KR20160041485A - Method of modifying of metal structure using friction stir process - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속소재 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 마찰교반을 이용한 금속조직의 개질방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a metal material technology, and more particularly, to a method of modifying a metal structure using friction stir.
마찰교반용접(FSW)은 고속으로 회전하는 비소모성 마찰교반팁(tool)을 피접합재에 삽입하여 마찰교반팁과 피접합재와의 마찰에 의해 발생한 열과 마찰열에 의해 연화된 피접합재의 소성유동을 이용하는 용접공정으로, 1991년 영국의 TWI(The Welding Institue)에 의해서 개발된 이래 불과 이십여 년 밖에 되지 않은 새로운 용접 방법임에도 불구하고, 공정 중에 용융 및 응고 과정을 수반하지 않는 고상(solid state) 용접공정이어서 용접부의 기계적 특성이 우수하여 알루미늄 합금, 마그네슘 합금과 같은 경량금속의 용접공정으로 각광을 받고 있다. Friction Stir Welding (FSW) is a technique in which a non-consumable friction stir tool rotating at high speed is inserted into a material to be bonded and heat generated by friction between the friction stir tip and the material to be bonded and plastic flow of the material to be welded softened by frictional heat Although it is a new welding method which has been developed only by TWI (The Welding Institue) of England in 1991 and has been only twenty years since 1991, solid state welding process which does not involve melting and solidification during the process Then, the welded part is excellent in mechanical properties, and has been attracting attention as a welding process of a light metal such as an aluminum alloy or a magnesium alloy.
최근에는 마찰교반용접의 원리를 응용한 마찰교반처리(FSP) 공법을 이용하여 모재의 개질 및 탄소소재 등의 분산을 통한 금속기복합재료(Metal Matrix Composites)의 제조 등 실로 다양한 각도에서 활용 가능성이 적극적으로 검토되고 있다.Recently, it has been actively used in various angles such as manufacturing of metal matrix composites through modification of base material and dispersion of carbon materials by using friction stir welding (FSP) method applying the principle of friction stir welding .
그러나, 이러한 마찰교반에 의한 재료의 표면개질은 동일한 화학조성의 재료에 단지 결정립 조직이나 분상상의 재분포 등 금속학적 특징만을 부분적으로 변화시킬 수 있다. 이에 비해 재료 표면에 내마모성이나 내식성 등 특수한 성능이 필요한 경우 마찰교반만에 의한 표면개질로는 요구 성능을 만족하는 것이 힘들어진다.However, such surface modification of the material by friction stir can only partially change the metallurgical characteristics such as crystal grain structure or redistribution on the powder phase in the material of the same chemical composition. On the other hand, when specific surface properties such as abrasion resistance and corrosion resistance are required on the surface of the material, it is difficult to satisfy the required performance by surface modification by friction stir alone.
한편, 이러한 특수기능을 필요로 하는 표면개질은 다양한 코팅기술이 적용될 수 있지만 이러한 코팅층은 부재와 코팅층 계면간의 기계적 강도 확보가 어렵고 코팅 후 부재의 성형이나 기계가공이 어려운 한계가 있다.
On the other hand, although various coating techniques can be applied to the surface modification requiring such a special function, it is difficult to secure the mechanical strength between the member and the coating layer interface, and there is a limit in that molding or machining of the member after coating is difficult.
<선행기술 문헌><Prior Art Literature>
한국등록특허 제 10-0815653호 (2008.03.14.)Korean Patent No. 10-0815653 (Mar. 14, 2008)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 저비용으로 구현할 수 있는 마찰교반을 이용한 금속조직의 개질방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for modifying a metal structure using friction stir, which can be implemented at low cost, solving various problems including the above problems. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.
본 발명의 일 관점에 따르면, 금속소재를 준비하는 단계, 상기 금속소재의 표면부 상에 마찰교반팁을 접촉시키는 단계 및 상기 마찰교반팁을 회전시켜 상기 금속소재의 표면부 이하의 내부 영역까지를 소성가공함으로써 상기 금속소재의 결정립의 크기를 상기 마찰교반팁의 회전 전에 비해 더 미세하게 하는 단계를 포함하는, 마찰교반을 이용한 금속조직의 개질방법이 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a metal material, comprising the steps of: preparing a metal material; contacting a surface of the metal material with a friction stir tip; rotating the friction stir tip to an inner region And a step of finely finishing the grain size of the metal material by rotating the friction stir tip before the rotation of the friction stir tip.
