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STD61 템퍼링 온도에 따른 경도변화

탬퍼링 온도에 따른 경도변화( STD61 )1. 실험목적합금공구강을 퀜칭 처리 후 템퍼링 하는 이유와, 퀜칭 처리 시 잔류응력의 제거와 미세조직의 안정화를 위하여 템퍼링 하는 것을 이해시킨다. 이번 실험은 열간가공용 금형에 가장 널리 사용되는 합금 공구강인 STD61강을 사용하여 퀜칭 처리 한 후 템퍼링온도(200, 300, 500, 600)에 따른 기계적 성질 변화, 즉 퀜칭, 템퍼링 등의 열처리를 실험 실습함으로써 열처리 온도, 특히 오스테나이트화 온도와 템퍼링 온도에 따른 경도변화를 조사하여 고온에서 경도를 파악하는데 그 목적이 있다. 또한 더블템퍼링을 하는 이유에 대해서도 알아본다.2. STD61 → 합금공구강 → 열간가공용 공구강열간가공용 공구강은 열간압출, 열간단조 및 다이캐스팅 다이 등과 같은 용도로 사용되는 강종으로서, 일반적으로 다음과 같은 성질이 요구된다.1) 고온가공온도에서의 변형저항.? 탄소강은 고온에서 연해지기 때문에 이 용도로 사용할 수 없다.2) 기계적 충격과 열충격(특히 수냉시)에 대한 저항성.? 이 공구강의 내충격성을 향상시키기 위해서는 탄소량이 적어야만 한다.? 열간가공용 공구강으로는 탄소량이 0.3 ~ 0.4%인 합금공구강이 규격화되어 있다.? 탄소량 저하로 퀜칭시 미용해 탄화물이 잔류하지 못하도록 한다.3) 고온에서 마식 및 마모에 대한 저항성.4) 열처리시 변형저항성.? 복잡한 형상의 금형은 열처리시 변형되시 쉽다.5) 열균열에 대한 저항성.열간가공용 공구강은 대부분 경화능이 좋아서 비교적 큰 공구도 공랭으로써 경화시킬 수 있다.3. 화학조성과 강에 영향을 미치는 합금원소의 효과강종화 학 성 분 (%)용도CSiMnPSCrMoV프레스금형,다이캐스팅금형,압출공구STD610.32~ 0.420.80~1.200.50 이하0.030 이하0.030 이하4.50~ 5.501.00~ 1.500.80~ 1.20합금원소첨가효과합금원소첨가효과Si강도 및 인성 향상Cr내마모성 및 인성 향상Mn경화능 향상Mo내열성 및 경화능 향상P, S절삭성 향상V결정립 미세화실습방법퀜칭1. 시험편( STD61 ) 준비2. 끌을 사용하여 시험편을 라운딩 한다.3. 시험편을 연마지 #100으로 조연마를 한다.4. 열처리로 온도을 퀜칭온도 ( 1020℃ )를 맞춘 뒤 로 문을 열고 시험편을 철제망 에 넣어서 장입시킨다.5. 퀜칭온도 도달 후 30분 유지시킨다.6. 로 문을 열고 시험편이 담겨있는 철제망을 집게로 집어 공냉을 시킨다7. 시험편을 냉각 후, 연마지 #100으로 조연마를 한다.8. 로크웰경도기 C스케일로 퀜칭경도를 3번 측정하고 평균값을 기록한다.뜨임9. 열처리로 온도를 뜨임온도(200℃, 300℃, 500℃, 600℃)로 맞춘 뒤 로 문을 열고 시험편을 철제망에 넣어 장입10. 뜨임온도 도달 후 1시간을 유지시킨다.11. 로 문을 열어 집게로 시험편이 담겨있는 철제망을 집어 꺼내서 도가니위에올려서 공냉을 한다.12. 시험편이 식었으면 연마지 #100으로 조연마를 한다.13. 로크웰경도기 C스케일로 뜨임경도를 3번 측정하고 평균값을 기록한다.14. 