KR20220043598A - 망간계 합금분말 및 이를 포함하는 분말야금용 철계 혼합분말과 소결체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고강도를 갖는 철-망간계 소결체를 제조하기 위한 망간계 합금분말 및 이를 포함하는 분말야금용 철계 혼합분말과 소결체에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 망간계 합금분말은 분말야금용 철계 혼합분말에 혼합되는 망간계 합금분말로서, Mo: 10.0 ~ 70.0wt%, Ni: 5.0 ~ 25.0wt%, C: 0.5 ~ 8.0wt%, 나머지 Mn 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 망간계 합금분말은 분말야금용 철계 혼합분말에 혼합되는 망간계 합금분말로서, Mo: 10.0 ~ 70.0wt%, Ni: 5.0 ~ 25.0wt%, C: 0.5 ~ 8.0wt%, 나머지 Mn 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 망간계 합금분말 및 이를 포함하는 분말야금용 철계분말과 소결체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고강도를 갖는 철-망간계 소결체를 제조하기 위한 망간계 합금분말 및 이를 포함하는 분말야금용 철계 혼합분말과 소결체에 관한 것이다.
분말야금은 금속분말을 가압 성형하고 소결함으로써 목적으로 하는 형태의 금속 제품을 얻는 방법으로서, 다양하고 복잡한 형상의 성형품을 제조할 수 있기 때문에 자동차 부품을 제조하는데 많이 사용되고 있다.
최근에는 분말야금이 자동차의 구동 및 샤시 부품에 적용될 뿐만 아니라 소결 시 금속 특유의 광택 및 재질 특성이 발현되는 특성을 이용하여 자동차의 내장재에도 적용시키는 시도가 활발히 진행되고 있다.
분말야금 기술은 제조비용을 크게 절감할 수 있는 장점으로 인해 다양한 기계부품, 특히 엔진, 변속기 등 각종 자동차 부품의 제조에 널리 적용되고 있다.
최근 들어 자동차 제조분야에서는 엔진이 소형화, 고성능화 됨에 따라 그에 적합한 고강도 부품에 대한 요구 또한 증가하고 있는 추세이다. 또한 자동차의 전동화가 가속화됨에 따라 내연기관 자동차용 부품의 수요는 줄어들고 감속기의 기어와 같이 더 높은 강도를 필요로 하는 전기차용 부품들에 대한 수요가 증가하고 있는 추세이다. 따라서 소결 부품의 경쟁력을 유지하기 위해서는 저렴한 제조원가를 유지하면서도 소결 부품의 강도가 증가될 필요가 있다.
소결 부품의 강도는 일반적으로 여러 종류의 합금성분을 첨가하는 것에 의해서 효과적으로 향상시킬 수 있다. 이외에도 밀도를 증가시키거나 소결 후에 침탄, 소결 경화 등과 같은 추가적인 열처리를 통해서도 강도를 증가시킬 수는 있으나 이 방법으로 도달할 수 있는 최대 강도는 해당 부품의 재질 즉 성분계에 의해 한정된다. 따라서 소결 부품의 강도는 주로 첨가되는 합금성분에 의해서 결정된다고 볼 수 있다.
현재 주로 사용되는 합금 원소들로는 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 카본(C) 등이다. 이 원소들 중에서도 고강도 소결체 제조를 위해 가장 많이 사용되는 합금성분은 니켈이며 최대 8wt% 까지 첨가된다.
이는 니켈이 소결체의 인장강도 증가에 가장 효과적이기 때문이며 철-니켈계 소결체의 인장강도는 니켈의 첨가량에 비례하여 증가한다. 하지만 철-니켈계 소결체들의 인장강도는 850 MPa 이하로 제한되며 최근의 증가하는 고강도 부품에 대한 수요를 충족시키기에는 한계가 있다. 또한 해당 원료분말들은 고가의 원소들 특히 니켈을 다량으로 함유하고 있어 원료분말의 가격이 매우 비싼 단점이 있다.
