석회석 및 시멘트 분쇄용 밀볼의석회석 및 시멘트 분쇄용 밀볼의석회석 및 시멘트 분쇄용 밀볼의석회석 및 시멘트 분쇄용 밀볼의

저가 고수명화를 위한 제조기술 지원저가 고수명화를 위한 제조기술 지원저가 고수명화를 위한 제조기술 지원저가 고수명화를 위한 제조기술 지원ㆍㆍㆍㆍ

2005. 5. 312005. 5. 312005. 5. 312005. 5. 31

지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원::::

지원기업 주 삼 화 금 속지원기업 주 삼 화 금 속지원기업 주 삼 화 금 속지원기업 주 삼 화 금 속: ( ): ( ): ( ): ( )

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 석회석 및 시멘트 분쇄용 밀볼의 저가 고수명화를 위한 제조기술 지“ ㆍ

원 지원기간 과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다”( : 2004.06.01~2005.05.31) .

2005. 05. 31.2005. 05. 31.2005. 05. 31.2005. 05. 31.

지원기관 기관명 한 국 생 산 기 술 연 구 원지원기관 기관명 한 국 생 산 기 술 연 구 원지원기관 기관명 한 국 생 산 기 술 연 구 원지원기관 기관명 한 국 생 산 기 술 연 구 원: ( ): ( ): ( ): ( )

대표자대표자대표자대표자( )( )( )( ) 김 기 협김 기 협김 기 협김 기 협

지원기업 기업명 주 삼 화 금 속지원기업 기업명 주 삼 화 금 속지원기업 기업명 주 삼 화 금 속지원기업 기업명 주 삼 화 금 속: ( ) ( ): ( ) ( ): ( ) ( ): ( ) ( )

대표자대표자대표자대표자( )( )( )( ) 황 호 남황 호 남황 호 남황 호 남

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 :::: 신 제 식 선임연구원신 제 식 선임연구원신 제 식 선임연구원신 제 식 선임연구원

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 문 병 문 수석연구원문 병 문 수석연구원문 병 문 수석연구원문 병 문 수석연구원

::::〃〃〃〃 김 희 수 위촉연구원김 희 수 위촉연구원김 희 수 위촉연구원김 희 수 위촉연구원

- 3 -

기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서

사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.

석회석 및 시멘트 분쇄공정에 사용되고 있는 밀볼 제품의 고수명화를 저가로 구

현할 수 있는 주철 소재의 합금설계 주조 및 열처리기술 지원Cr ,

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.

고충격 내마모 고인성을 보유하는 주철 소재의 개발 및 기계적 특성 최적화/ / Cr

를 위한 열처리기술 확립을 통해 당사가 보유한 기존설비를 이용 고수명의 석회

석 및 시멘트 분쇄용 밀볼을 제조할 수 있는 생산기술을 개발하고 불량률을 최

소화할 수 있는 주조방안 설계기술을 지원하며 이외 다양한 현장애로 기술을 지

원함.

고충격 내마모 고인성을 보유하는 고 주철 소재의 합금설계기술 지원- / / Cr

미세조직 기지조직 탄화물 종류 및 분율 등 분석 및 기계적 특성 평가를 통- ( , )

한 최적 열처리기술 지원

밀볼의 마모 및 파구거동 규명과 라이너 밀볼의 상대마모 특성 분석 및 해- &

결 방안 기술 지원

불량률 최소화하는 최적주조방안 설계 및 전용해 주조공정 확립 및 제작기술- /

지원

합금 내 고가 원소인 비첨가시의 제품 제작 가능성 검토- Mo

석회석 및 시멘트 분쇄용 라이너와 해머의 합금 소재- identification

- 4 -

지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

합금설계기술 기존 성분 그대로 이용합금성분의 역할에 대한 정확한

파악 및 이해

열처리기술 기존 열처리 방법 이용

다구치법을 이용한 실험으로

내마모성 및 내충격성 최적화하는

열처리 조건 확립

마모특성파악 -라이너와 밀볼의 상대마모

특성파악 및 수입제품과의 비교

최적주조방안

설계기존 주조 방법

주조방안에 대한 전반적인 내용

이해 및 숙지

고가원소인

비첨가시의Mo

영향

-고가원소인 비첨가 합금소재의Mo

가능성 파악

라이너와 해머의

합금 소재 조사-

사업 다변화 위한 아이템 발굴

지원을 위한 라이너와 해머의

소재분석 및 동작 특성 파악

- 5 -

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 석회석 분쇄용 고 주철소재 밀볼o : Cr

모 델 명o :

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구 분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비 고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질100%

수입 사 제품( M )80~90% 100%

경쟁제품 대비 가격원1,400 /kg

수입 사 제품( M )원1,350 /kg 원1,350 /kg

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

- 6 -

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

삼화금속의 석회석 및 시멘트 분쇄용 밀볼은 국내시장을 포함 전 세계 시장의

이상을 차지하고 있는 대표적인 제조업체인 마고도의 고 주철볼과 비교40% Cr

해보면 판매가격의 경우에는 큰 차이가 없는 반면 대략 천원 수준( 1,350 /ton )

동작특성은 뒤쳐진다는 인식이 만연하여 국내시장에서 고전을 면치 못하는 실정

이었다 하지만 본 기술지원사업을 통하여 내마모성을 크게 훼손하지 않는 범위.

내에서 내충격특성을 현격히 향상시켜 궁극적으로 마고도 제품 대비 동등 이상

의 동작특성을 발현시킬 수 있는 합금살계 용해주조 열처리 등 전 공정기술을, ,

체계적으로 최적화 개발할 수 있었다.

- 7 -

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

신제품개발 시멘트 광산 화력발전소 제강 화학공장 등 고충격 내마모 고1. : , , , , / /

인성 요하는 여러 분야에서 수요증대 예상

공 정 개 선 새로운 설비도입 없이 종래의 생산라인을 활용 수입밀볼과 동2. :

등한 기계적 성질을 발휘할 수 있으며 생산원가 절감할 수 있는 제조공정 확립

상용화 개발 다국적기업 마고도 제품과 동등한 동작특성 확보하는 석회석3. : ( )

및 시멘트 분쇄용 밀볼 제품 제작

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,5. ,5. ,5. ,

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) ,1) ,1) ,1) ,

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

- 8 -

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건33

고 주철 소재의 합금설계 주조 열처리에Cr , ,

이르는 전 공정에 대한 체계적인 기술개발 및

공정최적화 관련 기술 정보 제공

시험분석 건117

고 주철 소재의 합금설계 주조 열처리에Cr , ,

이르는 전 공정에 대한 체계적인 기술개발 및

공정최적화에 필요한 시험 분석

사업관리시스템

지원실적업로드 회수건12 매월 말 월간 지원내용 정리하여 업로드

지원기업 방문회수 건12

종합의견종합의견종합의견종합의견7.7.7.7.

경영자와 기술진의 의욕과 연구진의 고 주철 소재 및 등 고충격 내마모Cr ADI / /

고인성을 요하는 부품소재 제조 기술에 관한 연구개발 경험이 잘 조화되어 제품

개발 및 특성향상에 관한 계획 등이 매우 합리적으로 진행되었다 그 결과 생산.

가격에 변동이 없으면서도 동작특성을 향상시킬 수 있는 석회석 밀볼용 고 Cr

주철 소재에 대한 최적 열처리 방안 기술지원이 이루어져 경쟁 외국 업체에 대

한 가격 및 품질 경쟁력을 확보할 기틀을 마련하였다고 판단된다.

- 9 -

연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과( )( )( )( )□□□□

과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과1.1.1.1.

논문게재 성과논문게재 성과논문게재 성과논문게재 성과□□□□

사업화 성과사업화 성과사업화 성과사업화 성과2.2.2.2.

특허 성과특허 성과특허 성과특허 성과□□□□

출원된 특허의 경우출원된 특허의 경우출원된 특허의 경우출원된 특허의 경우oooo

- 10 -

등록된 특허의 경우등록된 특허의 경우등록된 특허의 경우등록된 특허의 경우oooo

사업화 현황사업화 현황사업화 현황사업화 현황□□□□

고용창출 효과고용창출 효과고용창출 효과고용창출 효과□□□□

- 11 -

세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용□□□□

기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건1. : 331. : 331. : 331. : 33

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1~2 2004.06.30 기초문헌조사내용

부록-

업로드자료

참고

3~5 2004.07.31

기존설비를 이용 고수명의 석회석 및 시멘트 분쇄

용 밀볼 제조생산기술 개발 및 불량률을 최소화할

수 있는 주조방안 설계기술을 지원

6~7 2004.08.31 충격시험 및 마모실험 조건 및 기술지원

8~10 2004.09.30 국내제품 밀볼의 용체화처리 조건 지원

11~12 2004.10.31 국내제품 밀볼의 용체화처리 후 템퍼링 조건 지원

13~15 2004.11.30 분석을 위한 조건 지원XRD etching

16~18 2004.12.31 최적 열처리 조건 전달

19~21 2005.01.31 충격 시 전파거동 분석내용 지원crack

22~24 2005.02.28 상분율 필요성 숙지 및 결과 지원

25~27 2005.03.31 마모실험 조건 전파Okoshi type

28~30 2005.04.29 기계적 성질 분석 결과

31~33 2005.05.31 석회석 분쇄용 라이너 및 해머 소재 조사 및 자문

- 12 -

시험분석 건시험분석 건시험분석 건시험분석 건2. : 1172. : 1172. : 1172. : 117

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1~10 2004.06.30 수입 밀볼 분석

부록-

업로드자료

참고

11~20 2004.07.31 화학 조성 분석

21~31 2004.08.31충격시험에 사용되는 소재 분석 및 마모예비ICP

실험 분석

32~43 2004.09.30 용체화열처리 공정 후 미세 조직 관찰 후 분석(OM)

44~53 2004.10.31 용체화처리 템퍼링 후 미세조직 관찰->

54~61 2004.11.30국내제품과 마고도 그리고 최적열처리as-cast,

조건을 거친 시편의 탄화물을 비교분석

62~68 2004.12.31 열처리 조건에 따른 미세조직 관찰(SEM)

69~78 2005.01.31 파단면 및 균열전파거동 관찰 분석

79~89 2005.02.28 상분율 측정 결과 분석

90~

1012005.03.31 경도 및 마모실험 분석

102~

1092005.04.29 거시조직 및 페라이트 상분율 분석, XRD

110~

1172005.05.31 저가 고수명화 제조기술 종합지원ㆍ

- 13 -

목 차목 차목 차목 차< >< >< >< >

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

제 절 기술 지원 수행제 절 기술 지원 수행제 절 기술 지원 수행제 절 기술 지원 수행2222

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

부록 기술지원일지부록 기술지원일지부록 기술지원일지부록 기술지원일지[ 1][ 1][ 1][ 1]

부록 국외출장보고서부록 국외출장보고서부록 국외출장보고서부록 국외출장보고서[ 2][ 2][ 2][ 2]

부록 학회 전시회 요약보고서부록 학회 전시회 요약보고서부록 학회 전시회 요약보고서부록 학회 전시회 요약보고서[ 3][ 3][ 3][ 3] ㆍㆍㆍㆍ

- 14 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

고충격 내마모 고인성을 요하는 밀볼 부품소재는 시멘트공장뿐만 아니라 화학공장/ / ,

화력발전소 등 각종 산업분야에 광범위하게 사용되고 있는 중요 소재로서 현재 주

로 단조 열처리한 스틸볼과 고 주철볼이 사용되고 있다 하지만 단조 열처리Cr .ㆍ ㆍ

한 스틸볼의 경우는 전량 외국에서 수입되고 있는데 각국의 생산설비환경에 따라

가격경쟁력이 좌우되므로 함부로 대체공정으로 전환하는 것은 현실적으로 매우 어

렵다 또한 국산 제품이 사용되고 있는 고 주철 소재 밀볼의 경우는 공격적인. Cr

시장전략을 펼치고 있는 중국 등 제 국에 비해서는 가격경쟁력이 크게 떨어지고 벨3

기에 등 기술선진국 대표적 다국적기업 에 비해서는 품질 수명 이( : Magotteaux) ( )

현격히 뒤지는 실정이다 밀볼이 분쇄공정 중 파구가 일어나거나 이상마모거동을.

보이는 경우 생산성을 저하시키게 되고 심한 경우에는 조업을 중단 이를 제거 교체/

해야 되는데 이는 시멘트공장 등의 사용처에서 제기되고 있는 가장 큰 문제점이다.

