ฑฐ๋ (V4C3, Cementite and ฮต-Carbide) ๋ฐ prior Austenite grain
size, Lath size ๋ฑ์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ์กฐ์ฌ๋์๋ค. ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ์ฆ๊ฐ๋ ์ ์ค๋ก ํํ๋ฌผ์ ๋ฏธ์ธ์์ถ์ ๊ธฐ์ธํ๋ ๊ฒ์
ํ์ธํ์๋ค. ์ ์จ ํ ํผ๋ง์จ๋์์๋ ์ ์ค๋ก ํํ๋ฌผ์ด ํ์ clusters ์์ ์์ถ๋๋ฉฐ ์ผ๋ถ ๊ณผํฌํ๋ ํ์๊ฐ
๋ง๋ฅดํ ์ฌ์ดํธ๋ด์ ์กด์ฌํ๊ฒ ๋๋ค. ํ ํผ๋ง์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ ์๋ก, ์ ์ค๋ก ํํ๋ฌผ์ ์ฌ๊ณ ์ฉ๋๊ณ ์๋ฉํ์ดํธ๊ฐ ๋์์
์์ถ๋๊ธฐ ์์ํ๋ค. ์ ์ค๋ก ํํ๋ฌผ์์ ์๋ฉํ์ดํธ๋ก์ ์ฒ์ด์จ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๋ฉด ๋จ๋ฉด๊ฐ์์จ ๊ฐ์์์ด
์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํฌ ์ ์๋ค. S3 ๊ฐ์ prior Austenite grain size ๋ ๋น๊ต์ ํฌ๊ฒ ๊ด์ฐฐ๋์๊ณ ์ด๋ก ์ธํด
๋จ๋ฉด๊ฐ์์จ์ด ๋ค์ ๊ฐ์ํ๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์์ผ๋ฉฐ S1 ๊ฐ์ ๋ณํ๊ฐ ์์ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค. ๋จ๋ฉด๊ฐ์์จ์
์ฆ๊ฐ์ํค๊ธฐ ์ํด์๋ ๋ฏธ์ธ ์์ถ๋ฌผ์ ์ด์ฉํ์ฌ ์ค์คํ ๋์ดํธ Grainํฌ๊ธฐ๋ฅผ ๋ฏธ์ธํํ ํ์๊ฐ ์์๋ค.
ํ ํผ๋ง์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ๊ฐ๋๋ ๊ฐ์ํ๊ณ ์ฐ์ฑ์ ๊ณ์์ ์ผ๋ก ์ฆ๊ฐํ๋ค. ์ฑํ์ฑ ๋ฐ ํผ๋กํน์ฑ์ ๊ฐ์ ํ๊ธฐ
์ํด์๋ ์ฐ์ฑ(๋จ๋ฉด๊ฐ์์จ)์ ์๊ณ๊ฐ ์ด์์ผ๋ก ์ ์ง๋์ด์ผ ํ๋ค. ์ 6์ฅ์ ๋จ๋ฉด๊ฐ์์จ ๊ฐ์ ๋ฐ ์ทจ์ฑ ํ์๊ณผ
๊ด๋ จ๋ ์ฑ๋ถ ๋ฐ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง ํน์ฑ์ ์ค๋ช ํ๊ณ ๋ฒฝ๊ณํ๊ดด ๋๋ ์ ๋ดํ๊ดด์ ๋ํ ์์ธ์ ๊ท๋ช ํ์๋ค. S3 ๊ฐ์
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 106/111
์ ๋ด์ทจ์ฑํ๊ดด์์ธ์ prior Austenite grain boundary ์ ์กด์ฌํ๋ borocarbide ๋๋ฌธ์ด์๋ค. ํฌ๋์ ํ๋ฉด ๋๋
์ค์คํ ๋์ดํธ ์ ๊ณ์ ์กด์ฌํ๋ Particles ์์ ์์๋์ด Fe23(C, B)6 carbide ์ ์ํด ์ ๊ณ๋ฅผ ๋ฐ๋ผ ์ฝ๊ฒ ์ ํ๋์ด
๊ฐ๋ค. ๋จ๋ฉด๊ฐ์์จ์ ์ค์คํ ๋์ดํธ ์ ๊ณ์ ์กด์ฌํ๋ Fe23(C, B)6 ํํ๋ฌผ์ ์ํด ์ฌ๊ฐํ๊ฒ ๊ฐ์ํ๋ ๊ฒ์ ์ ์
์์๋ค.