상기 마찰교반을 이용한 금속조직의 개질방법에 있어서, 상기 금속소재는 탄소(C): 0.42 wt% 내지 0.48 wt%, 실리콘(Si): 0.15 wt% 내지 0.35 wt%, 망간(Mn): 0.60 wt% 내지 0.90 wt%, 인(P): 0.030 wt% 이하(0 wt% 초과), 황(S): 0.035 wt% 이하(0 wt% 초과), 구리(Cu): 0.30 wt% 이하(0 wt% 초과), 니켈(Ni): 0.20 wt% 이하(0 wt% 초과), 크롬(Cr): 0.20 wt% 이하(0 wt% 초과)를 함유하는 탄소강재일 수 있다.Wherein the metal material comprises carbon (C): 0.42 wt% to 0.48 wt%, silicon (Si): 0.15 wt% to 0.35 wt%, manganese (Mn): 0.60 wt (P): 0.030 wt% or less (more than 0 wt%), sulfur (S): 0.035 wt% or less (more than 0 wt%), copper (Cu): less than 0.30 wt% (More than 0 wt%), chromium (Cr): not more than 0.20 wt% (more than 0 wt%), nickel (Ni): not more than 0.20 wt%
상기 마찰교반을 이용한 금속조직의 개질방법에 있어서, 상기 금속소재의 결정립의 크기를 상기 마찰교반팁의 회전 전에 비해 더 미세하게 하는 단계는, 상기 금속소재에 별도의 열처리 공정 없이 상기 마찰교반팁의 회전에 의해서만 구현될 수 있다.In the method of modifying the metal structure using the friction stir, the step of making the grain size of the metal material finer than before the rotation of the friction stir tip may include the steps of: It can only be implemented by rotation.
상기 마찰교반을 이용한 금속조직의 개질방법에 있어서, 상기 금속소재의 표면부 상에 마찰교반팁을 접촉시키는 단계 이후에 상기 마찰교반팁의 적어도 일부를 상기 금속소재의 표면에서 내부로 함입시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of modifying a metal structure using the friction stirrer includes the step of bringing at least a part of the friction stir tip into the surface of the metal material after the step of contacting the friction stir tip on the surface portion of the metal material .
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저비용으로 구현할 수 있는 마찰교반을 이용한 금속조직의 개질방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention as described above, a method of modifying a metal structure using friction stir, which can be implemented at a low cost, can be realized. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 마찰교반을 이용한 금속조직의 개질방법을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 마찰교반을 이용한 금속조직의 개질방법을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 마찰교반팁의 회전 속도에 따른 진행속도를 개략적으로 도시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실험예 4에 따른 금속소재의 단면적을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SM45C 강재의 부위에 따른 미세조직의 단면적을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실험예 4에 따른 금속소재의 강도에 따른 변형율을 나타낸 그래프 및 사진이다.
도 7은 본 발명의 실험예들에 따른 충격특성 실험을 수행한 시편을 촬영한 사진이다.
도 8은 본 발명의 실험예 2 및 실험예 4의 내마모특성을 개략적으로 도시하는 사진이다.
도 9는 본 발명의 실험예 2 및 실험예 4의 피로특성을 개략적으로 도시하는 그래프이다.1 is a flowchart schematically showing a method of modifying a metal structure using friction stir according to embodiments of the present invention.
2 is a view schematically showing a method of modifying a metal structure using friction stir according to embodiments of the present invention.
FIG. 3 is a graph schematically showing the progress speed according to the rotation speed of the friction stir tip according to the embodiments of the present invention. FIG.
4 is a schematic view showing a cross-sectional area of a metal material according to Experimental Example 4 of the present invention.
5 is a view schematically showing a cross-sectional area of a microstructure according to a site of an SM45C steel according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph and a photograph showing the deformation rate according to the strength of the metal material according to Experimental Example 4 of the present invention.
