WO2017105153A1 - 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법 - Google Patents

전자빔을 이용한 표면 열처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2017105153A1
WO2017105153A1 PCT/KR2016/014872 KR2016014872W WO2017105153A1 WO 2017105153 A1 WO2017105153 A1 WO 2017105153A1 KR 2016014872 W KR2016014872 W KR 2016014872W WO 2017105153 A1 WO2017105153 A1 WO 2017105153A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electron beam
base material
heat treatment
treatment method
processing region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2016/014872
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
강은구
최헌종
최영재
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Korea Institute of Industrial Technology KITECH
Original Assignee
Korea Institute of Industrial Technology KITECH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Korea Institute of Industrial Technology KITECH filed Critical Korea Institute of Industrial Technology KITECH
Publication of WO2017105153A1 publication Critical patent/WO2017105153A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/06—Electron sources; Electron guns

Definitions

  • the present invention relates to a surface heat treatment method using an electron beam, by using a rapid fermentation and rapid solidification by the relative mass difference between the surface of the base material and the entire base material locally melted by the electron beam,
  • the present invention relates to a surface heat treatment method using an electron beam that transforms a surface into a stable gamma iron austenite at room temperature.
  • alloys such as carbon steel are metals which reinforce defects of pure iron and are excellent in corrosion resistance and abrasion resistance, and are widely used in various industrial fields such as metal molds, cutting tools, and precision parts.
  • the characteristics of the basic material itself are also important, but since they are used after making them suitable for use by fixing to improve the properties of the material such as heat treatment, the surface treatment method such as heat treatment is used. The mechanical properties that are dependent are considered more important.
  • austenite into ferrite, ie, martensite, which is composed of alpha phase solids and cementite.
  • cementite structure has the advantage of high surface strength and very good abrasion resistance, but it is very fragile to tensile stress because of its brittleness, and it is an unstable compound.
  • martensite also has the advantages of excellent surface strength and abrasion resistance, as in the cementite structure, but since the density is smaller than that of austenite, it expands during transformation from austenite to martensite to increase the volume, which leads to hardening deformation and quenching cracking. As a cause, there exists a problem that it is not suitable for the machining of precision components.
  • the problem to be solved by the present invention by using the rapid melting and rapid solidification by the relative mass difference between the surface of the base material locally melted by the electron beam and the entire base material, the surface of the base material consisting of ferrite based on ferrite at room temperature
  • the present invention provides a surface heat treatment method using an electron beam transformed into austenite of a stable gamma iron containing no carbide.
  • the surface heat treatment method using an electron beam according to the present invention for solving the above technical problem is a method of heat-treating the surface by irradiating an electron beam to the surface of the base material consisting of carbon steel that is ferrite at room temperature, local to the surface of the base material
  • a processing area setting step of setting a processing area and an output control step of controlling an output of the electron beam irradiated to the processing area, wherein the output control step comprises: the base material being melted by the electron beam in the processing area and deviating from the processing area according to the movement of the electron beam.
  • Part of the control of the output of the electron beam in accordance with the thermal conductivity of the base material so that it can be rapidly solidified by heat conduction due to the difference in relative mass with the entire base material and transformed into stable austenite at room temperature. can do.
  • the method may further include a movement speed control step of controlling the movement speed of the electron beam or the movement speed of the base material so that the electron beam may be moved along the surface of the base material according to a preset speed.
  • a plasma may be e-beam using the abnormal glow discharge (abnormal glow discharge).
  • the electron beam may be controlled within an output voltage of 30 kV to 40 kV.
  • the energy density of the electron beam applied to the base material in the processing region is determined in proportion to the energy value of the electron beam and inversely proportional to the mass of the base material as shown in Equation 1, and the energy value of the electron beam is It can be regarded as the product of the acceleration voltage of the electron beam, the current density of the electron beam, the residence time of the electron beam irradiated to the base material in the processing region, and the pulse value of the electron beam, the mass of the base material Can be considered as the product of the density of and the depth at which the electron beam penetrates into the substrate.
  • E d energy density of the electron beam
  • E energy value of the electron beam
  • m mass of the base material
  • U acceleration voltage of the electron beam
  • j current density of the electron beam
  • t beam within the processing region
  • D is the residence time of the electron beam irradiated to the base material
  • N pulse value of the electron beam
  • ⁇ density of the base material
  • h depth of penetration of the electron beam into the base material
  • the time (t beam ) of the electron beam is irradiated to the base material in the processing region is equal to [Equation 2], 2, the square of the depth that the electron beam is penetrated into the base material, the density of the base material, It may be regarded as a value obtained by dividing the product of the heat capacity of the base material by the thermal conductivity of the base material.
  • T beam dwell time of the electron beam irradiated to the base material in the processing region
  • h depth of penetration of the electron beam into the base material
  • ⁇ density of the base material
  • c heat capacity of the base material
  • ⁇ Thermal conductivity of the base material
  • the output control step or the movement speed control step the depth of the surface of the base material to be heat-treated by the electron beam in the processing area is made to 100 ⁇ m ⁇ 500 ⁇ m, which is to be controlled by the acceleration voltage of the electron beam Can be.
  • the surface of the base material that is rapidly solidified after being melted by the electron beam in the processing region does not contain carbide and is based on gamma iron having a face centered cubic structure. It may be composed of austenite stable at room temperature.
  • the base material contains chromium
  • iron (Fe) grains present on the surface of the base material are formed on the surface of the base material which is rapidly solidified after being melted by the electron beam in the processing region.
  • Chromium may agglomerate at grain boundaries between them, forming an interface.
  • the method may further include a pinning step of peening a surface of the base material which is rapidly solidified after being melted by the electron beam in the processing region.
  • the pinning step may move the chromium aggregated at the grain boundaries to form a grain matrix, and the grain hairs may be uniformly distributed and compressed to form a monolayer in an overlapped state.
  • the present invention may include a surface heat treatment apparatus using an electron beam provided to heat-treat the surface of carbon steel using the surface heat treatment method using the electron beam.
  • the surface heat treatment method using the electron beam according to the present invention having the above-described configuration has the following effects.
  • FIG. 1 is a view showing a surface heat treatment method using an electron beam according to an embodiment of the present invention.
  • 2 to 3 is a view schematically showing the heat treatment process through the processing area setting step, the output control step and the moving speed control step according to an embodiment of the present invention.
  • 4 to 5 are diagrams showing the results of analysis of the surface of the base material heat-treated by the surface heat treatment method using the electron beam according to the present invention using a transmission electron microscope.
  • 6 to 7 are the results of analyzing the comparative analysis of the surface of the heat-treated base material heat-treated by the prior art and the surface of the base material heat-treated by the surface heat treatment method using an electron beam according to the present invention using X-ray diffraction analysis method The figure shown.
  • FIG. 8 to 9 illustrate the surface structure of the base materials heat-treated at various output voltages using X-ray diffraction analysis when the output voltage of the electron beam is used as an independent variable in the surface heat treatment method using the electron beam according to the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing an analysis result of analyzing the cross-section of the surface of the base material heat-treated by the surface heat treatment method using an electron beam according to the present invention using a transmission electron microscope.
  • FIG 11 is a view showing a result of measuring the hardness of the surface 12 of the base material heat-treated by the surface heat treatment method using an electron beam according to the present invention VLPAK-2000, a micro-Vickers hardness tester.
  • FIG. 12 is a view showing the results of analyzing the pinned base material through the pinning step according to an embodiment of the present invention using energy dispersive spectroscopy.
  • base material 12 surface of the heat-treated base material
  • Surface heat treatment method using an electron beam is a method of heat-treating the surface by irradiating an electron beam (electron beam) to the surface of the base material consisting of carbon steel (ferrite) at room temperature, Figure 1 As shown in the drawing, the processing area setting step S1, an output control step S2, a moving speed control step S3, and a pinning step S4 may be included.
  • the base box made of carbon steel may be a carbon steel having a carbon content of 0.5% by weight or more.
  • ferrite is a metallographic name of solid solution based on ferrite, and its appearance is similar to that of pure iron, but the strength is improved compared to pure iron when other elements are dissolved.
  • alpha iron refers to iron having a body centered cubic structure that is stable at 900 ° C. or lower.
  • the present invention is a ferritic carbon steel. Since it is a surface heat treatment method of, the detailed description thereof will be omitted to clarify the gist of the present invention.
  • the machining area setting step S1 may set the machining area 30 locally on the surface of the base material 10 as shown in FIG. 2.
  • the processing region 30 is a portion of the surface of the base material 10 to which the electron beam 20 is irradiated, and a portion of the surface of the base material 10 designated as the processing area 30 is generated by the energy transmitted from the electron beam 20. Heated to a set depth can be heat-treated through the process of melting and solidification.
  • the process area setting step S1 may be a control process for setting in advance according to the type and characteristics of the base material 10 to determine how much the surface and the depth of the base material 10 are to be heat treated.
  • the output control step S2 the output of the electron beam 20 irradiated to the processing area 30 set through the processing area setting step S1 described above may be controlled.
  • the output control step S2 is performed by melting the electron beam 20 in the machining region 30 and then moving away from the machining region 30 according to the movement of the electron beam 20.
  • the portion 12 may be rapidly solidified by heat conduction due to a relative mass difference with the entire mass of the base material 10, and may be transformed into stable austenite at room temperature, according to the thermal conductivity of the base material.
  • the output of the electron beam can be controlled.
  • the movement of the electron beam 20 as described above can be controlled through the movement speed control step (S3), in the movement speed control step (S3) the electron beam 20 of the base material 10 in accordance with a predetermined speed
  • the movement speed of the electron beam 20 or the movement speed of the base material 10 may be controlled to be moved along the surface.
  • the predetermined speed may be set in consideration of the thermal conductivity of the base material, a relative mass difference between a part of the base material 10 belonging to the processing region 30 and the entire base material 10.
  • austenite extends to iron and alloy steel having a face centered cubic structure, which has a higher atomic packing factor than the body centered cubic structure.
  • Austenitic with a face-centered cubic structure has a higher density of atoms compared to a co-spaced ferrite than a body-centered cubic structure, and therefore has higher hardness and harder to penetrate deeply into the inside.
  • the movement of atoms on the surface is also relatively smooth, which has the advantage of excellent ductility.
  • cementite structure has the advantage of high surface strength and very good abrasion resistance, but it is very brittle to tensile stress because of its brittleness, and it is an unstable compound.
