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철계 분말야금재의 미세조직 및 기계적 특성 분석

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1 철계 분말야금재의 미세조직 및 기계적 특성 분석
2013-2학기 신소재기초실험 - 최현주교수님 실험실 철계 분말야금재의 미세조직 및 기계적 특성 분석 나노융합구조소재 실험실 정고운

2 Contents Introduction Theoretical Background
분말야금 산업동향 철 분말 산업 동향 분말야금의 장점 Contents Theoretical Background 분말야금 제조 공정 XRD 경도 Lecture Plan l Experimental Process 분말혼합 성형 소결 물성평가 - 로크웰 경도 - XRD - 미세구조(OM분석)

3 Introduction 분말야금 산업동향 Industrial trends Theoretical Background
Lecture Plan l Experimental Process 분말야금 산업동향 Industrial trends 분말야금 제품 중 97%이상이 철분말제품 적용 산업군으로는 자동차 산업이 가장 활성화 일본과 한국의 경우, 자동차 산업이 주 동력 산업 분말야금산업의 아시아 시장 전망(PM2012 YOKOHAMA 후기)/김휘준(한국생산기술연구원 뿌리산업연구부문/수석연구원)

4 Introduction Fe계 분말 산업동향 Industrial trends Theoretical Background
Lecture Plan l Experimental Process Fe계 분말 산업동향 Industrial trends 국내 자동차 산업의 발달과 더불어 철분말 사용량도 증가하는 경향을 보임 자동차 부품 중 철분말 사용 부품 증가 Characterization of porous iron bodies sintered from water-atomized powders/Y. S. Lee, H. S. Kang and H. N. Kim

5 Introduction  다수의 국내 기업이 철분말 사업 확장 계획 국내기업의 Fe분말 사업 동향 현대자동차 POSCO
Theoretical Background Lecture Plan l Experimental Process 국내기업의 Fe분말 사업 동향 현대자동차 POSCO 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기.  다수의 국내 기업이 철분말 사업 확장 계획

6 Introduction 분말야금의 장점 Advantages Theoretical Background
Lecture Plan l Experimental Process 분말야금의 장점 Advantages 재질 및 형상의 선택범위가 넓음 정확한 치수의 부품 생산 가능 원가절감 및 경량화 실현 주조에 비해 낮은 온도에서 작업 가능 Characterization of porous iron bodies sintered from water-atomized powders/Y. S. Lee, H. S. Kang and H. N. Kim

7 제품 완성 Theoretical Background 후처리 공정 소결 성형체 제조 분말제조 분말야금 제품의 기본적인 제조공정
Introduction Lecture Plan l Experimental Process 분말야금 제품의 기본적인 제조공정 제품 완성 후처리 공정 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기. 소결 성형체 제조 분말제조

8 Theoretical Background
Introduction Lecture Plan l Experimental Process 1. 분말제조 분말 제조 방법의 종류 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기.

9 Theoretical Background
Introduction Lecture Plan l Experimental Process 분사법 (atomization) : 미세한 구멍을 통하여 유출되는 용융 금속류를 고압의 공기 또는 액체로 분산시켜 분말화하는 방법 분사법의 특징 분무법(spraying)과 흡사 용융금속이면 어떠한 금속이든 가능 일정한 성상(性狀)의 분말 대량 생산가능 용탕의 분말화 방법 및 분사조건에 따라 생성분말의 성상 조절 가능 (겉보기 밀도, 입도, 세공, 입도 분포 등) 분사매체의 종류에 따라 기체 분사법과 액체 분사법, 분사방향에 따라 수평식과 수직식으로 분류 분사매체로써 요구되는 조건 : 취급이 용이 해야 함, 독성이 없어야 함, 가격이 경제적이어야 함, 냉각효과와 점성이 커야 함, 생성 분말의 성질에 영향을 미치지 않아야 함, 분말과의 분리가 쉬워야 함 (주로쓰이는 분사매체 - 기체 : 공기, 아르곤, 이산화탄소, 질소 / 액체 : 물) 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기.

10 Theoretical Background
Introduction Lecture Plan l Experimental Process 수분사법 (Water atomization) : 융점이 높은 물질의 경우, 공기 중에서 분사 시 충분히 냉각되지 않으므로 분사매체로 물을 이용하는 방법 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기. 수직식 기체 분사법에서 Sn, Pb, Cu 및 Cu-Zn, Cu-Sn 등은 공기 중에서 분사하여도 충분히 냉각되지만, 융점이 높은 Fe, Ni, 강(鋼) 등은 냉각이 불충분하므로 수(水)중에서 분사한다.

11 Theoretical Background
Introduction Lecture Plan l Experimental Process 2. 성형 (Compaction) : 정교하게 제작된 금형(몰드)에 분말을 채워 프레스 등으로 압축성형 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기. Rhodium metal: powder, pressed pellet (3*105 psi), remelted

12 Theoretical Background
Introduction Lecture Plan l Experimental Process 3. 소결 (SINTERING) : 압축성형된 성형체를 용융점 이하의 온도에서 적절한 가스분위기 하에 가열 Neck 생성 Neck 성장 & 기공(Pore) 소멸 소결진행 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기.