์ 7์ฅ์์๋ ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ ๊ฐ์ ํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์๋ก์ด ํ ํผ๋ง ๋ฐฉ๋ฒ์ด ๊ฐ๋ฐ๋์ ๊ณ ์ด๋ 2๋จ์ Tempering ์ผ๋ก
๊ตฌ์ฑ๋์ด ์๋ค. ํต์์ ํ ํผ๋ง์ ํ ์จ๋์ํ์์ ์ด๋ฃจ์ด์ง๋ง step Tempering ์ 2 ์จ๋ํ์์ ๊ณ๋จ์์ผ๋ก
ํํด์ง๋ค. ์ฃผ์ ์ค ์๋ชฉ์ ์ ์ ์ค๋ก ํํ๋ฌผ์ ์์ฑ์๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํค๊ณ ์๋ฉํ์ดํธ๋ก์ ์ฒ์ด๋ฅผ ์ต์ ํ๊ณ ์ ํ๋
๊ฒ์ด๋ค. Step Tempering ๋ ์คํ๋ง๊ฐ์ ๊ธฐ๊ณ์ ๋ฌผ์ฑ์ ์ผ๋ฐ ํ ํผ๋ง๋ ๊ฐ๋ณด๋ค ํฅ์๋์์ผ๋ฉฐ ํผ๋ก์๋ช ์ ๊ฑฐ์
๋์ผํ์๋ค. 2๋ฒ์งธ step Tempering ๋จ๊ณ ๋ ๋ง๋ฅดํ ์ฌ์ดํธ์ ์ฐํ ๋ฐ ์๋ฉํ์ดํธ๋ก์ ์ฒ์ด๋ฅผ ์ต์ ํ๋ ์ํ
๊ฒ์ด๋ค. ํฅํ step Tempering ์ ์ต์ ์กฐ๊ฑด์ ์ฐพ๊ธฐ์ํด์๋ ๊ณ์์ ์ธ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ํ์ํ ๊ฒ์ด๋ค.
๊ฐ์์ ํํ์ ๊ฐ๋ ๋ฐ ํผ๋ก์๋ช ์ ๊ฐ์ ์ผ๊ธฐํ๋ฏ๋ก ์คํ๋ง๊ฐ์์ ํํ์ต์ ๋ ๋ฐ๋์ ํ์ํ๋ค. ์ 8์ฅ์์๋
ํํ ๋ฐ ์ฐํ์ ์ํ ์ค์ผ์ผ์์ฑ์ ๋ํ ํฉ๊ธ์ฑ๋ถ ๋ฐ ์ด์ฒ๋ฆฌ์กฐ๊ฑด์ ์ํฅ์ ๋ถ์ํ์๋ค. ์ด ์ฅ์ ๋ชฉ์ ์ ๊ฐ์ด
๋ฐ ๋๊ฐ์ค ๊ณ Si ์คํ๋ง๊ฐ์ ๊ณต๊ธฐ์ค ํํ๊ฑฐ๋์ ์กฐ์ฌํ๋ ๊ฒ์ด๋ค. ํฉ๊ธ์ฑ๋ถ ๋ฐ ์ด์ฒ๋ฆฌ์กฐ๊ฑด์ ๊ณ ๋ คํ ํ๋ผ์ดํธ
ํํ๋๊ป์ ๋ํ ๊ณ์ฐ๋ชจ๋ธ์ ๊ฐ๋ฐํ์๊ณ ํํ ๋ฐ ์ฐํ๊ฑฐ๋์ ๋์์ ๊ณ ๋ คํ์๋ค. ๊ณ์ฐ๋ ๋ชจ๋ธ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์คํ์
ํตํ์ฌ ๊ฒ์ฆํ์๊ณ ํํ์ต์ ์ ๋ํ ์ต์ ํจํด๋ ์ ์ ๋ฐ ๋น๊ตํ์๋ค.