특수설비의 추가적인 설치 없이 국내 중소기업 규모 주물업체의 기존 설비를 사용

함으로써 생산가격을 낮추면서도 동작특성을 향상시킬 수 있는 주철 소재의 개Cr

발 및 밀볼 부품 생산기술 개발이 시급히 이루어져야 한다.

- 15 -

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

주요목표

고충격 내마모 고인성을 보유하는 주철 소재의 개발 및 기계적/ / Cr

측성 최적화를 위한 열처리기술 확립을 통해 당사가 보유한 기존

설비를 이용 고수명의 석회석 및 시멘트 분쇄용 밀볼을 제조할

수 있는 생산기술을 개발하고 불량률을 최소화할 수 있는 주조방

안 설계기술을 지원하며 이외 다양한 현 장애로 기술을 지원함.

세부목표

고충격 내마모 고인성을 보유하는 고 주철 소재의 합금설계- / / Cr

기술 지원

미세조직 기지조직 탄화물 종류 및 분율 등 분석 및 기계적- ( , )

특성 평가를 통한 최적 열처리기술 지원

밀볼의 마모 및 파구거동 규명과 라이너 밀볼의 상대마모 특- &

성 분석 및 해결 방안 기술 지원

불량률 최소화하는 최적주조방안 설계 및 전용해 주조공정 확- /

립 및 제작기술지원

합금 내 고가 원소인 비참가시의 제품 제작 가능성 검토- Mo

석회석 및 시멘트 분쇄용 라이너와 해머의 합금 소재-

identification

- 16 -

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

지원연구원이 보유중인 본 과제와 관련된 세부기술지원 내용지원연구원이 보유중인 본 과제와 관련된 세부기술지원 내용지원연구원이 보유중인 본 과제와 관련된 세부기술지원 내용지원연구원이 보유중인 본 과제와 관련된 세부기술지원 내용1 .1 .1 .1 .

고충격 내마모 고인성을 보유하는 주철 소재의 개발 및 기계적 특성 최적화/ / Cr

를 위한 열처리기술 확립을 통해 당사가 보유한 기존설비를 이용 고수명의 석회

석 및 시멘트 분쇄용 밀볼을 제조할 수 있는 생산기술을 개발하고 불량률을 최

소화할 수 있는 주조방안 설계기술을 지원하며 이외 다양한 현장애로 기술을 지

원함.

고충격 내마모 고인성을 보유하는 고 주철 소재의 합금설계기술 지원- / / Cr

미세조직 기지조직 탄화물 종류 및 분율 등 분석 및 기계적 특성 평가를 통- ( , )

한 최적 열처리기술 지원

밀볼의 마모 및 파구거동 규명과 라이너 밀볼의 상대마모 특성 분석 및 해- &

결 방안 기술 지원

불량률 최소화하는 최적주조방안 설계 및 전용해 주조공정 확립 및 제작기술- /

지원

합금 내 고가 원소인 비첨가시의 제품 제작 가능성 검토- Mo

석회석 및 시멘트 분쇄용 라이너와 해머의 합금 소재- identification

- 17 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

고충격 내마모 고인성을 보유하는 고 주철 소재의 합금설계기술고충격 내마모 고인성을 보유하는 고 주철 소재의 합금설계기술고충격 내마모 고인성을 보유하는 고 주철 소재의 합금설계기술고충격 내마모 고인성을 보유하는 고 주철 소재의 합금설계기술1. / / Cr1. / / Cr1. / / Cr1. / / Cr

석회석 분쇄용 밀볼 부품의 경우 공정 특성상 내마모성과 함께 우수한 내충격 특성

을 확보해야 뛰어난 동작 특성을 발현할 수 있다 그러나 에서. ASTM specification

조차 단지 경도 값만을 나타냈을 정도로 고 주철합금의 경우 내마모성에 비해Cr

충격인성에 대한 연구는 상대적으로 미흡한 것이 현실이다 이에 선진국 제품과 비.

교해도 품질이 뒤지지 않으면서도 중국 등 제 국 제품에 대한 가격경쟁력이 있는3

고 주철합금 소재 부품을 제작하기위하여 표 과 같이 합금 설계를 하였다Cr [ 1-1] .

합금 설계 시에 가장 크게 고려한 것은 합금내의 잔류 오스테나이트를 확보하는 것

이다 오스테나이트는 합금원소가 녹아들어간 면심입방정 을 이루는 철강 및. (FCC)

합금강의 총칭으로 상온에서 안정된 체심입방정 의 철보다도 탄소가 더 많이(BCC)

녹아들며 마모에 강한 특색이 있고 강의 열처리에서 매우 중요한 역할을 한다 응, .

고시 오스테나이트 기지조직에 분배되는 합금원소의 종류 및 양에 의해 기지조직의

열처리특성 고온경도 내식성 및 내열성 등이 결정된다 합금 성분내 잔류 오스테, , .

나이트를 확보하는 방법으로는 첫째 증가시키는 방법 둘째 을 증가시, C% , , Cr %

키는 방법 셋째 를 증가시키는 방법이 있다 와 증가 시는, Cr/C % . C% Cr% Cr/C %

를 함께 증가시키는 방향으로 설계해야한다 넷째로 등 안정화제를 첨가. Ni, Mn, Cu

하는 방법이 있고 마지막으로 를 첨가함으로써 경화능 을 향상시켜Mo (hardenability)

주는 방법 등이 있다 표 에서 보듯이 연구에 이용된 시험소재는 조사된 기존. [ 1-1]

의 밀볼 성분에 비해 의 비율이 높게 설계되어 잔류 오스테나이트의 확보를Cr/C

꾀하였다.

- 18 -

표 고 주철합금 성분 설계 내용표 고 주철합금 성분 설계 내용표 고 주철합금 성분 설계 내용표 고 주철합금 성분 설계 내용[ 1-1] Cr[ 1-1] Cr[ 1-1] Cr[ 1-1] Cr

(a)(a)(a)(a) (b)(b)(b)(b)

그림 상태도와 에 따른 잔류 오스테나이트 분포그림 상태도와 에 따른 잔류 오스테나이트 분포그림 상태도와 에 따른 잔류 오스테나이트 분포그림 상태도와 에 따른 잔류 오스테나이트 분포< 1-1> (a) Fe-Cr-C (b) Cr/C%< 1-1> (a) Fe-Cr-C (b) Cr/C%< 1-1> (a) Fe-Cr-C (b) Cr/C%< 1-1> (a) Fe-Cr-C (b) Cr/C%

- 19 -

합금원소 내에서 은 백선화 작용이 강하고 기지조직의 내식성 및 내산화성을 향Cr

상시키기 때문에 크롬주철의 기본 성분으로서 이용되고 있다 및 함량을 근거. Cr C

로 하여 규격 에 조성 및 기계적 성질이 분류되어 있으며 이를 표ASTM A532 [

와 표 에 나타내었다1-2] [ 1-3] .

표 규격 에 명시된 내마모 주철의 조성표 규격 에 명시된 내마모 주철의 조성표 규격 에 명시된 내마모 주철의 조성표 규격 에 명시된 내마모 주철의 조성[ 1-2] ASTM A532[ 1-2] ASTM A532[ 1-2] ASTM A532[ 1-2] ASTM A532

- 20 -

표 의 기계적 특성 요구치표 의 기계적 특성 요구치표 의 기계적 특성 요구치표 의 기계적 특성 요구치[ 1-3] ASTM specification A532[ 1-3] ASTM specification A532[ 1-3] ASTM specification A532[ 1-3] ASTM specification A532

크롬 주철합금에는 외에 각종의 합금원소가 첨가될 수 있다 소량 첨가의 경우Cr .

각 초정들이 정출되는 조성범위만 약간 변화될 뿐 각 상의 종류에는 변화가 없다.

또한 각 원소는 고유한 비율로 초정 및 공정의 오스테나이트 세멘타이트( ),ϒ

(M3 및 크롬 탄화물C) (M7C3 에 분배된다 등 탄화물 생성원소의 분배) . Cr, Mo, V

계수 (Kϒ 는 융액의 탄소량의 증가와 더불어 감소하고 등 흑연화 조장 원소) Ni, Si

의 분배계수는 증가된다 또 공정융액의 합금농도를. Cle 여기에서 정출되는 오스테,

나이트 및 탄화물의 합금농도를 Cϒ 및 Cc로 하면 Cϒ/Cle′, Cc/Cle 각각 공정 오스테

나이트 및 공정 탄화물의 분배계수이며 공정응고상의 평균 합금 농도를 Ce로 하면

Ce/Cle 는 공정에서의 분배계수라 말할 수 있겠다 탄화물 생성 원소는 탄화물에 많.

이 분배되고 흑연화 조장원소는 오스테나이트에 선택적으로 분배된다 또. , Ce/Cle >

의 은 응고와 진행과 더불어 잔액중의 농도는 감소하게 되고1 Cr , Ce/Cle < 의1 Ni

및 는 증가한다 이상의 분배계수로부터 각 응고상중의 합금분포 잔액의 조성제Si . ,

어 더 나아가서 정출상의 제어가 가능하게 된다 또한 등 탄화물, . V, Nb, W, Mo

생성원소들을 다량으로 첨가하면 이들의 원소를 주체로 한 탄화물이 정출된다 정.

출 탄화물의 종류 및 경도를 표 에 나타내었다[ 1-4] .

- 21 -

이들 원소 중에서 특히 는 베이나이트 변태를 촉진하고 안정한 잔류 오스테나이Mo

트를 생성시키며 탄화물을 생성시키는 원소로서 템퍼링 취성방지 소입성 증대 및,

연화저항상과 내마모성을 높여 고 주철합금 부품소재로서의 성능 향상에 좋은Cr

역할을 하지만 에 만원을 호가하는 고가의 원소이고 과량 첨가 시 절삭성 및1kg 12

충격인성을 해치고 소량 첨가 시 위 효과들을 기대할 수 없으므로 시험소재에서는

생략하였다.

- 22 -

표 정출 탄화물의 경도와 밀도표 정출 탄화물의 경도와 밀도표 정출 탄화물의 경도와 밀도표 정출 탄화물의 경도와 밀도[ 1-4][ 1-4][ 1-4][ 1-4]

Element Carbide SystemDensity(g/cm

3)

measured(theoretical)Hv

B B4C tetragonal 2.51 5000

Si SiCtetragonal

3.12 4200hexagonal

Ti TiCNaCl 4.90~4.93(4.938) 3200

4.9 3200

V

V4C3 NaCl 2800

(V,Fe)4C3 2730

VCNaCl 5.36(5.81) 2100

5.8 2800

Cr

Cr3C2

orthorhombic 6.68 1300

6.7 1300

Cr17C3

orthorhombic 6.92

hexagonal

(Cr,Fe)7C3

1600~1800

2305~2410

Cr23C6 cubic 6.97

(Cr,Fe)23C6 2520~2600

Mn Mn3C orthorhombic 6.89

Fe

Fe3C orthorhombic 7.4 1340

7.64

(Fe,Cr)3C 1450~1740

Fe2C 7.67 1150

ZrZrC NaCl 6.9(6.44~6.51) 2600

2800

NbNbC NaCl 7.76(8.2) 2400

Mo2C 7.86 2400

Mo

hexagonal 8.2~8.9(9.2) 1500

9.2 2250

1800

(Fe,Mo)6C cubic 1820~1950

Hf

HfC NaCl 12.6(12.7) 2900

12.7 2830

2600

TaTaC NaCl 14.49(14.53) 1800

14.53 1800

W

WC hexagonal 15.6(15.5~15.7) 2400

15.8 2740

2400

W2C hexagonal 17.2 3000

(Fe,W)6C cubic 1890~2060

- 23 -

미세조직 기지조직 탄화물 종류 및 분율 등 분석을 통한 최적 열처리기술미세조직 기지조직 탄화물 종류 및 분율 등 분석을 통한 최적 열처리기술미세조직 기지조직 탄화물 종류 및 분율 등 분석을 통한 최적 열처리기술미세조직 기지조직 탄화물 종류 및 분율 등 분석을 통한 최적 열처리기술2. ( , )2. ( , )2. ( , )2. ( , )

크롬을 함유하는 백주철은 시멘트산업 화학공장 화력발전소의 탈황설비15~28% , ,

를 포함한 각종 산업분야에서 고충격 내마모 고인성을 요하는 극한 개념의 소재ㆍ ㆍ

로서 광범위하게 사용되고 있다 하지만 현재 국내 주물업체에 의해 생산되고 있는.