이러한 관점에서 저렴하면서도 경화능이 우수한 합금원소들인 크롬(Cr), 망간(Mn), 실리콘(Si)과 같은 합금원소들이 오래 전부터 각광받아왔다. 하지만, 이러한 합금원소들은 높은 산소친화도를 갖고 있어 소결 분위기의 엄격한 제어가 필요한 단점이 있다. 이 때문에 현재 산업적으로 적용되고 있는 것은 철-크롬계 용융합금분말 (pre-alloyed powder)이 유일하다. 이 분말은 크롬을 철과 함께 용해시킨 후 수분사 (water atomization)를 통해 제조한 분말로서 크롬의 산소친화도를 완화한 것이다. 하지만 이 합금분말은 산소의 친화도는 완화한 대신에 크롬의 고용경화 (solution-hardening) 효과 때문에 압축성이 낮아 고밀도의 구현이 어려운 단점이 있다.
한편 망간은 크롬보다도 높은 산소친화도와 경화능 때문에 철-망간계 용융합금분말 형태로 사용하는 것의 장점이 없다. 즉, 철-망간계 용융합금분말을 적용할 경우 분말의 용해, 수분사, 환원열처리 등 분말의 제조단계에서 부터 어려움이 발생하지만 가장 큰 문제점은 높은 경화능으로 인한 고밀도로의 성형이 불가능하다는 것이다.
이에, 철계분말을 이용하여 소결체를 성형함에 있어서, 소결체의 인장강도를 향상시키기 위하여 저렴하면서도 경화능이 우수한 합금원소를 첨가하면서도 합금원소의 첨가에 따른 문제점을 해결하고자 하는 연구가 계속되고 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 고강도를 갖는 철-망간계 소결체를 제조하기 위한 망간계 합금분말 및 이를 포함하는 분말야금용 철계 혼합분말과 소결체를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 망간계 합금분말은 분말야금용 철계 혼합분말에 혼합되는 망간계 합금분말로서, Mo: 10.0 ~ 70.0wt%, Ni: 5.0 ~ 25.0wt%, C: 0.5 ~ 8.0wt%, 나머지 Mn 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 망간계 합금분말은 Mn: 20.0 ~ 85.0wt%를 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 망간계 합금분말은 Mn: 25.0 ~ 75.0wt%, Mo: 10.0 ~ 50.0wt%, Ni: 5.0 ~ 20.0wt%, C: 3.0 ~ 7.0wt%를 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 망간계 합금분말의 입자크기는 45㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 망간계 합금분말의 입자크기는 20 ~ 45㎛인 것을 특징으로 한다.
상기 망간계 합금분말은 융점이 1000℃ 이하인 금속 원소를 0.5wt% 미만으로 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 망간계 합금분말은 불순물을 2.0wt% 이하로 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 불순물은 Si, Cr, Cu, Al, O, P 및 S 중 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 불순물은 Si: 0.20wt% 이하, Cr: 0.50wt% 이하, Cu: 0.30wt% 이하, Al: 0.10wt% 이하, O: 1.0wt% 이하, P: 0.05wt% 이하, S: 0.05wt% 이하 및 기타 불순물: 0.5wt% 이하인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명이 일 실시형태에 따른 분말야금용 철계 혼합분말은 Mn: 20.0 ~ 85.0wt%, Mo: 10.0 ~ 70.0wt%, Ni: 5.0 ~ 25.0wt%, C: 0.5 ~ 8.0wt% 및 불순물: 2.0wt%(0wt% 제외)를 함유하는 망간계 합금분말과; 순철 분말과; Cu계 분말이 혼합된 것을 특징으로 한다.