๊ฒฐ๋ก ์ ์ผ๋ก, ๋ณธ ๋ ผ๋ฌธ์ ์๋ก์ด ์ด๊ณ ๊ฐ๋ ์คํ๋ง๊ฐ๊ฐ๋ฐ(์ธ์ฅ๊ฐ๋ 2350 MPa, ๋จ๋ฉด๊ฐ์์จ 25 %์ด์)์ ์ํ์ฌ
์ด์ฒ๋ฆฌ์ค Dilatation ๊ณก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ์๋ณํํด์ ๋ชจ๋ธ์ ๊ฐ๋ฐํ์๋ค. ๋ํ ๊ฐํ๊ธฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ค๋ช ํ์์ผ๋ฉฐ ์ทจ์ฑํ๊ดด,
๋จ๋ฉด๊ฐ์์จ ๊ฐ์์ ๋ํ Borocarbide ์ญํ ๋ ๊ท๋ช ํ์๋ค. ๋ง์ง๋ง์ผ๋ก, ํผ๋ก์๋ช ์ ๊ฐ์ ์ต์ ํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ํํ
๋ฐ ์ฐํ๊ธฐ๊ตฌ๋ฅผ ํด์ ๋ชจ๋ธ์ ๊ฐ๋ฐํ์๋ค. ํ๋ผ์ดํธ ํํ๋๊ป๋ ์ด์ฒ๋ฆฌ์กฐ๊ฑด์ ์ต์ ํํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ต์ํ๋ ์
์์์ ํ์ธํ์๋ค. ์ด๋ค ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ํ ๋๋ก ์๋์ฐจ์ฉ ํ๊ฐ์คํ๋ง๊ฐ์ ๊ณ ๊ฐ๋ํ ๋ฐ ๊ธฐํ ์๊ตฌ๋ฌผ์ฑ์ ๊ฐ์ ํ ์
์์ผ๋ฉฐ ๊ทธ์ ๋ฐ๋ฅธ ์๋์ฐจ ๊ฒฝ๋ํ, ์ฐ๋นํฅ์์ ๋๋ชจํ ์ ์๋ค.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 107/111
Bibliography [1] A.R. Marder and J.I. Goldstein, Phase transformations in ferrous alloy, ASM, Philadelphia, 1984 [2] Gorge Krauss, Principles of Heat Treatment of Steel, ASM, Metals Park, Ohio, USA, 1980. [3] R.W.K. Honeycombe, Steels: Microstructure and Properties, Edward Arnold Ltd., 1981. [4] Joseph Edward Shigley and Charles R. Mischke, Mechanical Engineering Design, 4th ed. McGraw-Hill Inc., 1989 [5] G.R.Speich, Trans. Met. SยฐC. AIME, 245:2553, 1969 [6] A.G. Alten and P. Payson, Trans. ASM, 45:498, 1953. [7] J. Gordine and I. Codd, J. Iron Steel Inst., 207(1):461, 1969. [8] W. Stevens and A.G. Haynes, JISI, 183:349, 1956. [9] C.J. Altstetter, Morris Cohen and B.L. Averbach, Trans, 55:287, 1962 [10] W.S. Owen: Trans. ASM, 46:812, 1954. [11] W.F. Smith, Structure and properties of engineering alloys, McGraw-Hill, 1981. [12] Spring, 2nd ed., JSSE, 1970. [13] Heat treatment of Steel, JSSE, 1985. [14] ASM Handbook, ASM International, 1990. [15] S.T. Furr, J. of Basic Eng. ASME, 94:223, 1972. [16] S. Choi and J.S. Lee, Development of high strength spring steel, POSCO Technical Report, .2006. [17] D.L. Lee and H.C. Choi, Effect of Si and C on the mechanical property of SAE9254, POSCO Technical Report, 1999. [18] K.C. Kim, J.S. Lee and H. C. Choi, Effect of microstructure on the high temp. mechanical property of engine valve spring steel, POSCO Technical Report, 2004. [19] M. Saito et al., Heat treatment, 27(1):23, 1987. [20] T. Lund and R. Lyrberg, OVAKO Steel Technical Report, 1:3, 1988 Spring, JSSE, 37:89, 1992. [22] F. Borik, V.A. Biss and V.E. Smith, SAE paper No.790409, SAE Congress, 1979. [23] H.J. Tata, E.R. Driscoll and J.J. Kary, SAE paper No.800480, SAE Congress, 1980. [24] M. Takahashi and H.K.D.H. Bhadeshia, Journal of Materials Science Letters, 8:477, 1989. [25] M. Onink, F.D. Tichelaar, C.M. Brakman, E.J. Mittemeijer and S. van der Zwaag, Z. Metallkd., 87:24, 1996. [26] C. Qiu and S. van der Zwaag, Steel Res., 68:32, 1997 [27] C. Garcฤฑยดa de Andreยดs, F.G. Caballero, C. Capdevila and H.K.D.H. Bhadeshia, Scripta Mater., 39:791, 1998. [28] T.A. Kop, J. Sietsma and S. van der Zwaag, Journal of Materials Science, 36:519, 2001 [29] J.Z. Zhao, C. Mesplont and B.C. De Cooman, ISIJ International, 41:492, 2001. [30] A. van der Ven and L. Delaey, Progress in Materials