각종 고 크롬 주철 소재 부품은 스위스 등 관련 기술 선진국의 제품에 비해서는 품

질이 떨어지고 중국 등 제 국의 제품에 비해서는 가격경쟁력이 크게 떨어지는 상, 3

황으로서 국내의 사용업체들에게서마저 점점 외면당하고 있는 실정이다 따라서 국, .

내 주물업체의 기존 생산라인 및 공정을 이용하면서도 열처리 조건을 최적화함으로

써 동작특성이 향상된 고 주철 소재를 가격경쟁력 있게 개발하고자 하였다Cr .

시멘트 공장에서 석회석 분쇄용 밀볼이 사용되는 환경은 그림 와 같이 나타< 2-1>

낼 수 있다 첫 번째 에서는 직경 볼을 이용한 석회석과 의. room 50~90mm clinker

공정으로 약 높이에서 낙하하는 충격이 반복적으로 작용하여 석회석을crushing 3m

차 분쇄하고 두 번째 에서는 직경 볼을 이용하여 조분과 석고의1 room 17~50mm

공정으로 선속도 이상으로 회전하는 에서 밀볼이 반복적으로 충grinding 3m/s room

돌하는 상황이다 공정 진행 간에 밀볼에는 높은 충격이 반복적으로 작용하고 충격.

피로가 쌓이게 되어 동작특성이 저하되게 된다 이에 이상의 경도를 크게 훼. 55HRc

손하지 않으면서도 충격인성을 크게 향상시킬 수 있도록 열처리 조건을 최적화함으

로써 품질과 가격경쟁력을 갖춘 고 주철합금 소재 밀볼 부품 열처리 기술을 개Er

발하였다.

실험에 사용된 합금은 현재 시멘트 산업 및 화력발전소 등에서 시멘트 및 석회석

분쇄공정에 널리 사용되고 있는 상용 밀볼의 조성으로 설정하였다 (Cr: 18%, C:

열처리공정 변수로는 불안정화열처리 온도2.3%, Si: 0.7%, Fe: bal.). (900 ,℃

1,000℃, 1,100℃ 및 시간 시간 과 템퍼링 온도) (1, 2, 4 ) (250℃, 400℃, 550℃)

및 시간 시간 을 선택하였으며 실험횟수를 최소화하고 각 공정변수들의 영(1, 2, 4 ) ,

향을 효율적으로 파악하기 위해서는 다구치법의 L9(34직교표를 활용하여 표 과) 1

같은 실험계획을 수립 데이터를 수집하였다 이 때 고 크롬 주철 밀볼의 동작특성.

을 최적화하기 위해서는 각 실험조건에 있어서 얻어진 경도값과 충격값의 곱으로부

터 도출된 비 를 분석하는 방법을 사용하였다SN (signal-tonoise ratio) .

- 24 -

그림 시멘트작업장에서의 조업조건그림 시멘트작업장에서의 조업조건그림 시멘트작업장에서의 조업조건그림 시멘트작업장에서의 조업조건< 2-1>< 2-1>< 2-1>< 2-1>

- 25 -

가 다구치법에 의한 열처리조건의 영향 평가가 다구치법에 의한 열처리조건의 영향 평가가 다구치법에 의한 열처리조건의 영향 평가가 다구치법에 의한 열처리조건의 영향 평가....

제품의 품질향상을 위한 획기적인 기본전략 마련은 오래전부터 많은 사람들에 의해

추구되어온 목표이다 즉 품질관리 활동을 공정관리나 최종제품의 검사 단계에서가. ,

아니라 제품설계 또는 공정설계 단계에서 행하고 제품의 성능특성을 정량화함으로,

써 품질문제를 객관적이며 공학적인 문제로 다루며 제품이나 공정을 생산된 제품,

의 특성치가 잡음에 둔감하도록 설계하자는 개념이다 다구치는 위와 같은 전략을.

구현하기 위하여 직교표 라 부르는 실험계획을 활용하여 데이터(orthogonal table)

를 수집하고 그로부터 도출된 비 를 분석함으로써 제품이SN (signal-to-noise ratio)

나 공정의 최적조건을 결정한다는 구체적이며 효율적인 방법을 제안하였다 직교표.

와 다구치 방법을 이용한 실험계획 및 분석방법은 실험의 횟수를 획기적으로 줄이

면서도 여러 인자의 복합적인 효과를 체계적으로 파악할 수 있다는 것이 가장 큰

장점이라 할 수 있다.

따라서 본 연구에서는 고 주철 합금 소재의 최적 열처리 조건을 개발하는데 있Cr

어 다음과 같이 다구치 방법과 직교표를 활용해 실험계획을 수립하고 데이터를 분

석하였다.

- 26 -

다구치 방법의 개요다구치 방법의 개요다구치 방법의 개요다구치 방법의 개요1)1)1)1)

Introduction : Taguchi methodsIntroduction : Taguchi methodsIntroduction : Taguchi methodsIntroduction : Taguchi methods

기본개념1)

손실2)

원인(a)

손실함수 망대 망소 망목 특성(b) : , ,

기대손실(c)

제품 및 공정의 설계3)

잡음과 대응책(a)

설계의 세 단계(b)

기본 개념기본 개념기본 개념기본 개념

품질관리 활동은 제품설계 늦어도 공정설계 단계에서- ,

성능특성은 잡음 의 영향으로 목표치 또는 이상치를 벗어남- (NOISE)

산포를 손실의 개념을 도입하여 정량화:

특성치가 잡음에 둔감하도록 설계- ⇒ ROBUST DESIGN

직▶ 교표를 이용한 실험계획으로 자료를 수집

수집된 자료로부터 유도된 비를 분석SN ⇒ 최적조건을 결정

- 27 -

손 실손 실손 실손 실

원인원인원인원인(a)(a)(a)(a)

잡음으로 인한 성능 특성의 목표치 또는 이상치로부터의 산포에 기인-

잡음- (NOISE)

사용환경 외란 부품의 노후화 내란 생산환경 불완전 제조: ( ), ( ), ( )

는 손실의 개념을 손실함수를 도입하여 정량화- Taguchi

손실함수손실함수손실함수손실함수(b)(b)(b)(b)

망소 특성 작을수록 좋은 경우 즉- : ( , m=0)

망대 특성 클수록 좋은 경우 즉- : ( , m=∞)

망목 특성 특정한 목표치가 주어진 경우 즉- ; ( , 0<m<∞)

성능 특성치 의 목표치y : , m : y

- 28 -

기대손실기대손실기대손실기대손실(c)(c)(c)(c)

가 목표치로부터 산포함으로써 야기되는 손실의 평균치- y

성능특성의 종류와 기대손실성능특성의 종류와 기대손실성능특성의 종류와 기대손실성능특성의 종류와 기대손실

제품 및 공정의 설계제품 및 공정의 설계제품 및 공정의 설계제품 및 공정의 설계

잡음과 대응책잡음과 대응책잡음과 대응책잡음과 대응책(a)(a)(a)(a)

직접적 방법 잡음을 제거 또는 통제- :

간접적 방법 잡음을 반영한 상태에서 성능특성이 잡음에 둔감하도록- :

설계의 세 단계설계의 세 단계설계의 세 단계설계의 세 단계(b)(b)(b)(b)

시스템 설계-

파라미터 설계-

허용차 설계-

- 29 -

시스템 설계- (SYSTEM DESIGN)

전문지식 기술 경험을 통하여 주어진 목적기능을 갖는 제품의 원형을 개발, ,ㆍ

일반적으로 설계변수의 최적화는 이루어지지 않음ㆍ

파라미터 설계- (PAPRAMETER DESIGN)

설계변수의 최적조건을 찾는 것이 목적ㆍ

설계원리는 손실의 개념ㆍ

망목 특성에서의 기대손실ㆍ

상수k : σ2성능특성의 분산:

μ 의 평균 의 목표치: y m : y

전자제품의 성능특성 는 부품 의 값에 따라 그림과 같이 변화- EXAMPLE : y A

- 30 -

허용차 설계- (TOLERANCE DESIGN)

파라미터 설계 후 성능특성의 산포가 만족할만한 상태가 아닐 때에 수행ㆍ

기여율이 큰 설계변수를 선택하여 허용차를 줄여줌ㆍ

허용차란 설계변수의 변동량 중앙값으로부터 변동하는 정도 을 의미( )ㆍ

허용차를 줄이는 데에는 비용이 수반되므로 부득이한 경우에 사용ㆍ

- 31 -

직교표에 의한 실험계획 및 분석직교표에 의한 실험계획 및 분석직교표에 의한 실험계획 및 분석직교표에 의한 실험계획 및 분석2)2)2)2)

Orthogonal arraysOrthogonal arraysOrthogonal arraysOrthogonal arrays

1)1)1)1) 시스템의 최적화

2)2)2)2) 실험의 기본 구성요소 특성치와 인자:

3)3)3)3) 실험자료 분석의 기본개념

4)4)4)4) 직교표의 활용

5) 25) 25) 25) 2수준계 직교표

6) 36) 36) 36) 3수준계 직교표

7)7)7)7) 기본 직교표의 변용

시스템의 최적화시스템의 최적화시스템의 최적화시스템의 최적화

미시적 방법미시적 방법미시적 방법미시적 방법(a)(a)(a)(a)

수리적 모형의 개발-

최적화 기법 의 활용- , simulation

강력한 시스템분석 가능-

많은 시간과 노력이 필요-

- 32 -

거시적 방법거시적 방법거시적 방법거시적 방법(b)(b)(b)(b)

시스템- = BLACK BOXBLACK BOXBLACK BOXBLACK BOX

실험에 의한 경험적 방법-

적은 노력으로 시스템의 근사적 최적화 가능-

변수들간의 인과관계 법칙의 발견 곤란- ,

실험의 기본 구성요소 특성치와 인자실험의 기본 구성요소 특성치와 인자실험의 기본 구성요소 특성치와 인자실험의 기본 구성요소 특성치와 인자::::

특성치의 분류특성치의 분류특성치의 분류특성치의 분류(a)(a)(a)(a)

정특성의 분류-

종류 특성치 특성 예

계량치

망목 특성 0<m<∞ 길이 무게 두께, ,

망소 특성 m=0 결함

망대 특성 m=∞ 수명 강도,

계수치범주형

데이터

제품의 상태를 개수로

나타낸 데이터양호 보통 불량, ,

- 33 -

동특성의 분류-

신호인자 특성치 예

continuous continuous 자동차의 계측기steering system,

continuous digital 자동 온도 조절기

digital continuous 가정용 전압 선택기

digital digital 통신 시스템 디지탈통신( )

인자의 분류인자의 분류인자의 분류인자의 분류(b)(b)(b)(b)

제어 인자 설계자가 그 수준을 결정하고자 하는 인자i) :ㆍ

잡음 인자 외란 내란 불완전제조: , ,ㆍ

신호인자 출력인 특성치에 대해 입력으로 작용하는 인자:ㆍ

표시인자 각 수준에 따라 다른 제어인자의 최적수준이 달라지는지:ㆍ

여부를 파악하고자 하는 인자

정량적 인자 온도 압력 등과 같이 수치적 값을 가지는 인자ii) : ,ㆍ

정성적 인자 품종 소재의 종류와 같이 비수치적 값을 가지는 인자: ,ㆍ

- 34 -

실험자료 분석의 기본 개념실험자료 분석의 기본 개념실험자료 분석의 기본 개념실험자료 분석의 기본 개념

◈◈◈◈ EXAMPLEEXAMPLEEXAMPLEEXAMPLE

목적 절삭공구의 수명에 영향을 미치는 인자- :

변수와 수준 절삭속도- A (m/min) : A1 = 60, A2 = 110

절삭각도 B (degree) : B1 = 15, B2 = 30

절삭깊이 C (mm) : C1 = T, C2 = 4

모든 가능한 수준의 조합 실험점의 조합 은 이나 개를 선택* ( ) 2×2×2 = 8 , 4

인자 에 대한 실험계획 및 데이터- A, B, C

- 35 -

인자 에 대한 실험점- A, B, C

주효과-

인자 각각의 수준간 차이 평균효과: ,

- 36 -

교호작용 인자들간의 상호작용- :

