Characteristics of Surface Hardening of Nd:YAG Laser According to the Diameter variation of SM45C Cylindrical Bar

SM45C 환봉의 직경변화에 따른 Nd:YAG 레이저 표면경화 특성

Characteristics of Surface Hardening of Nd:YAG Laser According to the Diameter variation of SM45C Cylindrical Bar

이가람¹, 양윤석¹, 황찬연¹, 박은경¹, 유영태^2,

Ka Ram Lee¹, Yun Seok Yang¹, Chan Youn Hwang¹, Eun Kyeong Park¹, and Young Tae Yoo^2,

1 조선대학교 첨단부품소재공학과 (Department of Advanced parts and Materials Engineering, Chosun Univ.) 2 조선대학교 메카트로닉스공학과 (Department of Mechatronics Engineering, Chosun Univ.)

 Corresponding author: [email protected], Tel: +82-62-230-7016 Manuscript received: 2012.11.9 / Accepted: 2013.1.11

Heat-treatment is one of the core technologies to enhance various characteristics such as strength, hardness, toughness, abrasion resistance and fatigue resistance for the mold material.

This paper focuses on characteristics of the laser heat-treatment according to the cylindrical bar diameter variation in case of the SM45C. From the results of the experiments, it has been observed that the maximum hardness is 744Hv when the power is 1630W and the travel of laser is 0.5m/min. And then, the hardness width, depth and microstructure were observed for characteristics. Finally, when the cylindrical bar diameter size grow, the hardness width decrease whereas hardness depth increase.

Key Words: Nd:YAG Laser (Nd:YAG 레이저), Surface hardening (표면경화), Cylindrical bar (환봉), Mold Material (금형), SM45C (중탄소강)

1. 서론

현대 금형산업은 자동차, 가전, 반도체등 연관 산업의 고품질과 고기능화를 지원하는 기술집약형 산업으로 발전하고 있다. 대량생산을 목적으로 사 용되는 금형재료는 가공성이 우수할 뿐만 아니라 내마모성도 요구된다. 이와 같은 요구에 따라 금 형재료로 기계적성질이 우수한 SM45C를 산업현장 에서 많이 사용하고 있다. SM45C는 가공성이 우수 하고 열처리하면 경화능이 개선되는 매우 우수한 금형재료이다. 기계적 성질은 우수하나 질량 효과 가 커서 표면 부근만 경화되므로 큰 부품에는 사 용하기 어려운 특징도 가지고 있다.

표면경화의 대표적인 방법으로 화염경화법, 고 주파경화법, 진공열처리 등이 있다. 화염경화법은

다양한 형상에 적용이 가능하지만 경화층 두께를 정확하게 제어하기 힘들고, 경화능이 좋은 재료만 적용이 가능하다. 고주파경화법은 단시간 내에 국 부가열이 가능하나 시설비가 고가이고 재료선정에 제한이 있다. 그리고 진공열처리는 표면의 산화반 응을 방지할 수 있으나 진공상태로 만들어주어야 하는 엄격한 작업조건이 요구되어 많은 시간이 소 요되고 냉각가스의 선정과 압력에 따라서 표면경 화에 영향을 줄 수 있다.

이와 비교하여 레이저빔을 이용한 표면경화는 고밀도 에너지 열원으로 재료표면을 급속히 가열 하고 내부로 열이 전도되면서 매우 빠른 속도로 냉각되는 자기 냉각 효과를 이용하는 표면열처리 방법이다. 레이저빔의 에너지 밀도가 충분히 높으 면 열이 빠른 속도로 표면에 축적되기 때문에 표

면층의 온도가 순식간에 상승하고, 매우 짧은 시 간에 표면의 얇은 층은 오스테나이트화 온도에 도 달하는 반면, 부품의 중심부는 온도가 상승하지 않고 자연 냉각된 상태에 있게 된다. 이와 같은 특징 때문에 일반 열처리로 하기 어려운 복잡한 형상이나 부품이 작아 특수한 상황에 있는 부품의 고정밀 열처리를 가능하게 하고, 소재 부품의 변 형을 줄일뿐만 아니라 생산효율을 높일 수 있는 장점이 있다.¹

표면경화처리를 연구한 선행연구를 살펴보면 Y.T.Yoo²은 열처리 광학계를 제작하여 표면경화처 리하면 일반적으로 사용하는 디포커싱방법보다 표 면경화된 폭을 약 3배정도 증가시킴으로 대면적을 효과적으로 표면경화하는 방법을 연구하였다.