  • martensite also has the advantages of excellent surface strength and abrasion resistance, as in the cementite structure, but since the density is smaller than that of austenite, it expands during transformation from austenite to martensite to increase the volume, which leads to hardening deformation and quenching cracking. As a cause, there exists a problem that it is not suitable for the machining of precision components.
  • the base material 10 when the portion 12 of the base metal melted by the electron beam 20 is removed from the processing region 30 according to the movement of the electron beam 20, the base material 10 ) It can be rapidly solidified and transformed into stable austenite at room temperature due to heat conduction due to relative mass difference with the whole.
  • the portion 12 of the base material transformed into austenite that is, the surface of the base material 10 through the heat treatment as described above, does not contain carbide and is based on gamma iron having a face-centered cubic structure.
  • a stable state can be maintained at room temperature, which can be confirmed through FIGS. 4 to 7.
  • FIGS. 4 to 5 are diagrams showing analysis results of analyzing the surface 12 of the base material heat-treated by the surface heat treatment method using the electron beam according to the present invention using a transmission electron microscope (TEM). .
  • TEM transmission electron microscope
  • the diffraction pattern as shown in FIG. 5 (corresponding to region A of FIG. 4) of the grain matrix of the heat-treated base material 12 has an austenite structure. You can check
  • Transmission electron microscope is a microscope that focuses an electron beam, irradiates a sample, and magnifies an electron beam that has passed through the sample using an electron lens to obtain an image.
  • the diffraction pattern of the electron beam that has passed through the sample can be observed.
  • the base material used in the diffraction pattern analysis using the transmission electron microscope was made of alloy tool steel, SKD11 (carbon content 1.40 ⁇ 1.60%, chromium content 11.0 ⁇ 13.0%).
  • 6 to 7 show an X-ray diffraction analysis and a surface of a base material heat-treated by the surface heat treatment method using an electron beam according to the present invention, and a heat-treated heat-treated base material according to the prior art.
  • X-ray diffraction analysis is an analysis method in which crystal structure or orientation is determined by using X-rays irradiated onto a sample scattered according to the type or structure of crystals and the intensity and diffraction angle of X-rays change.
  • the base material used in the comparative analysis was similarly used as SKD11, an alloy tool steel, and in the prior art, a heat treatment method using an electron beam in a vacuum state was used.
  • the surface of the heat-treated base material is composed of the gamma iron through the spectrum distribution state it can be seen that there is no carbide.
  • gamma iron is an allotrope of iron and solid solution employing carbon, and is iron between A3 transformation point (910 ° C) and A4 transformation point (1400 ° C), and the crystal structure has a face-centered cubic structure. Unlike one ferrite, it is nonmagnetic.
  • the electron beam is formed on the surface of the base material 10 containing ferrite and other elements other than carbon (for example, silicon and manganese in the case of carbon steel and chromium and nickel). After melting through (20), it can be rapidly solidified using the thermal conductivity due to the difference in relative mass with the entire base material (10).
  • ferrite and other elements other than carbon for example, silicon and manganese in the case of carbon steel and chromium and nickel.
  • the base metal 10 roughly stopped by the rapid solidification process completely stops changing from a center-centered cubic structure to a body-centered cubic structure at room temperature, and the base material 10, which is ferrite, is room temperature. It can be transformed into austenite of face-centered cubic structure maintaining stable state at.
  • the surface of the base material 10 subjected to the heat treatment according to the present embodiment not only has higher hardness and excellent internal resistance, but also does not have a ductile-brittle transition temperature (DBTT). Mechanical properties can be improved such as low temperature brittleness can be prevented.
  • DBTT ductile-brittle transition temperature
  • the strain hardening factor is significantly higher than the body centered cubic structure
  • the hardness and strength of the base material 10 may be increased during plastic working, and may also be used in post-treatment processes such as grinding, lapping and polishing. It can have very advantageous mechanical properties.
  • the electron beam 20 is irradiated in a vacuum state having a pressure value of 10-3 Torr to 10-5 Torr, and is a plasma electron beam using an abnormal glow discharge. Can be.
  • the heat treatment when the heat treatment is performed in a low vacuum state, since the evaporation phenomenon generated in the base material 10 melted by the electron beam 20 in the processing region 30 may be minimized, the evaporation of the base material 10 may occur. It is possible to prevent poor quality and increase of roughness of the heat-treated surface, and to obtain a high quality heat treatment result with a smooth surface state.
  • the output voltage of the electron beam 20 may be controlled within a range of 30 kV to 40 kV.
  • the surface of the base material 10 is auster based on stable gamma iron. It has a nit structure, and it can be seen that carbide does not exist in the spectrum.
  • the graph 8 to 9 illustrate the surface structure of the base materials 10 heat-treated at various output voltages when the output voltage of the electron beam 20 is an independent variable in the surface heat treatment method using the electron beam according to the present invention.
  • the graph shows the results of comparative analysis using X-ray diffraction analysis.
  • the output voltage of the electron beam 20 in the output control step (S2) according to the present embodiment can obtain the most preferable heat treatment result is controlled within the range of 30 kV to 40 kV.
  • the output voltage of the above-described electron beam is controlled in the range of 30 kV to 40 kV describes an example of general control items in the output control step (S2), the electron beam in the output control step (S2) according to the present embodiment
  • the output voltage of 20 is not necessarily limited to the above range, and may be variously applied according to the type and properties of the base material 10, the total mass, and the density.
  • the energy density of the electron beam 20 delivered to the base material 10 according to the output voltage may be variously applied according to the type and characteristics of the base material 10, the total mass, and the density.
  • the energy density of the electron beam 20 applied to the base material 10 in the machining region 30 is as shown in Equation 1. It may be determined in proportion to the energy value of the electron beam 20 and inversely proportional to the mass of the base material 10.
  • Ed energy density of the electron beam
  • E energy value of the electron beam
  • m mass of the base material
  • U acceleration voltage of the electron beam
  • j current density of the electron beam
  • tbeam within the processing region Retention time of the electron beam irradiated to the base material
  • N pulse value of the electron beam
  • ⁇ density of the base material
  • h depth of penetration of the electron beam into the base material
  • the energy value E of the electron beam 20 is irradiated to the base material 10 in the acceleration voltage U of the electron beam 20, the current density j of the electron beam 20, and the processing region 30. It can be regarded as the product of the residence time (tbeam) of the electron beam 20 and the pulse value (N) of the electron beam 20, the mass of the base material 10 is the density ( ⁇ ) of the base material 10 and the electron beam (20) can be regarded as the product of the depth (h) confronted with the base material (10).
  • the time (tbeam) before the electron beam 20 is irradiated to the base material 10 in the processing region 30 is 2 as shown in Equation 2 below, and the electron beam 20 is applied to the base material 10.
  • the product of the square of the depth h penetrated, the density ⁇ of the base material 10 and the heat capacity C of the base material 10 can be regarded as a value obtained by dividing the thermal conductivity of the base material by ⁇ .
  • the change in the internal energy E of the base material 10 that is, the change in speed at which the molten base material 10 is cooled and solidified, the pressure P, and the volume V of the base material 10 are Can act as a key variable.
  • the surface heat treatment process using the electron beam 20 according to the present embodiment is performed so that the non-diffusionless transformation process proceeds smoothly while the base material 10 is melted and solidified by the electron beam 20.
  • the process conditions can be set based on Equation 3.
  • the heat treatment process according to the present embodiment is performed in a vacuum state having a pressure value of 10-3 Torr to 10-5 Torr to reduce the enthalpy (H), when the energy of the electron beam is excessive, It can cause evaporation and cause problems such as dimensional change.
  • the present embodiment includes an additional cooling device so that the non-diffusion transformation proceeds smoothly while the base material 10 is melted by the electron beam 20 and solidified and solidified, or as described above, from 10-3 Torr to Pressure changes below atmospheric pressure can be added, like vacuum with a pressure value of 10-5 Torr.
  • the carbon content in the base material 10 may be increased to promote the non-diffusion transformation process.
  • the carbon content of 1.0 wt% or more may be increased since the surface 12 of the heat-treated base material maintains a stable austenite structure at room temperature. Carbide may not be precipitated even in the carbon steel having.
  • the hardness can be improved without the presence of carbide and the ductility of the austenite structure can be obtained.
  • the heat treatment of the base material 10 made of various materials is possible, but also the area and depth of the processing region 30 in which the base material 10 is melted by the electron beam 20 can be controlled.
  • the depth of the processing region 30 described above that is, the surface depth of the base material 10 heat-treated by the electron beam 20 in the processing region 30 is made to be 100 ⁇ m ⁇ 500 ⁇ m, which is described above
  • the acceleration voltage j of the electron beam 20 may be controlled.
  • the base material 10 contains chromium
  • it is rapidly melted by the electron beam 20 in the processing region 30.
  • chromium may be aggregated at grain boundaries between grains of iron (Fe) present on the surface 12 of the base material, thereby forming an interface.
  • FIG. 10 is a cross-sectional analysis of the surface 12 of the base material heat-treated by the surface heat treatment method using the electron beam according to the present invention using the Transmission Electron Microscope (TEM) described above.
  • Figure 1 shows the results of the analysis, and the base material 10 used at this time also used SKD11 as before.
  • chromium is introduced into the grain boundary, which is the boundary between the grains of iron, has a band shape, and aggregates and hardens with a small amount of oxygen (O) to form a partition.
  • the iron grains can be densely organized because there is no gap due to the empty space of the grain boundary, and oxidation is caused by the chromium agglomerated at the grain boundary even if oxidation is performed on the surface 12 of the base material. Because it does not progress to other grains of iron, it has excellent hardness and corrosion resistance.
  • the hardness and corrosion resistance as described above can be further improved through the pinning step (S4) according to the present embodiment, in the pinning step (S4) is melted by the electron beam (2) in the processing region 30 and then rapidly solidified
  • the surface 12 of the preformed base material may be peened with ultrasonic waves or with a mechanical device.
  • the strain hardening rate is significantly higher as described above, when the base material 10 is exposed to repetitive stress by post-treatment such as peening, its hardness and The strength can be increased dramatically.
  • the surface of the base material undergoing the peening step S4 according to the present embodiment has significantly increased the Vickers hardness and the Rockwell hardness.
  • Figure 11 is a view showing the results of measuring the hardness of the surface 12 of the base material heat-treated by the surface heat treatment method using an electron beam according to the present invention VLPAK-2000, a micro-Vickers hardness tester.
  • the grain hair is uniformly distributed and compressed to overlap each other To form a fault.
  • the surface of the base material undergoing the pinning step (S4) can be further strengthened mechanical properties, such as improved hardness and strength, as well as corrosion resistance.
  • Figure 12 is a view showing the results of analyzing the pinned base material through the peening step (S4) according to the present embodiment using an energy dispersive spectrometry (EDS), called energy dispersive spectroscopy
  • EDS energy dispersive spectrometry
  • a scanning electron microscope (SEM) refers to an analysis method in which an electron beam of a sample is injected to inject energy, and then the components of the sample are analyzed through a unique X-ray emitted by the material.
  • the present invention may further include a surface heat treatment apparatus using an electron beam provided to heat-treat the surface of carbon steel using the surface heat treatment method using the electron beam according to the above-described embodiment.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Abstract

