• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 추계학술발표대회
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• pp.26-26
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• 2011

Fe계 TiC 합금은 미량의 합금원소를 첨가시켜 경화능, 내식성, 내마모성 성질을 개선한 특수 공구용 재료로서 현재 절삭, 내마모성, 광산, 금형재료 등의 분야에 널리 사용되고 있다. 금속과 세라믹의 복합재료인 초경합금은 비열처리용 공구강으로 WC, TiC 등의 4, 5, 6족 금속탄화물에 Co, Ni, Fe등의 철족이 결합금속으로 소결한 복합재료로 WC-Co계 초경합금이 주종을 이루고 있으나, 전략 소재로서 고가인 Co 원료를 대체하기 위한 재료로서 초경재료의 고경도와 공구강의 경제성 및 가공성의 장점을 이용한 Fe-TiC계 초경합금의 연구가 다양하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 Fe기지에 서브마이크론 크기의 미세한 TiC 입자가 균일하게 분산된 Fe-TiC 복합분말을 경제적으로 제조하기 위해 순수한 Fe, Ti 원료분말에 비해 단가가 낮고 미세 분쇄가 용이한 FeO, $TiH_2$ 분말을 고에너지 밀링 후 반응 열처리 시키는 유사 기계화학적 공정을 시도하였다. 조성비 Fe-30wt%TiC 복합분말을 제조하기위해 마이크론(micron) 크기의 FeO, $TiH_2$, C 분말을 사용하였고, 1단계로 FeO와 C을 고에너지 밀링으로 혼합 후 반응시켜 환원시키는 공정과 2단계로 이렇게 환원된 분말과 TiH2를 고에너지 밀링으로 다시 혼합, 분쇄한 후 반응열처리 하는 두 단계 공정을 사용하였다. FeO의 환원 단계에서는 $700{\sim}1,000^{\circ}C$ 온도 범위에서 1시간 유지하였고, 고에너지 밀링 시 밀링시간, 회전속도를 변수로 두고 실험하였다. 환원된 분말은 수평관상로를 이용해 아르곤분위기에서 $1,000{\sim}1300^{\circ}C$까지 1시간 유지하여 반응열처리시켜 Fe-TiC 복합분말을 제조하였다. 준비된 복합분말을 XRD와 FE-SEM, EDS, 입도분석기 (LPSA) 등을 이용해 분말의 형태와 특성, 상, 조성, 입도, 분산도 등을 조사하였다. 제조된 Fe-TiC 나노복합분말을 방전플라즈마소결(SPS) 과 상압소결 실험을 진행하였다. Fe-TiC 복합분말 제조공정의 첫 번째 단계인 FeO의 환원반응은 $800^{\circ}C$이상의 온도에서 Fe로 환원이 진행됨을 확인하였다. 두 번째 단계인 반응열처리공정에서는 $1,000^{\circ}C$ 이상에서 TiC가 형성됨을 XRD 상분석을 통해 확인할 수 있었고, $1,100^{\circ}C$ 이상의 온도에서 반응열처리를 했을 때 XRD 분석결과와 산소 조성 분석 결과로부터 반응의 완결성과 순도에서 최적 온도 조건임을 확인하였다. 온도를 $1,300^{\circ}C$로 증가시킬 경우 반응의 완결성에 큰 변화가 없는 반면 분말입자간의 목형성이 일어나 가소결 되는 것을 FE-SEM을 통해 관찰하였다. 또한 최적조건으로 제조된 Fe-TiC 복합분말의 입도분석과 FE-SEM/EDS 관찰/분석을 시행한 결과 평균 입도 0.6 ${\mu}m$의 미세한 Fe-TiC 복합분말 내에 Fe분말 주변과 내부에 나노크기의 TiC입자가 균일하게 분산되어 존재하는 것을 확인하였다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.42-42
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• 2009