7 is a photograph of a specimen on which an impact characteristic test according to Experimental Examples of the present invention is performed.
8 is a photograph schematically showing wear resistance characteristics of Experimental Example 2 and Experimental Example 4 of the present invention.
9 is a graph schematically showing fatigue characteristics of Experimental Example 2 and Experimental Example 4 of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but 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, Is provided to fully inform the user. Also, for convenience of explanation, the components may be exaggerated or reduced in size.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 마찰교반을 이용한 금속조직의 개질방법을 개략적으로 도시하는 순서도이다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 마찰교반을 이용한 금속조직의 개질방법을 개략적으로 도시하는 도면이다.1 is a flowchart schematically showing a method of modifying a metal structure using friction stir according to embodiments of the present invention. 2 is a view schematically showing a method of modifying a metal structure using friction stir according to embodiments of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 마찰교반을 이용한 금속조직의 개질방법은, 금속소재를 준비하는 단계(S10), 금속소재의 표면부 상에 마찰교반팁을 접촉시키는 단계(S20) 및 마찰교반팁을 회전시켜 금속소재의 표면부 이하의 내부 영역까지를 소성가공함으로써, 금속소재의 결정립의 크기를 마찰교반팁의 회전 전에 비해 더 미세하게 하는 단계(S30)를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2, a method of modifying a metal structure using friction stir according to embodiments of the present invention includes a step of preparing a metal material (S10), a step of contacting a friction stir tip (S30) in which the grain size of the metal material is made finer than before the rotation of the friction stir tip by performing a sintering process to the inner region below the surface portion of the metal material by rotating the friction stir tip .
또한, 금속소재의 표면부 상에 마찰교반팁을 접촉시키는 단계(S20) 이후에 상기 마찰교반팁의 적어도 일부를 상기 금속소재의 표면에서 내부로 함입시키는 단계를 더 포함할 수 있다.Further, the method may further include, after the step (S20) of contacting the friction stir tip on the surface of the metal material, at least a part of the friction stir tip is embedded in the surface of the metal material.
구체적인 예를 들어, 도 2의 (a)와 같이, 금속소재(10)를 준비한다.For example, as shown in Fig. 2 (a), a
그런 다음에, 도 2의 (b)와 같이, 금속소재(10)의 표면부 상에 마찰교반팁(16)을 장착할 수 있다. 이때, 선택적으로, 마찰교반팁(16)의 적어도 일부를 금속소재(10)의 표면에서 내부로 함입시킬 수 있다.Then, as shown in FIG. 2 (b), the
그런 다음에, 도 2의 (c)와 같이, 마찰교반팁(16)을 고속으로 회전시켜 이동시킴으로써, 마찰교반공정에 의하여 금속소재(10)의 표면부 이하의 내부 영역까지 국부적으로 소성가공을 수행할 수 있다.Then, as shown in FIG. 2C, the
금속소재(10)의 표면부 이하의 내부 영역까지 국부적으로 소성가공함으로써, 금속소재(10)의 결정립의 크기를 마찰교반팁(16)의 회전 전, 즉, 마찰교반공정을 수행하기 전에 비해 더 미세하게 할 수 있다. 또한, 상기 마찰교반공정을 국부적으로 수행하는 금속소재(10)의 영역은, 상기 마찰교반공정을 수행하지 않은 금속소재(10) 영역과 물리적으로 성질이 다르게 가공할 수 있다. 이는, 강한 소성가공에 의한 발열 및 재결정에 의하여 금속소재(10)의 결정립의 미세화를 구현할 수 있기 때문이다.The size of the crystal grains of the
또한, 상기 마찰교반공정을 국부적으로 수행한 금속소재(10)의 영역은, 별도의 열처리 공정 없이도 마찰교반팁(16)의 회전, 즉, 상기 마찰교반공정에 의해서만, 상기 마찰교반공정을 수행하지 않은 금속소재(10) 영역과 물리적으로 성질이 다르게 구현될 수 있다.The area of the
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 마찰교반팁의 회전 속도에 따른 진행속도를 개략적으로 도시하는 그래프이다.FIG. 3 is a graph schematically showing the progress speed according to the rotation speed of the friction stir tip according to the embodiments of the present invention. FIG.