본 발명은 상온에서 페라이트(ferrite)인 탄소강으로 구성된 모재의 표면에 전자빔을 조사하여 표면을 열처리하는 방법으로서, 상기 모재의 표면에 국부적인 가공영역을 설정하는 가공영역설정단계 및 상기 가공영역에 조사되는 전자빔의 출력을 제어하는 출력제어단계를 포함하며, 상기 출력제어단계는 상기 가공영역 내에서 상기 전자빔에 의해 용융되고 상기 전자빔의 이동에 따라 상기 가공영역으로부터 벗어난 상기 모재의 일부분은, 상기 모재 전체와의 상대적 질량 차이로 인한 열전도에 의해 급속 응고되어 상온에서 안정한 오스테나이트(austenite)로 변태(transformation)될 수 있도록, 상기 모재의 열전도도에 따라 상기 전자빔의 출력을 제어하는 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법이 개시된다. 또한, 본 발명에 따른 상기 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법을 이용하여, 탄소강의 표면을 열처리할 수 있도록 마련되는 전자빔을 이용한 표면 열처리 장치가 개시된다.

Description

전자빔을 이용한 표면 열처리 방법
본 발명은 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법에 관한 것으로, 전자빔에 의해 국부적으로 용융된 모재의 표면과 모재 전체의 상대적 질량 차이에 의한 급속 용융 및 급속 응고를 이용하여, 알파철이 바탕인 페라이트로 구성된 모재의 표면을 상온에서 카바이드를 함유하지 않는 안정한 감마철의 오스테나이트로 변태시키는 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 탄소강과 같은 합금은 순철이 갖는 결점을 보강한 금속으로서, 내식성 및 내마모성이 우수하여 각종 금형, 절삭공구, 정밀부품 등 기계 공업 방면에서 널리 이용되고 있는 소재이다.
이와 같은 탄소강과 같은 합금의 경우 기본적인 소재 자체의 특성도 중요하지만, 열처리와 같이 소재의 특성을 개량하는 고정을 통해 사용용도에 알맞은 특성을 가지게 만든 후 사용되기 때문에, 열처리와 같은 표면처리 방법에 의해 좌우되는 기계적 특성이 더욱 중요하게 여겨진다.
한편, 탄소강과 같은 합금의 표면처리 방법에는 다양한 방법이 있겠으나, 최근 레이저를 이용한 표면 열처리 기술와 함께 전자빔을 이용한 표면 열처리 기술들에 대한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있는 추세이다.
그러나, 종래 전자빔을 이용한 국부적인 표면 열처리 기술들의 경우 진공환경을 조성해야 한다는 제약과 필라멘트의 짧은 수명 등이 큰 문제점으로 지적되고 있는 실정이다.
또한, 종래 대부분의 전자빔을 이용한 표면 열처리 기술들은 금속 내에 분포하고 있는 시멘타이트(cementite, 탄화철; 카바이드)을 발달시키거나 전자빔을 이용해 조대한 시멘타이트를 미세화시켜 경도를 향상시키는 목적으로 진행된다.
아니면, 오스테나이트(austenite)를 알파철, 즉 알파상의 고형체와 시멘타이트로 구성되는 조직인 마르텐자이트(martensite)로 변태시켜 경도를 향상시키는 목적으로 진행되는 것이 통상적이었다.
하지만, 시멘타이트 구조 같은 경우에는 표면강도가 높고 내마모성이 매우 뛰어나다는 장점이 있으나, 기본적으로 취성(brittleness)을 갖기 때문에 인장 응력에 매우 취약하며, 불안정한 화합물로서 900℃ 이상의 고열에는 흑연으로 변화된다는 단점을 갖는다.
아울러, 마르텐자이트 또한 앞서 시멘타이트 구조와 같이 표면강도 및 내마모성이 뛰어나다는 장점이 있으나, 오스테나이트보다 밀도가 작기 때문에 오스테나이트에서 마르텐자이트로 변태 시에 팽창하여 용적을 증가시켜 소입 변형 및 소입 균열의 원인이 되기 때문에, 정밀부품의 가공에는 적합하지 않다는 문제점이 존재한다.
따라서, 전술한 종래 전자빔을 이용한 표면 열처리 기술들이 갖는 문제점들을 해결할 수 있는 전자빔을 이용한 표면 열처리 기술이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전자빔에 의해 국부적으로 용융된 모재의 표면과 모재 전체의 상대적 질량 차이에 의한 급속 용융 및 급속 응고를 이용하여, 알파철이 바탕인 페라이트로 구성된 모재의 표면을 상온에서 카바이드를 함유하지 않는 안정한 감마철의 오스테나이트로 변태시키는 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법을 제공함에 있다.
한편, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전술한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법은, 상온에서 페라이트(ferrite)인 탄소강으로 구성된 모재의 표면에 전자빔을 조사하여 표면을 열처리하는 방법으로서, 상기 모재의 표면에 국부적인 가공영역을 설정하는 가공영역설정단계; 및 상기 가공영역에 조사되는 전자빔의 출력을 제어하는 출력제어단계를 포함하며, 상기 출력제어단계는, 상기 가공영역 내에서 상기 전자빔에 의해 용융되고 상기 전자빔의 이동에 따라 상기 가공영역으로부터 벗어난 상기 모재의 일부분은, 상기 모재 전체와의 상대적 질량 차이로 인한 열전도에 의해 급속 응고되어 상온에서 안정한 오스테나이트(austenite)로 변태(transformation)될 수 있도록, 상기 모재의 열전도도에 따라 상기 전자빔의 출력을 제어할 수 있다.
그리고, 상기 전자빔이 기 설정된 속도에 맞춰 상기 모재의 표면을 따라 이동될 수 있도록, 상기 전자빔의 이동속도 또는 상기 모재의 이동속도를 제어하는 이동속도제어단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 전자빔은, 10- 3Torr 내지 10- 5Torr의 진공상태에서 조사되며, 비정상 글로우 방전(abnormal glow discharge)을 이용한 플라즈마 전자빔일 수 있다.
또한, 상기 전자빔은, 출력 전압이 30㎸ 내지 40㎸의 범위 내에서 제어될 수 있다.
여기서, 상기 가공영역 내에서 상기 모재에 가해지는 상기 전자빔의 에너지 밀도는 [수식 1]과 같이, 상기 전자빔의 에너지값에 비례하고 상기 모재의 질량에 반비례하여 결정되고, 상기 전자빔의 에너지값은 상기 전자빔의 가속전압과, 상기 전자빔의 전류밀도와, 상기 가공영역 내에서 상기 모재에 조사되는 상기 전자빔의 체류 시간과, 상기 전자빔의 펄스 값의 곱으로 간주될 수 있으며, 상기 모재의 질량은 상기 모재의 밀도와, 상기 전자빔이 상기 모재에 침투되는 깊이의 곱으로 간주될 수 있다.
[수식 1.]
Figure PCTKR2016014872-appb-I000001
(여기서, Ed: 상기 전자빔의 에너지 밀도, E: 상기 전자빔의 에너지값, m: 상기 모재의 질량, U: 상기 전자빔의 가속전압, j: 상기 전자빔의 전류밀도, tbeam: 상기 가공영역 내에서 상기 모재에 조사되는 상기 전자빔의 체류 시간, N: 상기 전자빔의 펄스값, ρ: 상기 모재의 밀도, h: 상기 전자빔이 상기 모재에 침투되는 깊이)
이때, 상기 전자빔이 상기 가공영역 내에서 상기 모재에 조사되는 시간(tbeam)은 [수식 2]와 같이, 2와, 상기 전자빔이 상기 모재에 침투되는 깊이의 제곱과, 상기 모재의 밀도와, 상기 모재의 열용량의 곱을 상기 모재의 열전도도로 나눈 값으로 간주될 수 있다.
[수식 2.]
Figure PCTKR2016014872-appb-I000002
(여기서, tbeam: 상기 가공영역 내에서 상기 모재에 조사되는 상기 전자빔의 체류 시간, h: 상기 전자빔이 상기 모재에 침투되는 깊이, ρ: 상기 모재의 밀도, c는 상기 모재의 열용량, λ: 상기 모재의 열전도도)
한편, 상기 출력제어단계 또는 상기 이동속도제어단계는, 상기 가공영역 내에서 상기 전자빔에 의해 열처리되는 상기 모재의 표면 깊이가 100㎛~500㎛가 되도록 이루어지며, 상기 전자빔의 가속전압에 의해 제어될 수 있다.
이에 따라, 상기 가공영역 내에서 상기 전자빔에 의해 용융된 후 급속 응고된 상기 모재의 표면은 카바이드(carbide)를 함유하지 않고, 면심입방구조(face centered cubic structure)를 갖는 감마철을 바탕으로 하며, 상온에서 안정된 오스테나이트로 구성될 수 있다.
아울러, 상기 모재가 크롬을 함유하고 있을 경우, 상기 가공영역 내에서 상기 전자빔에 의해 용융된 후 급속 응고된 상기 모재의 표면에는, 상기 모재의 표면에 존재하는 철의(Fe) 결정립(grain)들 사이의 결정립계(grain boundaries)에 크롬이 응집되어 경계면이 형성될 수 있다.
나아가, 상기 가공영역 내에서 상기 전자빔에 의해 용융된 후 급속 응고된 상기 모재의 표면을 피닝(peening)시키는 피닝단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 피닝단계는, 상기 결정립계에 응집되어 있던 크롬을 이동시켜 결정립모암(grain matrix)을 형성하게 하며, 상기 결정립모암이 균일하게 분포되고 압축되어 서로 겹쳐진 상태로 단층을 이루도록 할 수 있다.
