KR101808437B1 - Fe-based alloy for metal injection molding and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 기술적 사상은 금속분말사출성형용 Fe계 합금에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내산화성이 강화되고 우수한 경도 값을 가지는 금속분말사출성형용 Fe계 합금 및 이의 제조방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an Fe-based alloy for metal powder injection molding, and more particularly to an Fe-based alloy for metal powder injection molding having enhanced oxidation resistance and an excellent hardness value and a method for producing the same.
실형상(Near-net shaping) 성형기술 중 하나인 분말사출성형(Powder Injection Molding, PIM) 공정은 분말야금 산업의 소결기술과 플라스틱 산업의 사출성형기술을 융합한 것으로 세라믹 또는 금속 혹은 복합재료를 제조하기 위한 가공법으로 최근 많은 주목을 받고 있다. 세라믹, 초경, 금속, 복합재료 등의 다양한 재료를 사용할 수 있고, 기존의 기계가공법, 정밀주조법 및 기계가공법에 의해 생산되지 못했던 3차원적인 복잡한 제품을 제조 가능하다.Powder injection molding (PIM) process, which is one of near-net shaping molding technology, is a fusion of sintering technology of powder metallurgy industry and injection molding technology of plastic industry. It is used for manufacturing ceramics or metal or composite materials Has recently attracted a lot of attention. Ceramics, cemented carbide, metal, and composite materials, and it is possible to manufacture a three-dimensional complex product which can not be produced by conventional machining, precision casting and machining.
근래 들어 자동차, 전자, 우주항공, 의료기기 등 넓은 산업분야에서 여러 기능적 특성 또는 소형화에 대한 필요성이 증대되고 있는 시점에서 분말사출성형 공정은 여러 기능적 특성과 소형화에 대한 해결책인 셈이다. 특히 분말사출성형 공정은 소형 또는 마이크로 부품을 제조함에 있어 대량생산이 가능하며, 이로 인한 약 20~30% 원가 절감이 가능한 이점이 있다. 게다가 분말사출성형 공정으로 인한 최종 제품은 우수한 물성 및 정밀한 표면 조도를 가진다.In recent years, the need for various functional characteristics or miniaturization in a wide range of industries such as automobiles, electronics, aerospace, and medical devices has been increasing, and the powder injection molding process is a solution to various functional characteristics and miniaturization. Particularly, the powder injection molding process can be mass-produced in the production of small or micro parts, and the cost can be reduced by about 20 to 30%. In addition, the final product resulting from the powder injection molding process has excellent physical properties and a precise surface roughness.
일반적으로 사용되는 금속분말 사출성형(Metal powder Injection Molding, MIM)공정의 분말 특성은 구형의 형태로 우수한 유동성을 지니며 분말입자의 평균 입자지름은 10 μm이고, 전체 입자 중 90% 가량의 입자 지름 30 μm 이하의 크기의 분말입자가 금속분말 사출성형하기에 적당한 크기의 분말형태이다. 상용화된 금속분말 사출성형에 사용되는 수 마이크론 금속 분말을 혼합하고 사출성형 한 후에 소결하므로 조성의 제어가 어려워 최종적인 소결재료의 불균일한 미세 구조와 물성저하 현상이 일어난다. 마이크론 크기분말의 문제점을 해결하기 위해 소결의 구동력을 극대화 시키는 나노크기의 분말을 이용하는 방법이 응용되고 있다. 소결 중 구동력이 증가된 나노크기의 분말은 저온에서 짧은 시간 내에 완전 치밀화 시키고, 입자성장을 억제 할 수 있는 장점이 있으나, 증가된 표면적으로 큰 응집체를 형성하려는 경향이 강한 단점이 있다. 이러한 응집체 분말은 성형할 때 성형체 내에 불균일한 기공분포를 발생시켜 소결 치밀화를 억제한다.The powder characteristics of the metal powder injection molding (MIM) process, which is generally used, are spherical and have excellent flowability. The average particle diameter of the powder particles is 10 μm and the particle diameter of about 90% Powder particles of
기존의 금속분말사출성형은 카보닐 법을 통한 수십 마이크로 이하크기의 분말재료를 제조하여 금속분말 사출성형 하였으나, 최근 들어 gas-atomization에 대한 연구가 활발히 진행되면서 Gas 온도의 증가 혹은 플라즈마건을 결합시키는 방법 등 여러 방법으로 gas-atomization에 대한 연구가 이루어져 10 ㎛ 이하크기의 분말을 제조가능하다고 알려져 있다. 이에 다원계의 합금 설계에 용이한 gas-atomization을 통한 분말을 제조하여 기계적 특성이 향상된 다원계의 합금을 개발하는 것이 필요하다.In the conventional metal powder injection molding, metal powder injection molding is performed by making a powder material having a size of several tens of micro or less through a carbonyl method. However, as gas-atomization researches have been actively conducted recently, an increase in gas temperature, And it is known that it is possible to produce powders having a size of less than 10 ㎛. Therefore, it is necessary to develop a multi-component alloy with improved mechanical properties by manufacturing powders through gas-atomization which is easy to design the multi-alloy system.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 내산화성이 강화되고 우수한 경도 값을 가지는 금속분말사출성형용 Fe계 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide an Fe-based alloy for metal powder injection molding having enhanced oxidation resistance and an excellent hardness value.
더불어, 본 발명은 가스 분무공정을 이용하여 기계적 특성이 강화된 금속분말사출성형용 Fe계 합금의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a process for producing an Fe-based alloy for metal powder injection molding, the mechanical properties of which are enhanced by using a gas spraying process.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these problems are illustrative, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속분말사출성형용 Fe계 합금은 니켈(Ni) 2.0~20.0 중량%, 규소(Si) 0.1~1.0 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.1~0.5 중량% 및 크롬(Cr) 0.1~3.0 중량%를 포함하고, 나머지는 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.Technical Solution According to an aspect of the present invention, there is provided an Fe-based alloy for metal powder injection molding comprising 2.0 to 20.0% by weight of nickel, 0.1 to 1.0% by weight of silicon, 0.1 to 0.5% by weight of molybdenum, By weight and 0.1 to 3.0% by weight of chromium (Cr), and the balance of iron (Fe) and unavoidable impurities.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 니켈(Ni)의 함량이 10.0~20.0 중량%일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the content of nickel (Ni) may be 10.0 to 20.0 wt%.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 크롬(Cr)의 함량이 1.0~2.0 중량%일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the content of chromium (Cr) may be 1.0 to 2.0 wt%.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속분말사출성형용 Fe계 합금은 니켈(Ni) 2.0~20.0 중량%, 규소(Si) 0.1~1 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.1~0.5 중량%, 크롬(Cr) 0.1~3.0 중량% 및 탄소(C) 0.05~0.3 중량%를 포함하고, 나머지는 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an Fe-based alloy for metal powder injection molding comprising 2.0 to 20.0% by weight of nickel (Ni), 0.1 to 1% by weight of silicon (Si), 0.1 to 0.5% by weight of molybdenum 0.1 to 3.0% by weight of chromium (Cr) and 0.05 to 0.3% by weight of carbon (C), and the balance of iron (Fe) and unavoidable impurities.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 니켈(Ni)의 함량이 10.0~20.0 중량%일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the content of nickel (Ni) may be 10.0 to 20.0 wt%.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 크롬(Cr)의 함량이 1.0~2.0 중량%일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the content of chromium (Cr) may be 1.0 to 2.0 wt%.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 탄소(C)의 함량이 0.15~0.2 중량%일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the content of carbon (C) may be 0.15 to 0.2% by weight.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 금속분말사출성형용 Fe계 합금의 비커스 경도(Hv)가 340 ~ 423일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the Vickers hardness (Hv) of the Fe-based alloy for metal powder injection molding may be 340 to 423.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속분말사출성형용 Fe계 금속복합분말의 제조방법은 상기 Fe계 합금 성분을 칭량하여 원료를 혼합하는 단계, 상기 혼합된 합금 원료를 이용하여 금속복합분말을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an Fe-based metal composite powder for metal powder injection molding, comprising the steps of weighing the Fe-based alloy component and mixing the raw material, Metal composite powder according to the present invention.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 금속복합분말 제조단계는. 상기 혼합된 합금 원료를 가열하여 용탕을 제조하는 단계 및 상기 용탕을 가스와 함께 분무하여 금속복합분말을 제조할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the metal composite powder manufacturing step includes the steps of: The mixed alloy raw material is heated to produce a molten metal, and the molten metal is sprayed with a gas to produce a metal composite powder.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 혼합된 합금 원료를 아크 용해하여 버튼형식의 모합금을 제조하는 단계, 상기 모합금을 급속응고 용융 방사법을 이용하여 리본을 제조하는 단계 및 상기 리본을 분말 형태로 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, there is provided a method of making an alloy, the method comprising: arc melting the mixed alloy raw material to produce a parent alloy in the form of a button; fabricating the ribbon using a rapid solidification spinning method; In the form of a powder.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 금속복합분말은 직경이 20 ㎛ 이하의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the metal composite powder may have an average particle size of 20 mu m or less in diameter.