Science, 40:181, 1996. [31] T. Tanaka, H.I. Aaronson and M. Enomoto, Metall. Trans. A, 26A:535, 1995. [32] T. Senuma, M. Suehiro and H. Yada, ISIJ International, 32:423, 1992. [33] S. Choi, Mater. Sci. & Eng. A, 363:72, 2003. [34] N. Ridley, H. Stuart and L. Zwell, Trans. AIME, 245:1834, 1969. [35] D.J. Dyson and B. Holmes, JISI, 208:469, 1970 [36] M. Onink, C.M. Brakman, F.D. Tichelaar, E.J. Mittemeijer and S. van der Zwaag, Scr. Metall. Mater., 29:1011, 1993. [37] C. Atkinson, T. Akbay and R.C. Reed, Acta. Metall. Mater., 43:2013, 1995 [38] International Trends in Welding Science & Technology, Eds. S.A. David and J.M. Vitek, ASM international, Materials Park, Ohio, USA, 1993 [39] Proceedings, Modeling of Casting, Welding and Advanced Solidification Processes, Eds. M. Rappaz, M.R. รzgรผ and K.W. Mahin, TMS, Warrendale, Penn., 1991. [40] A.I. Katsamas, Surface & Coatings Technology, 201:6414, 2007. [41] C.R. Brooks, Principles of the Austenitization of Steels, Elsevier Applied Science, London 1992. [42] G.A. Roberts and R.F. Mehl, Trans. ASM, 31:613, 1943. [43] R.R. Judd and H.W. Paxton, Trans. Metall. SOC. A.I.M.E., 242:206, 1968) [44] C.I. Garcia and A.J. Deardo, Met. Trans., 12A:521, 1981. [45] G.R. Speich and A. Szirmae, Trans. TMS of AIME, 245:1063, 1969. [46] M. Hillert, K. Nilsson and L.E. Tรถrndahl, J. Iron Steel Inst., 209:49, 1971 [47] N.C. Low and D.V. Edmonds, Metall. Trans., 11A:33, 1980. [48] G.R. Speich, V.A. Demarest and R.L. Miller, Metall. Trans. A, 12A:1419, 1981. [49] A. Hultgren, Trans. Am. SยฐC. Steel Treating, 16:227, 1929 [50] C. Garcฤฑยดa de Andreยดs, F.G. Caballero and C. Capdevila, Scripta Mater., 38:1835, 1998. [51] F.G. Caballero, C. Capdevila and C. Garcฤฑยดa de Andreยดs, Scripta Mater., 42:1159, 2000. [52] F.G. Caballero, C. Capdevila and C. Garcฤฑยดa de Andreยดs, Metrall & Mater Trans. A, 32A:1283, 2001. [53] A. Jacot and M. Rappaz, Acta Mater., 45:575, 1997. [54] A. Jacot and M. Rappaz and R.C. Reed, Acta Mater., 46:3949, 1998.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 108/111
[55] A. Jacot and M. Rappaz, Acta Mater., 47:1645, 1999. [56] R.C. Reed, T. Akbay, Z. Shena, J.M. Robinson and J.H. Root, Mater. Sci. & Eng. A, 256:152, 1998. [57] F.L.G. Oliveira, M.S. Andrade and A.B. Cota, Materials Characterization, 58:256, 2007. [58] R. Mancini and C. Budde, Acta Matell. Mater., 47:2907, 1999. [59] R.C. Dykhuizen, C.V. Robino and G.A. Knorovsky, Metall. & Mater. Trans. B, 30B:107, 1999. [60] B.J. Yang, L. Chuzhoy and M.L. Johnson, Computational Materials Science, 41:186, 2007. [61] E.Ohmura, K. Inoue and Y. Takamachi, JSME Int. J., 34:421, 1991. [62] S. Choi and S.W. Lee, POSCO Internal Report, Pohang, 2008. [63] N. Yoshihara and S. Nagamatsu, Kobe Steel Engineering Reports, 59(1):54-58, 2009. [64] L. Godfrey, Metals Handbook, 10th Ed., ASM International,1:302-326, 1990. [65] D. Schreiber and I. Wiesenecker-Frieg, A Handbook for Materials Research and Engineering, Ed. by Verein Deutscher EisenHuttenleute, Springer Verlag and Verlag Stahleisen, Berlin and Dusseldorf, 2:468-477, 1993. [66] H. Dziemballa and L. Manke, Future for Automotive Industry, Ed. by I. von Hagen and H.