그리고, 본 발명은 상기 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법을 이용하여, 탄소강의 표면을 열처리할 수 있도록 마련되는 전자빔을 이용한 표면 열처리 장치를 포함할 수 있다.
전술한 구성을 가지는 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
전자빔에 의해 국부적으로 용융된 모재의 표면과 모재 전체의 상대적 질량 차이에 의한 급속 용융 및 급속 응고를 이용하여, 알파철이 바탕인 페라이트로 이루어진 모재의 표면을 상온에서 카바이드를 함유하지 않는 안정한 감마철의 오스테나이트로 변태시킬 수 있다는 이점이 있다.
한편, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법을 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공영역설정단계, 출력제어단계 및 이동속도제어단계를 통한 열처리 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 5는 투과 전자현미경을 이용하여 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법을 통해 열처리된 모재의 표면을 분석한 분석결과를 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 7은 X-선 회절 분석법을 이용해, 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법을 통해 열처리된 모재의 표면과 종래 기술을 통해 열처리된 열처리된 모재의 표면을 비교분석한 분석결과를 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 9는 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법에 있어서, 전자빔의 출력 전압을 독립변인으로 삼았을 때 다양한 출력 전압으로 열처리된 모재들의 표면 구조를 X-선 회절 분석법을 이용해 비교분석한 분석결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 투과 전자현미경을 이용하여 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법을 통해 열처리된 모재의 표면의 횡단면을 분석한 분석결과를 나타낸 도면이다.
도 11은 마이크로 비커스 경도계용 측정프로그램인 VLPAK-2000을 이용하여 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법을 통해 열처리된 모재의 표면(12)의 경도를 측정한 결과를 나타낸 도면이다.
도 12는 에너지분산형 분광분석법을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 피닝단계를 통해 피닝된 모재를 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
*부호의 설명
10: 모재 12: 열처리된 모재의 표면
20: 전자빔
30: 가공영역
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서 동일한 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 실시예를 설명함에 있어서 도면에 도시된 구성은 상세한 설명에 대한 이해를 돕기 위한 예시일 뿐, 이로 인해 권리범위가 제한되지 않음을 명시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법은 상온에서 페라이트(ferrite)인 탄소강(carbon steel)으로 구성된 모재의 표면에 전자빔(electron beam)을 조사하여 표면을 열처리하는 방법으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 가공영역설정단계(S1), 출력제어단계(S2), 이동속도제어단계(S3), 피닝단계(S4)를 포함할 수 있다.
여기서, 탄소강으로 구성된 모재함은 탄소 함유량이 0.5중량%(% by weight) 이상을 갖는 탄소강일 수 있다.
단 이는 본 실시예에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법을 통해 가장 바람직한 결과를 얻을 수 있는 탄소강의 일례일 뿐, 본 발명에 적용될 수 있는 모재를 한정하는 것이 아니며 이외에도 얼마든지 다양한 금속이 모재로 이용될 수 있음을 명시한다.
한편, 페라이트는 알파철을 바탕으로 한 고용체의 금속 조직학상 명칭으로서, 외관은 순철과 유사하나 다른 원소가 고용될 경우 순철에 비해 강도가 향상되는 특징을 갖는다.
이때, 알파철(α철, alpha iron)이라 함은 900℃ 이하에서 안정한 체심입방구조(body centered cubic structure)의 철을 말한다.
이와 같은, 페라이트 및 알파철 그리고 탄소강의 경우 본 발명이 속한 기술분야에 있어서 널리 이용되고 있는 금속의 명칭 및 종류고, 이에 대한 특성은 자명하다 할 수 있을 정도로 알려져 있으며, 본 발명은 페라이트계의 탄소강의 표면 열처리 방법이기 때문에, 본 발명의 요지를 명확하게 하고자 보다 상세한 설명은 생략하도록 하겠다.
본론으로 돌아와, 가공영역설정단계(S1)는 도 2에 도시된 바와 같이 모재(10)의 표면에 국부적인 가공영역(30)을 설정할 수 있다.
여기서, 가공영역(30)은 전자빔(20)이 조사되는 모재(10)의 표면 일부분으로, 가공영역(30)으로 지정된 모재(10)의 표면 일부분은 전자빔(20)으로부터 전달되는 에너지에 의해 기 설정된 깊이만큼 가열되어 용융 및 응고의 과정을 거쳐 열처리될 수 있다.
즉, 가공영역설정단계(S1)는 모재(10)의 표면이 얼마만큼의 넓이 및 깊이를 갖고 열처리될 것인지를 모재(10)의 종류, 특성에 맞춰 사전에 설정하는 제어과정일 수 있다.
이어서, 출력제어단계(S2)에서는 전술한 가공영역설정단계(S1)를 통해 설정된 가공영역(30)에 조사되는 전자빔(20)의 출력을 제어할 수 있다.
이와 같은 출력제어단계(S2)는 도 3에 도시된 바와 같이, 가공영역(30) 내에서 전자빔(20)에 의해 용융된 후 전자빔(20)의 이동에 따라 가공영역(30)으로부터 벗어난 모재의 일부분(12)은, 모재(10) 전체 질량과의 상대적 질량 차이에 인한 열전도에 의해 급속 응고되어 상온에서 안정한 오스테나이트(austenite)로 변태(transformation)될 수 있도록, 상기 모재의 열전도도에 따라 상기 전자빔의 출력을 제어할 수 있다.
이때, 전술한 바와 같은 전자빔(20)의 이동은 이동속도제어단계(S3)를 통해 제어될 수 있으며, 이동속도제어단계(S3)에서는 전자빔(20)이 기 설정된 속도에 맞춰 모재(10)의 표면을 따라 이동될 수 있도록, 전자빔(20)의 이동속도 또는 모재(10)의 이동속도를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 기 설정된 속도는 상기 모재의 열전도도, 상기 가공영역(30) 내에 속한 모재(10)의 일부분과 모재(10) 전체의 상대적 질량 차이를 고려하여 설정될 수 있다.
한편, 오스테나이트는 면심입방구조(face centered cubic structure)를 갖는 철 및 합금강을 이르는 것으로서, 이와 같은 면심입방구조는 체심입방구조에 비해 보다 높은 원자충전율(atomic packing factor)을 갖는다.
면심입방구조를 갖는 오스테나이트는 체심입방구조를 갖는 페라이트에 비해 동일 공간 대비 원자의 밀도가 더 치밀하게 구성되기 때문에, 페라이트 보다 경도가 높으며 산화가 내부로 깊숙하게 침투되기 어려워 내부식성이 뛰어날 뿐만 아니라, 면 상에서 원자의 이동 또한 비교적 원활하여 연성이 뛰어나다는 장점이 있다.
그러나, 일반적인 금속의 열처리에 있어서 순철의 경우 급냉 과정을 거치더라도 910℃를 경계로 하는 면심입방구조에서 체심입방구조로 변화되는 것을 막을 수 없어 체심입방구조를 갖게 되는 것이 일반적이다.
종래의 전자빔을 이용한 표면 열처리 기술의 대부분이 상기와 같은 이유, 즉 상온에서 불안정한 오스테나이트의 경향 때문에, 오스테나이트를 마르텐자이트(martensite)로 변태시키거나, 마르텐자이트의 카바이드(또는 시멘타이트)를 발달 및 미세화시킴으로써 경도를 향상시키는 방법을 이용했었다.
하지만, 시멘타이트 구조 같은 경우에는 표면강도가 높고 내마모성이 매우 뛰어나다는 장점이 있으나, 기본적으로 취성(brittleness)을 갖기 때문에 인장 응력에 매우 취약하며, 불안정한 화합물로서 900℃ 이상의 고열에는 흑연으로 변화된다는 특성을 갖는다.