도 3을 참조하면, 상기 마찰교반공정은 상기 마찰교반팁을 고속으로 빨리 회전시킬수록 결함이 존재하는 영역(B)이 아닌 결함이 존재하지 않는 영역(A)의 조건에서 수행될 수 있다. Referring to FIG. 3, the friction stir process may be performed in the region A where the defects do not exist, rather than the region B where defects exist, as the friction stir tip is rotated at high speed.
예를 들어, 상기 마찰교반팁의 회전 속도를 100 RPM으로 하였을 경우, 상기 마찰교반공정은 100 mm/min, 200 mm/min 및 300 mm/min의 진행속도 모두 결함이 존재하는 영역(B)에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 마찰교반팁의 회전 속도를 200 RPM 및 300 RPM으로 하였을 경우, 상기 마찰교반공정은 100 mm/min 및 400 mm/min 진행속도에서는 결함이 존재하는 영역(B)에서 수행될 수 있으며, 200 mm/min 및 300 mm/min 진행속도에서는 결함이 존재하지 않는 영역(A)에서 수행될 수 있다. For example, when the rotational speed of the friction stir tip is set to 100 RPM, the friction stir process is performed in the region (B) where defects exist in both of the advancing speeds of 100 mm / min, 200 mm / min and 300 mm / . Also, when the rotation speed of the friction stir tip is set to 200 RPM and 300 RPM, the friction stir process may be performed in a region (B) where defects exist at 100 mm / min and 400 mm / min progress speed, At an advancing speed of 200 mm / min and 300 mm / min, it can be carried out in the region (A) where no defect exists.
반면에, 상기 마찰교반팁의 회전 속도를 400 RPM으로 하였을 경우, 상기 마찰교반공정은 100 mm/min, 200 mm/min, 300 mm/min 및 400 mm/min 진행속도 모두 결함이 존재하지 않는 영역(A)에서 수행될 수 있다.On the other hand, when the rotation speed of the friction stir tip is set to 400 RPM, the friction stir process is performed at a speed of 100 mm / min, 200 mm / min, 300 mm / min and 400 mm / (A). ≪ / RTI >
일반적으로 금형을 원하는 형상으로 가공하기 위해서는, 상기 금형 전체를 열처리하여 후가공하는 공정을 거쳐야 했다. 또한, 상기 열처리 및 후가공 공정으로 인한 고비용 및 납기지연 등의 문제점들이 발생하였다. 그러나 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 금속소재는, 상기 마찰교반공정에 의한 국부강화로 인하여, 열처리 및 후가공 공정을 생략할 수 있다. Generally, in order to mold a mold into a desired shape, a process of heat-treating the entire mold and post-processing it has been required. In addition, problems such as high cost and delay in delivery due to the heat treatment and post-processing have occurred. However, the metal material according to the above-described embodiments of the present invention can omit the heat treatment and post-processing due to local strengthening by the friction stir process.
또한, 상기 열처리 및 후가공 공정으로 인한 고비용 및 납기지연 등의 문제점들을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 저가의 금속소재를 사용하여, 저비용의 금형 제조기술을 확보 할 수 있다. In addition, it is possible to solve problems such as high cost and delay in delivery time due to the heat treatment and post-processing, and also it is possible to secure a low-cost mold manufacturing technology by using a low-cost metal material.
상기 금속소재는 탄소(C): 0.42 wt% 내지 0.48 wt%, 실리콘(Si): 0.15 wt% 내지 0.35 wt%, 망간(Mn): 0.60 wt% 내지 0.90 wt%, 인(P): 0.030 wt% 이하(0 wt% 초과), 황(S): 0.035 wt% 이하(0 wt% 초과), 구리(Cu): 0.30 wt% 이하(0 wt% 초과), 니켈(Ni): 0.20 wt% 이하(0 wt% 초과), 크롬(Cr): 0.20 wt% 이하(0 wt% 초과)를 함유하는 탄소강재를 포함할 수 있다. 예를 들어, SM45C 강재 등을 포함할 수 있다.Wherein the metal material comprises 0.42 wt% to 0.48 wt% of carbon (C), 0.15 wt% to 0.35 wt% of silicon (Si), 0.60 wt% to 0.90 wt% of manganese (Mn) S: not more than 0.035 wt% (more than 0 wt%), Cu: not more than 0.30 wt% (not more than 0 wt%), nickel (Ni): not more than 0.20 wt% (Greater than 0 wt%), and chromium (Cr): less than 0.20 wt% (greater than 0 wt%). For example, SM45C steel, and the like.