상기 철계 혼합분말은 Mn: 0.5 ~ 3.0wt%, Mo: 0.3 ~ 2.0wt%, Ni: 0.3 ~ 2.5wt%, Cu: 0.2 ~ 1.0wt%, C: 0.2 ~ 0.8wt% 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
상기 철계 혼합분말은 Mn: 0.7 ~ 2.5wt%, Mo: 0.5 ~ 1.5wt%, Ni: 0.5 ~ 2.0wt%, Cu: 0.3 ~ 0.7wt%, C: 0.2 ~ 0.7wt%를 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 철계 혼합분말은 불순물을 1.0wt% 이하로 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 불순물은 Si, Cr, Al, O, P, S 및 N 중 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 불순물은 Si: 0.25wt% 이하, Cr: 0.25wt% 이하, Al: 0.20wt% 이하, O: 0.10wt% 이하, P: 0.05wt% 이하, S: 0.05wt% 이하, N: 0.03wt% 이하 및 기타 불순물: 0.3wt% 이하인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 소결체는 Mn: 20.0 ~ 85.0wt%, Mo: 10.0 ~ 70.0wt%, Ni: 5.0 ~ 25.0wt%, C: 0.5 ~ 8.0wt% 및 불순물: 2.0wt%(0wt% 제외)를 함유하는 망간계 합금분말과; 순철 분말과; Cu계 분말이 혼합된 분말야금용 철계 혼합분말로 성형되어 소결되는 것을 특징으로 한다.
상기 소결체는 인장강도가 1000MPa 이상, 바람직하게는 1200MPa 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 소결체는 20 ~ 95%의 마르텐사이트 상과 5 ~ 80%의 베이나이트 상이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 소결체는 Mn: 0.5 ~ 3.0wt%, Mo: 0.3 ~ 2.0wt%, Ni: 0.3 ~ 2.5wt%, Cu: 0.2 ~ 1.0wt%, C: 0.15 ~ 0.85wt% 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 소결 중에 성형체의 치밀화를 촉진시킴으로써 망간의 산화를 억제하는 새로운 조성의 망간 모합금을 제안함과 동시에 새로운 철-망간계 합금조성을 설계함으로써 대량생산이 가능한 산업용 고온 소결로를 사용하여 완화된 소결분위기에서도 1200 MPa 이상의 인장강도를 갖는 고강도 철계 소결체의 제조가 가능하다.
그리고, 전기차용 감속기 기어 등 고강도 부품에 적용 가능한 철계 소결체를 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 기술을 확보하였다.
도 1은 철계 혼합분말의 종류를 변경한 비교예 및 실시예에 따른 시편의 압축성 평가 결과이고,
도 2는 철계 혼합분말의 종류를 변경한 비교예 및 실시예에 따른 시편의 인장강도 평가 결과이며,
도 3은 망간계 합금분말의 종류를 변경한 비교예 및 실시예에 따른 시편의 소결밀도 및 인장강도 평가 결과이고,
도 4는 망간계 합금분말의 입자 크기를 변경한 비교예 및 실시예에 따른 시편의 소결밀도 및 인장강도 평가 결과이며,
도 5는 Mn의 함량을 변경한 비교예 및 실시예에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도 평가 결과이고,
도 6은 마르텐사이트 상의 비율에 따른 소결체의 인장강도 및 경도 평가 결과이며,
도 7은 Mo의 함량을 변경한 비교예 및 실시예에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도 평가 결과이고,
도 8은 Ni의 함량을 변경한 비교예 및 실시예에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도 평가 결과이며,
도 9는 Cu의 함량을 변경한 비교예 및 실시예에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도 평가 결과이고,
도 10은 Cu의 함량을 변경한 비교예 및 실시예에 따른 소결체의 미세조직 관찰 결과이며,
도 11은 C의 함량을 변경한 비교예 및 실시예에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도 평가 결과이다.