본 발명의 기술적 사상에 따른 금속분말사출성형용 Fe계 합금은 기계적 특성 및 내산화성이 우수하여 금속분말 사출성형 공정을 통하여 다양한 제품군에 적용 가능한 효과가 있다.The Fe-based alloy for metal powder injection molding according to the technical idea of the present invention is excellent in mechanical properties and oxidation resistance and can be applied to various product groups through a metal powder injection molding process.
본 발명의 기술적 사상에 따른 금속분말사출성형용 Fe계 합금의 제조방법은 가스 분무공정을 이용하여 기계적 특성이 강화된 금속분말사출성형용 Fe계 합금을 제조할 수 있다.The method for manufacturing an Fe-based alloy for metal powder injection molding according to the technical idea of the present invention can produce an Fe-based alloy for metal powder injection molding with enhanced mechanical properties by using a gas spraying process.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The effects of the present invention described above are exemplarily described, and the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 Fe-Ni-1Si-0.5Mo의 4원계 합금 소결체 단면을 부식하여 얻어진 미세조직이다.
도 2는 Fe-Ni-Si-Mo의 4원계 합금의 XRD 상분석한 결과를 나타내었다.
도 3은 Fe-Ni-Si-Mo의 4원계 합금의 마이크로 비커스 경도 측정결과이다.
도 4는 Fe-Ni-Si-Mo의 4원계 합금 소결체 고온 산화거동 그래프이다.
도 5는 Fe-Ni-Si-Mo의 4원계 합금 소결체 고온 산화 실험 후 산화층의 두께 비교를 실시한 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 Fe-Ni-Si-Mo-Cr의 5원계 합금 소결체 단면을 부식하여 얻어진 미세조직이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 Fe-Ni-Si-Mo-Cr의 5원계 합금의 XRD 상분석한 결과를 나타내었다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 Fe-Ni-Si-Mo-Cr의 5원계 합금의 마이크로 비커스 경도 측정결과이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 Fe-Ni-Si-Mo-Cr의 5원계 합금 소결체 고온 산화거동 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 Fe-Ni-Si-Mo-Cr의 5원계 합금 소결체 고온 산화 실험 후 산화층의 두께 비교를 실시한 사진이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C의 6원계 합금 소결체 단면을 부식하여 얻어진 미세조직이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C의 6원계 합금의 XRD 상분석한 결과를 나타내었다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C의 6원계 합금의 마이크로 비커스 경도 측정결과이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C의 6원계 합금 소결체 고온 산화거동 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C의 6원계 합금 소결체 고온 산화 실험 후 산화층의 두께 비교를 실시한 사진이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C의 6원계 합금과 MIM용 상용화 Fe-8Ni 합금 소결체 단면을 부식하여 얻어진 미세조직이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C의 6원계 합금과MIM용 상용화 Fe-8Ni 합금의 XRD 상분석한 결과를 나타내었다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C의 6원계 합금과 MIM용 상용화 Fe-8Ni 합금의 마이크로 비커스 경도 측정결과이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C의 6원계 합금과 MIM용 상용화 Fe-8Ni 합금 소결체 고온 산화거동 그래프이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C의 6원계 합금과 MIM용 상용화 Fe-8Ni 합금 소결체 고온 산화 실험 후 산화층의 두께 비교를 실시한 사진이다.Fig. 1 is a microstructure obtained by corroding the cross section of a quaternary alloy sintered body of Fe-Ni-1Si-0.5Mo.
2 shows an XRD phase analysis result of a quaternary alloy of Fe-Ni-Si-Mo.
Fig. 3 shows micro-Vickers hardness measurement results of a quaternary alloy of Fe-Ni-Si-Mo.
4 is a graph showing the high-temperature oxidation behavior of a quaternary alloy sintered body of Fe-Ni-Si-Mo.
Fig. 5 is a photograph showing a comparison of the thicknesses of oxide layers after Fe-Ni-Si-Mo high-temperature oxidation experiment of quaternary alloy sintered body.
6 is a microstructure obtained by corroding a 5-element alloy sintered body section of Fe-Ni-Si-Mo-Cr according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows XRD analysis results of a Fe-Ni-Si-Mo-Cr binary alloy according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows micro-Vickers hardness measurement results of a Fe-Ni-Si-Mo-Cr 5-element alloy according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing a high-temperature oxidation behavior of a Fe-Ni-Si-Mo-Cr sintered body of a five-element alloy according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a photograph showing a comparison of thicknesses of oxide layers after Fe-Ni-Si-Mo-Cr high temperature oxidation experiment of a 5-element alloy sintered body according to an embodiment of the present invention.
Fig. 11 is a microstructure obtained by corroding a 6-element alloy sintered body section of Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 shows XRD analysis results of a Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C six-element alloy according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 shows micro-Vickers hardness measurement results of a Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C hexagonal system alloy according to an embodiment of the present invention.
14 is a graph showing a high-temperature oxidation behavior of a Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C sintered body of a six-element alloy according to an embodiment of the present invention.
15 is a photograph showing a comparison of the thicknesses of the oxide layers after the high temperature oxidation experiment of the Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C six-element alloy sintered body according to the embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a microstructure obtained by corroding a Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C six-element alloy according to an embodiment of the present invention and a commercially available Fe-8Ni alloy sintered body for MIM.
17 shows XRD analysis results of a Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C 6-element alloy according to an embodiment of the present invention and a commercially available Fe-8Ni alloy for MIM.
18 is a micro-Vickers hardness measurement result of a Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C six-element alloy and a commercially available Fe-8Ni alloy for MIM according to an embodiment of the present invention.
19 is a graph showing a high temperature oxidation behavior of a Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C six-element alloy and a commercially available Fe-8Ni alloy sintered body for MIM according to an embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a photograph showing a comparison of the thicknesses of six-element alloys of Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C according to an embodiment of the present invention and the thicknesses of oxide layers after the high temperature oxidation experiment of a commercially available Fe-8Ni alloy sintered body for MIM.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. The scope of technical thought is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items. The same reference numerals denote the same elements at all times. Further, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing depicted in the accompanying drawings.
본 발명에 따른 금속분말사출성형용 Fe계 합금은 니켈(Ni), 규소(Si), 몰리브덴(Mo) 및 크롬(Cr)을 포함하고, 나머지는 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.The Fe-based alloy for metal powder injection molding according to the present invention may include nickel (Ni), silicon (Si), molybdenum (Mo) and chromium (Cr), and the balance may be iron (Fe) and unavoidable impurities.
상기 니켈(Ni)은 2.0~20.0 중량%를 포함할 수 있다. 도 3은 Fe-Ni-Si-Mo의 4원계 합금의 마이크로 비커스 경도 측정결과이다. 도 3에서와 같이, 또한 2.0 내지 10.0 중량%의 Ni을 첨가한 4원계 소결체(Fe-xNi-1Si-0.5Mo)에서 니켈(Ni) 함량이 증가할수록 고용강화로 인한 경도가 증가하는 경향성을 보인다.The nickel (Ni) may include 2.0 to 20.0% by weight. Fig. 3 shows micro-Vickers hardness measurement results of a quaternary alloy of Fe-Ni-Si-Mo. As shown in FIG. 3, hardness due to solid solution strengthening tends to increase as nickel (Ni) content increases in a quaternary sintered body (Fe-xNi-1Si-0.5Mo) added with 2.0 to 10.0 wt% .