또한, 상기 SM45C 강재를 포함하는 탄소강재는 상기 마찰교반공정 직후 급격한 온도하강에 따라 마르텐사이트를 형성할 수도 있다.Further, the carbon steel material including the SM45C steel may form martensite according to a rapid temperature drop immediately after the friction stir process.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SM45C 강재의 부위에 따른 미세조직의 단면적을 개략적으로 도시하는 도면이다. 5 is a view schematically showing a cross-sectional area of a microstructure according to a site of an SM45C steel according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 적어도 1회 이상 마찰교반을 수행한 SM45C 강재는, 마찰교반공정을 수행한 영역(a)의 결정립이 마찰교반공정을 수행하지 않은 영역(b)의 결정립 보다 매우 미세화된 것을 알 수 있다. 이는 SM45C 강재의 소성가공에 의한 발열 및 재결정에 의하여, 결정립이 미세화된 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 5, the SM45C steel material subjected to the friction stir at least once was found to have a grain size smaller than that of the region (b) in which the friction stir processing was performed and the grain in the region (a) Able to know. It can be seen that the crystal grains are refined by heat generation and recrystallization by plastic working of SM45C steel.
또한, 마찰교반공정을 수행하지 않은 영역(b)에서 관찰되는 펄라이트 조직이 마찰교반공정을 수행한 영역(a)에서는 분쇄된 것을 확인할 수 있다. 마찰교반공정을 수행한 외곽 영역(c)에서도 기계적 성질을 저하시키는 결정립의 조대화나 다른 상은 관찰되지 않았다.It is also confirmed that the pearlite structure observed in the region (b) without the friction stir process is pulverized in the region (a) where the friction stir process is performed. In the outer region (c) subjected to the friction stir process, no coarsening or other phases of the grains were found to degrade the mechanical properties.
한편, 상기 금속소재의 표면부 상에는 열전도성을 향상시키기 위하여 열전도성 조성물을 더 포함할 수 있다. 상기 열전도성 조성물은, 예컨대, 그라파이트(Graphite), 탄소나노튜브(CNT) 및 그라핀(Graphene) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 탄화규소(SiC)를 포함하는 열전도성 조성물 페이스트를 금속소재(도 2의 10)의 표면부 상에 코팅한 다음, 그 위에 회전하는 마찰교반팁(도 2의 16)을 장착하고 회전시킬 수 있다. On the other hand, the surface of the metal material may further include a thermally conductive composition to improve thermal conductivity. The thermally conductive composition may include at least one of graphite, carbon nanotube (CNT), and graphene, for example. For example, a thermally conductive composition paste containing silicon carbide (SiC) is coated on the surface portion of a metal material (10 in Fig. 2), and then a friction stir tip (16 in Fig. 2) And rotate it.
또한, 상기 열전도성 조성물은, 예를 들어, 유기화합물, 실리콘 오일 및 경량 고분자로 구성되는 군에서 적어도 1종 이상을 함유할 수 있다. 상기 유기화합물은 , 예컨대, 에테르, 알코올, 아민, 알킬 할라이드, 카복실기, 알데하이드기, 케톤기 및 에스터기 등의 작용기를 갖는 유기화합물 중에서 선택될 수 있다.