도 2는 철계 혼합분말의 종류를 변경한 비교예 및 실시예에 따른 시편의 인장강도 평가 결과이며,
도 3은 망간계 합금분말의 종류를 변경한 비교예 및 실시예에 따른 시편의 소결밀도 및 인장강도 평가 결과이고,
도 4는 망간계 합금분말의 입자 크기를 변경한 비교예 및 실시예에 따른 시편의 소결밀도 및 인장강도 평가 결과이며,
도 5는 Mn의 함량을 변경한 비교예 및 실시예에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도 평가 결과이고,
도 6은 마르텐사이트 상의 비율에 따른 소결체의 인장강도 및 경도 평가 결과이며,
도 7은 Mo의 함량을 변경한 비교예 및 실시예에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도 평가 결과이고,
도 8은 Ni의 함량을 변경한 비교예 및 실시예에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도 평가 결과이며,
도 9는 Cu의 함량을 변경한 비교예 및 실시예에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도 평가 결과이고,
도 10은 Cu의 함량을 변경한 비교예 및 실시예에 따른 소결체의 미세조직 관찰 결과이며,
도 11은 C의 함량을 변경한 비교예 및 실시예에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도 평가 결과이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 망간계 합금분말은 분말야금에 사용되는 철계 혼합분말에 혼합되어 철계 혼합분말의 성형시 압축성은 저하시키지 않으면서도 성형체의 소결시 종래의 망간 모합금들에 비해 망간의 산화 방지 효과가 우수하며 소결체의 밀도와 강도를 향상시시키는 역할을 한다.
구체적으로 본 발명에 따른 망간계 합금분말은 Mo: 10.0 ~ 70.0wt%, Ni: 5.0 ~ 25.0wt%, C: 0.5 ~ 8.0wt%, 나머지 Mn 및 기타 불가피한 불순물을 함유한다. 이때 Mn은 20.0 ~ 85.0wt%를 함유하는 것이 바람직하다.
이때 망간계 합금분말의 입자크기는 45㎛ 이하인 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는 망간계 합금분말을 구성하는 합금원소의 함량이 Mn: 25.0 ~ 75.0wt%, Mo: 10.0 ~ 50.0wt%, Ni: 5.0 ~ 20.0wt%, C: 3.0 ~ 7.0wt%인 것이 바람직하고, 망간계 합금분말의 입자크기는 20 ~ 45㎛인 것이 바람직하다.
그리고, 망간계 합금분말은 융점이 1000℃ 이하인 금속 원소를 0.5wt% 미만으로 함유하는 것이 바람직하다.
그래서, 망간계 합금분말에 혼합되는 불순물의 함량을 2.0wt% 이하로 제한한다.
구체적으로는 불순물로 함유되는 원소는 Si, Cr, Cu, Al, O, P 및 S 중 1종 또는 2종 이상일 수 있고, 이때 Si: 0.20wt% 이하, Cr: 0.50wt% 이하, Cu: 0.30wt% 이하, Al: 0.10wt% 이하, O: 1.0wt% 이하, P: 0.05wt% 이하, S: 0.05wt% 이하 및 기타 불순물: 0.5wt% 이하로 각 원소의 함량을 제한하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 철계 혼합분말은 순철 분말에 상기 망간계 합금분말과 Cu계 분말을 혼합하여 이루어진다.
그래서, 철계 혼합분말을 각 합금원소의 함량은 Mn: 0.5 ~ 3.0wt%, Mo: 0.3 ~ 2.0wt%, Ni: 0.3 ~ 2.5wt%, Cu: 0.2 ~ 1.0wt%, C: 0.2 ~ 0.8wt% 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성으로 이루어진다.
더욱 바람직하게는 철계 혼합분말에 포함된 각 원소의 함량은 Mn: 0.7 ~ 2.5wt%, Mo: 0.5 ~ 1.5wt%, Ni: 0.5 ~ 2.0wt%, Cu: 0.3 ~ 0.7wt%, C: 0.2 ~ 0.7wt%인 것이 바람직하다.
그리고, 철계 혼합분말에 함유되는 불순물의 함량을 1.0wt% 이하로 제한한다.