특히, 상기 니켈(Ni)은 10.0 내지 20.0 중량%를 포함할 수 있다. 니켈(Ni)을 20.0 중량%를 첨가한 4원계 소결체(Fe-xNi-1Si-0.5Mo)에서 오히려 경도가 감소하는 경향성을 보이나, 10.0 내지 20.0 중량%의 니켈(Ni)을 포함하는 경우, 300Hv 이상의 우수한 경도를 나타낸다.In particular, the nickel (Ni) may include 10.0 to 20.0% by weight. (Fe-xNi-1Si-0.5Mo) added with 20.0 wt% of nickel (Ni) shows a tendency to decrease in hardness, but when it contains 10.0 to 20.0 wt% of nickel (Ni) Or more.
도 4는 Fe-Ni-Si-Mo의 4원계 합금 소결체 고온 산화거동 그래프이고, 도 5는 Fe-Ni-Si-Mo의 4원계 합금 소결체 고온 산화 실험 후 산화층의 두께 비교를 실시한 사진이다. 도 4의 고온 산화거동을 확인하면 니켈(Ni) 함량이 증가할수록 무게증가량이 감소하는 경향성을 보이며, 도 5와 같이 니켈(Ni) 함량이 증가할수록 산화층의 두께가 얇아져 내산화성이 강화된다. 4 is a graph showing a high temperature oxidation behavior of a quaternary alloy sintered body of Fe-Ni-Si-Mo, and FIG. 5 is a photograph showing a comparison of thicknesses of an oxide layer after a high temperature oxidation experiment of a quaternary alloy sintered body of Fe-Ni-Si-Mo. As shown in FIG. 4, when the nickel (Ni) content is increased, the weight increase is decreased. As shown in FIG. 5, as the Ni content is increased, the oxidation layer is thinned and the oxidation resistance is enhanced.
상기 규소(Si)는 0.1~1.0 중량%를 포함할 수 있다. 규소(Si)의 함유량이 과하게 첨가될 경우 경도, 탄성한계, 인장강도 등은 증가시키는 장점이 있지만 충격값과 연신율을 감소시키는 단점이 있다. 이 단점을 보완 하기위해 1.0% 이하의 규소(Si)가 첨가될 경우 강도의 증가와 연신율 또한 거의 변화하지 않는 점에서 0.1~1.0%의 규소(Si)를 첨가하여 단점을 보완할 수 있다.The silicon (Si) may include 0.1 to 1.0% by weight. When the content of silicon (Si) is excessively added, it has an advantage of increasing the hardness, the elastic limit, the tensile strength, etc. However, it has a disadvantage of decreasing the impact value and elongation. In order to compensate for this disadvantage, the addition of silicon (Si) in an amount of less than 1.0% hardly increases the strength and the elongation, so that the disadvantages can be compensated by adding 0.1 to 1.0% of silicon (Si).
상기 크롬(Cr)은 0.1~3.0 중량%를 포함할 수 있다. 도 8은 Fe-Ni-Si-Mo-Cr의 5원계 합금의 마이크로 비커스 경도 측정결과이다. 도 8과 같이, 크롬(Cr)을 첨가한 5원계 소결체(Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-xCr)의 경도가 크롬(Cr) 첨가하지 않은 4원계 소결체(Fe-10Ni-1Si-0.5Mo)의 경도 보다 상대적으로 증가한다. The chrome (Cr) may include 0.1 to 3.0% by weight. Fig. 8 shows micro-Vickers hardness measurement results of Fe-Ni-Si-Mo-Cr 5-element alloys. (Fe-10Ni-1Si-0.5Mo) in which the hardness of chromium (Cr) added quinary system sintered body (Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-xCr) Relative to the hardness of < / RTI >
도 9는 Fe-Ni-Si-Mo-Cr의 5원계 합금 소결체 고온 산화거동 그래프이고, 도 10은 Fe-Ni-Si-Mo-Cr의 5원계 합금 소결체 고온 산화 실험 후 산화층의 두께 비교를 실시한 사진이다. 크롬(Cr) 함량이 증가할수록 무게증가량이 감소하는 경향성을 보이고, 크롬(Cr) 함량이 증가할수록 산화층의 두께가 얇아짐을 보여 크롬(Cr) 첨가에 따라 내산화성이 강화될 수 있다. Fig. 9 is a graph showing the high temperature oxidation behavior of a Fe-Ni-Si-Mo-Cr sintered body of a five-component alloy, It is a photograph. As the chromium (Cr) content increases, the weight increase tendency decreases. As the chromium (Cr) content increases, the thickness of the oxide layer decreases. Therefore, oxidation resistance can be enhanced by the addition of chromium (Cr).
특히, 상기 크롬(Cr)의 함량이 1.0~2.0 중량%일 수 있다. 상기 크롬(Cr)의 함량이 1.0~2.0 중량%인 경우, 크롬(Cr)의 함량이 0.5 중량% 인 경우에 대비하여 무게 증가량의 감소가 뚜렷한 경향을 나타낸다.In particular, the content of chromium (Cr) may be 1.0 to 2.0% by weight. When the content of chromium (Cr) is 1.0 to 2.0% by weight, the decrease in the amount of weight increase tends to be conspicuous as compared with the case where the content of chromium (Cr) is 0.5% by weight.
상기 몰리브덴(Mo)은 0.1~0.5 중량%를 포함할 수 있다. 크롬(Cr)과 함께 몰리브덴(Mo)은 펄라이트 변태역을 늦추며 2단 변태역을 형성 하고, 0.5 중량% 몰리브덴(Mo) 첨가 시 Ar1변태의 지연 하는 지체작용이 가장 우수하며, 0.5 중량% 몰리브덴(Mo) 초과의 첨가 시 탄화물 형성으로 인한 인장강도, 연신율, 밀도 등의 감소하는 단점이 있어 몰리브덴(Mo)은 0.1~0.5 중량% 첨가할 수 있다.The molybdenum (Mo) may include 0.1 to 0.5% by weight. Molybdenum (Mo) together with chromium (Cr) slows down the pearlitic transformation and forms a two-stage transformation region. The addition of 0.5 wt% molybdenum (Mo) (Mo) is added, the tensile strength, elongation and density due to the formation of carbide are reduced. Mo can be added in an amount of 0.1 to 0.5 wt%.
본 발명에 따른 금속분말사출성형용 Fe계 합금은 니켈(Ni) 2.0~20.0 중량%, 규소(Si) 0.1~1 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.1~0.5 중량%, 크롬(Cr) 0.1~3.0 중량% 및 탄소(C) 0.05~0.3 중량%를 포함하고, 나머지는 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.The Fe-based alloy for metal powder injection molding according to the present invention comprises 2.0 to 20.0% by weight of nickel (Ni), 0.1 to 1% by weight of silicon (Si), 0.1 to 0.5% by weight of molybdenum (Mo) By weight and carbon (C) in an amount of 0.05 to 0.3% by weight, and the balance of iron (Fe) and unavoidable impurities.
상기 니켈(Ni)의 함량이 2.0~20.0 중량%일 수 있다. 도 3 내지 도 5와 같이, 고온 산화거동을 확인하면 니켈(Ni) 함량이 증가할수록 무게증가량이 감소하는 경향성을 보이며, 니켈(Ni) 함량이 증가할수록 산화층의 두께가 얇아져 내산화성이 강화된다. 또한 2.0 내지 10.0 중량%의 Ni을 첨가한 4원계 소결체(Fe-xNi-1Si-0.5Mo)에서 니켈(Ni) 함량이 증가할수록 고용강화로 인한 경도가 증가하는 경향성을 보인다.The content of nickel (Ni) may be 2.0 to 20.0% by weight. As shown in FIG. 3 to FIG. 5, when the high temperature oxidation behavior is confirmed, the weight increase amount tends to decrease as the nickel (Ni) content increases. As the nickel (Ni) content increases, the oxidation layer becomes thinner. In addition, hardness due to solid solution strengthening tends to increase as the content of nickel (Ni) increases in a quaternary sintered body (Fe-xNi-1Si-0.5Mo) containing 2.0 to 10.0 wt% of Ni.
