High pressure wear characteristics of DCI(Ductile Cast Iron) were investigated through unlubricated pin-on-disc wear test. Wear test were carried out at speed of 23m/min, under pressure of 3MPa and 3.3 MPa. Cu and/or Mn were added to examine the effect of alloying elements on the high pressure wear characteristics of DCI. To investigate the relationship between wear characteristics and mechanical properties of DCI, Brinell hardness and V-notched Charpy impact energy were tested. Wear surface of each specimen was observed by SEM to determine the wear mechanism of DCI under high pressure wear condition. In the mild wear region, wear characteristics of alloyed DCI specimens were very similar to that of unalloyed DCI. But mild-severe wear transition was occurred at different wear distance and wear rate of DCI specimens were changed by alloying elements. In severe wear condition, wear rate of DCI was dramatically increased by the addition of Mn. Although the addition of Cu 0.46wt% did not decrease the wear rate of DCI in the severe wear region, but it delayed the mild-severe wear transition. Under high pressure wear condition, wear rate and mild-severe wear transition were not concerned with hardness of DCI specimens, but they were deeply associated with impact energy changed by alloying elements.
Surface layer properties such as composition, phase, hardness, and oxide layer condition are very important if the main failure mechanism of metals is wear. Generally, stable and dense oxide layers are known to decrease the wear rate of metals by prohibition of metallic junction occurred between bare metals. Addition of Si above 4 wt% to DCI(Ductile Cast Iron) is reported to enhance the significant oxidation resistance by forming the silicon-rich surface layer which inhibits further oxidation. And addition of up to 2 wt% Mo to high Si ductile iron produces significant increases in high temperature tensile strength, creep strength, thermal fatigue resistance and oxidation resistance. High pressure wear characteristics of unalloyed DCI(Ductile cast Iron), 4.46 wt% Si ductile iron, 4.3 wt% Si-0.52 wt% Mo ductile iron were investigated through unlubricated pin-on-disc wear test. Wear test was carried out at speed of 23m/min, under pressure of 3 MPa and 3.3 MPa. Wear surfaces of each specimen were observed by SEM to determine the wear mechanism under high pressure wear condition. Addition of Si 4.46 wt% severely deteriorated wear property of ductile iron compared to unalloyed DCI. But combined addition of Si 4.3 wt%andMo0.52wt%decreasedthefrictioncoefficient(${\mu}$)ofductileironsandremarkablydelayedthemild-severeweartransition.
The high temperature properties of vanadium and molybdenum added high silicon ductile iron, so called V-Mo-Si ductile iron, were investigated. The (V,Mo) complex carbides and Mo carbides precipitated at the cellular boundaries of the as-cast specimens. The microhardness of the (V,Mo) carbides were in the range of 553-619, while that of the Mo carbides in the range of 341-390. The thermo-mechanical tests were carried out with a Gleeble system at 700 and $800^{\circ}C$ under vacuum condition. The tensile strengths of the specimen tested at $700^{\circ}C$ with the dynamic deformation rate of 50 mm/sec and those with the static deformation rate of 0.15 mm/sec were 235.7 and 115.3 MPa, while the reduction in area were 23.7 and 22.4%, respectively. At the high dynamic deformation rates, the tensile strength was steeply increased due to promoting the brittle fracture of pearlite in the matrix of the specimens. But the changes of the reduction in area with the deformation rates on the same specimens were negligible. The weight gain of the V-Mo-Si specimens oxidized in the air atmosphere for 6 hours at 800 and $900^{\circ}C$ were 1.1 and 4.1.%, respectively. The cross-sectional microstructure of oxidized specimens consisted of the porous external scale layer grown outside from the original surface, the dense internal scale layer grown into the original surface, the decarburized ferrite layer between the internal scale and the matrix of base metal. The (V,Mo) carbides and Mo carbides formed in the matrix of as-cast specimen did not decompose during oxidation at 900 for 24 hours in air atmosphere.