J.D.Kim^3,4은 가우시안 분포의 원형빔으로 4kW Nd:YAG 레이저와 1kW 다이오드 레이저로 이송속 도 및 회전수를 조절해서 SM45C 및 SNCM8을 평 판과 환봉을 비교하기 위해 표면경화하였다.

M.Pellizzari⁵는 Nd:YAG 레이저와 CO2 레이저로 빔사이즈를 조절하여 SM40C를 표면경화한 후 온 도 및 마찰시험을 통한 분석을 하였다.

I.Magnabosco⁶는 고주파 유도 열처리로 SM45C를 표면경화하였고, 빠른 냉각을 위해 쿨링시스템을 동축으로 설정하여 실험데이터값과 유한요소해석 을 통한 결과값을 비교 발표하였다.

이상의 연구동향을 조사한 결과 대부분 이송속 도 및 회전수를 조절한 연구이거나 평판 형태의 시편에 연구한 내용이였다. 하지만 본 연구에서는 열처리 광학계를 이용하여 레이저빔을 타원형 형 태로 만들어 환봉 크기별로 열처리 실험하였다.

고주파 유도열처리는 매우 빠른 가열로 오스테나 이트화가 빠르게 형성되는 반면 표면층에 높은 인 장응력이 형성되어 크랙이 발생할 수도 있다. 또 하나의 변수로는 오스테나이트에서 마르텐사이트 로 변태가 일어나는 동안 퀜칭이 너무 급격하게 진행되어도 경화깊이가 지나치게 깊어지는 현상이 있다.⁷

본 연구에서는 환봉 SM45C를 선행연구에서 사 용한 열처리광학계를 이용하여 연속파형 Nd:YAG 레이저로 환봉의 직경변화에 따른 표면경화특성을 비교 분석하고자 한다.² 표면경화시 레이저빔의 공 정변수는 선행연구에서 제시한 공정조건을 참고하 여⁷ SM45C의 환봉의 직경을 변화시키면서 표면경 화 시켰고, 레이저빔이 중첩되었을 때 경도변화 등을 고찰하였다. 환봉의 직경변화에 따른 경도값,

경화깊이 및 경화폭의 변화를 분석하고, 이에 따 른 조직 상태를 분석하였다. 환봉과 평판의 체적 이 같을 때 동일한 공정조건에서 표면경화특성을 비교하였다.

2. 실험장치 및 방법 2.1 실험장치

본 연구에 이용한 Nd:YAG 레이저(Trumpf)의 파장은 1.06μm이다. 최대출력은 2.8kW이고, 평균 유효출력은 2kW인 연속파(Continuous Wave : CW)이 며, 레이저빔은 직경이 600μm인 광섬유를 통해서 전달한다. 빔발산각은 25mrad이고, 광케이블에 연 결되어 가공하는 공작대는 LASMA 1054(Trumpf)이 다. LASMA 1054 작업대는 지면으로부터 진동을 방지하기 위해 화강암 정반으로 되어있다. 레이저 가공헤드는 겐트리 타입 Rotary축 가공장치로 LASMA 1054 내부에 장착되어 있다. x, y, z축의 이 송거리는 1000×500×400mm이다.

본 실험에서 사용한 레이저 열처리 광학계의 초점거리는 232mm이다. 열처리 광학계 재질은 UV grade F.S.이고 반사방지코팅(Anti-reflection coating) 처리 되지 않은 렌즈이다. 렌즈의 F#는 5.8이고, W×L (40×40mm), tc(5.9mm), R(101.7mm) 렌즈를 통 과하는 빔의 모양은 타원형이다. 시편을 표면경화 시킬 때 표면과 대기 중의 오염 물질사이의 상호 작용을 방지하기 위해 Ar가스를 분사시켰다. 분사 노즐은 30^o 로 하고, 가스압력을 1bar로 분사시켰 다. 시편표면에서 출력을 측정하기 위한 파워미터 의 모델명은 Molectron(PM5K)으로 0.19 ~ 11μm 파

Fig. 1 Experimental Set-up

장대 범위의 출력을 측정할 수 있다. 최대 출력 5kW를 측정할 수 있고, 오차 범위는 ±5%이다. 실 험장치의 개략도 및 모식도는 Fig. 1과 Fig. 2에 나 타내었다.