특히, 상기 니켈(Ni)은 10.0 내지 20.0 중량%를 포함할 수 있다. 니켈(Ni)을 20.0 중량%를 첨가한 4원계 소결체(Fe-xNi-1Si-0.5Mo)에서 오히려 경도가 감소하는 경향성을 보이나, 10.0 내지 20.0 중량%의 니켈(Ni)을 포함하는 경우, 300Hv 이상의 우수한 경도를 나타낸다.In particular, the nickel (Ni) may include 10.0 to 20.0% by weight. (Fe-xNi-1Si-0.5Mo) added with 20.0 wt% of nickel (Ni) shows a tendency to decrease in hardness, but when it contains 10.0 to 20.0 wt% of nickel (Ni) Or more.
상기 크롬(Cr)은 0.1~3.0 중량%를 포함할 수 있다. 도 8 내지 도 10과 같이, 크롬(Cr)을 첨가한 5원계 소결체(Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-xCr)의 경도가 크롬(Cr) 첨가하지 않은 4원계 소결체(Fe-10Ni-1Si-0.5Mo)의 경도 보다 상대적으로 증가하며, 크롬(Cr) 함량이 증가할수록 무게증가량이 감소하는 경향성을 보이고, 크롬(Cr) 함량이 증가할수록 산화층의 두께가 얇아짐을 보여 크롬(Cr) 첨가에 따라 내산화성이 강화될 수 있다.The chrome (Cr) may include 0.1 to 3.0% by weight. As shown in Figs. 8 to 10, the quaternary sintered body (Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-xCr) to which chromium (Cr) 0.5Mo), and the weight increase is decreased as the chromium (Cr) content is increased. As the chromium (Cr) content is increased, the thickness of the oxide layer is decreased. The oxidation resistance can be enhanced.
특히, 상기 크롬(Cr)의 함량이 1.0~2.0 중량%일 수 있다. 상기 크롬(Cr)의 함량이 1.0~2.0 중량%인 경우, 크롬(Cr)의 함량이 0.5 중량% 인 경우에 대비하여 무게 증가량의 감소가 뚜렷한 경향을 나타낸다.In particular, the content of chromium (Cr) may be 1.0 to 2.0% by weight. When the content of chromium (Cr) is 1.0 to 2.0% by weight, the decrease in the amount of weight increase tends to be conspicuous as compared with the case where the content of chromium (Cr) is 0.5% by weight.
상기 탄소(C)의 함량이 0.05~0.3 중량%일 수 있다. 도 13은 Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C의 6원계 합금의 마이크로 비커스 경도 측정결과이다. 도 13과 같이, 상기 탄소(C)의 함량이 0.05 중량%인 경우 350Hv 이상의 우수한 경도 값을 나타내며, 증가할수록 경도가 증가하여 0.2 중량%일 때, 420Hv 이상의 우수한 경도 값을 가진다. The content of the carbon (C) may be 0.05 to 0.3 wt%. Fig. 13 shows micro-Vickers hardness measurement results of a Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C hexagonal system alloy. As shown in FIG. 13, when the content of carbon (C) is 0.05% by weight, it shows an excellent hardness value of 350 Hv or more. When the content of carbon (C) is increased, the hardness increases and the hardness value is 420 Hv or more when it is 0.2% by weight.
특히, 상기 탄소(C)의 함량이 0.15~0.2 중량%일 수 있다. 도 14는 Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C의 6원계 합금 소결체 고온 산화거동 그래프이다. 고온 산화거동 실험 결과 0.05 중량% 및 0.1 중량% 첨가한 경우, 무게증가량의 변화는 미비하였지만, 0.2 중량%를 첨가한 6원계 조성(Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2.0Cr-0.2C)은 C을 첨가하지 않은 5원계 조성(Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2.0Cr)의 무게증가량 보다 감소하는 경향성을 보여 경도 및 내산화성이 우수함을 확인할 수 있다.In particular, the content of the carbon (C) may be 0.15 to 0.2% by weight. Fig. 14 is a graph showing the high-temperature oxidation behavior of a Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C sintered body of a six-element system alloy. (Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2.0Cr-0.2C) added with 0.2 wt% was found to have a composition of (Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2.0Cr) without addition of C, indicating that the hardness and oxidation resistance are excellent.
상기 금속분말사출성형용 Fe계 합금은 340 ~ 423의 비커스 경도(Hv)를 가질 수 있다.The Fe-based alloy for metal powder injection molding may have a Vickers hardness (Hv) of 340 to 423.
본 발명에 따른 금속분말사출성형용 Fe계 금속복합분말의 제조방법은 상기 Fe계 합금 성분을 칭량하여 원료를 혼합하는 단계, 상기 혼합된 합금 원료를 이용하여 금속복합분말을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.The method for producing an Fe-based metal composite powder for metal powder injection molding according to the present invention includes the steps of weighing the Fe-based alloy component and mixing the raw materials, and preparing a metal composite powder using the mixed alloy raw material .
상기 금속복합분말 제조단계는. 상기 혼합된 합금 원료를 가열하여 용탕을 제조하는 단계 및 상기 용탕을 가스와 함께 분무하여 금속복합분말을 제조할 수 있다. 가스 분무법을 이용하여 금속복합분말을 제조하여 용이하게 다원계 합금을 사용할 수 있으며, 기계적 특성 또한 향상될 수 있다.The step of preparing the metal composite powder comprises: The mixed alloy raw material is heated to produce a molten metal, and the molten metal is sprayed with a gas to produce a metal composite powder. It is possible to easily use a multi-component alloy by preparing a metal composite powder using a gas atomization method, and the mechanical properties can also be improved.
상기 혼합된 합금 원료를 아크 용해하여 버튼형식의 모합금을 제조하는 단계, 상기 모합금을 급속응고 용융 방사법을 이용하여 리본을 제조하는 단계 및 상기 리본을 분말 형태로 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다.Arc melting the mixed alloy raw material to produce a parent alloy in the form of a button, making the parent alloy using a rapid solidification spinning method, and pulverizing the ribbon into a powder form .
상기 금속복합분말은 직경이 20 ㎛ 이하의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 금속분말사출 성형에 적합하게 제조 할 수 있다. 상기 Fe계 금속복합분말의 제조방법에 따라 제조된 금속복합분말을 바인더와 혼합하여 성형 혼합물을 형성하는 단계; 및 상기 성형 혼합물을 분말 사출하여 성형 및 소결하는 단계를 포함하여 금속분말사출 성형을 할 수 있다. 분말사출성형 공정은 소형 또는 마이크로 부품을 제조함에 있어 대량생산이 가능하며, 이로 인한 약 20~30% 원가 절감이 가능한 이점이 있다. 게다가 분말사출성형 공정으로 인한 최종 제품은 우수한 물성 및 정밀한 표면 조도를 가질 수 있다.The metal composite powder may have an average particle size of 20 mu m or less in diameter. And can be produced suitably for metal powder injection molding. Mixing the metal composite powder prepared according to the method for preparing an Fe-based metal composite powder with a binder to form a molding mixture; And molding and sintering the molded mixture by powder injection, so that metal powder injection molding can be performed. The powder injection molding process can be mass-produced in the production of small or micro parts, which can result in a cost reduction of about 20 to 30%. In addition, the final product resulting from the powder injection molding process can have excellent physical properties and precise surface roughness.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하여 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시에는 본 발명을 예시하는 것일 뿐이며, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments thereof. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
1. 시편 제조1. Specimen Manufacturing
먼저 Fe-Ni계 모합금을 제조하기 위하여 사용한 벌크형태의 금속원료 및 순도는 시판되는 시약용 원료이며 전해철(Fe), 니켈(Ni), 규소(Si), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 탄소(C)를 사용하였고, arc melting 장비를 이용하여 버튼 형식의 모합금을 제조하였다. 1회 용해 시 사용되어진 시료의 양은 10g을 사용하였다.First, the bulk metal raw materials and purity used for preparing Fe-Ni based parent alloys are commercially available raw materials for reagents and include electrolytic iron (Fe), nickel (Ni), silicon (Si), molybdenum (Mo) , Carbon (C) were used, and button - type parent alloy was manufactured by using arc melting equipment. The amount of the sample used in one dissolution was 10 g.
