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건설 장비용 내마모팁 및 하우징의 마신어블 ADI 처리기술

글쓴이 : Riuheavy 날짜 : 2015-06-02 (화) 16:15

기술(제품) 개념 및 특성

 

1-1. ADI의 정의


오스템퍼링 열처리는 탄소함량이 높은 철계 재료를 오스테나이트 온도까지 가열하여 균일한 조직으로 만든후 냉각시, 페라이트와 펄라이트 변태를 억제할 목적으로 약 350~400℃ 정도의 염욕로(Salt Bath)중으로 급냉하여 과냉 오스테나이트 (Austenite)로부터 베이나이트(Bainite)로 변태를 완료하고 이후 실온으로 냉각하는 열처리공정이다.
재질의 강도와 인성의 개선을 주목적으로 하는 열처리로서, 주물 소재로서 강의 강동이상의 물성을 얻는 것을 목표로 하는 열처리 기술이다.


주물 소재를 활용하여 고장력 볼트로 활용되는 강에서 얻을 수 있는 인장강도 (1000 MPa), 연신율 (10%이상)을 확보하기 위한 오스템퍼링 열처리 기술에 의해 제조된 소재를 칭한다.
Austempered Ductile Iron의 약어로서 ADI로 표기했다.

 

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1-2. ADI의 미세조직


ADI의 미세조직은 두 단계의 열처리 공정을 통해 결정되게 된다.

- Stage 1: ADI는 주물 제조 과정에서 접종 과정과 구상화처리하면 그라파이트가 구형으로 미세하게 조직내에 분포되면 균열에 대한 저항이 커져 연성이 높은 고급 주철인 구상 흑연 주철 (Ductile cast iron, DCI)이 형성된다.
Stage 1 Reaction: γα→ α+ γHC (Toughning)

 

- Stage 2: 이 구상흑연 주철을 열처리 할 때 오스테나이징 온도에 적당히 유지한 후, 냉각시 Ms 변태점 보다 조금 높은 온도까지 급냉하여 조직 내에서 펄라이트 석출이 일어나지 않게 급냉하여 이 온도에서 적당한 시간 유지하면 구상그라파이터에서 탄소가 모재 조직으로 확산 되어 모재의 탄소가 높아져 Ms 온도가 낮아져 안정한
오스페리트(ausferrite)라는 조직이 형성됨. 이를 상온까지 냉각시키면 강인성이 우수한 ADI 주물 소재가 얻어진다.
Stage 2 Reactions: γHC → α+ ε(Stregnthening)
대표적인 ADI주물 소재의 조직은 2 (a)와 같으며, 오스템퍼링 온도에 따라 조직의 미세화 정도의 차이가 2(b), 2(c)와 같이 관찰된다.

 

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1-3. ADI의 물성 및 장점


ADI는 오스템퍼링 온도에 따라 미세조직의 변화가 발생하며, 이에 따라 강도와 인성의 변화가 발생하게 된다.
특히 인장 강도값에 따라 ASTM 규격이 그림 4와 같이 정리되어 있다.

ADI 소재의 주요 물성을 정리하면 다음과 같다.
* 높은 인장 강도와 인성, 연성의 동시 확보, 높은 비강도 → 동일 강도 구현을 위해 적은 무게와 적은 가격 소비 가능함
* 높은 피로 강도, 결함에 대한 높은 저항성과 낮은 온도에서 우수한 내충격성
* 표면 경화처리된 강에 비해도 우수한 내마모 특성
* 자기 윤활 및 높은 Damping 특성
* 높은 가공 특성에 의한 적은 가공비용 및 작은 가공으로 복잡한 형상 적용성

 

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1-4. ADI의 주요 응용 분야


ㅇ ADI 기술은 트럭, 농기계 중심으로 응용이 시작되었으나 최근 선진국에서는 최근에는 건설 기계, 건축, 승용차 관련 산업에서, 에너지 세이빙을 위한 용접 가공 공정 단축 및 경량화를 이유 등 다양한 분야에 적용의 러쉬를 이루고 있다.


- 그림 6에 2004년과 2008년 조사된 적용 분야에 대한 결과를 정리하였음. 트럭, 농기계, 건설기계와 같은 Heavy vehicle에 대한 적용비율이 높고, 기차레일용과 일반 산업용으로 수요가 급격히 증가 추세이다.

 

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기어부품의 수명 향상과 무게 감소를 목표로 소형 자동차의 적용도 많았다가 최근 감소하는 경향을 보이고 있다.
* 기어부품의 경우, 수명이 적게는 20~70%, 많게는 200~500%의 증가가 보고되고 있다.


ㅇ 미국의 경우, 70년대부터 개발이 진행되어 왔으며 90년대 이후, 급격한 실용화 기술 개발이 진행중임 (표 1에 주요 적용 분야 정리함)
- 독일, 이태리, 프랑스 등에서 가공성이 우수한 내마모 ADI 시장을 신규로 개발하고 있다.
- 국내에서는 건설장비의 부품의 경량화 및 내구성향상을 통한 국제경쟁력 향상의 필요성이 높고, 부응할 수 있는 ADI 관련 기술의 실용화를 추진하면 품질 향상 및 소음감소, 연비 향상 등의 측면에서 효과적일 것으로 사료 된다.

 

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※자료제공 한국생산기술연구원 국가뿌리산업진흥센터


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