Strip casting process is a new technology that makes a near net shape thin strip directly from molten metal. With this process, a large amount of energy and casting cost could be decreased from the abbreviation of reheating and/or hot rolling process. Ductile cast iron which has spheroidal graphite in the matrix is the most commercial and industrial material, because of its supreme strength, toughness, and wear resistance etc. But it cannot be produced to the thin strip owing to difficulty in rolling of ductile cast iron. In this study, ductile cast iron strips are produced by the twin roll strip caster, with different chemical compositions of C, Si, and Mn contents. And then heat-treated, microstructures and mechanical properties are examined. The microstructures of as-cast strip are that of white cast iron which consists of the mixture of cementite and pearlite, but the equiaxed crystal zone of the pearlite or segregation zone of cementite exists in the center region of the strip thickness, which cannot be observed in the rapidly solidified metallic mold cast specimens. This structure is supposed to be formed from the thermal distribution of strip and the rolling force. Comparing with the structures of each strips after heat treatment, increasing Si content makes smaller spheroidal graphite and more compact in the matrix, furthermore the less of Mn content makes the ferrite matrix be obtained clearer and easier. As a result of the tensile test of graphitization heat-treated strips, the yield strengths are about 250 MPa, the tensile strengths are about $430{\sim}500$ MPa, and the elongations are about $10{\sim}13%$. In the case of the strip which has the smaller and more compact spheroidal graphite in the ferrite matrix, the higher tensile strength and better drawability could be obtained.
The characterestics of high Si-high Mo ductile cast iron, high Si-high Mo C.V. cast iron and Ni-resist cast iron were compared and evaluated. The nodule count of the last one was lower and the nodularity was higher than those for the first one, respectively. The first two had ferritic matrices with small amounts of molybdenum carbides. The first one had the highest tensile strength and the last one the lowest elongation. This had the highest high temperature strength and that of the second one was greatly increased from the room temperature strength. The volumes of the first two were decreased during cooling and that of the last one changed little. The thermal expansion coefficient of the last one was the highest and the first one the lowest. During high temperature oxidation, even though the volume of the first one was increased, the weight was decreased and the volume and weight of the second one were increased. The change of the increased weight of the last one was more than that of thickness.
The effects of alloying elements on the mechanical properties of 3.6wt%C-2.6wt%C ductile cast iron poured into shell stack molds were investigated. The strength and hardness of the specimens obtained from the center layer in the 5-story stack mold were the lowest and those for other specimens were increased with increased distance from the center. The strength and hardness of the specimens obtained from the center layer were decreased with increased number of layers of the shell stack mold. The strength and hardness of the smaller specimens with the diameter of 9.5 mm were higher than those of 17.5 mm. On the other hand, the elongation of the former was lower than that of the latter. The strength and hardness were increased and the elongation was decreased roughly with the increased amounts of manganese and copper added, respectively. The strength and hardness were increased with the incrcased amount of molybdenum added to 0.40wt% and rather decreased with that to 0.80wt%. Those were greatly increased with the increased amount of tin added and the elongation was roughly decreased with it.
본 연구에서는 보다 자유로운 형상의 슬리브를 만들 수 있는 구상흑연 주철을 이용하여 보다 효과적으로 구조성능을 발휘하면서 SD500 고강도 철근에 적합하게 개발된 모르타르 충전식 슬리브 철근이음을 대상으로 실물크기의 19개 실험체를 제작하여 반복가력실험을 실시하였다. 그리고 강도, 강성, 슬립을 중심으로 한 구조성능에 대하여 본 실험의 주요한 변수에 따르는 영향을 분석하고, 국내기준을 비롯한 주요기준의 요구 성능과 비교하였다. 본 연구결과에서는 SD500 고강도 철근용으로 개발한 모르타르 충전식 슬리브 철근이음은 반복하중이 작용하는 경우에 대하여 국내기준을 비롯한 주요기준에서 요구하는 구조성능을 보유하고 있는 것이 확인되었고, SD500 고강도 철근용 모르타르 충전식 슬리브 철근이음에 대한 구조설계 기준 정립에 필요한 정량적인 기술 데이터를 제시하였다.