같은 방법으로 2차 뜨임 후 로크웰경도기 C스케일로 뜨임경도를 3번 측정하고 평균값을 기록실험결과강종퀜칭경도1차 템퍼링경도1조2조3조4조200300500600STD6151.048.051.051.850.4강종퀜칭경도2차 템퍼링경도1조2조3조4조200300500600STD6151.050.452.153.547.6고찰저번 실험인 STD11강에 비해서 퀜칭경도가 상당히 낮게 나왔다는 것을 알 수 있다. 이는 STD61강은 탄소가 0.35%C 함량으로 낮기 때문에 퀜칭경도가 그다지 높게 나올 수 없다는걸 알 수 있다. 강은 가열되면 온도의 상승과 함께 탄소가 고용하여 오스테나이트로 변화화는데, 이 오스테나이트 상태로부터 급랭하면 탄소가 확산할 만한 시간적 여유가 없으므로 탄소는 고용된 상태로 상온에 도달하여 과포화상태의 마르텐사이트로 변태된다. 따라서 이 탄소의 과포화 정도가 경도값을 결정하게 되고, 과포화 정도는 탄소함유량이 클수록 증가되므로 결국 마르텐사이트의 경도는 탄소의 고용량에 의해서 결정되는 것이다. 실험결과표를 보게되면 보면 퀜칭 후 템퍼링 시 경도가 증가했다는 것을 알 수 있다. 이것은 퀜칭 한 후 측정한 경도값이 잘못 측정된 것으로 생각된다. 퀜칭후 경도값이 53 ~ 54정도의 퀜칭경도가 나와야 하는데, 이번 우리가 실험한 결과 값은 51.0정도로 낮게 나왔다. 이는 표면의 탈탄층부분에 연마가 충분히 되지 않고 덜 되어서 표면의 탈탄층의 제거가 완전히 되지 않았기 때문이다. 퀜칭 온도가 높아질수록 반응속도가 지수적으로 증가하고, 1000이상의 온도에서는 산화가 매우 빠르게 일어나므로 연마를 충분히 해서 탈탄층을 제거해 주어야 한다. 그래야 원하는 경도값의 근사치가 나오게 된다. 이로써 다시한면 탈탄제거의 중요성을 알았다. 그리고 1차 템퍼링 한 결과 값을 보게되면 1조에서 4조까지의 경도값을 보면 점점 증가하지도 않고, 점점 감소하지도 않고, 500에서 최고 높은 경도값이 나왔다는 것을 보여준다. 즉 2차경화(템퍼링경화)가 일어났다는 것을 나타내는데, 이것은 탄화물형성원소인 Cr, Mo, V, W, Nb의 첨가량이 많아서 생기는 현상이다. 위의 서론에서 합금원소의 효과를 보면 STD61강에 첨가되어 있는 함금원소에는 Cr, Mo, V 가 첨가 되어 있어서 500에서 2차 경화가 생겼다고 본다. 2차경화가 후 템퍼링 온도가 더 높아졌을 때는 다시 경도가 감소한다. 예전에 실험했던 바에 의하면 탄소공구강(STC3)은 템퍼링했을 때 템퍼링 온도가 높아짐에 따라서 경도가 급격히 감소하고, 인성은 향상 되었다. 이러한 기계적성질 변화는 시멘타이트 석출과 점차적인 조대화에 기인하는 것이고, 탄소와 철의 확산에 의존하는 과정이다. STD61강은 탄화물 형성원소가 첨가되어 있어서 연화를 지연시키고 고온에서 템퍼링을 할 때 시멘타이트보다 더욱 안전환 합금탄화물이 형성되므로 재차 경화된 것이다. 이와 같은 합금탄화물의 조대화속도는 함금원소의 확산속도에 의존하는데, 이러한 합금원소의 확산속도는 매우 느리기 때문에 형성된 합금탄화물의 크기는 매우 미세하게 되고 이로 인해 경도증가가 일어나는 것이다. 이 외에 2차 경화 되는 이유는 퀜칭시 100% 마르텐사이트로 변태되지 않고 상온에 미변태된 오스테나이트인 잔류오스테나이트가 500 ~ 600

공학/기술| 2017.06.15| 7페이지| 1,500원| 조회(590)

신소재, STD61, 템퍼링 온도에 따른 경도변화

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