구체적으로는 불순물로 함유되는 원소는 Si, Cr, Al, O, P, S 및 N 중 1종 또는 2종 이상일 수 있고, 이때 Si: 0.25wt% 이하, Cr: 0.25wt% 이하, Al: 0.20wt% 이하, O: 0.10wt% 이하, P: 0.05wt% 이하, S: 0.05wt% 이하, N: 0.03wt% 이하 및 기타 불순물: 0.3wt% 이하로 각 원소의 함량을 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 망간계 합금분말 및 철계 혼합분말의 성분 및 그 조성범위를 한정하는 이유는 아래와 같다.
망간(Mn)은 망간계 합금분말에 20.0 ~ 85.0wt% 함유되고, 철계 혼합분말에 0.5 ~ 3.0wt% 함유되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 망간계 합금분말에 25.0 ~ 75.0wt% 함유되고, 철계 혼합분말에 0.7 ~ 2.5wt% 함유되는 것이 바람직하다.
망간(Mn)은 망간계 합금분말을 형성하는 기지 원소로서, 저렴하면서도 경화능이 우수한 합금원소이다. 다만, 산소친화도가 높기 때문에 소결 중 산화 및 유실되는 것을 방지하기 위하여 철계 혼합분말에 단독 원소로 혼합되지 않고 Mo-Ni-Mn-C계 합금과 같은 합금분말의 형태로 혼합된다.
한편, 소결시 망간에 의한 경화효과를 확보하기 위해서는 망간이 철계 혼합분말에 0.5wt%이상 첨가되어야 하고, 철계 혼합분말에 3.0wt%를 초과하여 첨가될 경우에는 소결체에 형성되는 마르텐사이트 상의 비율이 너무 높아 오히려 인장강도가 저하된다.
본 발명에서는 소결체에 마르텐사이트 상과 베이나이트 상이 형성되는데, 이때 마르텐사이트 상의 비율을 20 ~ 95%로 제한한다.
몰리브덴(Mo)은 망간계 합금분말에서 10.0 ~ 70.0wt% 함유되고, 철계 혼합분말에 0.3 ~ 2.0wt% 함유되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 망간계 합금분말에서 10.0 ~ 50.0wt% 함유되고, 철계 혼합분말에 0.5 ~ 1.5wt% 함유되는 것이 바람직하다.
망간계 합금분말에 함유되는 몰리브덴(Mo)은 소결 중에 철입자 내부로 빠르게 확산되면서 철-망간계 혼합분말 성형체의 치밀화를 촉진시킨다. 이때 망간(Mn)의 확산도 동시에 촉진되고, 이는 망간(Mn)의 산화를 방지하여 소결체의 강도를 향상시킨다.
망간계 합금분말 내에 첨가되는 몰리브덴(Mo)의 함량이 증가할수록 소결체의 인장강도와 소결밀도는 증가하며 그 함량이 10wt% 이상일 때부터 뚜렷한 효과를 나타낸다. 또한 몰리브덴(Mo)의 함량이 너무 많아지면 소결체를 지나치게 경화시켜 오히려 인장강도를 감소시키는 경향이 있다. 따라서 망간계 합금분말에 함유되는 몰리브덴(Mo)의 함량은 철계 혼합분말의 망간(Mn) 함량을 고려하여 첨가량이 2.0wt%를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 이 때문에 망간계 합금분말의 몰리브덴(Mo) 함량이 70wt%를 넘을 경우, 적은 량의 망간계 합금분말의 첨가에 의해서도 임계치를 초과할 수 있다.
그리고, 몰리브덴(Mo)은 성형체의 치밀화를 촉진하고 경화능을 증가시키는 역할을 하는 것으로써, 철계 합금분말 내 몰리브덴(Mo)의 함량은 0.3wt% 이상 첨가될 때 효과가 나타나기 시작하며, 2.0wt%를 초과하는 경우에 탄소(C)와 반응되면서 소결체의 취성이 높아져 오히려 인장강도가 감소된다.