마찰교반접합 (Friction Stir Welding)은 1991년 영국 TWI에서 개발된 접합 법으로서 회전하는 툴이 재료내부에 삽입되면 툴과 재료사이에서 발생하는 마찰열에 의하여 온도가 상승하게 되어 재료는 연화되고, 이러한 재료 내부에서 회전하는 툴이 이동하게 되면 재료 내부는 기계적 교반에 의해 소성변형이 일어남과 동시에 접합이 이루어진다. 마찰교반접합은 동적 재결정에 의한 접합부의 미세한 결정립 형성으로 인하여 기계적 특성이 향상되며 보호 가스가 필요 없어 친환경적임과 동시에 용융 용접 법에 비해 접합 시 에너지 소모가 적으며 또한 접합 후 접합부에서의 변형이 상대적으로 적다는 장점이 있다. 이러한 장점을 가진 마찰교반접합은 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 그리고 동 합금과 같은 저 융점 비철재료에 많은 연구와 적용 사례들이 있어왔다. 하지만 최근에는 일반 탄소강, 연강, 오스테나이트계 스테인리스강, 니켈 합금, 티타늄 합금과 같은 고융점 재료에도 연구 및 적용이 진행되고 있는 추세이다. 페라이트계 스테인리스강은 가격이 비싼 Ni을 함유하지 않아 오스테나이트계 스테인리스강에 비하여 강재의 가격은 낮으면서도 고온특성 및 내식성이 우수하여 건축용, 자동차 배기계용으로 널리 사용되고 있다. 하지만 이런 장점을 가진 페라이트계 스테인리스강을 기존의 용융 용접 법으로 접합 시 용접부 및 열영향부에서의 결정립의 조대화로 인한 인성 및 연성이 저하되며, 특히 예민화된 열영향부 입계 내에 Cr 탄화물이 석출되어 입계주변에 Cr 결핍 층을 형성되어 입계부식이 발생되는 문제점이 발생된다. 본 연구에서는 마찰교반접합을 이용하여 두께 3mm의 409 스테인리스강에 대해 맞대기 접합을 실시하였다. 접합 변수를 툴의 재료 (WC-12wt%Co, $Si_3N_4$)로 하여 접합을 실시하였고 접합 후 외관상태 점검, 광학 현미경과 주사 전자 현미경을 통하여 미세조직을 관찰하였으며 황산-황산동 부식 시험을 실시하여 접합부의 부식 특성을 평가하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제27권10호
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• pp.1630-1635
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• 2003

The deformation and fracture behaviors of a bulk amorphous metal, Zr-based one (Zr$\_$41.2/Ti$\_$13.8/Cu$\_$12.5/Ni$\_$10/Be$\_$22.5/: Vitreloy), were investigated over a strain rate range (7x10$\^$-4/～4 s$\^$-1/). The uniaxial compression test and the indentation test using 3mm-diameter WC balls were carried out under quasi-static loading conditions. As a result, at the uniaxial compressive state, the fracture stress of the material was very high (～1,700MPa) and the elastic strain limit was about 2%. The fracture strength showed a strain rate independent behavior up to 4 s$\^$-1/. Using indentation tests, the plastic deformation behavior of the Zr-based BAM up to a large strain value of 15% could be achieved, even though it was the deformation under locally constrained condition. The Meyer hardness of the Zr-based BAM measured by static indentation tests was about 5 GPa and it revealed negligible strain hardening behavior. At indented sites, the plastic indentation occurred forming a crater and well-developed multiple shear bands were generated around it along the direction of 45 degree when the indentation load exceeded 7kN. With increasing indentation load, shear bands became dense. The fracture surface of the specimen after uniaxial compressive tests showed vein-like pattern, typical morphology of many BAMs.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제36권2호
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• pp.276-285
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• 2012

본 연구목적은 열간압연용 런-아웃 테이블 롤러 표면의 기계적 성질을 개선하기 위해 다공질 자용성 합금으로 피복하는 방법을 개발하는 것이다. 열간압연에서 런-아웃 테이블의 롤러 내구성을 높이기 위해서는 고온에서 롤러표면의 경도를 높게 유지해야 하고, 내마모성, 내식성, 내열성, 내소부성 및 내응착성의 향상을 유지하여야 한다. 또한, 고온의 열연 강판을 안정적으로 이송할 수 있도록 하기 위해서는 롤러표면에 적절한 마찰계수를 유지하도록 하여야 하고, 롤러와 강판 사이에 미끄럼 발생이 없어야 한다. 본 연구에서는 자용성 합금에 텅스텐카바이드를 첨가시켜 서메트화하여 롤러의 내마모성을 증대시켰고, 미세 철분말을 롤러표면에 피복하여 다공질을 만들어 마찰계수를 높이고 붙잡음성을 향상시켰다. 그 결과, Ni-Cr 피복 롤러에 비하여 다공질 자용성 합금 피복 롤러는 피복층에 철분이 5 ~ 10 wt%로 많이 함유되어 재용융 공정에서 전기로로 가열하여 일부분만 합금화되고 나머지는 산화 및 용해에 의해 탈락되어 다공질로 나타나 강판과의 붙잡음성을 향상시켰다.