Ni-Cr-Mo계 합금의 첨가 원소 변화가 미세구조와 물리적 성질에 미치는 영향

Abstract

본 연구에서는 Ni-Cr-Mo계 합금의 첨가원소 변화에 따fms 미세구조와 물리적 성질을 비교하기 위해 Ni 55.3 wt%, Cr 21.4 wt%, Mo 9.3 wt%, Ta 4.7 wt%, Nb 3.2 wt%, Fe 4.3 wt% 그리고 미량원소로 구성된 조성을 기본으로 한 범위 내에서 합금을 설계하였다. 이상과 같이 설계한 조성의 합금의 표면상 분석, 금속조직 관찰, 인장강도와 표면경도의 측정, 선열팽창계수와 금속-세라믹 결합강도와 절삭력을 측정하여 상호 비교 평가하였다. XRD를 이용한 표면상 분석에서는 Ta의 함량이 증가하면서 강도와 경도를 이끌어내는 석출상인 γ′상의 픽이 증가하였고, Nb 또한 Ta과 같이 Nb 함량이 증가함에 따라 γ′상의 픽이 증가하였다. 반면 철은 함량이 증가 할수록 강도를 이끌어내는 γ′상의 픽이 감소하였다. 금속 조직 사진에서도 합금 조성에 따라 차이는 있으나 시편 모두 표면 조직에서 γ상과 γ′상을 관찰할 수 있었다. XRD 분석에서와 같이 Ta과 Nb 함량이 증가하는 조성에서는 석출상인 γ′상의 결정립의 수가 증가하였고, 철의 함량은 증가 할수록 강도를 이끌어내는 γ′상의 결정립 수는 감소하였다. Ta의 함량을 2.7 wt% 까지 증가시켰을 때 인장강도 값이 증가하였고, 그 이상의 함량인 3.7 wt%, 4.7 wt% 조성에서는 감소하였다. 경도 값의 경우는 열처리 전후에 관계없이 Ta의 함량이 증가하면 표면 경도 값 또한 증가하였다. Nb의 경우에는 Nb 함량에 따라 인장강도가 증가하였고, 경도 값 또한 증가하였으나 열처리 전보다 열처리후의 경도 값이 Nb 함량이 증가됨에 따라 점차적으로 증가하였다. 반대로 Fe의 함량이 증가 할수록 인장강도는 감소하였고, 경도 값은 열처리 전에는 2.3 wt% 이상 일 때 감소하였고 열처리 후에는 2.3 wt% 이상 일 때 증가하는 반대되는 경향을 보였다. 본 시험에서 측정된 모든 조성의 선열팽창계수는 14.2∼14.9 × 10-6/℃의 범위였으며, Nb 함량이 증가 할수록 다른 조성원소에 비해 선열팽창계수가 점차적으로 감소하였다. 금속과 세라믹의 결합강도는 합금의 조성 모두 국제표준에 제시된 25 ㎫ 이상이었다. Nb 함량이 0.2 wt%에서 3.2 wt%로 증가 할수록 세라믹결합 강도는 증가하였고, Ta 함량이 0.7 wt%에서 4.7 wt%로 증가 할수록 세라믹결합 강도는 감소하였다. 경도가 높은 합금은 절삭가공이 어렵다는 선행논문을 참고하여 다른 조성에 비해 기계적 성질이 우수하고 경도 값이 낮은 합금 Ta0.7을 절삭력 시험 조성으로 선정하였다. Nb 함량이 감소할수록 경도 값이 낮아지는 시험의 결과를 인용하여 Ta0.7의 조성에서 Nb의 함량을 낮추어 Ta0.7보다 낮은 경도를 갖는 조성 Ta0.7-1을 설계하여 두 합금의 절삭력을 평가하였다. 상대적으로 경도가 높았던 Ta0.7이 더 좋은 절삭력을 나타내었다.키워드 : Ni-Cr-Mo계 합금, 인장강도, 미세경도, 절삭 이상의 결과로 Ni-Cr-Mo계 합금에 Ta, Nb, Fe의 첨가함량에 따라 변화하는 강도와 경도의 조절로 주조용뿐만 아니라 절삭용으로도 사용 가능한 합금을 개발할 수 있을 것으로 생각된다.