SKD11강의 내마모성 향상을 위한 용사코팅 및 금속붕화물 기반 범용성 평가 연구
- Alternative Title
- A study on the Evaluation of Universality of Thermal Spray Coating and Metal Boride-Based Treatments for Improving the Wear Resistance of SKD11 Tool Steel
- Abstract
- This study was conducted to increase wear resistance by forming a thermal spray coating layer on the surface of steel using high-hardness coating materials. After quenching the previously used SKD11 steel at 1,030°C and tempering it at 170°C, a high-hardness coating layer was formed on the surface of the SKD11 steel using HVOF spraying with WC-12Co powder, surface fusing treatment using a self-fluxing alloy powder of 60W-40Ni, and arc wire spraying with Fe-29%Cr wire. The surface hardness of the prepared specimens was measured five times using the Vickers hardness (HV) method. The HVOF-sprayed specimen showed an average hardness of HRC 70.6, the fused layer showed HRC 64.2, and the arc wire-sprayed layer showed HRC 62.9. The cross-sections of each thermal spray coating layer were analyzed using SEM-EDX (Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive X-ray Analysis). In addition, a study was conducted to manufacture steel materials with high hardness and high abrasion resistance by utilizing the precipitation of metal borides, which exhibit significantly higher hardness than conventional carbides. Phase analysis and microstructure of borides precipitated by the addition of B (boron) in Fe-Cr-Mo-C-based steel were analyzed using XRD and SEM-EDX. The hardness characteristics of each phase were measured using nano-indentation. The precipitated borides showed higher hardness than the surrounding matrix, and the type, size, and distribution of the borides affected the hardness and wear resistance of the steel. Based on these results, a steel material was designed with optimized boride precipitation behavior to achieve both high hardness and wear resistance. This newly developed steel material is expected to be applied as a mold steel for high-wear environments.
- Issued Date
- 2025
- Awarded Date
- 2025-08
- Type
- Dissertation
- Keyword
- SKD11, 용사코팅, 금속붕화물
- Publisher
- 국립부경대학교 대학원
- Alternative Author(s)
- YoungSuk Park
- Affiliation
- 국립부경대학교 대학원
- Department
- 대학원 금속공학과
- Advisor
- 왕제필
- Table Of Contents
- [Part 1] SKD11강의 기계적 물성에 미치는 표면용사 코팅의 효과 1
1. 서론 2
1.1. 연구 배경 2
1.2. 연구 필요성 7
1.3. 국내·외 연구 동향 11
2. 이론적 배경 13
2.1. SKD11의 정의 13
2.1.1 기계적 물성치 18
2.1.2 물리적 특성 20
2.1.3 열처리 및 가공 특성 23
2.2. SKD11의 제조 26
2.2.1 재래식 용강법 26
2.2.2 분말 야금법 26
2.2.3 제조 후 열처리 및 후가공 27
2.3. 용사 코팅 31
2.3.1 용사 코팅의 정의 31
2.3.2 용사법의 종류 33
2.3.3 용융 입자와 모재 간 상호 반응 56
3. 실험 재료 및 방법 60
3.1. 용사 코팅 실험 재료 60
3.1.1. WC-12Co 분말의 HVOF 용사 60
3.1.1.1. 1㎜ 용사층의 제작 60
3.1.1.2. 300㎛ 용사층의 제작 62
3.1.2. 시편 절단 및 시험편 제작 방법 66
3.2 용사 코팅 실험 방법 67
3.2.1. 60W-40Ni 분말의 퓨징(Fusing) 용사 67
3.2.2. Fe-29Cr의 전기 아크(Arc) 와이어 용사 68
4. 연구 결과 및 고찰 69
4.1 WC-12Co 분말의 HVOF 용사 69
4.1.1. 비커스 경도(HV) 측정 및 코팅층 단면 관찰 69
4.2 60W-40Ni 분말의 퓨징(Fusing) 용사 71
4.2.1. 경도 측정 71
4.2.2. 단면 조직 72
4.3 Fe-29Cr의 전기 아크(Arc) 와이어 용사 74
4.3.1. 경도 측정 74
4.3.2. 단면 조직 74
5. 결론 76
[Part 2] SKD11강재의 경도와 마모에 미치는 금속붕화물의 영향 79
1. 서론 80
1.1. 연구 배경 및 필요성 80
1.2. 국내·외 연구 동향 88
1.2.1. 저온·고속 합성 기술의 부상 88
1.2.2. 전기화학 촉매로서의 응용 확대 89
1.2.3. 2차원 금속붕화물(MBenes)의 가능성 90
1.2.4. 기타 국내 연구 동향 90
2. 이론적 배경 91
2.1. 금속붕화물의 정의 91
2.2. 금속붕화물의 제조 93
3. 실험 재료 및 방법 101
3.1. 금형의 설계 101
3.2. 주형 재질 및 주조 공정 103
4. 연구 결과 및 고찰 105
4.1. 화학 조성 분석 및 미세 조직 105
4.2. 열처리 및 경도 측정 108
5. 결론 113
6. 참고 문헌 115
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