인자 와 에 대한 이원표인자 와 에 대한 이원표인자 와 에 대한 이원표인자 와 에 대한 이원표A BA BA BA B

정보의 손실 ⇒ 주효과 와 교호작용 를 구별 못함C AB

선점도와 교호작용표를 이용하여 교락관계 파악-

교호작용표교호작용표교호작용표교호작용표 선점도선점도선점도선점도

- 37 -

직교표의 활용직교표의 활용직교표의 활용직교표의 활용

적은 실험횟수로 주효과와 선택된 교호작용에 대한 정보 획득 가능-

직교표의 표시-

수준2 : 2

수준3 : 3

직교표의 행의 수로써 총실험의 횟수N :

직교표의 열의 수로써 분석가능한 인자수k :

- 38 -

자유도-

제곱합을 구하기 위해 알아야 할 항의 최소갯수ㆍ

주효과의 자유도 수준수= - 1ㆍ

교호작용의 자유도 주효과의 자유도를 곱한 값=ㆍ

EXAMPLE LN (2k) 총 자유도 또는N-1 k⇒ × 1

LN (3k) 총 자유도 또는N-1 k⇒ × 2

수준계 직교표수준계 직교표수준계 직교표수준계 직교표2222

활용절차활용절차활용절차활용절차(a)(a)(a)(a)

인자 선정i)

교호작용 여부 유무ii)

직교표 선택 자유도 고려iii) :

인자 배치 기본표시 선점도 이용iv) : ,

실험 후 분석을 통한 최적수준 결정v)

최적수준에서의 특성치 예측vi)

확인실험vii)

- 39 -

EXAMPLEEXAMPLEEXAMPLEEXAMPLE

수준 실험 망소특성수준 실험 망소특성수준 실험 망소특성수준 실험 망소특성<2 , ><2 , ><2 , ><2 , >

인자i) 4 (A,B,C,D)

교호작용ii) AB, BC

자유도iii) 6 ⇒ L8(27)

인자 A B C D AB BC 합

자유도 1 1 1 1 1×1 1×1 6

인자배치iv)

필요선점도필요선점도필요선점도필요선점도 필요선점도와 선점도의필요선점도와 선점도의필요선점도와 선점도의필요선점도와 선점도의 MATCHINGMATCHINGMATCHINGMATCHING

- 40 -

실험결과v)

실험결과 분석vi)

데이터 구조식-

yijkl = u + ai + bj + ck + dl + (ab)ij + (bc)jk + eijkl

ai 의 수준 에서 의 평균치에 대한 기여량A i y

bj 의 수준 에서 의 평균치에 대한 기여량B j y

ck 의 수준 에서 의 평균치에 대한 기여량C k y

dl 의 수준 에서 의 평균치에 대한 기여량D l y

(ab)ij 가 수준 가 수준 에 있을때 의 평균치에 대한 교호작용 의 기여량A i, B j y AB

(bc)jk 가 수준 가 수준 에 있을때 의 평균치에 대한 교호작용 의 기여량B j, C k y BC

- 41 -

수준별 평균치와 기여량-

요인효과도-

- 42 -

제곱합 변동량 의 계산- ( )

특성치 전체에 대한 총 제곱합 특성치의 총 개수(N : )

한 열에 배치된 효과 또는 오차에 대한 제곱합

분산분석표- (1)

와 의 값이 상대적으로 작으므로 오차에AB C V POOLINGPOOLINGPOOLINGPOOLING

- 43 -

분산분석표- (2)

각 요인의 유의성 판단을 위해 FFFF 검정 수행- ⇒ A, B, BC, DA, B, BC, DA, B, BC, DA, B, BC, D의 효과는 유의

유의수준 = 0.05α ⇒ F1,3,0.95 = 10.1

특성치의 예측-

- A, B, D, BCA, B, D, BCA, B, D, BCA, B, D, BC가 유의

최적조건 A⇒ 2B2C2D1에서의 특성치 평균 추정

되지 않도록 주의- Overstimate

점추정 ⇒

= 100.5 - 23 - 10.25 - 23 - 33 = 11.25

- 44 -

확인실험-

특성치 를 번 반복 관측y r y⇒ f1, yf2, , y… fr

평균 yf에 대한 예측구간100(1- )%α

예측구간 계산-

특성치 번 반복 측정 예측구간3 , 90%

- 45 -

기본 직교표의 변용기본 직교표의 변용기본 직교표의 변용기본 직교표의 변용

다수준 작성법(a)

수준계 직교표에 수준 인자 배치- 2 4

수준계 직교표에 수준 인자 배치- 2 8

수준계 직교표에 수준 인자 배치- 3 4

더미법 의수준법(b) ( )

조합법(c)

- 46 -

파라미터 설계와 허용차 설계파라미터 설계와 허용차 설계파라미터 설계와 허용차 설계파라미터 설계와 허용차 설계3)3)3)3)

Parameter design & Tolerance designParameter design & Tolerance designParameter design & Tolerance designParameter design & Tolerance design

파라미터 설계를 위한 실험의 특징1)

파라미터 설계2)

허용차 설계3)

파라미터 설계를 위한 실험의 특징파라미터 설계를 위한 실험의 특징파라미터 설계를 위한 실험의 특징파라미터 설계를 위한 실험의 특징

목적-

잡음의 영향하에서도 성능특성치의 분산이 작고 평균이 목표치에 근접하

도록 하는 설계변수의 조건을 찾는 것

설계변수의 한 조합에서 여러 개의 특성치를 얻음-

잡음을 제어하지 않고 특성치를 반복 관측i)

잡음인자의 수준을 정하여 이들 수준 조합에서 성능특성치를 관측ii)

- 47 -

설계변수 행렬과 잡음인자 행렬-

성능특성치 에 대한 분석을 하지 않고 비를 분석- y SN

망소특성i)

망대특성ii)

yij 설계변수 행렬의 번째 실험점에서 관측된 번째의 성능특성치: i j

n 한 실험점에서의 의 반복수: y

- 48 -

망목특성iii)

파라미터 설계파라미터 설계파라미터 설계파라미터 설계

망소특성과 망대특성(a)

설계변수로 이루어진 실험 직교표 을 구성 의 반복관측치를 얻음i) ( ) , y

비 계산ii) SN

비에 영향을 미치는 설계 변수 찾음iii) SN

비를 최대로 하는 최적수준을 찾음iv) SN

확인실험 수행v)

- 49 -

망목특성(b)

설계변수로 이루어진 실험 직교표 을 구성 의 반복관측치를 얻음i) ( ) , y

비와 감도 계산ii) SN S

비에 영향을 미치는 설계 변수 찾음iii) SN

에 영향을 미치는 설계 변수 찾음iv) S

설계변수 분류 안정성 변수 조정변수 나머지 설계변수v) : , ,

안정성 변수를 비를 최대로 하는 수준으로 설정vi) SN

가 목표치 에 접근하도록 조정변수의 수준을 조정y m

확인실험vii)

허용차 설계허용차 설계허용차 설계허용차 설계

파라미터 설계 후 특성치 의 산포가 아직 만족할 만한 수준이 아닐 때 수행- y

파라미터 설계에서 정해진 최적조건에서 잡음을 반영한 실험을 수행i)

잡음은 수준 또는 수준을 선택2 3

단계 의 실험 결과로 분산분석표 작성 후 잡음 인자 별로 기여율 계산ii) 1

Sϒ 총제곱합=

S 잡음인자의 제곱합=

Ve 실험오차의 평균제곱합=

φ 잡음인자의 자유도=

기여율이 큰 잡음인자를 선택하여 그 허용차 또는 변동폭을 줄임iii)

- 50 -

나 고 주철 합금 소재의 최적 열처리 조건 개발나 고 주철 합금 소재의 최적 열처리 조건 개발나 고 주철 합금 소재의 최적 열처리 조건 개발나 고 주철 합금 소재의 최적 열처리 조건 개발. Cr. Cr. Cr. Cr

용체화처리 조건용체화처리 조건용체화처리 조건용체화처리 조건1)1)1)1)

승온 속도를- 10℃ 로 설정하고 표 과 같은 조건으로 열처리 하였다/min [ 2-1] .

표 용체화열처리 조건표 용체화열처리 조건표 용체화열처리 조건표 용체화열처리 조건[ 2-1][ 2-1][ 2-1][ 2-1]

그림 열처리 방안그림 열처리 방안그림 열처리 방안그림 열처리 방안< 2-2>< 2-2>< 2-2>< 2-2>

- 51 -

용체화열처리 공정 후 미세 조직 관찰용체화열처리 공정 후 미세 조직 관찰용체화열처리 공정 후 미세 조직 관찰용체화열처리 공정 후 미세 조직 관찰2) (OM)2) (OM)2) (OM)2) (OM)

조직 검사는 열처리 후의 기지조직과 탄화물의 거동을 금속 조직으로 판별하고-

경도와 충격값의 기계적 성질을 연관시키기 위하여 시편을 기계적으로 연마

로 시킨 후 로 차례로 연마지로 연마(plastic cold mount mounting 320~1200mesh )

하여 부식시킨 후 관찰하였다 사진 상에서 백색 영역은 차 공정 탄화물이고 잔류. 1

오스테나이트가 포함된 기지조직 내부의 수많은 검은 점들은 차 탄화물이다2 .

그림 용체화 열처리후의 각시편의 다양한 미세조직그림 용체화 열처리후의 각시편의 다양한 미세조직그림 용체화 열처리후의 각시편의 다양한 미세조직그림 용체화 열처리후의 각시편의 다양한 미세조직< 2-3>< 2-3>< 2-3>< 2-3>

(a) 900℃/1hr, (b) 900℃/2hr, (c)900℃/4hr, (d) 1000℃/1hr, (e) 1000 /2hr, (f)℃

1000℃/4hr, (g) 1100 /1hr, (h) 1100℃ ℃/2hr, (i) 1100℃/4hr.

- 52 -

템퍼링 공정 조건 및 미세 조직 관찰템퍼링 공정 조건 및 미세 조직 관찰템퍼링 공정 조건 및 미세 조직 관찰템퍼링 공정 조건 및 미세 조직 관찰3)3)3)3)

가 국산 밀볼의 열처리 조건가 국산 밀볼의 열처리 조건가 국산 밀볼의 열처리 조건가 국산 밀볼의 열처리 조건))))

용체화열처리를 거친 시편을 표 과 같이 템퍼링온도 시간으로 열처리 하여- [ 2-2] ,

내마모성 및 내충격성이 우수한 열처리 조건을 구하고자 하였다 내마모성의 평가.

는 경도를 측정함으로써 내충격성은 샤르피충격에너지를 측정함으로써 평가하였다.

이후 대표적인 몇 가지 조건에 대해서는 실제조업 조건을 묘사할 수 있는 Okoshi

의 마모실험을 수행하였다type .

표 열처리 조건표 열처리 조건표 열처리 조건표 열처리 조건[ 2-2] Tempering[ 2-2] Tempering[ 2-2] Tempering[ 2-2] Tempering

- 53 -

나 템퍼링 공정 후 미세 조직 관찰나 템퍼링 공정 후 미세 조직 관찰나 템퍼링 공정 후 미세 조직 관찰나 템퍼링 공정 후 미세 조직 관찰) (OM)) (OM)) (OM)) (OM)

최적의 열처리 공장 조건을 구하고자 템퍼링 공정 후 미세 조직을 관찰하였으며- ,

시편 준비는 용체화 처리 시편과 동일한 조건으로 시편을 준비 을 하였다, etching .

에서 의 용체화 열처리와 에서 의 템퍼링을 마친 의 경우는1100 1hr 550 2hr (g)℃ ℃

베이나이트 조직을 보이는 것이 특이하다 이는 내충격성을 훼손시킬 수 있는 것으.

로 판단된다.

그림 열처리 후의 각 조건의 다양한 미세조직그림 열처리 후의 각 조건의 다양한 미세조직그림 열처리 후의 각 조건의 다양한 미세조직그림 열처리 후의 각 조건의 다양한 미세조직< 2-4> Tempering< 2-4> Tempering< 2-4> Tempering< 2-4> Tempering

(a) 900 /1hr℃ ×250 /1hr,℃ (b) 900 /2hr℃ × 400 /2hr,℃

(c) 900 /4hr℃ ×550 /4hr,℃ (d) 1000 /1hr℃ ×400 /4hr,℃

(e) 1000 /2hr℃ ×550 /1hr,℃ (f) 1000 /4hr℃ ×250 /2hr,℃

(g) 1100 /1hr℃ ×550 /2hr,℃ (h) 1100 /2hr℃ ×250 /4hr,℃

(i) 1100 /4hr℃ ×400 /1hr.℃

- 54 -

열처리조건에 따른 기계적 성질 평가열처리조건에 따른 기계적 성질 평가열처리조건에 따른 기계적 성질 평가열처리조건에 따른 기계적 성질 평가4)4)4)4)

가 경도 측정가 경도 측정가 경도 측정가 경도 측정))))

각 열처리 조건에 따른 기계적 성질을 평가하기위하여 경도는 경도계를Rockwell

사용하여 를 측정하였다 그 결과를 표 에 나타내었다 시편 와 같이HRc . [ 2-3] . 3,4,5

템퍼링 온도가 정도로 높거나 정도로 비교적 낮더라도 열처리 시간이550 400℃ ℃

추운히 길어지면 연화효과가 두드러진다 이는 고 주철 소재의 가공성과 밀접한. Cr

관계가 있어 이후 아이템 개발 시 중요한 참고자료로 활용될 것이다.