Arc melting 공정을 통해 제조한 버튼형식의 모합금을 gas-atomization 공정을 통해 얻을 수 있는 급속 응고 조직을 구현하기 위하여 gas-atomization과 같은 급속 응고법인 melt spinning 공정으로 급속 응고 조직인 리본형태의 시편을 제조 하였다. In order to realize the rapid solidification structure that can be obtained through the gas-atomization process, the button-type master alloy manufactured by the arc melting process is manufactured by melt spinning process such as gas-atomization and ribbon solid specimen Respectively.
급속 응고법인 melt spinning공정으로 제조된 리본을 분말형태로 분쇄하기 위하여 리본을 약 0.8 X 0.4cm 크기의 형태를 갖는 시편으로 cutting한 후 Pulverizer의 장비일종인 Rotor mill(Pulverizer, FRITSCH)장비를 이용하여 시편을 분쇄하였다.In order to pulverize the ribbon produced by the rapid coagulation method, melt spinning process, into a powder form, the ribbon was cut into a specimen having a size of about 0.8 × 0.4 cm, and then a rotary mill (Pulverizer, FRITSCH) The specimen was crushed.
2. 방전 플라즈마 소결 2. Discharge plasma sintering
직경 10㎜ 크기의 graphite 몰드에 2.5g의 분말을 장입시켜 방전 플라즈마 소결장치(Dr. Sinter, Sumitomo Coal Mining, 최대 하중; 10ton)를 사용하여 성형 및 소결하였다. 소결 시 graphite 몰드가 견딜 수 있는 압축하중 60 MPa로 일정하게 유지한 후 상온에서 800℃까지는 100℃/min, 800∼900℃ 구간은 25℃/min 승온 속도로 가열하였고, 목표치 온도인 900℃에서 10분간 유지한 후 소결체를 제조하였다.2.5 g of powder was charged into a graphite mold having a diameter of 10 mm and molded and sintered using a discharge plasma sintering apparatus (Dr. Sinter, Sumitomo Coal Mining, maximum load: 10 tons). During sintering, the graphite mold was maintained at a constant compressive load of 60 MPa, and then heated at a rate of 100 ° C / min from 800 ° C to 800 ° C, and at a rate of 25 ° C / min at a temperature of 900 ° C After holding for 10 minutes, a sintered body was produced.
3. 미세조직 분석3. Microstructure analysis
SPS 공정으로 제조된 소결체의 미세조직을 관찰하기 위하여 sand paper를 사용하여 #100부터 #4000까지 미세조직 관찰할 부분이 미세한 경면이 되도록 연마한 후, 1㎛, 0.05㎛ Al2O3를 사용하여 polishing 후 3%의 Nital 부식액(3㎖ HNO3 + 97㎖ Ethanol)으로 부식시켜 완전히 건조시킨 후 주사전자현미경((Scanning electron microscopy: Tescan; Mila LHM)장비를 사용하여 미세조직을 관찰하였다.In order to observe the microstructure of the sintered body manufactured by the SPS process, the part to be observed from # 100 to # 4000 using a sand paper was polished so as to have a minute mirror surface, and then, using 1 μm and 0.05 μm Al 2 O 3 After polishing, it was corroded with 3% Nital etchant (3 ml HNO 3 + 97 ml Ethanol) and dried thoroughly. Microstructures were observed using Scanning electron microscopy (Tescan; Mila LHM) equipment.
4. XRD 상분석4. XRD Phase Analysis
SPS공정으로 제조된 소결체의 상(Phase)분석을 하기위해 X-선 회절 분석 장비(XRD: MiniFlex 600 : Rigaku)을 사용하여 회절 분석을 실시하였다. 상분석할 소결체면은 수평이 되도록 sand paper를 이용하여 표면이 평평하게 만들고, Cu Kα target(λ=1.5404Å)를 사용하여 XRD 상분석을 시행 하였으며, 전류는 15mA, 튜브 전압은 40kV의 조건에 따라 2θ 범위인 30∼100°사이를 4°/min의 속도로 연속주사하여 상분석을 실시하였다.Diffraction analysis was performed using an X-ray diffraction analyzer (XRD: MiniFlex 600: Rigaku) to analyze the phase of the sintered body manufactured by the SPS process. The surface of the sintered body to be analyzed was flattened using a sand paper so as to be horizontal and XRD phase analysis was performed using a Cu Kα target (λ = 1.5404 Å). The current was 15 mA and the tube voltage was 40 kV The phase analysis was performed by continuous scanning at a rate of 4 ° / min between 30 ° and 100 ° in the 2θ range.
5. 비커스 경도 시험5. Vickers hardness test
SPS공정을 이용하여 제조된 소결체의 물리적 특성을 관찰하기 위해 마이크로 비커스 경도 시험기를 사용하여 200g의 하중으로 일정한 간격을 두고 15회 측정한 후 최대값과 최소값을 제외한 나머지 평균값을 나타내었다.In order to observe the physical properties of the sintered body manufactured using the SPS process, the microstructure of the sintered body was measured with a micro - Vickers hardness tester at a constant interval of 200 g under a load of 15 times, and the average values except for the maximum value and the minimum value were shown.
6. 고온 산화 실험6. High Temperature Oxidation Experiment
방전 플라즈마 소결공정을 통해 제조된 소결체를 각각 1000℃에서 1시간을 유지한 후 대기 대기분위기에서 공냉한 뒤 고온 산화거동을 관찰하였다.The sintered body produced by the discharge plasma sintering process was maintained at 1000 ℃ for 1 hour, and then was air - cooled in an atmospheric air atmosphere.
① 비교예 1. Fe-Ni-1Si-0.5Mo의 4원계(1) Comparative Example 1. A Fe-Ni-1Si-0.5Mo quaternary system
Fe-Ni계 2원계 합금에서 1.0Si(wt%) 및 0.5Mo(wt%)첨가하여 물리적 특성을 향상시키기 위한 목적으로 4원계 합금설계 실험을 실시하였다. Quaternary alloy alloys were tested for the purpose of improving the physical properties by adding 1.0 Si (wt%) and 0.5 Mo (wt%) in the Fe-Ni binary alloys.
도 1은 Fe-Ni-1Si-0.5Mo의 4원계 합금 소결체 단면을 부식하여 얻어진 미세조직이다. Fe-2Ni-1Si-0.5Mo(wt%)과 Fe-5Ni-1Si-0.5Mo(wt%) 소결체에서는 페라이트 조직이 관찰되었고, Fe-10Ni-1Si-0.5Mo(wt%)과 Fe-20Ni-1Si-0.5Mo(wt%) 소결체는 침상조직의 마르텐사이트 조직이 관찰되었다.Fig. 1 is a microstructure obtained by corroding the cross section of a quaternary alloy sintered body of Fe-Ni-1Si-0.5Mo. Fe-2Ni-1Si-0.5Mo (wt%) and Fe-5Ni-1Si-0.5Mo (wt%) sintered bodies showed ferrite structure, 1Si-0.5Mo (wt%) sintered body was observed to have martensite structure of acicular structure.
도 2는 방전 플라즈마 소결공정을 이용하여 제조된 Fe-Ni-Si-Mo의 4원계 XRD 상분석한 결과를 나타내었다. Fe-2Ni-1Si-0.5Mo(wt%) 및 Fe-5Ni-1Si-Mo0.5(wt%) 소결체는 BCC구조를 가진 Fe에 Ni이 고용된 α(알파)상이 관찰되었고, Fe-10Ni-1Si-0.5Mo(wt%) 및 Fe-20Ni-1Si-0.5Mo(wt%) 소결체는 평형 페라이트와 동일한 결정 구조인 BCC구조를 갖는 Fe에 Ni이 고용된 α′ 마르텐사이트 상이 관찰되었다.FIG. 2 shows the results of analysis of a quaternary XRD phase of Fe-Ni-Si-Mo produced by a discharge plasma sintering process. The Fe-2Ni-1Si-0.5Mo (wt%) and Fe-5Ni-1Si-Mo0.5 (wt%) sintered bodies showed Ni- The sintered body of 1Si-0.5Mo (wt%) and Fe-20Ni-1Si-0.5Mo (wt%) showed an α-martensite phase in which Ni was solid-dissolved in Fe having a BCC structure having the same crystal structure as that of the equilibrium ferrite.