2.2 실험방법

본 연구에 사용된 시편은 SM45C이며 화학조성 분은 Table 1에 나타내었다. 실험에 사용된 환봉의 크기는 Φ25, Φ30, Φ35이고 길이는 300mm이다. 시 편의 크기는 시편 자체에서 자기 냉각(Self-quenching) 이 가능한 질량과 체적이 요구되는데, 레이저빔으 로 평판을 열처리 했을 경우와 다르게 환봉을 회 전하여 열처리하게 되면 시편 내부에 축적된 열이 예열효과를 나타내기 때문에 환봉의 직경변화 즉 체적변화에 따른 표면경화 특성을 분석하기 위해 실험하였다. 공정변수는 레이저 발진기에서 출력 을 1800W로 고정하고, 초점거리가 232mm로 실린 더를 절반으로 나눈 형태의 렌즈를 사용하였다.

초점위치는 평판을 열처리한 선행연구를 참고하여

7 열흡수가 가장 많은 위치를 기준 초점위치 f = 0 으로 하였다. 선행 연구에서 제시하고 있는 평판 에서 초점위치와 환봉 시편의 작업거리를 확인하 기 위해 버니어켈리퍼스로 측정하여 z축을 선정하 여 실험하였다.

Table 1 Chemical composition of specimen (%) SM45C (Wt, %)

C Si Mn P S Co 0.43 0.3 0.75 0.18 0.07 0.14

Ni Cr Mo Al V Ti 0.05 0.1 0.01 0.019 0.001 0.004

열처리 광학계 사용에 따른 레이저빔의 출력변 화를 측정하기 위해 파워미터를 이용하여 출력을 테스트한 결과, 레이저 발진기에서 출력을 1800W 로 했을 때 파워미터로 열처리 광학계를 통과하는 레이저빔의 출력은 1630W였다. 광학계를 통과한 출력이 감소한 이유는 광학계 렌즈의 앞면과 뒷면 의 반사손실과 광학계의 정열에 따른 오차 때문에 발생한 것으로 생각한다. 따라서 표면처리 공정조 건은 레이저빔의 출력 1630W, 원주속도는 0.5m/min 으로 고정하고, 환봉을 360^o 1회전 시키면서 실험 하였다.

본 실험에 사용한 열처리 광학계의 특징을 나 타내기 위해 초점위치를 변화시키면서 레이저빔을 시편표면에서 180msec 동안 조사시켜 각 위치에서 에너지를 흡수한 특징을 Fig. 3과 Fig. 4에 나타냈 다. Fig. 3은 초첨위치 별 시편표면에 조사되는 초 점면적의 변화를 비교하기 위해 발진기에서 레이 저빔 출력을 1800W로 하여 시편에 조사한 결과 이다. Fig. 3에서 볼 수 있듯이 레이저 빔이 조사 된 초점면적은 열처리 광학계를 통과하지 않는 일반 레이저빔의 디포커싱과는 다르게 슬릿형태 의 타원형으로 에너지가 흡수된 모습을 볼 수 있 다. 초점위치 변화에 따른 에너지가 표면에서 흡 수되는 면적을 분석하기 위해 Fig. 4에 나타냈다.

결과를 살펴보면 초점위치를 벗어나면서 표면에 흡수되는 에너지가 감소하여 초점면적이 감소함을 알 수 있다. 초점위치 f = 0의 아래 방향에 위치한 f = -3,-2,-1경우보다 위 방향에 위치한 f = +1,+2,+3 경우가 에너지를 흡수한 면적이 크게 형성되어 있 다. 이와 같이 형성된 이유는 초점을 중심으로 레 이저빔이 수렴(Converge)하면서 시편과 상호작용하 Fig. 2 Schematic of Laser Beam

Fig. 3 The Surface bead configuration of focus Positions

는 에너지보다 초점을 지나 발산(Divergence)하면 서 시편표면과 상호작용하는 레이저빔의 에너지가 더 효과적으로 열을 표면에서 확산시키기 때문인 것으로 생각한다.

레이저로 표면경화 시키기 전에 시편을 사포 (Sand Paper)로 연마하고 아세톤으로 세척한 후 환 봉직경의 크기에 따라 레이저 표면경화를 실시 하 였다. 레이저빔으로 시편표면을 조사시킨 후 환 봉직경 크기에 따라 표면경화 특성을 분석하기 위 해 시편 단면을 다이아몬드 커터기로 절단하였고, 시편을 연마기(Polisher)로 연마하였다. 연마 후 Picral-염화수소산 에칭액으로 부식처리 후 광학현 미경을 이용하여 경화깊이를 측정하고, 미세조직 을 분석하였다. 경도측정은 마이크로 비커스(Micro vickers) 경도시험기를 사용하여 0.5kg의 하중을 적 용시켰다.