아울러, 마르텐자이트 또한 앞서 시멘타이트 구조와 같이 표면강도 및 내마모성이 뛰어나다는 장점이 있으나, 오스테나이트보다 밀도가 작기 때문에 오스테나이트에서 마르텐자이트로 변태 시에 팽창하여 용적을 증가시켜 소입 변형 및 소입 균열의 원인이 되기 때문에, 정밀부품의 가공에는 적합하지 않다는 문제점이 존재한다.
반면, 본 실시예에 따른 열처리 과정에서는 전술한 바와 같이 전자빔(20)에 의해 용융된 모재의 일부분(12)이 전자빔(20)의 이동에 따라 가공영역(30)으로부터 벗어났을 때, 모재(10) 전체와의 상대적 질량 차이로 인한 열전도에 의해 급속 응고되어 상온에서 안정한 오스테나이트로 변태될 수 있다.
이때, 전술한 바와 같은 열처리 과정을 거쳐 오스테나이트로 변태된 모재의 일부분(12), 즉 모재(10)의 표면은 카바이드(carbide)를 함유하지 않고, 면심입방구조를 갖는 감마철을 바탕으로 하며 상온에서 안정된 상태를 유지할 수 있으며, 이는 도 4 내지 도 7을 통해 확인할 수 있다.
여기서, 도 4 내지 도 5는 투과 전자현미경(TEM; Transmission Electron Microscope)을 이용하여 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법을 통해 열처리된 모재의 표면(12)을 분석한 분석결과를 나타낸 도면이다.
본 분석결과를 살펴보자면, 열처리된 모재의 표면(12)의 결정립모암(grain matrix)이 오스테나이트 구조를 갖고 있음을 도 5(도 4의 A영역에 해당)와 같은 회절무늬(diffraction pattern)를 통해 확인할 수 있다.
(투과 전자현미경은 전자선을 집속하여 시료에 조사하고 시료를 투과한 전자선을 전자렌즈를 이용해 확대하여 상을 얻는 현미경으로서, 시료를 투과한 전자선의 회절무늬를 관찰할 수 있어 시료의 결정 구조를 조자함에 용이하다. 본 투과 전자현미경을 이용한 회절무늬 분석에 사용된 모재는 합금 공구강인 SKD11(탄소 함량 1.40~1.60%, 크롬 함량 11.0~13.0%)이 사용되었다)
그리고, 도 6 내지 도 7은 X-선 회절 분석법(X-ray Diffraction Analysis)을 이용해, 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법을 통해 열처리된 모재의 표면과 종래 기술을 통해 열처리된 열처리된 모재의 표면을 비교분석한 분석결과를 나타낸 도면이다.
(X-선 회절 분석법이라 함은 시료에 조사한 X-선이 결정의 종류나 구조에 의해 산란되어 X-선의 강도나 회절 각도가 변화하는 것을 이용하여 결정 구조나 방위의 결정 등을 행하는 분석법이다. 본 X-선 회절 분석법에 있어서, 비교분석에 사용된 모재는 마찬가지로 합금 공구강인 SKD11이 사용되었으며, 종래기술의 경우에는 진공상태의 전자빔을 이용한 열처리 방법이 쓰였다)
본 분석결과를 비교해 보자면, 본 발명의 경우 도 6을 통해 나타난 바와 같이 열처리된 모재의 표면은 스펙트럼의 분포 상태를 통해 감마철로 구성되어 있으며 카바이드가 존재하지 않음을 알 수 있다.
이에 반해, 종래기술의 경우 도 7을 통해 나타난 바와 같이 열처리된 모재의 표면은 스펙트럼의 분포 상태가 알파철로 구성되어 있으며 카바이드가 존재하고 있음을 알 수 있다.
여기서, 감마철(γ철, gamma iron)은 철의 동소체이자 탄소를 고용하는 고용체로서, A3변태점(910℃)과 A4변태점(1400℃) 사이에 있는 철이며 결정구조는 면심입방구조를 갖고 전술한 알파철과는 달리 비자성체이다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 열처리 과정에서는 탄소 및 탄소 이외의 다른 원소(예컨대, 탄소강의 경우에는 규소 및 망간의 경우에는 크롬 및 니켈 등)를 함유하고 페라이트인 모재(10)의 표면을 전자빔(20)을 통해 용융시킨 후, 모재(10) 전체와의 상대적 질량 차이로 인한 열전도를 이용해 급속으로 응고시킬 수 있다.
이때, 탄소 및 탄소 이외의 다른 원소의 상호작용으로 인해 급속 응고 과정으로 거친 모재(10)는 상온에서 면심입방구조에서 체심입방구조로 변화되는 것이 완전히 정지하게 되며, 페라이트인 모재(10)는 상온에서 안정한 상태를 유지하는 면심입방구조의 오스테나이트로 변태될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 열처리 과정을 거친 모재(10)의 표면은 보다 높은 경도와 뛰어난 내부성을 갖게될 뿐만 아니라, 연성-취성 천이온도(DBTT; ductile-brittle transition temperature)가 존재하지 않아 저온 취성을 방지할 수 있는 등 기계적 성질이 향상될 수 있다.
뿐만 아니라, 변형 경화율(strain hardening factor)이 체심입방구조에 비해 월등하게 높기 때문에, 소성 가공 시 모재(10)의 경도와 강도가 증가될 수 있으며, 그라인딩, 래핑 및 폴리싱과 같은 후처리 공정에도 매우 유리한 기계적 성질을 가질 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 출력제어단계(S2)에서 전자빔(20)은 10-3Torr 내지 10-5Torr의 압력값을 갖는 진공상태에서 조사되며, 비정상 글로우 방전(abnormal glow discharge)을 이용한 플라즈마 전자빔일 수 있다.
이와 같이 저진공상태에서 열처리가 이루어질 경우에는 가공영역(30) 내에서 전자빔(20)에 의해 용융되는 모재(10)에서 발생하는 증발현상을 최소화할 수 있기 때문에, 모재(10)의 증발로 인한 열처리된 표면의 품질불량 및 거칠기 증가를 방지하고, 매끄러운 표면상태를 갖는 높은 품질의 열처리 결과를 얻을 수 있다.
또한, 비정상 글로우 방전을 이용한 플라즈마 전자빔의 경우에는 정상 글로우 방전에 비해 원하는 만큼의 전압을 조절할 수 있어 제어면에서 유리하다는 이점이 있다.
아울러, 본 실시예에 따른 출력제어단계(S2)에서 전자빔(20)의 출력 전압은 30㎸ 내지 40㎸의 범위 내에서 제어될 수 있다.
도 8 내지 도9를 통해 나타난 바와 같이, 전자빔(20)의 출력 전압을 30㎸ 내지 40㎸의 범위 내로 설정하여 열처리를 진행했을 경우, 모재(10)의 표면은 안정적인 감마철을 바탕으로 하는 오스테나이트 구조를 갖게 되었으며, 카바이드 역시 스펙트럼상에 존재하지 않음을 알 수 있었다.
여기서, 도 8 내지 도 9는 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법에 있어서, 전자빔(20)의 출력 전압을 독립변인으로 삼았을 때 다양한 출력 전압으로 열처리된 모재(10)들의 표면 구조를 X-선 회절 분석법(X-ray Diffraction Analysis)을 이용해 비교분석한 분석결과를 나타낸 도면이다.
본 분석결과를 비교해보자면, 도 8과 같이 열처리된 모재(10)의 표면은 전자빔(20)의 출력 전압이 30㎸ 내지 40㎸의 범위 내에서 설정되었을 경우 카바이드가 존재하지 않았으나, 도 9와 같이 전자빔(20)의 출력 전압이 50㎸ 또는 100㎸로 설정되어 열처리되었을 경우에는 미량이나마 카바이드를 함유하고 있음을 알 수 있었다.
즉, 본 실시예에 따른 출력제어단계(S2)에서 전자빔(20)의 출력 전압은 30㎸ 내지 40㎸의 범위 내에서 제어되는 것이 가장 바람직한 열처리 결과를 얻을 수 있다.
한편, 전술한 전자빔의 출력 전압은 30㎸ 내지 40㎸ 범위로 제어되는 것은 출력제어단계(S2)에 있어서 일반적인 제어사항에 대한 일례를 설명한 것이며, 본 실시예에 따른 출력제어단계(S2)에서 전자빔(20)의 출력 전압은 반드시 위와 같은 범위로 한정되는 것이 아니며, 모재(10)의 종류 및 특성, 전체 질량 및 밀도에 따라 다양하게 적용될 수 있다.
즉, 출력 전압에 따라 모재(10)에 전달되는 전자빔(20)의 에너지 밀도는 모재(10)의 종류 및 특성, 전체 질량 및 밀도에 따라 다양하게 적용될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 출력제어단계(S2)에 있어서, 가공영역(30) 내에서 모재(10)에 가해지는 전자빔(20)의 에너지 밀도는 아래의 [수식 1.]과 같이, 전자빔(20)의 에너지값에 비례하고 모재(10)의 질량에 반비례하여 결정될 수 있다.
[수식 1.]
Figure PCTKR2016014872-appb-I000003
(여기서, Ed: 상기 전자빔의 에너지 밀도, E: 상기 전자빔의 에너지값, m: 상기 모재의 질량, U: 상기 전자빔의 가속전압, j: 상기 전자빔의 전류밀도, tbeam: 상기 가공영역 내에서 상기 모재에 조사되는 상기 전자빔의 체류 시간, N: 상기 전자빔의 펄스값, ρ: 상기 모재의 밀도, h: 상기 전자빔이 상기 모재에 침투되는 깊이)
이때, 전자빔(20)의 에너지값(E)은 전자빔(20)의 가속전압(U)과, 전자빔(20)의 전류밀도(j)와, 가공영역(30) 내에서 모재(10)에 조사되는 전자빔(20)의 체류 시간(tbeam)과, 전자빔(20)의 펄스 값(N)의 곱으로 간주될 수 있으며, 모재(10)의 질량은 모재(10)의 밀도(ρ)와, 전자빔(20)이 모재(10)에 참투되는 깊이(h)의 곱으로 간주될 수 있다.
