KR920007939B1 - Fe-Mn계 진동감쇠 합금강과 그 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

Fe-Mn계 진동감쇠 합금강과 그 제조방법

제1도는 Fe-Mn 합금의 2원계 상태도.

제2도는 Fe-Mn 합금의 변태량.

제3도는 Fe-Mn 합금의 진동감쇠 곡선도로서

3a도는 Fe-4%Mn 합금의 상태도.

3b도는 Fe-17%Mn 합금의 상태도.

본 발명은 진동 감쇠능을 갖는 방진합금에 관한 것으로 보다 상세하게는 고강도를 유지하면서 우수한 감쇠능을 갖는 철계(Fe-Mn)진동감쇠 합금과 그 제조방법에 관한 것이다.

근래 항공기, 선박, 차량, 기계류 또는 정밀계기 등과 같은 각종 산업의 기계 및 기기에서 발생되는 진동과 굉음을 방지하기 위하여 우수한 감쇠능을 갖는 방진합금 소재의 사용이 널리 확대되고 있다. 종래의 방진합금으로서는 쌍정변태를 이용한 Cu-Mn합금, Ni-Ti합금과 스테인레스 합금강이 알려져 있다. 이와 같은 합금들은 상온부근에서 감쇠능은 우수하나 고가의 금속을 사용하므로서 제품 단가의 상승요인이 되고 있으며, 냉간가공성의 열화와 각 원소에 따른 제조공정상 정밀성과 복잡성이 요구된다. 또한 Al-Zn합금과 주철계 합금은 인장강도 내지는 경도치를 충족시키지 못하고 있다. 한편, 고(高) Mn강인 오스테나이트(Austenite)계의 저온용 방진합금이 일본국 공개특허공보 56-258호에 알려져 있다.

이 합금에서는 크롬(Cr)과 알루미늄(Al) 또는 Mo, V, Nb, Ti 등의 원소를 첨가하므로서 제품 단가의 상승요인이 되고 있으며, 안정한 오스테나이트 조직을 얻기 위하여 함유성분 중 특히 탄소(C)와 Cr함유량을 엄밀히 조정할 필요가 있는 등 오스테나이트에 적정한 물리적 특성을 요구하고 있다.

진동감쇠를 일으키는 주요한 형태로는 완화형, 공명형, 이력형의 세가지로 대별된다.

완화형에 의한 감쇠는 진동의 진폭에 의존하는 것이 아니라, 진동수에 의존하는 것으로 방진의 측면에서는 크게 고려되지 않는다.

공명형은 완화형과 마찬가지로 감쇠능이 진동의 진폭에 의존하는 것이 아니라 진동수에 의존하는 것으로, 이 경우 최대 감쇠능은 공명진동수일 때 나타나게 된다. 그러나 이러한 형태의 감쇠능도 방진합금의 측면에서는 그 역할이 크게 중요하지는 않다.

이력형은 외부에서 응력을 가할 때와 응력을 제거할 때의 응력-변형을 경로가 서로 다름으로 인해 생기는 감쇠형태로서, 이 때 이력손실에 해당하는 만큼의 에너지가 감쇠의 원인이 된다. 따라서, 이 형태의 감쇠능은 진동수와는 무관하며 변형진폭에 크게 의존하는 특징이 있다. 이러한 이력형은 진동수와 관계없이 큰 감쇠능을 나타내는 경우가 있으므로 공업적으로 방진효과를 가질 수 있다.

따라서 본 발명의 합금은 이력형 방진합금을 개발한 것이고, 철(Fe)을 기본으로 하여 여기에 망간(Mn)을 첨가하므로서 종래와 같은 고가의 원소를 사용하지 않으면서도 고강도를 유지하면서 우수한 감쇠능 합금을 얻을 수 있는 동시에, 상온에서 이용될 수 있는 저렴한 단가의 진동감쇠능 합금을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 Fe를 기본으로 하여 여기에 중량%로서 Mn을 10-22% 첨가한 마르텐사이트(Martensite)조직인 Fe-Mn계 진동감쇠능 합금으로 되어 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 합금강을 제조함에 있어서는, 먼저 전해철과 전행망간을 상기와 같은 조성비율로 준비하여 유도로 또는 전기로에서 로의 온도를 1500℃이상으로 하여 전해철을 먼저 녹인 다음, 전해철이 녹은 후 여기에 전해망간을 넣어 녹인다. 그후 몰드(mold)에 주조해서 잉곳트(Ingot)를 만든다. 이것을 1000-1300℃ 온도에서 20-40시간 동안 균질화 처리한 후 열간압연하여 소정형상의 치수로 제조한다. 그리고 900-1100℃ 온도에서 30분-1시간 정도 가열한 후 공냉 또는 수냉하면 마르텐사이트 조직인 본 발명의 합금강이 얻어진다.

본 발명에서 Mn량을 10-22중량% 조성시킨 것은 10%Mn까지는 α′-마르텐사이트가 생성되며, 10% 이상에서는 ε-마르텐사이트가 형성되기 시작하며 20%Mn이상에서는 오스테나이트 조직으로 되는데, α′-마르텐사이트 조직은 진동감쇠능이 작으며 ε-마르텐사이트 조직은 진동감쇠능이 매우 크므로, 진동감쇠능이 우수한 범위인 10-22%로 하였다.