3. 결과 및 고찰

3.1 환봉 표면경화 특성

표면경화시 공정변수는 열처리 광학계를 통한 레이저빔의 출력은 1630W, 레이저빔의 원주속도를 0.5m/min으로 고정하여 환봉의 직경크기를 변화시 키면서 레이저빔을 시편에 조사하여 실험하였다.

실험방법에서 언급한 F#를 5.8로 선정한 이유는 F#가 5에 가까울수록 에너지 밀도가 높고 손실율 이 적기 때문이다. 환봉의 크기에 따라 입열량은 다음 식(1)으로 계산하여 Fig. 5에 나타내었다.

E P

=W v

× (1)

위 식에서 E는 입열량, P는 레이저 출력, W는 열처리된 시편의 폭, v는 레이저빔 원주속도이다.

식 (1)로 계산한 결과, 시편의 크기별 입열량은 Φ25일 때 1031.65J/cm², Φ30일 때 1043J/cm², Φ35일 때 1052.4J/cm²로 변화하였다. Fig. 5의 결과에 의하 면 환봉 직경의 크기가 커짐에 따라 표면경화된 폭이 감소하면서 입열량이 증가함을 나타내고 있 다. 환봉을 회전하면서 표면경화하면 직경의 체적 이 작을수록 열이 더 빨리 전도되므로, 식(1)을 이 용하여 표면경화된 시편의 경화폭에 따라 입열량 을 계산하게 되면 직경이 커질수록 열전도가 낮아 지고, 경화폭이 작아져서 입열량이 증가하는 경향 을 나타냈다.

Fig. 6은 환봉 시편을 절단하여 경화된 폭과 깊 이를 측정하여 도시한 결과이다. 환봉의 직경크기 가 증가하면서 경화폭은 감소하고, 깊이는 증가하 는 경향이 나타났다. Fig. 6은 Fig. 5에서 언급한 것 처럼 환봉직경 크기에 따라 레이저빔을 표면에 조 사했을 때 환봉 길이방향으로 변화하는 표면경화 폭을 나타내고 있다. Fig. 7은 환봉직경의 크기 변 화에 따른 경화 깊이를 나타내고 있다. 레이저빔 으로 환봉표면을 열처리 할 때 직경이 작으면 순 간적으로 오스테나이트화 온도에 도달한 표면의 열이 급냉할 때 환봉이 회전하면서 열이 내부로 전달되어 온도 구배가 크지 않아 경화된 깊이가 직경이 큰 경우에 비해 상대적으로 작게 형성되었 다. 이와 반대로 환봉의 직경이 큰 경우에는 표면 이 오스테나이트화 온도에 충분히 도달한 변태온 도가 환봉에서 레이저빔의 표피효과로 표면과 환 봉의 내부사이의 온도구배가 커서 경화깊이가 깊 게 형성된 것으로 생각된다.

Fig. 4 Heat input capacity according to focus positions Fig. 5 Heat input to Cylindrical bars

Fig. 6 Hardness width according to Diameter change of Cylindrical bars

Fig. 7 Hardness depth according to Diameter change of Cylindrical bars

3.2 경도분포

환봉직경 크기에 따라 레이저빔으로 표면경화 한 경도분포를 Fig. 8에 나타내었다. Fig. 8(a)는 환 봉의 길이방향으로 경화된 폭의 경도분포를 나타 냈다. 그림에서 종축은 마이크로 경도값을 나타내 고 횡축은 경화된 폭의 중앙을 0으로 하여 좌 우 대칭위치를 나타내고 있다. 경도값은 시편 표면으 로부터 아랫방향 100μm 지점에서 경도값을 측정 하였다. 경도값의 크기는 환봉의 직경이 작을 경 우 Fig. 6과 Fig. 7에서 설명한 것처럼 시편의 내부 온도가 상승하므로 온도구배가 작아져 냉각속도가 상대적으로 느려지기 때문에 조직이 조대해져서 경도값이 약간 감소하였다. 그러나 경도값의 감소 폭은 1~2% 내외로 아주 작았다. 전체적으로 모재 의 경도 값이 약 250Hv인 점을 고려하면 경도값은

모두 3배정도 상승하였다. Fig. 8(a)에 나타낸 횡방 향의 경화값이 균일하게 측정 되지 않은 이유는 경화된 조직의 내부와 경계부가 측정되면서 약간 의 차이가 발생하기 때문이다.