또한, 앞서 전자빔(20)이 가공영역(30) 내에서 모재(10)에 조사되는 시간(tbeam)은 아래의 [수식 2.]와 같이, 2와, 전자빔(20)이 모재(10)에 침투되는 깊이(h)의 제곱과, 모재(10)의 밀도(ρ)와, 모재(10)의 열용량(C)의 곱을 모재의 열전도도(λ)로 나눈 값으로 간주될 수 있다.
[수식 2.]
Figure PCTKR2016014872-appb-I000004
(여기서, tbeam: 상기 가공영역 내에서 상기 모재에 조사되는 상기 전자빔의 체류 시간, h: 상기 전자빔이 상기 모재에 침투되는 깊이, ρ: 상기 모재의 밀도, c는 상기 모재의 열용량, λ: 상기 모재의 열전도도)
한편, 본 실시예에 따른 열처리 과정을 통해 모재의 표면(12)에서 감마철의 순수한 오스테나이트 구조를 얻을 수 있는 것은 아래의 [수식 3.]과 같이, 모재(10)가 가지고 있는 엔탈피의 변화속도와도 연관될 수 있다.
[수식 3.]
Figure PCTKR2016014872-appb-I000005
(여기서, H: 엔탈피, E: 상기 모재의 내부에너지, P: 주변 압력, V: 상기 모재의 체적)
보다 구체적으로, 모재(10)가 가지고 있는 내부에너지(E)의 변화 즉, 용융된 모재(10)가 냉각되어 응고되는 속도의 변화와 압력(P), 모재(10)의 체적(V)이 주요 변수로 작용될 수 있다.
이러한 이유로, 본 실시예에 따른 전자빔(20)을 이용한 표면 열처리 과정은 모재(10)가 전자빔(20)에 의해 용융되고 응고되는 과정에서 비확산 변태(diffusionless transformation)과정이 원활하게 진행되도록, 전자빔(20)의 출력 전압 및 에너지 밀도 등을 제어할 수 있다.
즉, 모재(10)의 내부에너지(E)를 급속히(1초 이내) 상승시켜 국부적인 표면만을 제한적 영역(본 발명에 있어서 가공영역)만을 용융시키게 되며, 모재(10)의 총 에너지인 엔탈피(H)가 급속도로 감소할 수 있도록 앞서 [수식 3.]을 기반으로 하여 공정조건을 설정할 수 있다.
(만약, 전자빔에 의한 모재의 내부에너지(E) 상승이 더뎌질 경우 모재의 전체의 온도상승으로 인해 모재의 총 에너지인 엔탈피(H)의 감소가 어려워 급속 냉각 및 응고가 힘들게 되며, 전자빔의 에너지가 과도할 경우 모재 내부의 용융되는 체적(가공영역)이 넓어져 내부에너지(E)의 감소 또한 어려워진다.
또한, 전술했던 바와 같이 본 실시예에 따른 열처리 과정은 엔탈피(H)의 감소를 위해 10-3Torr 내지 10-5Torr의 압력값을 갖는 진공상태에서 이루어지기 때문에, 전자빔의 에너지가 과도할 경우 모재의 증발을 야기하여 치수변화와 같은 문제를 발생시킬 수 있다.)
이에 따라, 본 실시예서는 모재(10)가 전자빔(20)에 의해 용융된 후 응고되어 고체화 되는 과정에서 비확산 변태가 원활하게 진행되도록, 추가적인 냉각 장치를 포함하거나, 전술한 바와 같이 10-3Torr 내지 10-5Torr의 압력값을 갖는 진공상태처럼 대기압 이하의 압력변화를 부가할 수 있다
나아가, 모재(10) 내의 탄소 함유량을 증가시켜 비확산 변태 과정을 촉진시킬 수도 있으며, 이 경우 열처리를 마친 모재의 표면(12)이 상온에서 안정한 오스테나이트 구조를 유지하기 때문에 1.0중량% 이상의 탄소 함유량을 갖는 탄소강에서도 카바이드가 석출되지 않을 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법에서는 탄소 함유량을 증가시켜 비확산 변태를 촉진시키더라도, 카바이드의 존재 없이 경도를 향상시킬 수 있으며 오스테나이트 구조가 갖는 연성을 획득할 수 있다.
이처럼, 전술한 바와 같이 본 실시예에 따른 출력제어단계(S2)에서는, 출력 전압에 따라 모재(10)에 전달되는 전자빔(20)의 에너지 밀도를 모재(10)의 종류 및 특성, 전체 질량 및 밀도에 맞춰 제어할 수 있다.
아울러, 알맞은 가공영역(30)을 한정하고 용융된 모재(10)의 급속 냉각 및 응고를 통해, 상온에서 카바이드를 함유하지 않고 안정한 오스테나이트 구조를 얻기 위해, 모재(10)의 내부에너지 및 체적에 맞춰 냉각속도 및 압력 등을 제어할 수도 있다.
이에 따라, 다양한 소재로 구성된 모재(10)들의 열처리가 가능할 뿐만 아니라, 전자빔(20)에 의해 모재(10)가 용융되는 가공영역(30)의 면적 및 깊이 등을 제어할 수 있다.
이때, 앞서 기재한 가공영역(30)의 깊이, 즉 가공영역(30) 내에서 전자빔(20)에 의해 열처리되는 모재(10)의 표면 깊이는 100㎛~500㎛가 되도록 이루어지며, 이는 전술한 출력제어단계(S2) 또는 이동속도제어단계(S3)에서 전자빔(20)의 가속전압(j)의 설정값에 의해 제어될 수 있다.
또한, 도 10을 통해 나타난 바와 같이 본 실시예에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리에 따르면, 모재(10)가 크롬을 함유하고 있을 경우 가공영역(30) 내에서 전자빔(20)에 의해 용융된 후 급속 응고된 모재의 표면(12)에는, 모재의 표면(12)에 존재하는 철(Fe)의 결정립(grain)들 사이의 결정립계(grain boundaries)에 크롬(chromium)이 응집되어 경계면이 형성될 수 있다.
여기서, 도 10은 앞서 설명했던 투과 전자현미경(TEM; Transmission Electron Microscope)을 이용하여 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법을 통해 열처리된 모재의 표면(12)의 횡단면(cross-sectional)을 분석한 분석결과를 나타낸 도면이며, 이때 사용된 모재(10) 또한 앞서와 마찬가지로 SKD11을 사용했다.
본 분석결과를 살펴보자면, 철의 결정립들 간의 경계인 결정립계에 크롬이 유입되고 띠 형상을 갖추며 소량의 산소(O)와 함께 응집되어 굳어짐으로써 일종의 격벽을 형성할 수 있다.
이에 따라, 각각의 철 결정립들은 결정립계의 빈 공간으로 인한 유격이 없어지게 되므로 치밀하게 조직될 수 있을 뿐만 아니라, 모재의 표면(12)에 산화가 진행되더라도 결정립계에 응집된 크롬의 격벽으로 인해 산화가 다른 철의 결정립들로 진행되지 않기 때문에 뛰어난 경도와 내식성을 갖출 수 있다.
한편, 위와 같은 경도와 내식성은 본 실시예에 따른 피닝단계(S4)를 통해 더욱 향상될 수 있는데, 피닝단계(S4)에서는 가공영역(30) 내에서 전자빔(2)에 의해 용융된 후 급속 응고된 모재의 표면(12)을 초음파를 이용하거나 또는 기계적장치를 이용해 피닝(peening)시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 열처리 과정을 거친 모재(10)의 경우, 앞서 설명했던 바와 같이 변형 경화율이 월등하게 높아지게 되므로, 피닝(peening)과 같은 후처리에 의해 반복적인 응력에 노출될 경우 그 경도와 강도가 비약적으로 증가될 수 있다.
도 11을 통해 나타난 바와 같이, 본 실시예에 따른 피닝단계(S4)를 거친 모재의 표면은 비커스 경도 및 로크웰 경도가 비약적으로 증가되었음을 알 수 있다.
여기서, 도 11은 마이크로 비커스 경도계용 측정프로그램인 VLPAK-2000을 이용하여 본 발명에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법을 통해 열처리된 모재의 표면(12)의 경도를 측정한 결과를 나타낸 도면이다.
아울러, 도 12를 통해 나타난 바와 같이 본 실시예에 따른 피닝단계(S4)의 경우 결정립계에 응집되어 있던 크롬을 이동시켜 결정립모암을 형성하게 하며, 상기 결정립모암이 균일하게 분포되고 압축되어 서로 겹쳐진 상태로 단층을 이루도록 할 수 있다.
이에 따라, 피닝단계(S4)를 거친 모재의 표면은 경도 및 강도 향상뿐만 아니라, 내부식 또한 더욱 향상되는 등 기계적 성질이 한층 더 강화될 수 있다.
여기서, 도 12는 에너지분산형 분광분석법(EDS; energy dispersive spectrometry)을 이용하여 본 실시예에 따른 피닝단계(S4)를 통해 피닝된 모재를 분석한 결과를 나타낸 도면이며, 에너지분산형 분광분석법이라 함은 주사 전자현미경(SEM)을 이용해 시료의 전자빔을 주사하여 에너지를 주입한 후, 물질에 따라 방출되는 고유의 X-선을 통해 시료의 성분을 분석하는 분석법을 말한다.
나아가, 도면으로 도시되지는 않았지만 본 발명은 상술한 본 실시예에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법을 이용하여, 탄소강의 표면을 열처리할 수 있도록 마련되는 전자빔을 이용한 표면 열처리 장치를 더 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 일 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.
그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