방전 플라즈마 소결공정을 이용하여 제조된 Fe-Ni-Si-Mo 4원계의 소결체는 Fe-Ni 2원계의 소결체에 1Si(wt%) 및 0.5Mo(wt%)첨가에 따른 물리적 특성을 확인하기 위해 마이크로 비커스 경도 측정결과를 도 3에 나타내었다. 비커스 경도 측정결과 Fe-Ni-Si-Mo 4원계 소결체는 Fe-Ni 2원계 소결체의 경도와 비교하였을 때 상대적으로 경도가 증가됨을 확인할 수 있었다.The sintered body of Fe-Ni-Si-Mo quaternary system prepared by the discharge plasma sintering process was investigated by using 1Si (wt%) and 0.5Mo (wt%) added to the sintered Fe-Ni binary system. The micro-Vickers hardness measurement results are shown in Fig. As a result of the Vickers hardness measurement, it was confirmed that the hardness of Fe-Ni-Si-Mo quaternary sintered body was relatively increased when compared with the hardness of Fe-Ni binary system sintered body.
Fe-Ni-Si-Mo 4원계 소결체는 2, 5, 10Ni(wt%)까지 첨가한 소결체에서는 Ni 함량이 증가함에 따라 경도가 증가하였지만, 20Ni(wt%)첨가한 소결체에서는 오히려 경도가 감소됨을 확인할 수 있었다. 이는 도 1에서 보는 바와 같이 Ni 함량이 20Ni(wt%)인 4원계 조성의 경우 10Ni(wt%)인 4원계 조성보다 결정립이 조대하고, 이에 따라 경도가 감소한 것으로 판단된다. In the Fe-Ni-Si-Mo quartz sintered body, hardness was increased with increasing Ni content in the sintered body added up to 2, 5 and 10Ni (wt%) but hardness was decreased in the sintered body added with 20Ni (wt% I could confirm. As shown in FIG. 1, it is judged that the grain size is coarser than that of the quaternary system having a Ni content of 20Ni (wt%) and a hardness of 10Ni (wt%).
방전 플라즈마 소결공정을 이용하여 제조된 Fe-Ni-Si-Mo의 4원계 소결체 고온 산화거동 그래프를 도 4에 나타내었다. 고온 산화거동을 알아보기 위해 온도는 1000℃에서 1시간 동안 대기분위기 하에 고온 산화실험을 실시하여 산화시간에 따른 무게증가량 관계를 나타내었다. 고온 산화실험결과 산화 시작 후 약 17분 이전에는 직선형태의 산화잠복기가 존재하고, 약 17분이 지난 후 포물선 형태의 산화거동을 관찰할 수 있었다. 1.0Si(wt%)과 0.5Mo(wt%)첨가로 인해 Fe-Ni 2원계의 고온 산화 실험한 소결체와 무게증가량을 비교하였을 때 변화는 크게 관찰되진 않았지만, Fe-Ni-Si-Mo 4원계 소결체의 고온 산화실험에서는 Ni 함량이 증가할수록 무게증가량이 감소하는 경향성을 보였다.FIG. 4 is a graph showing a high-temperature oxidation behavior of a quaternary sintered body of Fe-Ni-Si-Mo produced by a discharge plasma sintering process. In order to investigate the oxidation behavior at high temperature, the oxidation was carried out at 1000 ℃ for 1 hour under atmospheric conditions. As a result of the high temperature oxidation test, it was observed that there was a linear oxidation latent period about 17 minutes before the start of oxidation and a parabolic oxidation behavior was observed about 17 minutes later. The Fe-Ni-Si-Mo quaternary system was not observed in the Fe-Ni binary system due to the addition of 1.0 Si (wt%) and 0.5 Mo (wt%). In the high temperature oxidation test of sintered body, the weight increase was decreased with increasing Ni content.
도 5는 고온 산화 실험 후 산화층의 두께 비교를 실시한 사진이며, 1.0Si(wt%)과 0.5Mo(wt%)첨가로 인해 Fe-Ni 2원계의 소결체와 비교하였을 때 무게증가 변화는 미비 했지만 Fe-2Ni-1Si-0.5Mo(wt%)소결체 보다 Fe-5Ni-1Si-0.5Mo(wt%)소결체의 산화막 두께가 감소함을 확인할 수 있었고, Ni함량이 증가함에 따라 산화막의 두께가 감소함을 확인할 수 있었다.FIG. 5 is a photograph showing the comparison of the thickness of the oxide layer after the high-temperature oxidation experiment. It was found that the increase in weight was insignificant when compared with the Fe-Ni binary sintered body due to the addition of 1.0 Si (wt%) and 0.5 Mo 5Ni-1Si-0.5Mo (wt%) sintered body was decreased than that of the Ni-1Ni-1Si-0.5Mo (wt%) sintered body and the thickness of the oxide film decreased as the Ni content increased I could confirm.
② 실시예 1. Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-Cr의 5원계 (2) Example 1. Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-Cr 5-element system
앞선 실험에서 Fe-Ni-1Si-0.5Mo의 4원계 소결체의 경도를 측정한 결과 Ni의 함량이 10wt%첨가 된 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo조성 일 때 경도 값이 가장 우수하여 Ni함량을 10wt%로 고정 시킨 후 내산화성을 향상시키는 원소인 Cr함량을 첨가하여 5원계합금의 실험을 실시하였다. The hardness of the Fe-Ni-1Si-0.5Mo sintered body of Fe-Ni-1Si-0.5Mo was measured and found to be the highest at the Fe-10Ni-1Si-0.5Mo composition with 10wt% %, And then Cr content, which is an element for improving oxidation resistance, was added.
도 6은 Fe-Ni-1Si-0.5Mo 4원계 합금에 Ni 함량은 10 wt%로 고정시킨 후 Cr함량을 0.5, 1.0, 2.0 wt%로 첨가한 5원계 합금을 방전 플라즈마 소결공정을 이용하여 제조된 disc형태의 소결체를 sand paper를 이용해 연마하고 Al2O3를 사용하여 polishing 한 후 Nital 3% 부식액을 관찰하고자 하는 소결체 단면을 부식하여 얻어진 미세조직을 나타내었다.FIG. 6 is a graph showing the relationship between the Ni content and the Cr content of the Fe-Ni-1Si-0.5Mo quaternary alloy, which was obtained by fixing the Ni content to 10 wt% The microstructure obtained by polishing the sintered body with sand paper and polished with Al2O3 and then corroding the section of the sintered body to observe the Nital 3% corrosion solution.
도 7은 방전 플라즈마 소결공정을 이용하여 제조된 Fe-Ni-Si-Mo-Cr의 5원계 XRD 상분석한 결과를 나타내었다. XRD 상분석으로 얻어진 결정상 peak을 JCPDS 프로그램을 이용하여 Fe-Ni-Si-Mo-Cr의 5원계 합금의 소결체 상분석한 결과 Ni함량이 10wt%로 동일하여 BCC구조를 가진 Fe에 Ni이 고용된 α′마르텐사이트 상이 관찰되었다.FIG. 7 shows the results of 5-element XRD analysis of Fe-Ni-Si-Mo-Cr produced by the discharge plasma sintering process. The peak of the crystal phase obtained by XRD analysis was analyzed by sintered body of Fe-Ni-Si-Mo-Cr 5-element alloy using JCPDS program. As a result, it was found that the Ni content was 10 wt% alpha 'martensite phase was observed.