이때 몰리브덴(Mo)은 망간계 합금분말에 포함된 형태로 철계 합금분말에 첨가되는 것이 바람직하지만, 추가로 첨가되는 경우에는 몰리브덴분말, 접합합금분말 (Diffusion-bonded powder) 및 용융합금분말 형태로도 첨가될 수 있다.
니켈(Ni)은 망간계 합금분말에서 5.0 ~ 25.0wt% 함유되고, 철계 혼합분말에 0.3 ~ 2.5wt% 함유되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 망간계 합금분말에서 5.0 ~ 20.0wt% 함유되고, 철계 혼합분말에 0.5 ~ 2.0wt% 함유되는 것이 바람직하다.
망간계 합금분말에 니켈(Ni)을 함유시키는 경우에 망간계 합금분말에 몰리브덴(Mo)을 단독으로 첨가하는 것에 비해 더 높은 인장강도와 소결밀도를 나타낸다. 그 이유는 니켈(Ni)도 치밀화를 촉진하고 소결체의 강도를 증가시키는 효과를 나타내기 때문이다.
특히, 니켈(Ni)은 금속분말 형태로 철계 혼합분말에 첨가되는 것보다 Mo-Ni-Mn-C 형태의 망간계 합금분말 내에 포함시켜 첨가할 때 효과적으로 인장강도와 소결밀도를 증가시킨다. 그 이유는 망간계 합금분말에 니켈(Ni)과 몰리브덴(Mo)이 함께 첨가될 때 망간계 합금분말의 열적 안정성을 더욱 높여 망간의 산화를 방지하는 데 도움이 되기 때문이다.
망간계 합금분말 내 니켈(Ni)은 5.0wt% 이상 포함될 때 현저한 인장강도 증가효과를 나타내며 함량이 증가할수록 인장강도가 증가한다. 또한 소결체의 인장강도와 밀도는 망간계 합금분말 내 몰리브덴(Mo)과 니켈(Ni)의 함량 비율에 따라 다르게 나타나며 몰리브덴(Mo)/니켈(Ni)의 비율이 2 이상인 것이 가장 효과적이다. 망간계 합금분말 내에서 몰리브덴(Mo)과 니켈(Ni)을 합친 함량은 철계 혼합분말에 첨가하는 망간(Mn)의 함량을 고려하여 15 ~ 70wt%가 되도록 설계하는 것 좋다. 이와 같은 점을 고려하면 망간계 합금분말 내 니켈(Ni)의 적절한 첨가량은 5 ~ 25wt%인 것이 바람직하다.
한편, 철계 혼합분말에 첨가되는 니켈(Ni)은 성형체의 치밀화를 촉진시키고 소결체의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 니켈(Ni)은 많이 첨가될 수록 소결체의 인장강도는 증가하나 제조원가를 고려하여 2.5wt% 이하로 첨가하는 것이 좋다.
이때 니켈(Ni)은 망간계 합금분말에 포함된 상태로 철계 합금분말에 첨가되는 것이 바람직하지만, 추가로 첨가되는 경우에는 니켈분말 및 접합합금분말(Fe-2Ni-1.5Cu-0.5Mo, Fe-2Ni-1.5Mo, Fe-4Ni-1.5Cu-0.5Mo 등) 형태로도 첨가될 수 있다.
탄소(C)는 망간계 합금분말에서 0.5 ~ 8.0wt% 함유되고, 철계 혼합분말에 0.2 ~ 0.8wt% 함유되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 망간계 합금분말에서 3.0 ~ 7.0wt% 함유되고, 철계 혼합분말에 0.2 ~ 0.7wt% 함유되는 것이 바람직하다.