본 발명에서 C, Si, P, S원소에 대하여는 특별히 한정하고 있지는 않으나, 본 발명은 고(高)Mn강으로서 마르텐사이트조직을 얻기 위한 것임으로 C와 Si등에 대한 영향을 크게 작용하지 않는다고 본다.

따라서 C, Si, P, S는 불가피한 불순물로서 강에 영향을 미치는 범위 이상이 아니면 별문제가 없으므로 별도로 한정하지 않는다. 또한 균질화 처리조건(온도, 시간)은 Mn 및 기타 불순물원소를 오스테나이트 중에 완전히 고용시키기 위한 것이다.

다음은 본 발명의 작용효과를 표 1-표 3과 제1-3도의 실시예에 따라 설명키로 한다.

제1, 2도는 본 발명의 기본이 되는 Fe-Mn의 2원계 상태도의 Fe측 부분을 나타낸 것으로서, 본 상태도의 변태점은 3℃/min의 냉각속도로 냉각 후 열팽창시험, 자기적 분석, X선회절 시험 및 광학 현미경 시험등을 행하여 결정한 것이다.

제1도에서 10%Mn까지는 α′-마르텐사이트가 생성되고 10-15%Mn에서는 α′+ε의 혼합 마르텐사이트가 생성되며, 15-28%에서는 ε마르텐사이트가 생성된다.

제2도는 각 Mn합금을 1000℃에서 가열하여 상온에 공냉한 다음 X선 회절분석법으로 각 상의 체적분율을 조사한 것이다.

제1도 및 제2도와 같은 조사결과 표 1과 같이 α′-마르텐사이트를 나타내는 합금은 진동감쇠능이 매우 작으며, ε마르텐사이트 조직을 나타내는 합금은 진동감쇠능이 매우 크며 인장강도도 우수함을 알 수 있었다.

[표 1]

마르텐사이트 조직에 따른 진동감쇠능 비교

ε-마르텐사이트가 α′-마르텐사이트보다 진동감쇠능이 큰 이유는 α′-마르텐사이트의 하부조직은 전위(dislocation)로 되어 있어, 전위의 진동에 의한 진동에너지를 흡수하는데 대해, ε+γ이 혼합조직에서는 앞으로 언급한 바와 같이 재료가 진동응력을 받으며 ε/γ의 계면이 이동하여 이때 진동에너지를 흡수하기 때문에 높은 진동감쇠능을 나타낸다고 판단되었다.

[표 2]

Mn조성비에 따른 진동감쇠능 비교

상기표 2와 같이 본 발명에 따른 합금강은 비교강에 비하여 공냉 또는 수냉에 큰 차이 없이 감쇠능이 우수하였다.

[표 3]

Mn조성비에 따른 수냉후의 경도 비교

상기 표 3에서와 같이 본 발명의 경우 경도치(HRB)는 88-90범위인데 반해 비교강은 85이하이고, 특히 Fe-28%Mn의 경우는 오스테나이트 조직이므로 60까지 저하된 것으로 나타났다.

한편, 본 합금을 1000-1300℃에서 20-40시간 균질화 처리하여 열간압연 후, 상온에서 마르텐사이트 조직을 만들기 위하여 900-1100℃ 30분-1시간 정도 가열하는 이유는 다음 표 4에서 설명한다. 1000℃이상으로 가열하면 결정립이 조대화되어서 인장강도가 낮아지고, 900℃이하로 가열하면 온도가 너무 낮아 결정립이 미세화되어 이장강도는 상승하나, Ms가 낮아져 ε마르텐사이트가 적게 생성됨으로 감쇠능이 떨어진다. 따라서 감쇠능과 인장강도를 겸비한 가장 적절한 열처리 온도는 900-1100℃가 된다.

[표 4]

열처리 온도에 따른 감쇠능과 기계적 성질(수냉)

또한, 제3도는 봉상의 시편을 가지고 최대 표면변형을 γ=2×10^-4에서 진동시켰을 때의 진폭감쇠곡선을 나타낸 것이다.

제3a도에서 α′마르텐사이트 조직인 Fe-4%Mn강으로서 시간의 경과에 따라 진폭이 거의 변화하지 않지만, 제3b도는 ε마르텐사이트 조직인 Fe-17%Mn강으로서 시간의 경과에 따라 진폭이 급속히 감쇠하여 사라지고 있다. 따라서 본 발명에 따른 Mn%범위내의 합금강은 비교강에 비하여 진동감쇠능이 우수함을 알 수 있다.

Claims (2)

1. 철(Fe)을 기본으로 하여 중량%로서 망간(Mn)을 10-22% 조성시킴을 특징으로 하는 마르텐사이트 조직인 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강.
2. 전해철과 전해망간을 혼합용해하여 중량%로서 Mn이 10-22%이고 나머지가 Fe로서 용탕을 주조하여 잉곳트를 만들고, 이를 1000-1300℃ 온도에서 20-40시간 균질화 처리한 후 열간압연하여, 900-1100℃ 온도에서 30분-1시간 가열한 후 공냉 또는 수냉함을 특징으로 하는 마르텐사이트 조직인 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강의 제조방법.

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