방전 플라즈마 소결공정을 이용하여 제조된 Fe-Ni-Si-Mo-Cr 5원계 소결체에 Cr함량 첨가에 따른 5원계의 물리적 특성을 확인하기 위해 마이크로 비커스 경도 측정결과를 도 8에 나타내었다. 비커스 경도 측정결과 Fe-Ni-Si-Mo-Cr 5원계 소결체의 경도 값이 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo(wt%)소결체의 경도 값보다 높게 측정되었다. 하지만 Fe-Ni-Si-Mo-Cr 5원계의 소결체에서는 0.5Cr(wt%)함량을 첨가한 5원계 소결체 보다 1.0Cr(wt%)함량을 첨가한 5원계 소결체의 경도 값이 더 낮게 나왔고, 2.0Cr(wt%)함량을 첨가한 5원계 소결체는 Hv 366.7로 가장 높은 경도 값을 얻었다. Fig. 8 shows the result of measurement of the microvigic hardness in order to confirm the physical properties of the Fe-Ni-Si-Mo-Cr sintered body produced by the discharge plasma sintering process. The hardness of Fe-Ni-Si-Mo-Cr sintered body was measured to be higher than the hardness of Fe-10Ni-1Si-0.5Mo (wt%) sintered body. However, in the Fe-Ni-Si-Mo-Cr sintered body, the hardness of the 5-element sintered body added with 1.0 Cr (wt%) content was lower than that of the 5-element sintered body containing 0.5 Cr (wt%), The highest hardness value of HV 366.7 was obtained for the pentasic sinter added with 2.0Cr (wt%).
방전 플라즈마 소결공정을 이용하여 제조된 Fe-Ni-Si-Mo-Cr의 5원계 소결체 고온 산화거동 그래프를 도 9에 나타내었다. 고온 산화거동을 알아보기 위해 온도는 1000℃에서 1시간 동안 대기분위기 하에 고온 산화실험을 실시하여 산화시간에 따른 무게증가량 관계를 나타내었다. 고온 산화실험결과 포물선 형태의 산화거동을 보였고, Cr 조성을 첨가하지 않은 Fe-Ni-Si-Mo의 4원계 소결체보다 소량의 Cr 조성을 첨가한 Fe-Ni-Si-Mo-Cr의 5원계 소결체가 상대적으로 시간에 따른 무게증가량이 감소되었다. 또한 Fe-Ni-Si-Mo-Cr의 5원계 소결체중 Cr 함량이 증가할수록 무게 증가량이 감소하고, 내산화성은 증가된 것으로 판단된다.FIG. 9 is a graph showing the high-temperature oxidation behavior of a Fe-Ni-Si-Mo-Cr sintered body produced using a discharge plasma sintering process. In order to investigate the oxidation behavior at high temperature, the oxidation was carried out at 1000 ℃ for 1 hour under atmospheric conditions. As a result of the high temperature oxidation experiments, the parabolic oxidation behavior was shown, and the Fe-Ni-Si-Mo-Cr sintered body of Fe-Ni-Si-Mo-Cr added with a small amount of Cr composition was relatively higher than that of the quaternary sintered Fe- The weight increase over time was reduced. In addition, as the Cr content of the Fe-Ni-Si-Mo-Cr sintered body increases, the weight increase is decreased and the oxidation resistance is increased.
도 10은 고온 산화 실험 후 산화층의 두께 비교를 실시한 사진이며, Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-0.5Cr 소결체 보다 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr 소결체의 산화막 두께가 감소한 것으로 보아 Cr 함량이 증가할수록 내산화성이 증가된 것으로 판단된다.FIG. 10 is a photograph of a comparison of the thicknesses of the oxide layers after the high-temperature oxidation experiment. It is seen that the oxide film thickness of the Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr sintered body is smaller than that of the Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-0.5Cr sintered body. The oxidation resistance was increased.
③ 실시예 2. Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C의 6원계3) Example 2. Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C 6-element system
앞선 실험에서 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-Cr의 5원계 소결체의 경도를 측정한 결과 Cr의 함량이 2.0wt%첨가 된 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2.0Cr조성 일 때 경도 값이 가장 우수하여 Cr 함량을 2.0wt%로 고정 시킨 후 C 원소의 고용강화로 인한 경도향상을 위해 C함량을 첨가하여 6원계합금의 실험을 실시하였다.The hardness of the Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-Cr sintered body of Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2.0Cr with Cr content of 2.0wt% In order to improve the hardness due to strengthening of solid solution of C element after fixing the Cr content to 2.0wt% by the excellent, the C content was added and the experiment of the hexagonal system alloy was carried out.
도 11은 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-Cr 5원계 합금에 Cr함량은 2.0wt%로 고정시킨 후 C함량을 0.05, 0.1, 0.2 wt%로 첨가한 6원계합금을 방전 플라즈마 소결공정을 이용하여 제조된 disc 형태의 소결체의 미세조직을 나타내었으며, 마르텐사이트 조직이 관찰되었다.FIG. 11 is a graph showing the relationship between the Cr content of the Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-Cr alloy and the Fe content of the Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-Cr alloy The microstructures of the sintered compacts were observed. The martensite structure was observed.
도 12는 방전 플라즈마 소결공정을 이용해 제조된 Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C의 6원계 XRD 상분석한 결과를 나타내었다. 상분석 결과 BCC구조를 가진 Fe에 Ni이 고용된 α′ 마르텐사이트 상으로 분석되었다.FIG. 12 shows the results of the analysis of the Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C 6-element XRD phase produced by the discharge plasma sintering process. As a result of the phase analysis, Fe with BCC structure was analyzed as α 'martensite phase with Ni solid.
방전 플라즈마 소결공정을 이용하여 제조된 Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C 6원계 소결체에 C함량 첨가에 따른 6원계의 물리적 특성을 확인하기 위해 마이크로 비커스 경도 측정결과를 도 13에 나타내었다. 비커스 경도 측정결과 C 첨가에 따른 고용강화로 인해 C 함량이 증가할수록 경도가 증가하는 경향성을 보였고, Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C 조성이 Hv 423의 경도 값으로 가장 높은 경도 값을 나타내었다.Fig. 13 shows the micro-Vickers hardness measurement results to confirm the physical properties of the hexagonal system according to the addition of the C content to the sintered Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C system produced by the discharge plasma sintering process. Vickers hardness showed the tendency of increasing hardness as C content increased due to hardening of solid solution with addition of C, and Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C composition showed the highest hardness value as Hv 423 hardness value Respectively.
도 14는 방전 플라즈마 소결공정을 이용하여 제조된 Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C의 6원계 소결체 고온 산화거동 그래프이고. 도 15는 Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C의 6원계 합금 소결체 고온 산화 실험 후 산화층의 두께 비교를 실시한 사진이다.FIG. 14 is a graph showing a high-temperature oxidation behavior of a Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C sintered body produced using a discharge plasma sintering process. Fig. 15 is a photograph showing the comparison of thicknesses of oxide layers after Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C high-temperature oxidation experiment of a six-element alloy sintered body.
고온 산화거동을 알아보기 위해 온도는 1000℃에서 1시간 동안 대기분위기 하에 고온 산화실험을 실시하여 산화시간에 따른 무게증가량 관계를 나타내었다. 고온 산화실험결과 약 10분 이전에는 직선형태의 산화잠복기가 존재하며, 약 10분이 후 S자형태의 고온 산화거동이 나타났다. 0.05C(wt%)및 0.1C(wt%) 첨가한 Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C의 6원계 두 조성을 비교했을 때 무게증가량의 변화는 미미하였지만, 0.2C(wt%)을 첨가한 6원계 조성 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C 조성은 C을 첨가하지 않은 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr 조성의 무게증가량 보다 감소하는 경향성을 보여, Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C조성이 경도 및 내산화성이 가장 우수한 조성으로 판단된다. In order to investigate the oxidation behavior at high temperature, the oxidation was carried out at 1000 ℃ for 1 hour under atmospheric conditions. As a result of the high temperature oxidation test, there was a linear oxidation latent period about 10 minutes before and after about 10 minutes, the S - shaped high temperature oxidation behavior appeared. The change in the amount of increase in weight was slight when comparing the compositions of Fe-Ni-Si-Mo-Cr-C added with 0.05C (wt%) and 0.1C (wt%). The Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C composition showed a tendency to decrease compared to the weight increase of Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr composition without addition of C, -0.5Mo-2Cr-0.2C composition was judged to have the best hardness and oxidation resistance.