망간계 합금분말에 포함되는 탄소(C)는 소결체의 밀도와 강도를 향상시키는 효과가 있다. 이는 망간계 합금분말에 존재하는 탄소(C)가 망간(Mn)의 산화를 억제한다는 것을 의미한다. 망간계 합금분말 내 탄소(C) 함량이 0.5wt% 보다 적을 경우에는 소결체의 강도 증가 효과가 뚜렷하지 않으며, 8.0wt%를 초과하면 균일한 조성의 망간계 합금분말의 제조가 어렵고 철계 혼합분말의 조성에서 탄소(C)의 최소 함량을 설정하는데 한계가 있을 수 있다.
이때 탄소(C)는 망간계 합금분말에 포함된 상태로 철계 합금분말에 첨가되는 것이 바람직하지만, 추가로 첨가되는 경우에는 흑연분말로 보충될 수 있다.
철계 혼합분말 내 탄소(C)의 함량이 0.2wt%인 경우에 인장강도의 현저한 증가가 나타나며 탄소(C)의 함량이 증가할수록 인장강도는 증가하고 밀도는 감소하는 경향을 나타낸다. 하지만, 탄소(C)의 함량이 0.8wt%를 초과하는 경우에는 소결체의 취성이 너무 높아져 인장강도가 급격히 저하된다.
여기서 말하는 탄소(C) 함량은 성형 중에 철계 혼합분말과 금형의 윤활성을 확보하기 위해 첨가하는 유기물질 윤활제(Lubricant)에 포함된 탄소(C)의 양은 제외한 함량을 의미한다. 즉, 소결체의 탄소(C) 함량과 유사하며 다양한 소결 조건에 따른 탈탄(decarburization) 또는 침탄(carburization) 영향을 고려할 때 실제 소결체의 탄소(C) 함량은 0.15 ~ 0.85wt% 일 수 있다.
구리(Cu)는 망간계 합금분말에서 불순물의 형태로 소량 첨가되거나, Cu계 분말 형태로 철계 혼합분말에 혼합되는 것이 바람직하다. 그래서, 구리(Cu)는 철계 혼합분말에 0.2 ~ 1.0wt% 함유되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 철계 혼합분말에 0.3 ~ 0.7wt% 함유되는 것이 바람직하다.
구리(Cu)는 소결체의 인장강도를 증가시키며 기계적 특성이 균일한 소결체를 얻을 수 있게 한다.
구리(Cu)가 0.2wt% 이상 첨가될 경우 소결체에는 더욱 조밀하고 균일한 마르텐사이트 조직이 형성되며, 이에 따라 소결체의 인장강도가 증가하고 소결체들 간의 기계적 특성 편차가 감소한다. 하지만, 구리(Cu)의 함량이 1.0wt%를 초과하여 첨가되는 경우에는 소결체의 밀도가 감소하고 오히려 기계적 특성이 저하될 수도 있다.
이때 구리(Cu)는 금속분말이나 접합합금 분말과 같은 Cu계 분말 형태로 첨가되는 것이 바람직하다. 하지만, 구리(Cu)를 망간계 합금분말에 포함된 불순물의 형태로 첨가될 수 있지만, 이럴 경우 소결 중에 액상을 형성함으로써 합금원소들의 확산을 촉진하여 소재들 간의 기계적 특성 편차를 감소시켜서 구리(Cu)의 첨가 효과가 감소될 수 있다. 따라서, 구리(Cu)는 철계 혼합분말에 금속분말이나 접합합금 분말과 같은 Cu계 분말 형태로 별도 첨가되는 되는 것이 바람직하다.
한편, 소결시 망간계 합금분말이 치밀화가 진행되는 온도에 도달하기 전에 용해되거나 훼손되어 망간(Mn)이 산화, 증발하는 것을 방지하고 저융점 물질이 증발하여 소결로 내부를 오염시키는 것을 방지하기 위하여 망간계 합금분말을 형성하는 합금 원소 중 융점이 1000℃ 이하인 합금 원소가 0.5wt% 이상 함유되지 않도록 한다.
이에 따라 망간계 합금분말에 함유되는 불순물의 함량을 2.0wt%로 제한한다.
