H ar dn es s ( H R C )
61Q970 61Q1020 61Q1070
Fig.5.13ChangeinRockwellhardnessvalueofSTD 61steelwithaustenitizing andtemperingtemperatures.
- 116 -
54.4 54.8
54.5 54.5 55
H ar dn es s ( H R C )
Fig. 5.14 Change in Rockwell hardness value of quenched, sub-zero and cryogenictreatedSTD 61steelwithtemperingtemperature.
(a)
(b)
Fig.5.15DSC thermogramsforheating ofSTD 61steels(a)withoutand (b) with cryogenic treatment at-196℃ for 24hr after quenching at 1,020℃ for 40min.
Fig.5.16Transmission electronmicrograph ofSTD 61steel,showing cementite ultra fine carbides precipitated in matrix,austenitized at 1,020℃ for 40min, cryogenictreatedat-196℃ for24hrsandthentemperedat300℃ for1hr.
119
-6 0 0
V 1 8 .0 3 .5 5 A c q u i r e E D X A c q u i r e H A A D F A r e a 1
Fig.5.17 Transmission electron micrograph and pointanalysis results ofSTD 61steelaustenitizedat1,020℃ for40min,cryogenictreatedat-196℃ for24hrs andthentemperedat300℃ for1hr;(a)carbideand(c)matrix.
나.내마모성
마모특성에 미치는 서브제로 및 크라이오 처리의 영향을 조사하기 위하여 오스 테나이타이징 → 템퍼링한 시편과 오스테나이타이징 → 서브제로/크라이오 처리 → 템퍼링한 시편들의 마모 특성을 비교하기 위하여 Fig.3.9와 같은 신속 만능마모시 험기를 이용하여 마모시험을 실시하였다.Fig.5.18～5.20은 열처리 조건이 다른 시 편들의 마모흔을 나타낸 것으로서 마모량은 마모흔의 폭으로부터 식 (3.1)에 의해 구하였으며 그 결과는 Fig.5.21～5.23과 같다.
Fig.5.21은 Fig.5.6～5.8과 같이 970,1020및 1070℃에서 오스테나이타이징 하 여 200,400및 600℃에서 템퍼링한 시편들에 대한 마모량의 변화를 나타낸다.
전체적으로 템퍼링 온도에 무관하게 오스테나이타이징 온도가 높으면 마모량은 크게 나타났다.그러나 동일한 오스테나이타이징 온도에서는 400℃ 템퍼링에서는 마모량이 감소하였으나 템퍼링 온도 200또는 600℃에서는 마모량은 증가하였다.
즉 970℃에서 오스테나이타이징한 시편의 경우 200℃ 템퍼링의 경우 마모량은 2.01mg이었으나 템퍼링 온도가 400및 600℃로 상승하면 마모량은 각각 1.64및 2.08mg을 나타냈다.또한 1,020 및 1,070℃의 오스테나이타이징의 경우에도 200℃
템퍼링에서는 각각 2.42및 2.73mg으로 가장 큰 마모량을 나타냈으나 템퍼링 온 도가 400℃로 상승하면 마모량은 감소하여 내마모 특성은 개선되는 것으로 나타났 다.
이와 같이 400및 600℃에서 내마모성이 개선되는 이유는 400℃ 이상의 템퍼링 에 의해서 잔류 오스테나이트가 분해되고 기지에 탄화물이 석출되기 때문이다.그 러나 STD 11냉간 금형강에서와 마찬가지로 경도값의 변화와 비슷한 경향을 보이 기는 하나 반드시 일치하지는 않았다.
한편 Fig.5.22는 오스테나이타이징→서브제로/크라이오처리→템퍼링한 QST(SZ) 및 QCT(Cryo)시편들의 마모량을 오스테나이타이징→템퍼링한 QT 시편들과 비교 한 결과를 나타낸다.
180℃×30min템퍼링의 경우 QCT(Cryo)시편의 경우 마모량은 1.59mg으로 가장 낮은 값을 나타냈으나 QT 및 QST(SZ) 시편의 경우 마모량은 각각 1.59 및
1.81mg을 나타냈다.그러나 180℃×1hr및 300℃×1hr템퍼링에 의해서는 마모량은 증가하는 경향을 나타냈다.
STD 61열간 금형강의 마모 특성을 제 4장의 STD 11냉간 금형강과 비교하면 STD 11강의 경우가 내마모성이 우수하였다.또한 열처리 조건에 따라 두 강종의 내마모성을 비교하면 퀜칭 후 다량의 오스테나이트가 잔류하는 STD 11강의 경우 QT → QST(SZ)→ QCT(Cryo)시편의 순으로 마모량이 작았으나 퀜칭 후 오스테 나이트가 소량 잔류하는 STD 61강에서는 → QST(SZ)→ QT → QCT(Cryo)시 편 순으로 마모량이 작았다.이러한 이유는 STD 11강에서는 크라이오 처리가 미 세 탄화물의 석출뿐만 아니라 잔류 오스테나이트의 마르텐사이트화에 기여하여 하 기 때문이다.
한편 Fig.5.22는 STD 61열간 금형강을 1,020℃×40min에서 오스테나이타이징하 여 액체질소에 40분 동안 침지한 후 각각 180℃×30min,180℃×60min 및 300℃
×1hr에서 템퍼링한 시편들의 마모흔을 주사전자현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 다.
크라이오 처리후 비교적 낮은 온도인 180℃×30min에서 템퍼링한 경우에는 마모 면에서 상대재와의 미끌림에 의한 소성 변형 및 연삭 마모된 흔적이 관찰되었다.
그러나 180℃×60min에서 템퍼링한 시편의 경우에는 변형층의 크기는 증가하였으며 변형층 일부가 시편 표면으로부터 이탈되어 마모량이 증가하였다.템퍼링 조건이 300℃×60min인 경우에는 소성 변형 및 연삭 마모층 표면에 수 μm 크기의 금속부 스러기(Debris)들이 관찰되었다.
970℃ 1,020℃ 1,070℃
200℃
X 1hr
400℃
X 1hr
600℃
X 1hr
Fig.5.18ChangeinabrasiveweartraceofSTD 61steelwith austenitizing and temperingtemperatures(Weardistance;100m).
T Q 180℃ X 30min 180℃ X 1hr 300℃ X 1hr
Q
QS
QC
Fig.5.19 Change in abrasive wear trace ofquenched,sub-zero and cryogenic treatedSTD 61steelwithtemperingtemperature(Weardistance;100m).
2.088
1.64 2.733
2.081 2.419
2.194
2.261 2.419 2.397
1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
200 400 600
Temperature (℃ )
A m ou nt o f w ea r lo ss ( m g )
970℃
1020℃
1070℃
Fig.5.20ChangeintheamountofwearlossofSTD 61steelwithaustenitizing andtemperingtemperatures(Weardistance;100m).
1.676
1.713 1.808
1.905
1.588
1.696
1.845
1.733
1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2
180 x 30min 180 x 1hr 300 x 1hr