13 Theoretical Background
Introduction Lecture Plan l Experimental Process XRD (X-Ray Diffraction) : 결정성 물질의 구조에 관한 정보를 얻기 위한 분석방법 1. X선이 결정에 부딪히면 그 중 일부가 회절 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기. 회절된 X선으로 시료에 함유된 결정성 물질의 종류와 양에 관련된 정보를 알 수 있다. 2. 회절되는 각과 강도가 물질 구조에 따라 고유한 값을 가짐

14 입사파와 반사파의 위상이 같아 보강간섭이 일어날 조건
Theoretical Background Introduction Lecture Plan l Experimental Process XRD의 원리 (브래그 법칙) Bragg’s Law X선과 같은 전자기파 또는 전자와 중성자로 이루어진 입자파가 결정에 입사되었을 때, 가장 강한 반사를 일으키는 면에 대해 결정 안의 원자간 면 간격과 입사각 사이에 성립하는 관계를 나타낸 법칙 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기. 입사파와 반사파의 위상이 같아 보강간섭이 일어날 조건

15 Hardness is proportional to size of penetration
Theoretical Background Introduction Lecture Plan l Experimental Process 경도(Hardness) Resistance of a metal surface to be damaged, dented, worn away, or deteriorated in any way as result of a force or pressure against it. 경도 : 국부 소성 변화에 대해 저항하는 능력 강도 : 물질에 응력을 가했을 때 변형에 저항하는 능력 Sample Force Penetrator Hardness is proportional to size of penetration 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기.

16 + 0.7% Lubricant(Zinc stearate)
Lecture Plan l Experimental Process Introduction Theoretical Background 분말 혼합(Spex Mill 이용) Astaloy CrL powder (Fe-1.5%Cr-0.2%Mo) Group A Fe powder Group B + 0.55% C(Graphite) powder + 0.7% Lubricant(Zinc stearate) Milling time : 20min Spex mill Condition 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기.

17 Lecture Plan l Experimental Process
Introduction Theoretical Background 성형(유압프레스 이용) 유압프레스의 원리  파스칼의 원리에 기반 CARVER’S PRESS (~30t) : 유체(기체나 액체) 역학에서 밀폐된 용기 내 에 정지해 있는 유체의 어느 한 부분에서 생기는 압력의 변화가 유체의 다른 부분 용기의 벽면에 손실 없이 전달된다는 원리 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기.

18 Lecture Plan l Experimental Process
Introduction Theoretical Background 성형 다이(몰드) 설계도 25mm 8mm 40mm 16mm 15mm 5mm 35mm 8mm 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기. 10mm 3mm 21mm 8mm 50mm 50mm 10mm Green compact 몰드 전체 도식도

19 Lecture Plan l Experimental Process
Introduction Theoretical Background 실제 다이 형상 및 제작 시편 성형 다이 10mm 8mm 예상 시편 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기. 실제 제작 시편

20 Lecture Plan l Experimental Process
Introduction Theoretical Background 소결(관상로 이용) Thermo couple Ar Vacuum pump N2+H2 Atmosphere control H2 Burning system Emission Alumina tube Tube furnace Gas flow Specimens 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기. Boat tube(Alumina)

21 Lecture Plan l Experimental Process
Introduction Theoretical Background 소결 조건 Tube furnace Conditon 소결 온도 : 1120℃ 소결 시간 : 30 min 소결 분위기 : N2+H2 (9:1) 냉각 조건 : 1120℃ 800℃ 500℃ Room Temperature(상온) Mixed H2 5.5℃/min (분위기 변환) 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기. 10℃/min CCT curve Ar Air cooling

22 Lecture Plan l Experimental Process
Introduction Theoretical Background 실제 소결 시편 소결 전 소결 후 HCrL HCrL HCrM HCrM 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기.

23 Lecture Plan l Experimental Process
Introduction Theoretical Background 물성 평가 1. 소결 시편 경도 측정 및 비교(로크웰 경도 측정) Rockwell hardness test : 산업적으로 가장 널리 쓰이는 경도시험 방법 중 하나 빠른 측정 인적 오류 최소화 미세한 경도차이 구별 가능 작은 크기의 압입자 Advantages 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기. Applied the minor load and a zero reference position is established. The major load is applied for a specified time period (dwell time) beyond zero. The major load is released leaving the minor load applied.

24 Lecture Plan l Experimental Process
Introduction Theoretical Background 물성 평가 2. XRD 데이터 분석 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기.

25 Lecture Plan l Experimental Process
Introduction Theoretical Background 물성 평가 3. 상 분석(Om) 폴리싱 : #220 - #400 - #800 - # # #4000 – 1μm alumina 에칭 : Nital solution(3% H2NO3), 3~5s 광학현미경(Optical Microscope) 관찰 25 μm X 1000 50 μm X 500 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기.

26 Daum 까페 “금속재료” (http://cafe.daum.net/rmathrwofy)  “금속재료_자료실” 게시판
Lecture Plan l Experimental Process Introduction Theoretical Background 성적 기준 출결 30% 태도 20% 보고서 50% 실험보고서 제출 제출 기한 : 실험 종료 2주 뒤 금요일 오후 6시까지 (공학관 516호) 실험 결과 데이터 파일 업로드 Daum 까페 “금속재료” (http://cafe.daum.net/rmathrwofy)  “금속재료_자료실” 게시판 질의 응답 실험실 방문 or 조교 메일 철분말의 사용예와 적용산업에 대한 배경지식을 더 찾기.

27 Thank You :D


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