-J. Wieland, Verlag Stahleisen GmbH, Dusseldorf,:341-348, 2005. [67] H. Berns, G. Siekmann and I. Wiesenecker, Draht, 35(5):247-252, 1984. [68] T. Iikubo and Y. Ito, Denki Seiko (Electr. Furn. Steel), 57:33, 1986. [69] W.J. Nam and H.C. Choi, Wire J. Int., 29:94, 1996. [70] W.E. Heitmann, T.G. Oakwood and H.J. Dziemballa, Proc. Of Microalloying 1995, Pittsburgh, PA, The Iron and Steel SยฐCiety, Warrendale, PA,:395, 1995. [71] N. Ridley, S. Maropoulos and J.D.H. Paul, Mater. Sci. Tech., 10:239, 1994. [72] T. Yamamoto, R. Kobayashi, T. Ozone and M. Kurimoto, J. Heat. Treat., 3:220, 1984. [73] T. Nakano, T. Sakayuki, M. Wakita and A. Sugimoto, JSAE Review, 22:337-342, 2001. [74] H.K.D.H. Bhadeshia and R. Honeycombe, Steel, 3rd ed., Elsevier, 2006 [75] S.J. Matas and R.F. Hehemann, Trans. TMS AIME, 221:179โ185, 1961. [76] R. Entin, Decomposition of Austenite by diffusional Processes , Ed. V. F. Zacky and H. I. Aaronson, 295โ211, New York, Interscience, 1962. [77] J. Deliry, Memor. Sci. Rev. Met., 62:527โ550, 1965. [78] J. Pomey, Memor. Sci. Rev. Met., 63: 507โ532, 1966. [79] R.F. Hehemann, Phase transformations, Ed. H.I. Aaronson and V.F. Zackay, 397โ432, Metals Park, OH, ASM, 1970. [80] R. Le-Houillier, G. Begin and A. Dube, Metall. Trans., 2:2645โ2653, 1971. [81] H.K. D. H. Bhadeshia and D. V. Edmonds, Met. Sci., 17:420โ425, 1983. [82] B.J. P. Sandvik, Metall. Trans. A, 13A: 777โ787, 1982 [83] B.J. P. Sandvik, Metall. Trans. A, 13A:789โ800, 1982. [84] S.J. Barnard and G.D.W. Smith and A.J. Garratt-Reed and J. van der Sande, Solid Solid Phase Transformations, TMS AIME , Materials Park, Ohio, 881-885, 1981. [85] S.S. Babu and K. Hono and T. Sakuri, Metall. Mater. Trans. A, 25:499-508, 1994. [86] G. Miyamoto, J.C. Oh, K. Hono, T. Furuhara, T. Maki, Acta Mater., 55:5027-5038, 2007. [87] A.A. Barabi, F. Li, P. Romano, D. Ponge and D. Raabe, Mater. Sci. Eng. A, 463:138- 146, 2007 [88] M. Ayada, M. Yuga, N. Tsuji, Y. Saito and A. Yoneguti, ISIJ Int., 38:1022-1031, 1998. [89] J.W. Morris Jr., Z. Guo, C.R. Krenn and Y.-H. Kim, ISIJ Int., 41:599-611, 2001. [90] H. Ohtani, F. Terasaki and T. Kunitake, Trans. ISIJ, 12:118-127, 1972. [91] A. Peters, R. Kaspar, J. Janovec and O. Pawelski, Steel Res. Int., 67:291-297, 1996. [92] M. Wettlaufer, R. Kaspar, Steel Res., 71:357-361, 2000. [93] M. Wettlaufer, R. Kaspar, Steel Res., 71:362-365, 2000. [94] K.J. Irvine, F.B. Pickering and J. Garston, J. Iron Steel Inst., 196:66, 1960 [95] R. G. Baker and J. Nutting, ISI Special Report, 64:1-10, 1959. [96] E. Tekin and P.M. Kelly, J. Iron and Steel Inst., 203:715-720, 1965. [97] M. Cohen, The strengthening of Steel, Trans TMS-AIME, 224:638-657, 1962. [98] P.G. Winchell and M.Cohen, The Strength of MARTENSITE, Trans. ASM, 55:347-361, 1962 [99] K. H. Jack: J. Iron and Steel Inst., 169:26โ36, 1951. [100] J.D. Verhoeven, Fundamentals of Physical Metallurgy, John Wiley & Sons, Canada, 1975 [101] R.A. Grange, C.R. Hribal and L.F. Porter, Hardness of tempered MARTENSITE in carbon and low-alloy steels, Met. Trans. S, 8A:1775-1785, 1977. [102] A.G. Allen and P. Payson, The effect of Silicon on the Tempering of MARTENSITE, Trans. ASM, 45:498-532, 1953. [103] W. Crafts and J.L. Lamont, Effects of alloys in steel as resistance to Tempering, Trans. AIME, 172:222-243, 1947. [104] S. Yamasaki and H.K.D.H. Bhadeshia, Mater. Sci. Tech., 19:1335-1343, 2003. [105] D.H. Sherman, S.M. Cross, S. Kim, F. Grandjean, G.J. Long and M.K. Miller, Metall. Mater. Trans. A, 38A:1698-1711, 2007.