Further, the thermally conductive composition may contain at least one member selected from the group consisting of, for example, an organic compound, a silicone oil, and a lightweight polymer. The organic compound may be selected from organic compounds having a functional group such as an ether, an alcohol, an amine, an alkyl halide, a carboxyl group, an aldehyde group, a ketone group and an ester group.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 상술한 기술적 사상을 적용한 실험예를 설명한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예에 의해서 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, an experimental example to which the technical idea described above is applied will be described in order to facilitate understanding of the present invention. It should be understood, however, that the following examples are for the purpose of promoting understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
실험예 1)Experimental Example 1)
탄소(C): 1.40 wt% 내지 1.60 wt%, 실리콘(Si): 0.4 wt% 이하(0 wt% 초과), 망간(Mn): 0.60 wt% 이하(0 wt% 초과), 인(P): 0.030 wt% 이하(0 wt% 초과), 황(S): 0.030 wt% 이하(0 wt% 초과), 크롬(Cr): 11.0 wt% 내지 13.0 wt%, 몰르브덴(Mo): 0.8 wt% 내지 1.2 wt%, 바나듐(V): 0.8 wt% 내지 1.2 wt%를 함유하는 SKD-11 강재의 경도, 인장특성, 충격특성, 내마모특성 및 피로특성을 측정하였다. Carbon (C): 1.40 wt% to 1.60 wt%, silicon (Si): 0.4 wt% or less (more than 0 wt%), manganese (Mn): less than 0.60 wt% 0.030 wt% or less (more than 0 wt%), sulfur (S): 0.030 wt% or less (more than 0 wt%), chromium (Cr): 11.0 wt% to 13.0 wt%, molybdenum Hardness, tensile properties, impact properties, abrasion resistance and fatigue properties of SKD-11 steel containing 1.2 wt% and vanadium (V) of 0.8 wt% to 1.2 wt% were measured.
실험예 2)Experimental Example 2)
실험예 1과 동일한 조성을 함유하는 SKD-11 강재를 열처리한 후, 경도, 인장특성, 충격특성, 내마모특성 및 피로특성을 측정하였다.SKD-11 steel having the same composition as in Experimental Example 1 was heat-treated, and then hardness, tensile characteristics, impact characteristics, wear resistance characteristics and fatigue characteristics were measured.
실험예 3)Experimental Example 3)
SM45C 강재의 경도, 인장특성, 충격특성, 내마모특성 및 피로특성을 측정하였다.The hardness, tensile, impact, wear resistance and fatigue properties of SM45C steels were measured.
실험예 4)Experimental Example 4)
SM45C 강재의 표면부 상에 마찰교반팁을 접촉시키고 회전시켜, SM45C 강재를 적어도 1회 이상 마찰교반하여 SM45C 강재의 표면 이하의 내부영역까지 소성가공 하였다. 그런 다음에, 경도, 인장특성, 충격특성, 내마모특성 및 피로특성을 측정하였다.
The SM45C steel was contacted and rotated on the surface of the SM45C steel, and the SM45C steel was friction-agitated at least one time to plastic work to the area below the surface of the SM45C steel. Then, hardness, tensile properties, impact properties, wear resistance characteristics and fatigue properties were measured.
도 4는 본 발명의 실험예 4에 따른 금속소재의 단면적을 개략적으로 도시하는 도면이다. 실험예 4의 경도는, 도 4의 빨간점으로 표시된 부분들의 경도를 측정하였으며, 실험예 1, 실험예 2 및 실험예 3의 경도는 실험예 4의 경도 측정부위를 참조하여 각각의 경도를 측정한 후 <표 1>에 나타내었다.4 is a schematic view showing a cross-sectional area of a metal material according to Experimental Example 4 of the present invention. The hardness of Experimental Example 4 was measured by measuring the hardness of the portions indicated by the red dot in FIG. 4, and the hardness of Experimental Example 1, Experimental Example 2 and Experimental Example 3 was measured with respect to the hardness measuring region of Experimental Example 4 Table 1 shows the results.