Si 기판 표면상태 변화와 관련된 핵생성 자유에너지 증가에 따른 다이아몬드 박막성장 거동을 관찰하였다. 표면 염마조건 변화에 따른 3가지 기판(A-Si, B-Si, C-Si)위에 동일한 성장조건으로 다이아몬드를 성장하였으며, 이때 형상인자와 관련된 자유에너지 관계는 ${\Delta}G_{A-Si}<{\Delta}G_{B-Si}<{\Delta}G_{C-Si}$이다. AES, SEM, XRD, RHEED에 의해 각각의 박막 A, B, C를 조사한 결과, 핵생성 자유에너지가 가장 적은 A 박막은 (100) (110) 면이 지배적인 고품위 다이아몬드 박막이다. 자유에너지가 A에 비해 다소 적은 B 박막은 (111) 면이 지배적인 8면체 다이아몬드 박막이고, 자유에너지가 자장 적은 C 박막은 흑연이 많이 함유된 구상의 다이아몬드이다.
교육용으로 사용되는 피삭재(소재)는 SM20C, Al6061, 아크릴 등의 소재를 사용한다. SM20C 소재는 탄소강으로서 자격증 시험 및 기능경기대회에서 많이 사용되지만 산업현장에서도 많이 사용된다. Al6061 소재는 탄소강에 비하여 경도가 낮아지고 전성(연성)이 강한 소재이기에 공구의 구성인선이 많이 발생하는 소재 라고 한다. 아크릴 소재를 이용하여 학생들에게 실습지도 하면 어느 부분에서 과다 절삭으로 인하여 진동이 발생하고 공구의 파손이 발생하는 소재이다. 이러한 과정에서 5축장비인 2NC헤드에게 가해지는 충격이 정밀도 제어에는 어느정도 영향을 줄 수 있는지 알아본다. 5축장비의 가장 취약한 부분은 AC축을 제어하는 헤드가 가장 약한 부분이라 할 수 있다. 이 부분의 정밀도 및 누적 공차가 발생할 경우 모든 제품의 정밀도가 떨어지는 현상이 발생한다. 따라서 2NC헤드의 핵심적인 부분, 스핀들 하우징은 Al7075 T6(미국 알코아사) 소재를 사용하고 전체 바디는 FCD450 (구상흑연주철) 사용하여 진행하였다. 이 두가지 소재에서 작용되는 진동 및 절삭 과정에서 힘을 극한조건에서 유한요소 해석으로 적용되는 값을 밝혀 내고자 해석을 진행하였다. 이러한 해석 데이터를 활용하여 학생들이 5축절삭 보다 5축 가공기의 구조를 보고 이해하는데 도움이 되기를 기대한다.
세계 주조산업의 현황 분석을 바탕으로 최근 20년간의 한국 주조산업의 국제경쟁력을 살펴보았다. 한국 주물 총 생산량은 252만톤, 1업체당 생산량인 주물 생산성은 2,831톤으로 모두 세계 8위이고, 3년 전에 비해 총 생산량은 한 순위 내려간 상황이고, 주물생산성은 순위를 유지하고 있다. 한국은 10대 주물강국 중 유일하게 생산량이 감소한 국가로 분석된다. 세계 상황과 비슷하게 한국의 주물제품은 회주철 38%, 구상흑연주철 31%, 알루미늄 15%, 주강 9%로 구성된다. 본 조사에서는 한국의 주조산업 통계를 얻기 위해 2020년 4월부터 약 9개월간의 용역사업을 실시하였다. 한국 표준 산업분류에 의해 각종 통계조사와 표본 심층조사를 통하여 국내 주조산업의 다양한 내용을 평가하였다. 각 기업체의 수와 지역별 분포, 종사자 수와 외국인 비율, 각 직능별 분포도 확인하였고, 기업 규모에 따른 R&D 투자현황도 살펴보았다. 그와 함께 주조산업의 버는 힘을 측정하기 위해 매출액, 수출액, 영업 및 순수익률 등을 분석하였다. 또한 각 기업에서 중점적으로 활용하는 공정에 따라 주조산업을 세분하여 분류하고, 각 공정별 매출, 수출, 수익률 현황도 파악하여, 활용 공정별 현황도 기초 조사하였다. 이러한 자료를 바탕으로 국내 주조산업이 지속성장하기 위한 다음과 같은 분야에 대해 다양한 제언을 제시하였다; 세계 순위, 한계 기업 구조조정, 국내 기술인력 양성, 기업규모별, 공정별 차별화된 지원정책.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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