표 각 열처리 조건에 따른 경도 측정값표 각 열처리 조건에 따른 경도 측정값표 각 열처리 조건에 따른 경도 측정값표 각 열처리 조건에 따른 경도 측정값[ 2-3][ 2-3][ 2-3][ 2-3]

- 55 -

나 충격 측정나 충격 측정나 충격 측정나 충격 측정))))

각 열처리 조건에 따른 기계적 성질을 평가하기위하여 경도는 충격시험기를 사용하

여 충격값을 측정하였다 그 결과를 표 에 나타내었다. [ 2-4] .

표 각 열처리 조건에 따른 충격값표 각 열처리 조건에 따른 충격값표 각 열처리 조건에 따른 충격값표 각 열처리 조건에 따른 충격값[ 2-4][ 2-4][ 2-4][ 2-4]

- 56 -

다 다구치 방법을 이용하여 최적조건 결정다 다구치 방법을 이용하여 최적조건 결정다 다구치 방법을 이용하여 최적조건 결정다 다구치 방법을 이용하여 최적조건 결정))))

그림 와 그림 에서 보면 열처리 시간보다는 열처리 온도에 대한 의존성< 2-5> < 2-6>

이 큰 것을 알 수가 있다 특히 오스테나이트화 열처리 온도가 그러한데 이는 온도.

에 따라 지수적으로 증가하는 의 영향으로 판단된다 또한 경도보다는 충diffusivity .

격값이 열처리 조건에 따른 변동량이 커 최적 열처리 조건으로 결정될 것이다 이.

러한 결과를 토대로 볼때 기계적 특성과 경제성을 감안한 최적 열처리 조건은 용체

화 열처리 1,100℃에서 시간 템퍼링2 , 400℃에서 시간 열처리라는 것을 예측할2

수 있다.

그림 용체화와 템퍼링 조건에 따른 경도와 충격값그림 용체화와 템퍼링 조건에 따른 경도와 충격값그림 용체화와 템퍼링 조건에 따른 경도와 충격값그림 용체화와 템퍼링 조건에 따른 경도와 충격값< 2-5>< 2-5>< 2-5>< 2-5>

그림 경도와 충격값에 따른 최적열처리 조건그림 경도와 충격값에 따른 최적열처리 조건그림 경도와 충격값에 따른 최적열처리 조건그림 경도와 충격값에 따른 최적열처리 조건< 2-6>< 2-6>< 2-6>< 2-6>

- 57 -

열처리 공정을 거친 후 시편의 탄화물 측정열처리 공정을 거친 후 시편의 탄화물 측정열처리 공정을 거친 후 시편의 탄화물 측정열처리 공정을 거친 후 시편의 탄화물 측정5)5)5)5)

가 시편 준비가 시편 준비가 시편 준비가 시편 준비))))

국산 제품a) (product of domestic company)

수입 제품b) (product of foreign company)

c) as-cast

최적 열처리 공정을 거친 시편d) (1100 /2hr-400 /2hr)℃ ℃

나 탄화물 측정 방법나 탄화물 측정 방법나 탄화물 측정 방법나 탄화물 측정 방법))))

탄화물의 종류를 판별하기 위하여 선 회절장치를 이용하여 측정하였으며 그림X- <

와 그림 은 국내외 제품과 열처리 공정에 따른 탄화물의 종류를 비교한2-7> < 2-8>

것이다 시편을 시켜 기지조직은 부식시키고 탄화물만 존재하도록. deeping etching

한 후 선 회전을 하였다X- . 2θ를 30-100˚로 하였으며 조건은 표 과etching [ 2-5]

같다.

표 조건표 조건표 조건표 조건[ 2-5] Etching[ 2-5] Etching[ 2-5] Etching[ 2-5] Etching

Glycerol 87% 45㎖

Hydrochloric acid 32% 30㎖

Nitric acid 65% 15㎖

그림 국내 제품과 수입 제품의 분석 비교그림 국내 제품과 수입 제품의 분석 비교그림 국내 제품과 수입 제품의 분석 비교그림 국내 제품과 수입 제품의 분석 비교< 2-7> XRD< 2-7> XRD< 2-7> XRD< 2-7> XRD

- 58 -

그림 와 열처리 후의 시편의그림 와 열처리 후의 시편의그림 와 열처리 후의 시편의그림 와 열처리 후의 시편의< 2-8> as-cast XRD profile< 2-8> as-cast XRD profile< 2-8> as-cast XRD profile< 2-8> as-cast XRD profile

다 탄화물 분석다 탄화물 분석다 탄화물 분석다 탄화물 분석))))

그림 은 탄화물의 종류를 로 분석하여 국산 제품과 수입 제품 그리고< 2-9> XRD

최적열처리 조건을 거친 시편의 탄화물을 비교분석하였다as-cast, .

그림그림그림그림< 2-9> XRD profile of various specimen condition.< 2-9> XRD profile of various specimen condition.< 2-9> XRD profile of various specimen condition.< 2-9> XRD profile of various specimen condition.

- 59 -

최적 열처리 공정 확립 및 열처리 조건에 따른 미세조직 관찰최적 열처리 공정 확립 및 열처리 조건에 따른 미세조직 관찰최적 열처리 공정 확립 및 열처리 조건에 따른 미세조직 관찰최적 열처리 공정 확립 및 열처리 조건에 따른 미세조직 관찰6)6)6)6)

가 최적 열처리 공정 조건가 최적 열처리 공정 조건가 최적 열처리 공정 조건가 최적 열처리 공정 조건))))

다구치 분석법을 통해 분석된 결과를 토대로 볼 때 기계적 특성과 경제성을 감안한

최적 열처리 조건은 용체화 열처리 1100℃에서 시간 템퍼링2 , 400℃에서 시간 열2

처리라는 것을 예측할 수 있다.

표 최적 열처리 공정조건표 최적 열처리 공정조건표 최적 열처리 공정조건표 최적 열처리 공정조건[ 2-6][ 2-6][ 2-6][ 2-6]

- 60 -

나 열처리 조건에 따른 미세조직 관찰나 열처리 조건에 따른 미세조직 관찰나 열처리 조건에 따른 미세조직 관찰나 열처리 조건에 따른 미세조직 관찰) (SEM)) (SEM)) (SEM)) (SEM)

열처리 조건에 따라 석출되는 탄화물의 양상을 좀더 자세히 관찰하기 위하여 주사

전자 현미경 을 사용하였다 그림 그림 또한 높은 경도 낮은 충(SEM) ( 2-10, 2-11).

격치 값을 보였으며 미세조직학적으로도 특이한 조직을 보였던 번 시편을 좀더 체7

계적으로 조사하기 위하여 에서의 불안정화열처리 후의 미세조직을 관찰하1,100℃

였다 그림( 2-12).

그림 상태에서의 사진그림 상태에서의 사진그림 상태에서의 사진그림 상태에서의 사진< 2-10> as-cast SEM< 2-10> as-cast SEM< 2-10> as-cast SEM< 2-10> as-cast SEM

- 61 -

그림 각 열처리 조건에 따른 사진그림 각 열처리 조건에 따른 사진그림 각 열처리 조건에 따른 사진그림 각 열처리 조건에 따른 사진< 2-11> SEM ;< 2-11> SEM ;< 2-11> SEM ;< 2-11> SEM ;

(a) 900 /1hr℃ ×250 /1hr, (b) 900 /2hr℃ ℃ ×400 /2hr,℃

(c) 900 /4hr℃ ×550 /4hr, (d) 1000 /1hr℃ ℃ ×400 /4hr,℃

(e) 1000 /2hr℃ ×550 /1hr, (f) 1000 /4hr℃ ℃ ×250 /2hr,℃

(g) 1100 /1hr℃ ×550 /2hr, (h) 1100 /2hr℃ ℃ ×250 /4hr,℃

(i) 1100 /4hr℃ ×400 /1hr℃

- 62 -

그림그림그림그림< 2-11> (continued)< 2-11> (continued)< 2-11> (continued)< 2-11> (continued)

- 63 -

그림그림그림그림< 2-11> (continued)< 2-11> (continued)< 2-11> (continued)< 2-11> (continued)

- 64 -

그림그림그림그림< 2-11> (continued)< 2-11> (continued)< 2-11> (continued)< 2-11> (continued)

- 65 -

그림그림그림그림< 2-11> (continued)< 2-11> (continued)< 2-11> (continued)< 2-11> (continued)

- 66 -

그림 에서의 불안정화 열처리 후 사진그림 에서의 불안정화 열처리 후 사진그림 에서의 불안정화 열처리 후 사진그림 에서의 불안정화 열처리 후 사진< 2-12> 1,100 SEM ;< 2-12> 1,100 SEM ;< 2-12> 1,100 SEM ;< 2-12> 1,100 SEM ;℃℃℃℃

시간 시간 시간시간 시간 시간시간 시간 시간시간 시간 시간(a) 1 , (b) 2 (c) 4(a) 1 , (b) 2 (c) 4(a) 1 , (b) 2 (c) 4(a) 1 , (b) 2 (c) 4

- 67 -

그림그림그림그림< 2-11> (continued)< 2-11> (continued)< 2-11> (continued)< 2-11> (continued)

파단면 및 균열전파거동 관찰파단면 및 균열전파거동 관찰파단면 및 균열전파거동 관찰파단면 및 균열전파거동 관찰7)7)7)7)

가 열처리 조건에 따른 관찰가 열처리 조건에 따른 관찰가 열처리 조건에 따른 관찰가 열처리 조건에 따른 관찰) Crack mode) Crack mode) Crack mode) Crack mode

그림 은 충격파면의 를 관찰하기 위하여 찍은 충격파면의< 2-13> crack mode SEM

사진이다 에서 까지는 용체화 처리 후 템퍼링 한 충격파면 양상이고 그림. (a) (i) <

는 와 는 각각 국산제품과 수입제품이며 과 은 와 최적2-14> (j) (k) , (l) (m) as-cast

열처리 공정을 거친 시편의 충격파면 양상을 나타내었다 딤플 파단면을 보. (dimple)

이는 영역은 기지 특히 잔류 오스테나이트 다량 함유 영역이고 벽개 파면( , (crevice)

이다 조직을 보이는 곳은 공정 탄화물로 보인다.) .

- 68 -

그림 각 조건별 열처리 후의 충격실험에 따른 파단면그림 각 조건별 열처리 후의 충격실험에 따른 파단면그림 각 조건별 열처리 후의 충격실험에 따른 파단면그림 각 조건별 열처리 후의 충격실험에 따른 파단면< 2-13>< 2-13>< 2-13>< 2-13>

(a) 900 /1hr℃ ×250 /1hr, (b) 900 /2hr℃ ℃ ×400 /2hr, (c) 900 /4hr℃ ℃ ×550 /4hr,℃

(d) 1000 /1hr℃ ×400 /4hr, (e) 1000 /2hr℃ ℃ ×550 /1hr, (f) 1000 /4hr℃ ℃ ×250 /2hr,℃

(g) 1100 /1hr℃ ×550 /2hr, (h) 1100 /2hr℃ ℃ ×250 /4hr, (i) 1100 /4hr℃ ℃ ×400 /1hr.℃

그림 국내제품 수입제품그림 국내제품 수입제품그림 국내제품 수입제품그림 국내제품 수입제품< 2-14> (< 2-14> (< 2-14> (< 2-14> (jjjj), (k), as-cast(1),), (k), as-cast(1),), (k), as-cast(1),), (k), as-cast(1),

1100 /2hr1100 /2hr1100 /2hr1100 /2hr℃℃℃℃ ×××× 의 충격 실험 후 파단면 비교의 충격 실험 후 파단면 비교의 충격 실험 후 파단면 비교의 충격 실험 후 파단면 비교400 /2hr(m)400 /2hr(m)400 /2hr(m)400 /2hr(m)℃℃℃℃

- 69 -

나 균열전파거동 관찰나 균열전파거동 관찰나 균열전파거동 관찰나 균열전파거동 관찰))))

탄화물에 따른 균열전파자동을 관찰하기 위해 와(a) 900 /hr X 250 /1hr (b)℃ ℃

을 크기의 시편에 균열을 생성시킨 후 표면을 연마하1100 /4hr X 400 /1hr 2×2℃ ℃

여 으로 관찰하였다 사진에서 보면 균열이 탄화물을 따라 전파된 모습을 확인SEM .