Fig. 8(b)는 환봉직경 크기의 변화에 따라 표면 경화 처리한 후 표면으로부터 내부로 진행하면서 경도값을 측정하여 나타낸 결과이다. 환봉의 표면 에 레이저빔이 직접 조사되는 위치는 내부로 열이 전달되는 시간이 상대적으로 길어지기 때문에 조 직이 약간 조대해질 수 있어 경도값이 약간 작지 만 표면 바로 아래층에서 경도가 일시적으로 상승 한 후 깊이 방향으로 경도값이 하강하고 있는 형 태를 보이고 있다. 환봉 크기에 따라 표면경화 시 킨 시편의 경화 폭, 깊이 및 평균경도값을 Table 2 에 나타내었다.

레이저빔으로 표면경화 했을 때 평판과 환봉일 경우 표면경화 특성을 비교하기 위해 직경 Φ30를 기준으로 체적이 동일하도록 평판을 제작하여 시 험한 결과를 Fig. 8(c)와 (d)에 나타냈다. Fig. 8(c)는 환봉일 경우 표면경화폭이 18754μm로 평판일 경 우 경화폭 21840μm보다 3086μm 작게 경화폭이 형 성된 결과를 나타내고 있다. 이는 환봉을 레이저 빔으로 경화시 환봉이 회전하여 내부에 열이 누적 되는 가능성이 평판에 비해 높기 때문에 나타나는 현상으로 판단한다. 환봉과 평판의 체적이 같을 때 레이저빔으로 표면경화 할 경우 깊이방향으로 의 경도분포 변화를 Fig. 8(d)에 나타냈다. 평판일 경우에는 평판 아래부분에 레이저빔이 직접적으로 조사되지 않기 때문에 온도구배가 커서 깊이방향 으로 300μm부근에서 경화값이 급격하게 떨어지지 만, 환봉의 경우 환봉을 회전하면서 레이저빔을 시편에 조사하기 때문에 내부에 온도가 누적되어 온도구배가 크지 않아 깊이방향으로 원만하게 경 도값이 하락하고 있는 현상이 나타났다.

레이저빔이 직접 조사되는 표면은 급격하게 온 도가 상승하지만 시편 내부는 온도가 상승하지 않 아 냉각시키는 요소(Heat sink)로 작용한다. 평판인 경우에는 시편의 아래부분에 레이저빔이 조사되지 않았기 때문에 히트씽크로서 효율이 높지만 원통 인 경우에는 회전하면서 레이저빔이 조사되었기 때문에 히트씽크로서 역할을 하는데 기능이 저 하 되었기 때문으로 생각된다.

Fig. 8(b)와 (d)에 나타낸 표면에서 경도값이 약 간 낮은 이유는 표면에 조사된 열이 냉각되는 시 간이 상대적으로 길어져 잔류오스테나이트 조직이

존재하는 것으로 판단된다. 잔류오스테나이트는 C, Ni, Mo 등의 원소가 첨가되거나 그 농도가 높아질 수록 잔류 오스테나이트량이 많아지는데 시편에 이와 같은 성분이 Table 1에 나타낸 것처럼 포함되 어 있기 때문인 것으로 판단된다. 또 한가지 생각 해 볼 수 있는 것은 레이저빔을 시편표면에 조사 하였을 때 시편의 조성성분 중 상대적으로 비중이 낮은 C성분이 표면부근에 모이면서 잔류오스테나 이트가 형성되는데 기여 하였을 것으로 생각된다.

Table 2 Characteristics of surface Hardening of according to Diameter change of Cylindrical bars

Φ25 Φ30 Φ35

Width (μm) 18960 18754 18586 Depth (μm) 527.311 545.1 555.358 Hardness (Hv) 744.64 773.91 760.91

이와 같은 사실을 종합해보면 자기냉각 효과를 이 용하는 레이저 표면경화에서 히트씽크의 역할을 하는 모재 내부와 거리가 상대적으로 먼 표면의 냉각속도가 지연되면서 급냉효과로 상변태가 발생 하는 마르텐사이트 조직의 형성을 방해한 것으로 판단되며, 잔류오스테나이트 형성에 영향을 주는 C, Ni, Mo 중에서 비중이 상대적으로 낮은 C가 상 승하여 잔류오스테나이트가 형성되어 시편표면의 경도값이 약간 하락한 것으로 생각된다.