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 109/111
[106] G.S. Ansell and E.M. Breinan, Trans. ASM, 58:110-113, 1965 [107] Y. Tomita and K. Okabayashi, Metall. Trans., 18A:115-121, 1987. [108] T. Thors, M. Mangard, S. Larsson and B. Hildenwall, Scand. J. Metall., 27:171-179, 1998. [109] L.J.E. Hofer, E.M. Cohn and W.C.Peebles: J. Amer. Chem. SยฐC., 71:189โ195, 1949. [110] G.R. Speich and K.A. Taylor, MARTENSITE, Ed. by G.B. Olson and W.S. Owen, ASM International, 1992 [111] L. Cheng, C.M. Brakman, B.M. Korevaar and E.J. Mittemeijer, Metall. Trans., 19A:2415-2426, 1988. [112] A.M. Sherman, G.T. Eldis and M. Cohen, Metall. Trans., 14A:995-1005, 1983. [113] A. K. Seal and R.W.K. Honeycombe, J. Iron and Steel Inst., 188:343โ350, 1958 [114] M. Tanino and K. Aoki, Trans. Iron and Steel Inst. Japan, 8:337โ345, 1968 [115] D..McLean, Grain boundaries in Metals, Oxford Univ. Pr., Oxford, 1957 [116] H.K.D.H. Bhadeshia, M. Lord and L.-E. Svensson, Trans. JWRI, 32:91-96, 2003. [117] T. Sakuma, N. Watanabe and T. Nishizawa, Trans. JIM, 21:159, 1980 [118] R.M. Horn and R.O. Ritchie, Metall. Trans. A, 9A:1039โ1053, 1978. [119] C.L. Briant and S.K. Banerji, Metall. Trans. A, 10A:123โ126, 1979. [120] C.L. Briant and S.K. Banerji, Metall. Trans. A, 10A:1729-1737, 1979. [121] N. Bandyopadhyay and C.J. MacMahon Jr., Metall. Trans A, 14A:1313, 1983. [122] G. Krauss and C.J. McMahon Jr., MARTENSITE, ASM International, Eds. G.B. Olson and W.S. Owen, New York, 295, 1992. [123] C.J. McMahon Jr., Hydrogen Effects in Metals, Eds. I.M. Bernstein and A.W. Thompson, TMS-AIME, New York, 219, 1981. [124] F. Nakasato, F. Terasaki, Tetsu to Hagane, 61:856, 1975 [125] S.K. Banerji, C.J. McHaon Jr. and H.C. Feng, Intergranular Fracture in 4330-type Steels, Met. Trans. A, 9A:237-247, 1978. [126] B.S. Lement, B.L. Averbach and M. Cohen, Trans. ASM, 47:291, 1955 [127] G. Thomas, Metall. Trans. A, 9A:439-450, 1978. [128] B.J. Schultz and C.J. McHaon Jr., STP-499, ASTM, 104, 1972 [129] H. Ohtani and C.J. Mchaon Jr., Modes of Fracture in Temper Embrittled Steels, Acta Metallurgica, 23:377-386, 1975. [130] I. Olefjord, Temper Embrittlement, Review 231, Inter. Met. Rev., 23:149-163, 1978. [131] C.J. McMahon Jr. and L. Marchut, J. Vac. Sci. Technol., 15:450, 1978. [132] G. Krauss, Steels, 1st ed. ASM International, 2005 [133] P. Rogl, J.C. Schuster and H. Nowotony, Boron in Steel, Eds. S.K. Banerji and J.E Morral, TMS-AIME, 1980. [134] Ph. Maitrepierre, J. Rofes-Vernis and D. Thivellier, Structure-Properties Relationships in Boron Steels, Boron in Steel, Ed. by S.K. Banerji and J.E. Morral, The Metallurgical SยฐCiety of AIME, New York, 1080. [135] Edgar C. Bain and