할 수 있다.

그림 와 의 균열그림 와 의 균열그림 와 의 균열그림 와 의 균열< 2-15> (a) 900 /1hr X 250 /1hr (b) 1100 /4hr X 400 /1hr< 2-15> (a) 900 /1hr X 250 /1hr (b) 1100 /4hr X 400 /1hr< 2-15> (a) 900 /1hr X 250 /1hr (b) 1100 /4hr X 400 /1hr< 2-15> (a) 900 /1hr X 250 /1hr (b) 1100 /4hr X 400 /1hr℃ ℃ ℃ ℃℃ ℃ ℃ ℃℃ ℃ ℃ ℃℃ ℃ ℃ ℃

전파 거동 관찰전파 거동 관찰전파 거동 관찰전파 거동 관찰

열처리 조건에 따른 상분율 측정열처리 조건에 따른 상분율 측정열처리 조건에 따른 상분율 측정열처리 조건에 따른 상분율 측정8)8)8)8)

가 용체화 템퍼링을 거친 시편의 상분율 측정가 용체화 템퍼링을 거친 시편의 상분율 측정가 용체화 템퍼링을 거친 시편의 상분율 측정가 용체화 템퍼링을 거친 시편의 상분율 측정) ,) ,) ,) ,

상분율 측정을 위하여 열처리 후의 기지조직과 탄화물의 거동을 금속 조작으로 판

별하고 경도와 충격값의 기계적 성질을 연관시키기 위하여 시편을 기계적으로 연마

로 시킨 후 로 차례로 연마지로 연마(plastic coldmount mounting 320~1200mesh )

하여 부식시킨 후 측정하였다 그림 은 상분율 측정 방법을 나타낸다. < 2-16> .

- 70 -

그림 열처리 조건에 따른 상분율 측정그림 열처리 조건에 따른 상분율 측정그림 열처리 조건에 따른 상분율 측정그림 열처리 조건에 따른 상분율 측정< 2-16>< 2-16>< 2-16>< 2-16>

(a) 900 /1hr℃ × 250 /1hr, (b) 900 /2hr℃ ℃ ×400 /2hr,℃

(c) 900 /4hr℃ ×550 /4hr, (d) 1000 /1hr℃ ℃ ×400 /4hr,℃

(e) 1000 /2hr℃ ×550 /1hr, (f) 1000 /4hr℃ ℃ ×250 /2hr,℃

(g) 1100 /1hr℃ ×550 /2hr, (h) 1100 /2hr℃ ℃ ×250 /4hr,℃

(i) 1100 /4hr℃ ×400 /1hr, (j) as-cast, (k)1100 /2hr℃ ℃ ×400 /2hr℃

- 71 -

나 상분율 측정 결과나 상분율 측정 결과나 상분율 측정 결과나 상분율 측정 결과))))

그림 의 상분율 측정방법을 토대로 하여 각각의 결과를 정리하여 그림< 2-16> <

에 열처리 조건에 따른 상분율 측정 결과를 나타내었다2-17> .

그림 열처리 조건에 따른 상분율그림 열처리 조건에 따른 상분율그림 열처리 조건에 따른 상분율그림 열처리 조건에 따른 상분율< 2-17>< 2-17>< 2-17>< 2-17>

- 72 -

다 거식조직 평가다 거식조직 평가다 거식조직 평가다 거식조직 평가) as-cast) as-cast) as-cast) as-cast

후 분간 한 후 육안으로 관찰 하면서 하였다boiling 20-25 dipping etching .

조건은 표 과 동일하며 촬영된 거시조직 사진을 그림 에 나타etching [ 2-9] < 2-18>

내었다 본 시편에서는 주조 결함은 관찰되지 않았으나 주사정 조직이 넒은 영역에.

걸쳐 형성되어 있음을 알 수 있다.

표 조건표 조건표 조건표 조건[ 2-9] etching[ 2-9] etching[ 2-9] etching[ 2-9] etching

distilled water 90㎖

sulfuric acid 95-97 10㎖

그림 관찰된 거시조직 사진그림 관찰된 거시조직 사진그림 관찰된 거시조직 사진그림 관찰된 거시조직 사진< 2-18>< 2-18>< 2-18>< 2-18>

- 73 -

라라라라 로로로로 기지 상분율 측정기지 상분율 측정기지 상분율 측정기지 상분율 측정) Ferrite scope) Ferrite scope) Ferrite scope) Ferrite scope

시편의 위치에 따른 페라이트 분율을 분석하기 위하여 측정 시편의 양끝 부분과 중

간 부분으로 나누어서 측정하였다 시편의 위치에 따른 페라이트 분율은 표. [ 2-10]

과 그림 에 정리하였다 다구치 분석법으로부터 유츄된 최적 열처리 조건에< 2-19> .

서 페라이트 분율이 낮음을 확인할 수 있었다 이는 잔류 오스테나이트양이 기존의.

열처리 조건에 비하여 증가하였음을 의미한다.

표 시편의 위치에 따른표 시편의 위치에 따른표 시편의 위치에 따른표 시편의 위치에 따른 페페페페라이트 분율라이트 분율라이트 분율라이트 분율[ 2-10][ 2-10][ 2-10][ 2-10]

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그림 시편의 따른그림 시편의 따른그림 시편의 따른그림 시편의 따른 페페페페라이트 분율라이트 분율라이트 분율라이트 분율< 2-19>< 2-19>< 2-19>< 2-19>

- 75 -

합금 내 비합금 내 비합금 내 비합금 내 비첨첨첨첨가시의 제품 제작 가가시의 제품 제작 가가시의 제품 제작 가가시의 제품 제작 가능능능능성 평가성 평가성 평가성 평가3. Mo3. Mo3. Mo3. Mo

이전의 내용에서도 알 수 있듯이 는 베이나이트 변태를 촉진하고 안정한 잔류Mo

오스테나이트를 생성시키며 탄화물을 형성시키는 원소로 템퍼링 취성방지 소입성,

증대 및 연화저항성과 내마모성을 높여주는 고 주철 합금 부품 소재로서의 동작Cr

성능 향상에 좋은 역할을 하지만 현재 당 만원을 호가하며 지속적으로 가격1kg 12

이 증가할 것으로 예상된다 향후 추가적인 가격인상 관련 업체에서는 추후. ( 20~30

만원선까지 급등예상 이 진행된다면 고 주철합금으로 제작되는 석회석 분쇄용) Cr

밀볼의 가격 경쟁력이 악화되어 중국 등 제 국의 제품으로 대체될 수 있다3 .

이에 를 첨가하지 않은 고 주철 합금으로 석회석 분쇄용 밀볼을 제작하여 열Mo Cr

처리를 하였을 때의 특성을 첨가 제품과 비교해 봄으로써 비첨가 고 주Mo Mo Cr

철합금 소재 밀볼의 제작 가능성을 확인하여 보았다.

우선 첨가 제품인 국내 제품 소재의 주방상태와 최적열처리조건 실제 판매되Mo ,

고 있는 국내 업체에서 개발된 밀볼과 수입제품 그리고 비첨가 제품의 주방, Mo

상태와 열처리 상태의 경도와 충격값을 비교하여 표 에 나타내었다 첨가[ 3-1] . Mo

된 국내제품의 경우 주방 상태에서 경도가 충격값이47.20, 4.8J/cm2으로 측정되었

고 비첨가 합금의 경우는 주방 상태에서 경도가 충격값이, Mo 49.00, 3.43J/cm2으

로 측정되었다 비첨가 합금의 경우 첨가 제품에 비해 주방 상태에서는 약. Mo Mo

간의 경도가 증가하였으나 상대적으로 충격치는 약 정도 감소한 것으로 보아30%

인성이 크게 훼손된 것으로 분석된다 이를 해결하기 위하여 비첨가 제품에 대. Mo

하여 열처리를 시행하였다 열처리는 에서 실. Quenching 930 , Tempering 200℃ ℃

시하였다 그 결과 경도는 로 증가하고 충격값도. 60.15 4.96J/cm2으로 증가하였다.

이는 첨가제품의 최적 열처리 후 경도 과 충격치Mo 54.3 5.20J/cm2에 비교해도

크게 떨어지지 않고 실제 사용되고 있는 국내 밀볼의 측정치와 동등 수준에 있으며

수입품 밀볼의 경우에는 오히려 더 우수한 성질을 나타내는 것으로 보아 를 첨Mo

가하지 않더라도 일정 수준 이상의 성능을 발휘할 수 있을 것으로 분석된다.

비첨가 제품에 대해서도 다구치법의 직교표등을 통하여 효율적인 실험 계획을Mo

수립하여 최적화 열처리 조건을 확립한다면 가 첨가되지 않은 원소재 가격 대응Mo

형 고 주철볼 제품 생산기술의 개발이 가능할 것으로 사려된다Cr .

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표표표표 첨첨첨첨가 제품과 비가 제품과 비가 제품과 비가 제품과 비첨첨첨첨가 제품의 경도와 충격값 비교가 제품의 경도와 충격값 비교가 제품의 경도와 충격값 비교가 제품의 경도와 충격값 비교[ 3-1] Mo[ 3-1] Mo[ 3-1] Mo[ 3-1] Mo

표표표표 첨첨첨첨가 제품과 비가 제품과 비가 제품과 비가 제품과 비첨첨첨첨가 제품의가 제품의가 제품의가 제품의 함량함량함량함량 비교비교비교비교[ 3-2] Mo Ferrite[ 3-2] Mo Ferrite[ 3-2] Mo Ferrite[ 3-2] Mo Ferrite

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최적주조방안 설계 및 전용해 주조공정 확립 및 제작기술최적주조방안 설계 및 전용해 주조공정 확립 및 제작기술최적주조방안 설계 및 전용해 주조공정 확립 및 제작기술최적주조방안 설계 및 전용해 주조공정 확립 및 제작기술4. /4. /4. /4. /

가 중요성가 중요성가 중요성가 중요성....

주조품의 양부는 용탕이 주형에 어떻게 유입되고 응고할 것인가에 달려 있다 용탕, .

이 화학적으로 완전히 안정하고 전혀 기체를 혼입하지 않으며 응고시 아무런 수축, ,

을 일으키지 않으며 주형벽에서 전혀 침식을 일으키지 않으며 비중이(shrinkage) , ,

균일하다면 주물을 만드는 일은 더욱 쉬울 것이다 그러나 실제로 그렇지 못하므로.

여러 인자를 주조방안에서 고려하여야 한다

나나나나 탕탕탕탕구계구계구계구계. (gating s. (gating s. (gating s. (gating syyyystem)stem)stem)stem)

일반적인 응고에서는 외부에서부터 내부로 결정이 성장하여간다 부분적으로는 고.

상이며 또 한편으로는 부분적으로 액상인 지역 이 외부에서 내부로 이, (mush zone)

동해 나가는 현상을 전진성응고 라고 한다 탕구계는 응(progressive solidification) .

고과정을 통하여 모든 부분이 급탕이 되도록 전진성응고를 조절할 수 있도록 설계

되어야 하고 또 이런 응고형태를 방향성응고라 한다.

위에 말한 전진성 응고는 냉각 중 피할 수 없는 산물이지만 어느 정도는 조절할 수

있다 급냉 된 주물은 응고의 시작점과 마지막점간의 거리가 짧다 이러한 경우에. .

전진성 응고가 크다고 한다 원칙적으로 말하면 급탕이 가능한 부분으로부터 가장.

멀리 떨어진 지역으로부터 응고가 진행되어 오는 것이 효과적으로 급탕이 이루어지

는 것이라 할 수 있다 압탕 은 수축에 의해 부족한 용탕을 공급해 주. (riser, head)

어서 위와 같은 목적을 달성시키는 별도의 용탕저장소인 셈이며 따라서 적절한 위

치에 설치해야 한다 주조방안은 주물에서 수축되는 곳에까지 용탕을 운반하는 것.