Claims (12)

  1. 상온에서 페라이트(ferrite)인 탄소강으로 구성된 모재의 표면에 전자빔을 조사하여 표면을 열처리하는 방법으로서,
    상기 모재의 표면에 국부적인 가공영역을 설정하는 가공영역설정단계; 및
    상기 가공영역에 조사되는 전자빔의 출력을 제어하는 출력제어단계를 포함하며,
    상기 출력제어단계는,
    상기 가공영역 내에서 상기 전자빔에 의해 용융되고 상기 전자빔의 이동에 따라 상기 가공영역으로부터 벗어난 상기 모재의 일부분은, 상기 모재 전체와의 상대적 질량 차이로 인한 열전도에 의해 급속 응고되어 상온에서 안정한 오스테나이트(austenite)로 변태(transformation)될 수 있도록, 상기 모재의 열전도도에 따라 상기 전자빔의 출력을 제어하는,
    전자빔을 이용한 표면 열처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔이 기 설정된 속도에 맞춰 상기 모재의 표면을 따라 이동될 수 있도록, 상기 전자빔의 이동속도 또는 상기 모재의 이동속도를 제어하는 이동속도제어단계를 더 포함하는,
    전자빔을 이용한 표면 열처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전자빔은,
    10- 3Torr 내지 10- 5Torr의 진공상태에서 조사되며, 비정상 글로우 방전(abnormal glow discharge)을 이용한 플라즈마 전자빔인 것을 특징으로 하는,
    전자빔을 이용한 표면 열처리 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전자빔은,
    출력 전압이 30㎸ 내지 40㎸의 범위 내에서 제어되는 것을 특징으로 하는,
    전자빔을 이용한 표면 열처리 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가공영역 내에서 상기 모재에 가해지는 상기 전자빔의 에너지 밀도는 [수식 1]과 같이, 상기 전자빔의 에너지값에 비례하고 상기 모재의 질량에 반비례하여 결정되고,
    상기 전자빔의 에너지값은 상기 전자빔의 가속전압과, 상기 전자빔의 전류밀도와, 상기 가공영역 내에서 상기 모재에 조사되는 상기 전자빔의 체류 시간과, 상기 전자빔의 펄스 값의 곱으로 간주될 수 있으며,
    상기 모재의 질량은 상기 모재의 밀도와, 상기 전자빔이 상기 모재에 침투되는 깊이의 곱으로 간주될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    전자빔을 이용한 표면 열처리 방법.
    [수식 1.]
    Figure PCTKR2016014872-appb-I000006
    (여기서, Ed: 상기 전자빔의 에너지 밀도,
    E: 상기 전자빔의 에너지값,
    m: 상기 모재의 질량,
    U: 상기 전자빔의 가속전압,
    j: 상기 전자빔의 전류밀도,
    tbeam: 상기 가공영역 내에서 상기 모재에 조사되는 상기 전자빔의 체류 시간,
    N: 상기 전자빔의 펄스값,
    ρ: 상기 모재의 밀도,
    h: 상기 전자빔이 상기 모재에 침투되는 깊이)
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전자빔이 상기 가공영역 내에서 상기 모재에 조사되는 시간(tbeam)은 [수식 2]와 같이, 2와, 상기 전자빔이 상기 모재에 침투되는 깊이의 제곱과, 상기 모재의 밀도와, 상기 모재의 열용량의 곱을 상기 모재의 열전도도로 나눈 값으로 간주되는 것을 특징으로 하는,
    전자빔을 이용한 표면 열처리 방법.
    [수식 2.]
    Figure PCTKR2016014872-appb-I000007
    (여기서, tbeam: 상기 가공영역 내에서 상기 모재에 조사되는 상기 전자빔의 체류 시간,
    h: 상기 전자빔이 상기 모재에 침투되는 깊이,
    ρ: 상기 모재의 밀도, c는 상기 모재의 열용량,
    λ: 상기 모재의 열전도도)
  7. 제1항에 또는 제2항에 있어서,
    상기 출력제어단계 또는 상기 이동속도제어단계는,
    상기 가공영역 내에서 상기 전자빔에 의해 열처리되는 상기 모재의 표면 깊이가 100㎛~500㎛가 되도록 이루어지며, 상기 전자빔의 가속전압에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는,
    전자빔을 이용한 표면 열처리 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가공영역 내에서 상기 전자빔에 의해 용융된 후 급속 응고된 상기 모재의 표면은 카바이드(carbide)를 함유하지 않고, 면심입방구조(face centered cubic structure)를 갖는 감마철을 바탕으로 하며, 상온에서 안정된 오스테나이트로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    전자빔을 이용한 표면 열처리 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 모재가 크롬을 함유하고 있을 경우, 상기 가공영역 내에서 상기 전자빔에 의해 용융된 후 급속 응고된 상기 모재의 표면에는, 상기 모재의 표면에 존재하는 철의(Fe) 결정립(grain)들 사이의 결정립계(grain boundaries)에 크롬이 응집되어 경계면이 형성되는 것을 특징으로 하는,
    전자빔을 이용한 표면 열처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가공영역 내에서 상기 전자빔에 의해 용융된 후 급속 응고된 상기 모재의 표면을 피닝(peening)시키는 피닝단계를 더 포함하는,
    전자빔을 이용한 표면 열처리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 피닝단계는,
    상기 결정립계에 응집되어 있던 크롬을 이동시켜 결정립모암(grain matrix)을 형성하게 하며, 상기 결정립모암이 균일하게 분포되고 압축되어 서로 겹쳐진 상태로 단층을 이루도록 하는 것을 특징으로 하는,
    전자빔을 이용한 표면 열처리 방법.
  12. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 따른 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법을 이용하여, 탄소강의 표면을 열처리할 수 있도록 마련되는,
    전자빔을 이용한 표면 열처리 장치.
PCT/KR2016/014872 2015-12-18 2016-12-19 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법 Ceased WO2017105153A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150181558A KR101694324B1 (ko) 2015-12-18 2015-12-18 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법
KR10-2015-0181558 2015-12-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017105153A1 true WO2017105153A1 (ko) 2017-06-22