Harold W. Paxton, Alloying Elements in Steel, 2nd ed., American SยฐCiety for Metals, Metals Park, Ohio, USA, 1966 [136] E. Tekin and P.M. Kelly, J. Iron and Steel Inst., 203:715-720, 1965 [137] Y. Prawoto, N. Sato, I. Otani, and M. Ikeda, Journal of Materials Engineering and Performance, 13(5):627-636, 2004. [138] S. Tekeli, Mater. Lett., 57:604, 2002. [139] J. Gegner, Z. Metallkd., 94:30-35, 2003 [140] J. Kucera, P. Braz and K. Adamaszek, Acta Techn., 45:45-64, 2000. [141] J. Kucera and K. Adamaszek, Acta Techn., 46:51-60, 2001. [142] N. Birks and W. Jackson, J. Iron Steel Inst., 201:81, 1970 [143] A. Phillion, H. S. Zurob, C. R. Hutchinson, H. Guo, D. V. Malakhov, J. Nakano, G. R. Purdy, Metall. Trans. A, 35A:1237-1242, 2004. [144] B. Millon, J. Ruzickova and K. Stransky, Kovove Mater., 27(4):492-503, 1989. [145] C. R. Oldani, Scripta Mater., 35(11):1253-1257, 1996. [146] P. Marini and G. Abbruzzese, J. Magn. Magn. Mat., 26:15-21, 1982. [147] J.D. Verhoeven, Materials Characterization, 25:221-239, 1990 [148] M. Nomura, H. Morimoto and M. Toyama, ISIJ International, 40(6):619โ623, 2000. [149] D. Li, D. Anghelina, D. Burzic, W. Krieger and E. Kozeschnik, Steel Research Int., 80(4):304-310, 2009. [150] W. Sachs and C.W. Tuck, ISI Publication 111, London, The Iron and Steel Institute, 1, 1968. [151] N. Birks, G.H. Meier and F.S. Pettit, Introduction to the High-Temperature Oxidation of Metals, Cambridge University Press, Cambridge, 2006 [152] D. Caplan, G.I. Sproule, R.J. Hussey and M.J. Graham, Oxid. Met., 12:67, 1968 [153] N. Birks, G.H. Meier, Introduction to High Temperature Oxidation of Metals, Edward Arnold, London, 1983 [154] F.S. Pettit, J.B.Wagner Jr., Acta Metall., 12:35-40, 1964 [155] C.Wagner, Z. Phys. Chem. B21, 25, 1933 [156] L. Himmel, R.F. Mehl, C.E. Birchenall, J. Met. Trans. AIME, 827-843, 1953.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 110/111
[157] M.H. Davies, M.T. Simnad, C.E. Birchenall, J. Met. Trans. AIME, 889-896, 1951. [158] A.S. Khanna, High Temperature Oxidation and Corrosion, ASM International, OH, 2002 [159] O. Kubaschewski, B.E. Hopkins, Oxidation of Metals and Alloys, second ed., [160] Academic Press Inc., New York, 1962 H.T. Abuluwefa, R.I.L. Guthrie and F. Ajersch, Metall. Mater. Trans. A, 28:1633-1641, 1997. [161] W.F. Smith, Foundations of Materials Science and Engineering, Irwin/McGraw-Hill, New York, 1993 [162] C. Wells, W. Batz, and R.F. Mehl, Diffusion coefficient of carbon in Austenite, Trans. AIME, 188:553-560, 1950. [163] R.P. Smith, Acta Met., 1:578-587, 1953 [164] G.V. Kidson, J. Nucl. Mat., 3:21-29, 1961. [165] W. Jost, Diffusion in Solids, Liquids and Gases, Academic Press Inc., New York, 69, 1960 [166] J.S. Kirkaldy, Can. Jour. Phys. 36:917, 1958 [167] R.Y. Chen and W.Y.D. Yuen, Oxidation of Metals, 59:433-468, 2003 [168] K.M. Marra, E.A. Alvarenga and V.T.L. Buono, ISIJ International, 44(3):618-622, 2004. List of Publications Journal
Y. Lee, Sangwoo Choi, H. Kim and W.Y. Choo, โAn experimental study of the mean effective strain in rod (or bar)
rolling processโ, Metals and Materials, 6(6):525-513, 2000.