도 4 및 <표 1>를 참조하면, 실험예 1의 평균 경도는 17.2 HRC, 실험예 2의 평균 경도는 42.8 HRC, 실험예 3의 평균 경도는 14.4 HRC, 실험예 4의 평균 경도는 34.2 HRC로 측정된 것을 알 수 있다. 또한, 실험예 2와 실험예 4의 경우가 실험예 1 및 실험예 3의 경우보다 높은 평균 경도를 가지는 것을 알 수 있다.4 and Table 1, the average hardness of Experimental Example 1 was 17.2 HRC, the average hardness of Experimental Example 2 was 42.8 HRC, the average hardness of Experimental Example 3 was 14.4 HRC, and the average hardness of Experimental Example 4 was 34.2 HRC . ≪ / RTI > It can also be seen that the cases of Experimental Examples 2 and 4 have higher average hardness than those of Experimental Examples 1 and 3.
도 6은 본 발명의 실험예 4에 따른 금속소재의 강도에 따른 변형율을 나타낸 그래프 및 사진이다. 실험예 2, 실험예 3 및 실험예 4에 따른 인장특성은 <표 2>에 나타내었다.6 is a graph and a photograph showing the deformation rate according to the strength of the metal material according to Experimental Example 4 of the present invention. The tensile properties according to Experimental Example 2, Experimental Example 3 and Experimental Example 4 are shown in Table 2.
<표 2> 및 도 6을 참조하면, 실험예 4의 경우, 인장강도는 799.12 MPa, 변형율은 7.27 %로 측정되어, 실험예 2 및 실험예 3의 경우 보다 우수한 인장특성을 나타내는 것을 알 수 있다.Referring to Table 2 and FIG. 6, in the case of Experimental Example 4, the tensile strength was 799.12 MPa and the strain was 7.27%, which indicates that the tensile strength was superior to that of Experimental Example 2 and Experimental Example 3 .
도 7은 본 발명의 실험예들에 따른 충격특성 실험을 수행한 시편을 촬영한 사진이다. 실험예 2, 실험예 3 및 실험예 4에 따른 충격특성은 <표 3>에 나타내었다. 이때, 실험예 4의 경우, 동일한 조건으로 3번 충격특성을 측정하여, <표 3>에 실험예 4(1), 실험예 4(2) 및 실험예 4(3)으로 나타내었다.7 is a photograph of a specimen on which an impact characteristic test according to Experimental Examples of the present invention is performed. The impact characteristics according to Experimental Example 2, Experimental Example 3 and Experimental Example 4 are shown in Table 3. At this time, in Experimental Example 4, the impact characteristics of No. 3 were measured under the same conditions, and Table 3 shows Experimental Examples 4 (1), 4 (2) and 4 (3).
2.3
2.3
0.43
0.43
1.58
1.58
1.60
1.60
1.77
1.77
<표 3> 및 도 7을 참조하면, 평방(제곱) 밀리미터 당 충격 흡수 에너지는, 실험예 3의 경우가 2.3 J로 가장 낮고, 실험예 2, 실험예 4(1), 실험예 4(2) 및 실험예 4(3) 경우 각각 2.3 J, 1.58 J, 1.60 J 및 1.77 J로 유사한 값을 가지는 것을 알 수 있다. Referring to Table 3 and FIG. 7, the impact absorption energy per square millimeter was lowest in the case of Experimental Example 3 and 2.3 J, and the values of Experimental Example 2, Experimental Example 4 (1), Experimental Example 4 (2 And 2.3 J, 1.58 J, 1.60 J and 1.77 J in Experimental Example 4 (3), respectively.
도 8은 본 발명의 실험예 2 및 실험예 4의 내마모특성을 개략적으로 도시하는 사진이다. 실험예 2 및 실험예 4의 내마모특성은 <표 4>에 나타내었다.8 is a photograph schematically showing wear resistance characteristics of Experimental Example 2 and Experimental Example 4 of the present invention. The abrasion resistance characteristics of Experimental Example 2 and Experimental Example 4 are shown in Table 4.
<표 4> 및 도 8을 참조하면, 실험예 2(도 8의 (a)) 및 실험예 4(도 8의 (b))의 경우, 각각 마모량이 1.59 g 및 1.88 g으로 유사한 내마모특성을 나타내는 것을 알 수 있다.Referring to Table 4 and FIG. 8, in the case of Experimental Example 2 (FIG. 8A) and Experimental Example 4 (FIG. 8B), the wear amounts were 1.59 g and 1.88 g, respectively, . ≪ / RTI >
도 9는 본 발명의 실험예 2 및 실험예 4의 피로특성을 개략적으로 도시하는 그래프이다. 실험예 2 및 실험예 4의 피로특성은 <표 5>에 나타내었다.9 is a graph schematically showing fatigue characteristics of Experimental Example 2 and Experimental Example 4 of the present invention. The fatigue characteristics of Experimental Example 2 and Experimental Example 4 are shown in Table 5.