Family

ID=57811887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2016/014872 Ceased WO2017105153A1 (ko) 2015-12-18 2016-12-19 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101694324B1 (ko)
WO (1) WO2017105153A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107699662A (zh) * 2017-10-30 2018-02-16 宁波埃利特模具制造有限公司 一种提高压铸模具成型表面硬度的方法
CN114507841A (zh) * 2021-12-29 2022-05-17 马鞍山市鑫龙特钢有限公司 一种碳素钢制件多元合金共渗工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60501865A (ja) * 1983-07-18 1985-10-31 サイアキ−　ブラザ−ズ，インコ−ポレ−テツド 熱処理方法及び装置の改良
KR950006001B1 (ko) * 1992-03-18 1995-06-07 동해산업주식회사 가요성 호스의 내외피 결합방법 및 그 장치
JPH09216075A (ja) * 1996-02-06 1997-08-19 Aisin Aw Co Ltd 金属部材の表面仕上方法及びそれにより得られる金属部材
KR19990077250A (ko) * 1996-01-15 1999-10-25 앤 제이. 로버슨 레이저 가공에 의한 표면 처리의 개선
KR19990085272A (ko) * 1998-05-15 1999-12-06 석창환 고온 임펄스 플라즈마에 의한 금속표면 개질방법 및 그 장치

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9022623D0 (en) * 1990-10-18 1990-11-28 Univ Manchester Depth of anaesthesia monitoring

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60501865A (ja) * 1983-07-18 1985-10-31 サイアキ−　ブラザ−ズ，インコ−ポレ−テツド 熱処理方法及び装置の改良
KR950006001B1 (ko) * 1992-03-18 1995-06-07 동해산업주식회사 가요성 호스의 내외피 결합방법 및 그 장치
KR19990077250A (ko) * 1996-01-15 1999-10-25 앤 제이. 로버슨 레이저 가공에 의한 표면 처리의 개선
JPH09216075A (ja) * 1996-02-06 1997-08-19 Aisin Aw Co Ltd 金属部材の表面仕上方法及びそれにより得られる金属部材
KR19990085272A (ko) * 1998-05-15 1999-12-06 석창환 고온 임펄스 플라즈마에 의한 금속표면 개질방법 및 그 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107699662A (zh) * 2017-10-30 2018-02-16 宁波埃利特模具制造有限公司 一种提高压铸模具成型表面硬度的方法
CN107699662B (zh) * 2017-10-30 2019-03-29 宁波埃利特模具制造有限公司 一种提高压铸模具成型表面硬度的方法
CN114507841A (zh) * 2021-12-29 2022-05-17 马鞍山市鑫龙特钢有限公司 一种碳素钢制件多元合金共渗工艺

Also Published As

Publication number Publication date
KR101694324B1 (ko) 2017-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Fine-grain-embedded dislocation-cell structures for high strength and ductility in additively manufactured steels
Chen et al. A novel approach to direct preparation of complete lath martensite microstructure in tool steel by selective laser melting
Alizadeh et al. Microstructure, texture, and superplasticity of a fine-grained Mg-Gd-Zr alloy processed by equal-channel angular pressing
Li et al. Microstructure and mechanical properties of WC reinforced 18Ni300 composites produced by selective laser melting
Joshi et al. Thermomechanical process optimization of U-10 wt% Mo–Part 1: high-temperature compressive properties and microstructure
Lee et al. Effect of cooling rate on the mechanical properties of AA365 aluminum alloy heat-treated under T4, T5, and T6 conditions
Luo et al. Effect of superheat, cooling rate, and refractory composition on the formation of non-metallic inclusions in non-oriented electrical steels
Wang et al. Effect of laser power on the microstructure and properties of additive manufactured 17-4 PH stainless steel in different fabrication atmosphere
WO2017105153A1 (ko) 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법
Yang et al. A superior strength-ductility combination in gradient structured Cu–Al–Zn alloys with proper stacking fault energy and processing time
Takenouchi et al. Relation between low elastic limit and mobile dislocation density in ultra-low carbon martensitic steel
WO2021100959A1 (ko) 균일하게 분포하는 나노 크기의 석출물을 다량 함유한 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법
Liu et al. Investigation on creep behavior and microstructural features of an additively manufactured Ti2AlNb alloy upon isothermal deformation at elevated temperature
Tang et al. Hall–Petch relationship in two-phase TiAl alloys with fully lamellar microstructures
Fei et al. Effects of thermal residual stress creeping on microstructure and tensile properties of SiC whisker reinforced aluminum matrix composite
Yoon et al. Impact of hydrogen-assisted cracking on the mechanical properties of 316L stainless steel produced by selective laser melting using an in-situ small punch test
WO2009091216A2 (ko) 무방향성 전기강판의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 무방향성 전기강판
Su et al. A novel 2.2-GPa grade ultrastrong Fe-based alloy via synergistic strengthening of dislocations and precipitates
Huang et al. Microstructure and properties of Fe-BC cast wear-resistant alloy
Jeong et al. Yield point phenomenon induced by twinning accompanied by abnormal grain growth in fine-grained copper
Kogoh et al. Temperature dependence of tensile strength and hardness for nodular cast iron and their mutual correlation
Yeleussizova et al. Deformation twinning in hadfield steel
Abdullah et al. Tensile strength properties of niobium alloyed austempered ductile iron on different austempering time
Xiao et al. Effect of Si Addition on Microstructure and Mechanical Properties of Al–1.5% Mn Alloys
Ma et al. Effect of annealing on microstructure and mechanical properties of tungsten fabricated via Powder Bed Fusion Electron Beam (PBF-EB)

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16876095

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16876095

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1