Y. Lee, Sangwoo Choi and Y.H. Kim, โMathematical Model and experimental validation of surface profile of a
workpiece in round-oval-round pass sequenceโ, J. Materials and Processing Technology, 108:87-96, 2000.
Y. Lee and Sangwoo Choi, โNew approach for the prediction of stress free surface profile of work piece in rod
rollingโ, ISIJ International, 40(6):624-626, 2000.
Sangwoo Choi, Y. Lee and S. Lee, โA study of influence of strain path change on the microstructure and
mechanical properties of low carbon steel using plate and bar rollingโ, Metals and Materials International, 7(2):115-
121, 2001.
Y. Lee, S.I. Kim, Sangwoo Choi, B.L. Jang and W.Y. Choo, โMathematical Model to simulate thermo-mechanical
controlled processing in rod (or bar) rollingโ, Metals and Materials International, 7(6):519-530, 2001.
S.-J. Yoo, Sangwoo Choi, S.-K. Han, B.-J. Jung, B.-H. Song and C.-N. Park, โThe effects of V, Al and N on the
fatigue life of a carbonitrided bearingsโ, Bearing Steel Technology, ASTM STP 1419, J.M. Beswick, Ed. ASTM
International, pp. 297-300, 2002.
Sangwoo Choi, Y. Lee and P.D. Hodgson, โA comparative study of microstructures and mechanical properties
obtained by bar and plate rollingโ, J. Materials and Processing Technology, 124:329-336, 2002.
Y. Lee, Sangwoo Choi and P.D. Hodgson, โAnalytical Model of pass-by-pass strain in rod (or bar) rolling and its
application to prediction of Austenite grain sizeโ, Materials Science and Engineering A, 336:177-189, 2002.
Sangwoo Choi and Y. Lee, โA new approach to predicting partial recrystallization in the multi-pass hot rolling
processโ, Metals and Materials International, 8:15-23, 2002
Y. Lee, Sangwoo Choi and P.D. Hodgson, โIntegrated Model for thermo-mechanical controlled process in rod (or
bar) rollingโ, J. Materials and Processing Technology, 125126:678-688, 2002.
Sangwoo Choi, Y. Lee, P.D. Hodgson and J.S. Woo, โ Feasibility study of partial recrystallization in multi-pass hot
deformation process and application to calculation of mean flow stressโ, J. Materials and Processing Technology,
125-126:63-71, 2002.
Sangwoo Choi, โModels for estimation of transformation kinetics from the Dilatation data during a cooling of
Hypoeutectoid steelsโ, Materials Science and Engineering A, 363:73-81, 2003.
Conference
S.K. Cho and Sangwoo Choi, โEffect of wire rod size and its packing density on the tensile strength deviation of
high carbon steel wire rod in the stelmor processโ, Wire Association International 67th Annual Convention: 1997
Conference Proceeding (USA), pp. 36-42, 1997.
S.J. Yoo, J.K. Park, Sangwoo Choi and D.L. Lee, โImprovement of ball bearing fatigue life by reducing segregation
and Proeutectoid Cementiteโ, Wire Association International 69th Annual Convention: 1999 Conference Proceeding
(USA), pp. 217-224, 1999.
Sangwoo Choi, Y. Lee, P.D. Hodgson and J.S. Woo, โFeasibility study of partial recrystallization in multi-pass hot
deformation process and application to calculation of mean flow stressโ, The 9th International Conference on Metal
Forming (UK), pp. 63-71, 2002.
Optimization of microstructure and properties of high strength spring steel
www.randb.co.kr, [email protected]
๋ณธ ์๋ฃ๋ R&B Inc.์ ์๋ฃ๋ก ๋ฌด๋จ ๋ณต์ฌ ๋ฐ ๋์ฉ์ ๊ธํฉ๋๋ค. 111/111
Y. Lee, Sangwoo Choi and P.D. Hodgson, โIntegrated Model for thermo-mechanical controlled process in rod (or
bar) rollingโ, The 9th International Conference on Metal Forming (UK), pp. 678-688, 2002.
Sangwoo Choi and C.S. Lee, โNew approach for extracting Proeutectoid Ferrite and Pearlite transformation
kinetics from Dilatation curve of Hypoeutectoid steels and its verificationโ, The 2003 Korea-Japan symposium of
phase transformations: Current issues of phase transformations (KOREA), 2003.