3.3 미세조직 특성

Fig. 9는 환봉의 직경변화에 따른 레이저 표면 경화시 조직을 나타냈다. 그림에서 A는 표면경화 된 표면으로부터 100μm 부분이고, B는 경화부와 가까운 열영향부, C는 열영향부와 가까운 모재부분 을 나타내고 있다. C의 아래 부분은 모재의 조직 (a) Hardened Width (b) Hardened Depth

(c) Width comparison results of plate and present Works (d) Depth comparison results of plate and present Works Fig. 8 Micro vickers hardness profile of laser hardened zone for characteristics according to Diameter change of

Cylindrical bars

(a) Cylindrical bar (Φ²⁵⁾

(b) Cylindrical bar (Φ30)

(c) Cylindrical bar (Φ35)

Fig. 9 Micro structure of heat treated surface

을 나타내고 있다. 전체적으로 조직을 관찰해보면 표면경화된 부분이 침상 마르텐사이트와 미세한 탄화물이 석출되어 있음을 알 수 있다. Fig. 9를 보 면 환봉 직경 Φ25일 때 환봉을 회전시키면서 레 이저빔을 조사하면 체적이 작기 때문에 내부에 열 이 누적되면서 온도구배가 크지 않아 조직이 약간 조대해진 현상을 관찰 할 수 있다. 직경이 커질수 록 환봉 내부로의 열침투가 상대적으로 작아 자기 퀜칭에 의한 급냉효과가 커서 마르텐사이트 조직 이 조밀해지고 경도값도 높게 측정되었다. 경화부 에서 모재로 내려갈수록 마르텐사이트 중에 백색으 로 나타나는 잔류 오스테나이트가 많이 함유되어 있는 것을 알 수 있다. 레이저빔으로 표면경화시 빠 른 시간 내에 오스테나이트화된 후 빨리 냉각되어 야 마르텐사이트로 변화하는데, 시편의 온도 구배 가 크지 않아 냉각이 지연되면서 잔류 오스테나이 트가 마르텐사이트에 함유된 것을 알 수 있었다.

Fig. 10 Comparison results of overlap and present Works

Fig. 11 Overlap Micro structure of heat treated surface

환봉직경 Φ30에 5mm 간격을 두고 레이저 표 면경화한 결과를 Fig. 10과 Fig. 11에 나타냈다. Fig.

10에 나타낸 것과 같이 표면경화한 곳을 5mm 간 격을 두고 한번 더 표면경화한 결과, 오버랩된 구 간이 템퍼링되어 경도값이 하락하였다. 템퍼링 되 지 않은 부분의 평균경도값은 741Hv, 템퍼링 부분 의 경도값은 433.2Hv이고 모재의 경도값은 250Hv 이었다. Fig. 11은 오버랩 구간의 템퍼링된 조직사 진으로 마르텐사이트 조직으로 구성되었던 부분이 풀리면서 페라이트 결정립을 형성하였다.

4. 결론

Nd:YAG 레이저를 이용하여 대면적 표면경화 용 렌즈로 환봉의 직경변화에 따른 표면경화특성 을 연구한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

1. 열처리광학계 F# 5.8을 이용하여 레이저빔의 출력과 원주속도가 일정할 때 환봉 직경의 크기가 커질수록 경화폭은 감소하였고, 반면 환봉 직경의 크기가 작을수록 경화깊이는 감소하였다.

2. 시편 직경의 크기가 커질수록 시편의 표면 과 내부사이의 온도구배가 커 높은 평균경도를 나 타냈고, 레이저빔이 중첩되어 템퍼링 된 부분을 제외하고 모재에 비해 평균 경도값이 약 3배정도 상승하였다.

3. 레이저 공정 및 원주속도를 고정하고 체적 이 비슷한 환봉 Φ30 시편과 평판 시편을 실험한 결과, 환봉 Φ30일 때 경화폭 18754μm, 경화깊이 545.1μm, 평균경도값 773.9Hv이고, 평판일 때 경화 폭 21840μm, 경화깊이 372.46μm, 경도값 741.8Hv 으로 경화폭은 평판이 더 높게 측정되었지만 경화 깊이 및 평균경도값은 환봉 Φ30가 더 높게 나타 났다. 이때의 입열량은 환봉 Φ30 1043J/cm², 평판 989.01J/cm²이다.

4. 환봉의 직경이 증가할수록 시편 내부는 히 트씽크로 작용하여 온도구배가 커져 경도값과 경 화깊이가 크게 나타났다.

후 기

이 논문은 2013학년도 조선대학교 학술연구비 의 지원을 받아 연구되었음.

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