<표 5> 및 도 9를 참조하면, 실험예 4의 경우가 실험예 2의 경우 보다 응력진폭에 따른 피로수명이 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 실험예 4의 경우와 실험예 2의 경우를 상대비교 하였을 때, 실험예 4의 경우가 실험예 2의 경우보다 100%이상으로 판단되는 것을 알 수 있다. Referring to Table 5 and FIG. 9, it can be seen that the fatigue life according to the stress amplitude is better in the case of Experimental Example 4 than in the case of Experimental Example 2. In addition, it can be seen that, in the case of Experimental Example 4 and Comparative Example 2, the case of Experimental Example 4 is judged to be more than 100% as compared with the case of Experimental Example 2.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
10 : 금속재료
16 : 마찰교반팁 10: metal material
16: Friction stir tip
Claims (4)
상기 금속소재의 표면부 상에 마찰교반팁을 접촉시키는 단계; 및
상기 마찰교반팁을 회전시켜 상기 금속소재의 표면부 이하의 내부 영역까지를 소성가공함으로써 상기 금속소재의 결정립의 크기를 상기 마찰교반팁의 회전 전에 비해 더 미세하게 하는 단계;
를 포함하는, 마찰교반을 이용한 금속조직의 개질방법.Preparing a metal material;
Contacting a friction stir tip on a surface portion of the metal material; And
Rotating the friction stir tip to plastic work the surface of the metal material to an area below the surface of the metal material to make the grain size of the metal material finer than before rotation of the friction stir tip;
Wherein the metal structure is modified by friction stir.
상기 금속소재는 탄소(C): 0.42 wt% 내지 0.48 wt%, 실리콘(Si): 0.15 wt% 내지 0.35 wt%, 망간(Mn): 0.60 wt% 내지 0.90 wt%, 인(P): 0.030 wt% 이하(0 wt% 초과), 황(S): 0.035 wt% 이하(0 wt% 초과), 구리(Cu): 0.30 wt% 이하(0 wt% 초과), 니켈(Ni): 0.20 wt% 이하(0 wt% 초과), 크롬(Cr): 0.20 wt% 이하(0 wt% 초과)를 함유하는 탄소강재인, 마찰교반을 이용한 금속조직의 개질방법.The method according to claim 1,
Wherein the metal material comprises 0.42 wt% to 0.48 wt% of carbon (C), 0.15 wt% to 0.35 wt% of silicon (Si), 0.60 wt% to 0.90 wt% of manganese (Mn) S: not more than 0.035 wt% (more than 0 wt%), Cu: not more than 0.30 wt% (not more than 0 wt%), nickel (Ni): not more than 0.20 wt% (More than 0 wt%) and chromium (Cr): not more than 0.20 wt% (more than 0 wt%).
상기 금속소재의 결정립의 크기를 상기 마찰교반팁의 회전 전에 비해 더 미세하게 하는 단계;는,
상기 금속소재에 별도의 열처리 공정 없이 상기 마찰교반팁의 회전에 의해서만 구현되는, 마찰교반을 이용한 금속조직의 개질방법.The method according to claim 1,
Making the grain size of the metal material finer than before rotating the friction stir tip,
Wherein the metal material is implemented only by rotation of the friction stir tip without a separate heat treatment process.
상기 금속소재의 표면부 상에 마찰교반팁을 접촉시키는 단계; 이후에
상기 마찰교반팁의 적어도 일부를 상기 금속소재의 표면에서 내부로 함입시키는 단계;를 더 포함하는, 마찰교반을 이용한 금속조직의 개질방법. The method according to claim 1,
Contacting a friction stir tip on a surface portion of the metal material; Since the
And inserting at least a portion of the friction stir tip internally at the surface of the metal material.
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