④ 비교예 2. MIM용 상용화 Fe-8Ni 분말Comparative Example 2. Commercialized Fe-8Ni powder for MIM
앞선 연구결과 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C의 6원계조성이 경도 및 내산화성이 가장 우수한 조성으로 판단되었다. 이 6원계 조성과 일반적으로 상용화된 MIM용 Fe-8Ni(wt%) 2원계 분말과 비교실험을 실시하였다.As a result of the previous research, it was judged that the composition of Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C had the most excellent hardness and oxidation resistance. The Fe-8Ni (wt%) binary powder for MIM was compared with the hexagonal system.
도 16은 일반적으로 상용화 Fe-8Ni(wt%)분말과 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C의 6원계 조성을 방전 플라즈마 소결공정을 이용해 기존의 소결 온도 및 압력 조건으로 소결하여 얻어진 소결체의 미세조직을 나타내었다. 16 is a graph showing the relationship between the sintering temperature and the sintering temperature of a sintered body obtained by sintering at a conventional sintering temperature and pressure using a discharge plasma sintering process and a six-element system composition of Fe-8Ni (wt%) powder and Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr- Of the microstructure.
도 17은 방전 플라즈마 소결공정을 통해 상용화 Fe-8Ni(wt%)소결체와 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C의 6원계 조성의 소결체 XRD 상분석한 결과를 나타내었다. XRD 상분석 결과 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C의 6원계 소결체는 BCC구조를 가진 Fe에 Ni이 고용된 α′마르텐사이트 상이 관찰되었고, 상용화 Fe-8Ni(wt%)소결체는 Fe에 Ni이 고용된 γ상이 관찰되었다. FIG. 17 shows the result of analysis of sintered Fe-8Ni (wt%) sintered body and Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C sintered body XRD phase by a discharge plasma sintering process. As a result of the XRD analysis, a hexagonal sintered body of Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C was found to have an α-martensite phase in which Ni was solid-dissolved in Fe having a BCC structure and a commercially available Fe-8Ni (wt% The γ-phase in which Ni was dissolved in Fe was observed.
도 18은 상용화 Fe-8Ni(wt%)소결체와 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C의 6원계 소결체의 경도측정결과를 나타내었다. 도 18에 나타낸 바와 같이 Fe-8Ni(wt%)분말 소결체 보다 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C의 6원계 소결체의 경도가 높게 측정되었다. 18 shows the hardness measurement results of the sintered Fe-8Ni (wt%) sintered body and Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C sintered body. As shown in Fig. 18, the hardness of the Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C hexagonal sintered body was higher than that of the Fe-8Ni (wt%) powder sintered body.
도 19는 상용화 Fe-8Ni(wt%)소결체와 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C 6원계 소결체의 시간에 따른 무게증가량을 나타낸 그래프이다. Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C 6원계 소결체의 경우 Fe-8Ni(wt%)소결체에 비해 시간에 따른 무게증가량이 감소된 결과를 보여주고 있으며, 이로부터 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C 6원계 소결체의 내산화성이 Fe-8Ni(wt%)소결체에 비해 상대적으로 우수한 것으로 판단된다.FIG. 19 is a graph showing a weight increase amount of a sintered Fe-8Ni (wt%) sintered body and Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C sintered body according to time. The Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C sintered body showed a decrease in the weight increase over time compared with the Fe-8Ni (wt%) sintered body, The oxidation resistance of the 0.5Mo-2Cr-0.2C hexagonal sintered body was considered to be superior to that of Fe-8Ni (wt%) sintered body.
도 20은 상용화 Fe-8Ni(wt%)소결체와 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C 6원계 소결체의 고온 산화거동 후 산화층의 두께를 나타내었다. 산화층 두께 관찰결과 Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C 6원계 소결체의 경우 상용화 Fe-8Ni(wt%)소결체의 경우보다 산화층의 두께가 감소하였으며, 이는 Ni, Cr 등의 원소 첨가에 의한 내산화성의 증가에 기인하는 것으로 판단된다.20 shows the thickness of the oxide layer after the high-temperature oxidation behavior of the sintered Fe-8Ni (wt%) sintered body and Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C sintered body. The thickness of the oxide layer was lower than that of the Fe-8Ni (wt%) sintered Fe-10Ni-1Si-0.5Mo-2Cr-0.2C sintered body. It is considered that this is due to the increase of oxidation resistance caused by the oxidation.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.
Claims (12)
비커스 경도(Hv)가 340 ~ 423이며,
대기분위기에서 1000℃ 1시간 동안 실시한 고온 산화실험에서 무게증가량이 16 mg/cm2이하인 금속분말사출성형용 Fe계 합금.
(Fe) and the balance of iron (Fe), and the balance of the iron (Fe) and the iron (Fe) It is made of unavoidable impurities,
Vickers hardness (Hv) is 340 to 423,
An Fe-based alloy for metal powder injection molding having a weight increase of not more than 16 mg / cm 2 in a high-temperature oxidation test conducted at 1000 ° C for 1 hour in an air atmosphere.
상기 니켈(Ni)의 함량이 10.0~12.0 중량%인 금속분말사출성형용 Fe계 합금.
The method according to claim 1,
Wherein the content of nickel (Ni) is 10.0 to 12.0 wt%.
비커스 경도(Hv)가 340 ~ 423이며,
대기분위기에서 1000℃ 1시간 동안 실시한 고온 산화실험에서 무게증가량이 14 mg/cm2이하인 금속분말사출성형용 Fe계 합금.
(Si), 0.1 to 1.0 wt% of molybdenum (Mo), 1.0 to 2.0 wt% of chromium (Cr), and 0.05 to 0.3 wt% of carbon (C) And the remainder is made of iron (Fe) and unavoidable impurities,
Vickers hardness (Hv) is 340 to 423,
An Fe-based alloy for metal powder injection molding having a weight gain of 14 mg / cm 2 or less in a high-temperature oxidation test conducted at 1000 ° C. for 1 hour in an air atmosphere.
상기 니켈(Ni)의 함량이 10.0~20.0 중량%인 금속분말사출성형용 Fe계 합금.
5. The method of claim 4,
And the content of nickel (Ni) is 10.0 to 20.0% by weight.
상기 탄소(C)의 함량이 0.15~0.2 중량%인 금속분말사출성형용 Fe계 합금.
5. The method of claim 4,
And the carbon (C) content is 0.15 to 0.2 wt%.
상기 혼합된 합금 원료를 이용하여 금속복합분말을 제조하는 단계를 포함하는 금속분말사출성형용 Fe계 금속복합분말의 제조방법.
Weighing the Fe-based alloy component of any one of claims 1, 2, 4, 5, and 7 to mix the raw materials; And
And a step of preparing a metal composite powder by using the mixed alloy raw material.
상기 혼합된 합금 원료를 가열하여 용탕을 제조하는 단계; 및
상기 용탕을 가스와 함께 분무하여 금속복합분말을 제조하는 금속분말사출성형용 Fe계 금속복합분말의 제조방법.
[10] The method of claim 9,
Heating the mixed alloy raw material to prepare a molten metal; And
And spraying the molten metal with a gas to produce a metal composite powder.
상기 혼합된 합금 원료를 아크 용해하여 버튼형식의 모합금을 제조하는 단계;
상기 모합금을 급속응고 용융 방사법을 이용하여 리본을 제조하는 단계; 및
상기 리본을 분말 형태로 분쇄하는 단계를 포함하는 금속분말사출성형용 Fe계 금속복합분말의 제조방법.
[10] The method of claim 9,
Arc melting the mixed alloy raw material to produce a button-shaped master alloy;
Preparing the parent alloy using the rapid solidification spinning method; And
And pulverizing the ribbon in a powder form. The method for producing a Fe-based metal composite powder for metal powder injection molding according to claim 1,
상기 금속복합분말은 직경이 20 ㎛ 이하의 입자 크기를 가지는 금속분말사출성형용 Fe계 금속복합분말의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the metal composite powder has a particle size of 20 mu m or less in diameter.
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