과 또한 수축이 일어났을 때 필요한 여분의 금속을 보충할 수 있도록 하는 두 경,

우를 다 고려해야 한다.

주입시간주입시간주입시간주입시간1)1)1)1)

주입시간을 길게 하여 낮은 온도에서 주입하면 주형을 다 채우지 못한 채 응고하든

지 등을 야기시키며 너무 빠르면 주형의 침식 거친 주물의 표면 많은cold shut , , ,

수축소 및 다른 결함 등이 나타날 수 있다 주철과 같은 금속은 주입 속도에 그리.

민감하지 않으나 강과 같은 금속은 다른 주물용 합금에 비해 응고구간이 높은 온도

에 위치하고 있으므로 미리 응고하는 것을 막기 위해 빠르게 주입하여야 한다.

- 78 -

주입대주입대주입대주입대야야야야2) (pouring basin)2) (pouring basin)2) (pouring basin)2) (pouring basin)

탕구계에 용탕을 주입함에 있어서 가장 이상적이라고 할 수 있는 것은 탕구에 용탕

이 유입되었을 때 간능한 빨리 그리고 충분히 정상류로 되어야 하며 이렇게 되기, ,

위해서는 다음과 같은 조건을 갖추어야 한다.

주입대야의 내부를 유선형으로 만드로 턱 을 설치하여 에 유입되기(1) (dam) sprue

전에 흐름이 일정한 상태로 되게 한다.

주입대야 내에 를 설치한다(2) strainer core .

이나 를 사용한다(3) delay screen sprue plug .

부부부부3) Choke3) Choke3) Choke3) Choke

급냉경로에서 최소의 면적이 되는 부분이 주형공간에 들어가는 유속을 조절하며 주

입시간을 결정시킨다 대개 이러한 초크부는 의 하부에 위치하나 그렇지 않. sprue ,

은 경우도 있다.

탕탕탕탕구구구구 탕탕탕탕도 의 차도 의 차도 의 차도 의 차4) - -ingate(sprue-runner-ingate)4) - -ingate(sprue-runner-ingate)4) - -ingate(sprue-runner-ingate)4) - -ingate(sprue-runner-ingate)

탕구 탕도 의 차 차 는 매우 다양하며 이러한 단면적비에 따라 가압- -ingate (S.R.G ) ,

계와 비가압계로 분류할 수 있다 비가압계는 또는 과 같이 최초의 초크. 1:2:4 1:3:3

가 탕구에 있게 되며 가압계는 또는 과 같이 에서 최대의 압력을, 4:8:3 1:2:1 ingate

갖게 된다.

탕탕탕탕구계 계산구계 계산구계 계산구계 계산5)5)5)5)

앞 절에서 설명한 바와 같이 일단 주입시간이 결정되면 일반계산법에 의하여 탕구

계 각 부분을 계산한다.

- 79 -

다다다다 압탕압탕압탕압탕. (risers). (risers). (risers). (risers)

압탕압탕압탕압탕의의의의 역할역할역할역할1)1)1)1)

압탕의 주요기능은 주물이 응고하는 마지막까지 용탕을 공급하는 데에 있다 어느.

경우에는 압탕을 탕구계의 일부로 보기도 한다 압탕의 크기는 주입할 금속의 종류.

에 따라 다를 수 있다 주형에 대한 과도한 압력이나 약한 주형 때문에 주물이 원.

래의 치수보다 팽창하거나 부풀어 오를 경우 압탕으로부터 모자라는 양만큼 더 용

탕을 보충하여야 한다.

압탕압탕압탕압탕의 위치의 위치의 위치의 위치2)2)2)2)

압탕을 설치하지 않고 긴 봉이나 판재를 주조할 때 양끝으로부터 어떤 길이까지는

건전한 조직이 얻어진다 이것은 다른 곳보다 끝부분에서의 열방출이 커서 이곳에.

서부터 방향성응고가 진행되기 때문이다 또한 이러한 긴 봉이나 판재의 중앙지점.

적절한 곳에 압탕을 설치하여 수평으로 주조하면 압탕으로부터 양쪽의 얼마만큼의

거리까지는 압탕의 급냉에 의해 건전한 조직이 얻어지고 이 이외의 지점은 수축에

의해 건전하지 못한 곳이 생기게 된다 이러한 두 효과를 각각 단부효과. (end

와 압탕효과 라고 정의한다 만일 여러 가지 두께를 갖는 주물을effect) (riser effect) .

만든다면 두께가 서로 다른 부분의 경계부분의 어느 한쪽에는 건전성에 문제가 생

기는 부분이 나타날 것이다 만일 두께가 얇은 것을 두꺼운 것에 붙여 놓는다면 두.

꺼운 쪽의 건전한 구역의 넓이는 짧은 쪽의 것보다 적어진다 역으로 얇은 부분 옆.

에 두꺼운 부분이 붙어 있으면 두꺼운 부분이 없는 경우보다 있는 경우에 건전한

영역이 얇은 쪽에 더 크게 나타난다 또 다른 경우로서 두께가 두꺼운 부분과 얇은.

부분이 동시에 중간두께의 부분에 붙어 있을 때를 생각할 수 있다 이러한 연구에.

대한 결과 중의 하나가 균일한 두께의 경우보다 두께에 구배를 가진 경우에 건전

한 조직이 더 쉽게 얻어진다는 사실이다 이러한 압탕과 단부의 효과를 알고 있다.

면 봉이나 판재의 주물 전체가 건전한 조직을 갖도록 하는 압탕의 위치를 찾을 수

있다.

- 80 -

라이라이라이라이너너너너와 밀볼의 상대마모 특성 분석와 밀볼의 상대마모 특성 분석와 밀볼의 상대마모 특성 분석와 밀볼의 상대마모 특성 분석5.5.5.5.

고충격 내마모 고인성을 요하는 밀볼 부품소재는 시멘트 공장에서 사용되고 있는/ /

중요소재로서 이전의 결과에서는 밀볼에 한하여 그 특성 및 열처리 효과를 연구하

였다 그 결과 고 주철 부품 소재 밀볼의 동작특성을 향상 시킬 수 있었으나. Cr

그림 에서처럼 실제 조업에서는 분쇄 작업시에 밀볼 뿐만 아니라 외벽을 이< 2-1>

루고 있는 라이너와 함께 작업이 진행된다 제 실에서 의 밀볼을 이용하. 1 large size

여 높이에서 반복적으로 낙하하여 석회석과 의 공정이 진행되며3m clinker crushing

제 실에서는 의 밀볼을 이용하여 선속도 이상으로 회전하며 밀볼2 small size 3m/s

의 반복 충돌로 인하여 조분과 석고의 공정이 진행된다grinding .

이처럼 석회석 분쇄 작업 진행간 라이너의 역할 또한 중요한데 만약 공정이 진행되

는 동안 라이너와 밀볼 간의 상호 마모작용이 심해진다면 시멘트의 품질은 떨어질

것이며 마모의 심화로 인하여 조업을 중단하고 라이너와 밀볼을 제거 교체해야 하/

는 상황이 발생하여 업체에 손실을 주는 문제가 발생하게 될 것이다.

이에 국내 시험 소재와 수입품에 대하여 각각 밀볼과 라이너간 상대마모 특성을 알

아보기 위하여 마모실험을 진행하였다.

- 81 -

마모시험 시편 준비마모시험 시편 준비마모시험 시편 준비마모시험 시편 준비1) Okoshi t1) Okoshi t1) Okoshi t1) Okoshi tyyyypepepepe

국산 시험 소재와 수입 제품에서 각각 동일한 크기와 형상의 마모 시험편을 제작하

였으며 그 크기와 위치는 그림 에 나타내었다 밀볼에서 원형시편과 라이너에< 5-2> .

서 형상의 시편을 제작하였다 또한 마모실험 시 실제작업과 동일한 분위기를plate .

주기 위하여 시간당 의 시멘트를 공급해주었으며 원형시편에는 의1 382g 1500rpm

회전력과 의 하중을 가하여 주었다 표 약 시간의 마모실험을 진행하였2kg [ 5-2]. 90

으며 무게 변화 및 온도변화를 표 과 표 에 나타내었다[ 5-3] [ 5-4] .

이 결과를 종합하여 국내 시험소재와 수입제품의 누적시간에 따른 마모량을 그림<

에 나타내었다 국내 시험소재와 수입 제품 모두 밀볼의 마모량은 시간까지5-3> . 80

는 두 시험 소재간 큰 차이가 없으나 시간이후에는 국내 시험소재의 마모량이 증80

가하는 것으로 나타나며 라이너에서 제작한 형상의 시편의 경우에는 초기에는plate

수입품의 마모량이 크지만 시간 이후에 매우 큰 폭으로 라이너의 마모가 크게 측20

정되는 것을 알 수 있다 이는 국내 시험소재의 경우 수입소재보다 경도가 높았던.

것에 기인하는 것으로 보인다 라이너의 경도는 밀볼의 경도보다 낮아 경한 밀볼이.

사용되는 경우 마모량이 증가하게 된다 라이너와 해머의 합금 소재.(6.

참고 일정 시간 경과 후에 국내 소재에서 마모량이 크게 나타나므로identification )

추가적인 실험을 통한 제품 동작 특성 향상이 필요하다고 판단된다.

- 82 -

그림 마모 시험편 치수그림 마모 시험편 치수그림 마모 시험편 치수그림 마모 시험편 치수 형형형형상상상상< 5-2>< 5-2>< 5-2>< 5-2> &&&&

표 마모시험 조건표 마모시험 조건표 마모시험 조건표 마모시험 조건[ 5-2][ 5-2][ 5-2][ 5-2]

실험조건

시멘트 공급 속도 382g/1h

시험편 밀볼 봉상: 라이너 : plate

rpm 1500

하중 2kg

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표 국산 밀볼 마모시험 조건과 결과표 국산 밀볼 마모시험 조건과 결과표 국산 밀볼 마모시험 조건과 결과표 국산 밀볼 마모시험 조건과 결과[ 5-3][ 5-3][ 5-3][ 5-3]

표 수입 제품 마모시험 조건과 결과표 수입 제품 마모시험 조건과 결과표 수입 제품 마모시험 조건과 결과표 수입 제품 마모시험 조건과 결과[ 5-4][ 5-4][ 5-4][ 5-4]

- 84 -

그림 국내 시험소재와 수입제품의그림 국내 시험소재와 수입제품의그림 국내 시험소재와 수입제품의그림 국내 시험소재와 수입제품의 누누누누적시간에 따른 마모적시간에 따른 마모적시간에 따른 마모적시간에 따른 마모량량량량< 5-3>< 5-3>< 5-3>< 5-3>

- 85 -

라이라이라이라이너너너너 와 해와 해와 해와 해머머머머의 합금 소재의 합금 소재의 합금 소재의 합금 소재6. identification6. identification6. identification6. identification

그림 은 수입 기술 자료를 토대로 한 실제 분쇄 작업이 이루어지는 현장의 제< 6-1>

실과 실의 라이너와 밀볼의 사진이다 재료의 성분에 따라 사용되는 밀볼과 라이1 2 .

너의 재질 및 크기가 달라지며 재료의 성분에 따른 특성치를 표 에 나타내었[ 6-1]

다.

(a)(a)(a)(a) (b)(b)(b)(b)

(c)(c)(c)(c)

그림그림그림그림< 6-1>< 6-1>< 6-1>< 6-1> (a)Top performance liner for 1st compartment : YC, CZ, CC, SM(a)Top performance liner for 1st compartment : YC, CZ, CC, SM(a)Top performance liner for 1st compartment : YC, CZ, CC, SM(a)Top performance liner for 1st compartment : YC, CZ, CC, SM

(b)Classifying liner for 2nd compartment : YC, CZ, CC, SM(b)Classifying liner for 2nd compartment : YC, CZ, CC, SM(b)Classifying liner for 2nd compartment : YC, CZ, CC, SM(b)Classifying liner for 2nd compartment : YC, CZ, CC, SM

(c) Trusion head cover liner : YC, CZ, CC(c) Trusion head cover liner : YC, CZ, CC(c) Trusion head cover liner : YC, CZ, CC(c) Trusion head cover liner : YC, CZ, CC

각 성분은 표 참각 성분은 표 참각 성분은 표 참각 성분은 표 참* [ 6-1]* [ 6-1]* [ 6-1]* [ 6-1]

- 86 -

표표표표[ 6-1] Chemical composition[ 6-1] Chemical composition[ 6-1] Chemical composition[ 6-1] Chemical composition &&&& Mechanical propertMechanical propertMechanical propertMechanical propertyyyy ofofofof wwwwear resistant ironear resistant ironear resistant ironear resistant iron

and cast ironand cast ironand cast ironand cast iron

- 87 -

가 라이가 라이가 라이가 라이너너너너와 해와 해와 해와 해머머머머 미세조직 관찰미세조직 관찰미세조직 관찰미세조직 관찰....

