A study on surface hardening treatment of cast iron for printing with high power diode laser. This study deals with the treatment of surface hardening in four types of cast irons using high power diode lasers.
연구 배경
그 중, 금형 표면 처리를 통해 내마모성을 향상시킬 수 있습니다. 본 연구에서는 압축성형재료용 주철의 표면경화를 위해 고출력 다이오드 레이저를 사용하였다.
따라서 열처리 적용영역을 변화시켜 금형형상에 따른 열처리 특성을 비교하였다. 열처리 구역에 따라 열전달 방향이 다르기 때문에 응고특성에 차이가 있을 것으로 예상되었다.
이론적 배경 6
주철의 종류
이 조직도에서는 SS의 선이 경계선이고, 윗부분이 주철열이다. 또한 Cr-Ni 주철, Cr-Mo 주철 등으로 분류됩니다.
주철의 특성
연성이 있는 철은 기본 구조에 따라 크게 세 가지 유형으로 분류됩니다. 구상흑연주철의 내마모성은 일반 회주철보다 우수합니다.
다이오드 레이저 표면경화처리의 특징
- 레이저 표면경화처리 메커니즘
- 다이오드 레이저의 구조 및 발진원리
- 표면처리 적용에 대한 다이오드 레이저의 특징
그러나 레이저 표면 경화 공정의 특성상 경화된 부분 전체를 균일하게 가열 및 냉각하는 것은 어렵습니다. 다이오드를 사용한 간단한 레이저의 구조가 그림 1에 나와 있습니다. 고출력 다이오드 레이저의 광 수확 구조와 결합 방법은 그림 1에 나와 있습니다.
가장 일반적인 유형의 다이오드 레이저는 p형 반도체와 n형 반도체를 결합합니다. 그러나 HPDL의 유지 관리 및 운영 비용은 다른 레이저에 비해 저렴합니다.
실험재료
실험장치
실험에서는 평면실험을 통해 기본적인 표면경화 특성을 파악하였고, 열처리 적용부위와 금형재료를 변화시켜 경화특성을 평가하였다. 또한, 서로 다른 열처리 제어조건을 통해 표면경화 후 특성을 비교 분석하였다. 그리고 금형의 형상에 따른 경화특성을 비교하기 위해 모서리에 대한 열처리를 Fig.
코너부에 대한 실험방법은 편평열처리 실험과 동일하였으며, 기본 공정변수의 표면경화 특성을 파악하고 표면온도를 측정하여 열처리 온도범위를 선정하였다. 마이크로 비커스 경도계를 이용하여 평면열처리의 경우 폭방향과 깊이방향의 경도를 측정하였다.
다이오드 레이저의 표면경화 특성
- 공정변수에 따른 경화특성
- 공정변수에 따른 경도분포
- 열처리시 시험편의 표면온도 비교
- 열처리 적용부위에 따른 경화특성 비교
그 결과, 모재와 열처리된 부분의 경도에는 차이가 없었다. 따라서 본 연구에서는 시험편의 모서리 부분에 열처리를 실시하여 편평열처리 실험과 경화특성을 비교하였다. 평평한 표면 열처리와 달리 코너 열처리는 입력된 열을 열처리 영역에 집중시킵니다.
코너부의 경도는 최적 열처리 조건인 3.0kW 이하 출력에서 모재와 열처리부 간의 경도 차이가 나타나지 않았다. 모서리 부분을 열처리하는 동안 시험편의 표면온도는 그림과 같이 평평한 표면의 경우와 마찬가지로 온도센서를 사용하여 측정하였다.
금형재료에 따른 표면경화 특성 비교
- 구상흑연주철과 회주철의 최적 열처리 조건 비교
- 열처리의 적정 온도범위 비교
이는 소재에 포함된 탄소 양의 차이에 따른 것으로 추정된다. 모서리 부분에도 회주철인 FC300 소재를 사용하여 열처리를 실시하였으며, 그 경화특성은 Fig. 이는 회주철과 구상흑연주철의 열전도도 차이로도 설명할 수 있습니다.
앞서 설명한 바와 같이 이러한 온도 상승의 차이는 소재의 열전도도에 따른 것으로 FCD550보다 열전도도가 높은 HCI350의 경우 레이저 조사 후 열원이 소재로 빠르게 전달되어 표면이 온도가 급격히 올라가지 않습니다. , 점차적으로 온도 변화가 증가하는 것을 보여줍니다. 이는 구상흑연주철에 비해 그 특성이 더 높기 때문입니다.
열처리시 온도제어에 의한 표면경화 특성
- 출력제어와 온도제어의 경화특성 비교
- 열처리 제어온도에 따른 레이저 출력 특성
그러나 출력제어에 따른 경도분포에서는 경화부와 모재 사이에 열영향부가 발견되었으나, 온도제어 열처리에서는 열영향부가 발견되지 않았다. 레이저 장치는 온도 조절 열처리 시 표면 온도 측정 결과에 따라 레이저 출력이 자동으로 조절되어 조절된 온도를 유지하도록 구성된다. 표면온도를 제어온도까지 빠르게 높이기 위해 레이저 조사 후 약 3~5초 동안 레이저 출력이 급격하게 증가하는 경향이 있다.
이후에는 제어온도를 유지하기 위해 레이저 출력이 지속적으로 변화하는데, 그 차이가 크지 않음을 확인할 수 있다. 온도 조절 열처리 시 최적 열처리 온도에서의 레이저 출력 변화를 살펴본 결과, 출력 조절 열처리 시 최적 레이저 출력과 거의 동일하며 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 두 가지 제어 방법 사이의 열 입력.
경화부의 조직특성 분석
- 열처리 부위별 미세조직 분포
- EDS에 의한 열처리 조직내의 탄소거동 분석
4.22(c)의 모재와 경화부 사이의 경계면 상부에는 마르텐사이트와 일부 잔류 오스테나이트가 관찰되고, 하부에는 층상 펄라이트 조직이 관찰된다. 경계부의 하부에서는 열 효과로 인해 시멘타이트가 부서지고 약간 변형됩니다. 그러나 상부에는 Martensite가, 하부에는 Pearlite가 관찰되었다.
다만, 하부에는 펄라이트가 관찰된다. 마지막으로 (c)에서는 경화부와 모재 사이에 마르텐사이트 조직과 펄라이트 조직이 관찰된다. 포장된 지역의 사진에서는 매우 조밀하게 분포된 바늘 모양의 마르텐사이트 조직이 관찰되었습니다.
경화된 부분은 조밀하게 분포된 마르텐사이트 조직을 갖고 있었고, 일부 잔류 오스테나이트가 확인되었다.