미세한 탄화물이 다량으로 관찰되며 기지조직은 베이나이트 전조직이 관찰되는 것

으로 볼 때 템퍼링 열처리되었음을 확인할 수 있다.

그림그림그림그림< 6-2> micrographs of< 6-2> micrographs of< 6-2> micrographs of< 6-2> micrographs of LLLLiner (a), (b)iner (a), (b)iner (a), (b)iner (a), (b)

그림그림그림그림< 6-3> micrographs of< 6-3> micrographs of< 6-3> micrographs of< 6-3> micrographs of HHHHammer (a), (b), (c)ammer (a), (b), (c)ammer (a), (b), (c)ammer (a), (b), (c)

- 88 -

나 라이나 라이나 라이나 라이너너너너와 해와 해와 해와 해머머머머 조성 분석 및 경도 측정조성 분석 및 경도 측정조성 분석 및 경도 측정조성 분석 및 경도 측정....

경도 측정은 로크웰 로 측정하였다- (c-scale, 150kg)

그림그림그림그림< 6-4>< 6-4>< 6-4>< 6-4> IIIICCCCPPPP ssssyyyystemstemstemstem

표 라이표 라이표 라이표 라이너너너너와 해와 해와 해와 해머머머머의 조성 분석내용의 조성 분석내용의 조성 분석내용의 조성 분석내용[ 6-2][ 6-2][ 6-2][ 6-2]

표 라이표 라이표 라이표 라이너너너너와 해와 해와 해와 해머머머머의 경도 분석의 경도 분석의 경도 분석의 경도 분석[ 6-3][ 6-3][ 6-3][ 6-3]

해머 라이너

경도값 (HRC) 18.2 46.4

- 89 -

다 라이다 라이다 라이다 라이너너너너와 해와 해와 해와 해머머머머 분석분석분석분석. XRD. XRD. XRD. XRD

탄화물의 종류를 판별하기 위하여 선 회절장치를 이용하여 측정하였으며 시편- X-

을 시켜 기지조직은 부식시키고 탄화물만 존재하도록 한 후 선deeping etching X-

회전을 하였다. 2θ를 30-100˚로 하였으며 조건은 다음과 같다etching .

picric acid 1㎖

Hydrochloric acid 5㎖

methanol 100㎖

가 나 다의 결과분석을 볼 때 라이너는 정도의 중 주철 약 소재이, , HRC 46 Cr ( 10%)

며 템퍼링 열처리까지 되어있고 해머는 소제로써 경도는 정도를, High Mn HRC 18

나타내며 가 다량 관찰 되는 것으로 보아 연성이 강조되어있는deformation band

소재임을 확인할 수 있다.

- 90 -

그림그림그림그림< 6-5>< 6-5>< 6-5>< 6-5> LLLLiner XRD profile.iner XRD profile.iner XRD profile.iner XRD profile.

그림그림그림그림< 6-6>< 6-6>< 6-6>< 6-6> HHHHammer XRD profileammer XRD profileammer XRD profileammer XRD profile

- 91 -

제 절 기술 지원 수행제 절 기술 지원 수행제 절 기술 지원 수행제 절 기술 지원 수행2222

기술 지원기술 지원기술 지원기술 지원 추추추추진 일정진 일정진 일정진 일정1.1.1.1.

년 월 기초 문헌 조사 및 성분분석과 밀볼 라이너 해머의 화학 조2004 6 - ICP , ,■

성분석 결과 지원

년 월 화학조성 분석 및 세부 기술지원 내용 및 실험설계 지원2004 7 -■

년 월 시험편 제작 및 충격시험조건 확립과 마모시험 조건 및 마모 예2004 8 -■

비실험 결과 지원

년 월 용체화 열처리 공정 조건 및 미세조직 관찰 내용 지원2004 9 - (OM)■

년 월 템퍼링 공정 조건 및 미세조직 관찰 내용 지원2004 10 - (OM)■

년 월 열처리 공정 후의 시편의 탄화물 측정 방법과 결과 분석내용 지2004 11 -■

원

년 월 최적 열처리 공정 확립 및 열처리 조건에 따른 미세조직 관찰 내2004 12 -■

용 지원

년 월 열처리 조건에 따른 파단면 및 균열 전파거동 분석 지원2005 1 -■

년 월 용체화 열처리 템퍼링을 거친 시편의 상분율 측정과 결과분석2005 2 - ,■

내용 지원

년 월 경도 측정 및 충격실험과 마모실험을 통한 기계적2005 3 - Okoshi type■

성질 평가 내용 지원

- 92 -

년 월 주방상태의 거시조직 평가와 로 기지 상분율 측정하2005 4 - ferrite scope■

여 분석결과 지원

년 월 고수명화를 위한 최적 열처리 조건 지원 및 석회석 분쇄용 라이2005 5 -■

너 및 해머 소재 조사 및 자문

담담담담당업당업당업당업무무무무 성과 수준성과 수준성과 수준성과 수준2.2.2.2.

담당자 담당업무 성과

신제식총괄 및 합금

설계

고가원소인 비첨가합금 가능성확인Moㆍ

내충격 내마모 특성 확보된 합금 조성개발/ㆍ

라이너와 해머 소재분석을 통하여 사업다변화 위한 아이템 발ㆍ

굴 지원

석회석분쇄용 밀볼 소재의 고수명화를 위한 기술지원ㆍ

문병문주조방안

설계

주조 과정에 대한 전반적인 기술 지원ㆍ

주조 결함 없는 석회석 분쇄용 고 주철 소재 밀볼을 제작Crㆍ

하기 위한 최적 주조방안 설계 기술 지원

김희수열처리

최적화

용체화 열처리 템퍼링의 온도 시간 등 조건 변화에 따른 내, ,ㆍ

충격 내마모특성에 미치는 영향을 다구치법으로 분석하여 내충/

격 내마모특성의 최적화를 위한 열처리 조건 도출/

- 93 -

수행방법수행방법수행방법수행방법3.3.3.3.

가 합금 설계 기술가 합금 설계 기술가 합금 설계 기술가 합금 설계 기술....

석회석 분쇄용 밀볼의 특성에 맞게 내마모성과 내충격성을 겸비하여 우수한 동작-

특성을 발현할 수 있도록 합금 성분 조정 설계.

설계된 조성에 첨가된 각 성분에 대한 특성 및 합금에서의 영향 및 역할 등 전파-

나 최적 열처리 기술나 최적 열처리 기술나 최적 열처리 기술나 최적 열처리 기술....

국내 주물업체의 기존 생산라인 및 공정에 대한 추가적인 비용이 들지 않도록 밀-

볼의 열처리 최적화를 통하여 동작특성의 향상 및 가격 경쟁력 확보에 중점

실제 분석 작업장 내 환경 분석과 상용되는 밀볼에 대하여 실험 횟수를 최소화하-

고 각 공정 변수들의 영향을 효율적으로 파악할 수 있는 다구치법을 적용하여 최적

열처리 조건 확립

동작특성 분석을 위하여 경도값과 충격값 분석-

각 조건에 대하여 촬영 및 상분율 측정- SEM

다 비다 비다 비다 비첨첨첨첨가 가가 가가 가가 가능능능능성성성성 검토검토검토검토. Mo. Mo. Mo. Mo

당 만원 수준으로 매우 고가인 를 비첨가한 시험 소재와 상용 국내 수- 1kg 12 Mo

입제품과 최적열처리 밑볼을 비교분석

를 비첨가한 시험 소재와 상용 국내수입제품과 최적열처리 밀볼의 경도 측정- Mo

및 충격 실험 수행 열처리 시행,

라 주조 방안라 주조 방안라 주조 방안라 주조 방안....

밀볼의 주조에 관한 전반적인 주조방안 및 주조 작업 시 주의해야할 주의점과 특-

이 사항 전파

- 94 -

마 라이마 라이마 라이마 라이너너너너와 볼의 상대마모 특성 분석와 볼의 상대마모 특성 분석와 볼의 상대마모 특성 분석와 볼의 상대마모 특성 분석....

석회석 분쇄 작업 진행간 라이너의 역할 또한 중요한데 만약 공정이 진행되는 동-

안 라이너와 밀볼 간의 상호 마모작용이 심해진다면 시멘트의 품질은 떨어질 것이

며 마모의 심화로 인하여 조업을 중단하고 라이너와 밀볼을 제거 교체해야하는 상/

황이 발생하여 업체에 손실을 주는 문제가 발생하게 된다 이에 국내 시험소재와.

수입품에 대하여 각각 밀볼과 라이너간 상대마모 특성을 알아보기 위하여 마모실험

진행 마모시험편 제작 후 시간경과에 따른 마모량 비교,

바바바바 라이라이라이라이너너너너와 해와 해와 해와 해머머머머 소재 분석소재 분석소재 분석소재 분석....

라이너와 해머 간의 미세조직 관찰-

조성 분석 및 경도 측정-

분석- XRD

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기자재기자재기자재기자재활활활활용용용용4.4.4.4.

기자재명 용 도 활용

고주파 유도로 용해실험합금 설계 및 비첨가 실험시에 이용하여 용도에 맞는Mo

합금 제작

금속현미경미세조직

분석

합금 설계 후 광학 사진 측정 및 각 성분에 대하여

미세구조 분석

SEM미세조직

분석미세 구조 분석 및 충격 실험 후 파단면 사진 촬영

표면온도측정기 온도측정라이너와 밀볼의 상대마모정도의 측정 시 각 시간

단위마다 질쟝측정 후 온도 측정

Image

analyzer

미세조직

분석

합금 설계 후 사진 촬영 후 사진을 이용하여 각SEM

조성의 상분석에 이용

XRD 재료시험설계된 합금 및 각 소재 라이너 밀볼 해머 에 대하여( , , ) XRD

분석

내마모시험기마모특성

분석

라이너와 밀볼의 상대마모정도를 측정하기 위하여

시간단위별로 약 시간 연속하여 국내 수입 제품의200 ㆍ

상대마모량 측정

발광분석기 성분분석 설계된 합금 및 각 소재 라이너 밀볼 해머 에 대하여 성분( , , )

분석CE-METER 성분분석

로크웰경도기 경도시험 설계된 합금 및 각 소재 라이너 밀볼 해머 의 동작 특성을( , , )

파악하기 위하여 경도 측정브리넬경도기 경도시험

충격시험기 재료시험설계된 합금 및 각 소재 라이너 밀볼 해머 의 동작 특성을( , , )

파악하기 위하여 충격값 측정

실험로 열처리시험 밀볼의 동작특성 향상을 위하여 계획된 열처리 시행

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

합금 성분 조정을 통해 고충격 내마모 고인성을 보유하는 고 주철 소재를 설1. / / cR

계하여 선진국 제품과 비교해도 품질이 뒤지지 않으면서도 가격 경쟁력이 있는 합

금 소재를 결정하였다.

내마모성과 충격인성을 크게 향상시킬 수 있도록 열처리 조건을 최적화함으로써2.

품질과 가격경쟁력을 갖춘 고 주철합금 소재 밀볼 부품 열처리 기술을 개발하였Cr

다 최적 열처리 조건은 용체화 열처리 에서 시간 템퍼링 에서 시. 1,100 2 , 400 2℃ ℃

간 열처리라는 것을 예측할 수 있었다.

를 첨가하지 않더라도 일정 수준 이상의 성능을 발휘 할 수 있을 것으로 분3. Mo

석되었으며 다구치법의 직교표등을 통하여 효율적인 실험 계획을 수립하여 최적화

열처리 조건을 확립한다면 가 첨가되지 않은 원소재 가격 대응형 고 주철볼Mo Cr

제품 생산기술의 개발이 가능할 것으로 사려된다.

라이너와 밀볼의 상대마모 실험 결과일정 시간 경과 후에 국내 소재에서 마모량4.

이 크게 나타나므로 추가적인 실험을 통한 제품 동작 특성 향상이 필요하다고 판단

된다.

라이너와 해머의 미세구조를 분석함으로써 작업공정 간의 효과적인 동작특성을5.

파악하여 보다 효과적인 작업을 수행할 수 있는 추가적인 연구가 필요하다고 판단

된다.

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