이때 불순물로는 Si, Cr, Cu, Al, O, P 및 S 중 1종 또는 2종 이상이 함유될 수 있고, 바람직하게는 불순물의 함량을 Si: 0.20wt% 이하, Cr: 0.50wt% 이하, Cu: 0.30wt% 이하, Al: 0.10wt% 이하, O: 1.0wt% 이하, P: 0.05wt% 이하, S: 0.05wt% 이하 및 기타 불순물: 0.5wt% 이하로 제한하는 것이 좋다.
그리고, 철계 혼합분말에 함유되는 불순물의 함량을 1.0wt%로 제한한다.
이때 불순물로는 Si, Cr, Al, O, P, S 및 N 중 1종 또는 2종 이상이 함유될 수 있고, 바람직하게는 불순물의 함량을 Si: 0.25wt% 이하, Cr: 0.25wt% 이하, Al: 0.20wt% 이하, O: 0.10wt% 이하, P: 0.05wt% 이하, S: 0.05wt% 이하, N: 0.03wt% 이하 및 기타 불순물: 0.3wt% 이하로 제한하는 것이 좋다.
한편, 본 발명에 따른 망간계 합금분말은 입자의 크기가 45㎛ 이하, 더 바람직하게는 20 ~ 45㎛ 사이의 입자 크기를 갖는 것이 좋다. 소결체는 해당 입도분포를 갖는 망간계 합금분말을 사용할 때 가장 높은 소결 밀도와 인장강도를 나타낼 수 있다. 그 이유는 입자들의 크기가 너무 클 경우 망간계 합금분말이 소결 중에 충분히 확산되지 못하고, 반대로 입자 크기가 너무 작을 경우에는 망간계 합금분말 입자들의 열적 안정성이 낮아져 산화되는 망간이 발생하기 때문이다.
한편, 본 발명에 따른 소결체는 전술된 철계 혼합분말, 즉 순철 분말에 망간계 합금분말과 Cu계 분말을 혼합하여 이루어진 철계 혼합분말을 성형한 다음 소결하여 얻는다.
예를 들어, 철계 혼합분말을 산업용 성형 프레스를 사용하여 7.20g/㎤ 이상의 밀도로 성형하여 성형체를 얻을 수 있고, 이렇게 성형된 성형체를 산업용 소결로에서 소결 온도를 1250 ~ 1300℃, 유지시간을 30 ~ 60분으로 유지하면서 질소(N2) 분위기에서 소결시킴으로써, 소결 밀도가 7.20 g/㎤ 이상이고, 인장강도가 1200 MPa 이상, 바람직하게는 1200MPa 이상인 소결체를 얻을 수 있다.
이렇게 소결된 소결체는 20 ~ 95%의 마르텐사이트 상과 5 ~ 80%의 베이나이트 상이 형성된다.
그리고, 소결체의 성분은 Mn: 0.5 ~ 3.0wt%, Mo: 0.3 ~ 2.0wt%, Ni: 0.3 ~ 2.5wt%, Cu: 0.2 ~ 1.0wt%, C: 0.15 ~ 0.85wt% 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하게 된다.
이하, 비교예 및 실시예를 사용하여 본 발명을 설명한다.
<실험 1> 철계 혼합분말의 종류에 따른 압축성 평가
철계 혼합분말의 압축성을 알아보기 위하여 하기의 표 1과 같이 각 성분의 함량이 조절되도록 철계 혼합분말을 준비한 다음 고밀도용 윤활제를 혼합하고, 7.20g/㎤의 밀도가 되도록 온간 성형(warm die compaction)을 실시하였고, 해당 압력을 도 1에 나타내었다.
| 구분 | Mn | Mo | Ni | Cu | C | Fe | |
| No. 1 | 실시예 | 1.5 | 1.2 | 0.5 | 0.7 | 0.6 | Bal. |
| No. 2 | 실시예 | 1.7 | 1.2 | 0.5 | 0.7 | 0.6 | Bal. |
| No. 3 | 비교예 | - | - | - | 2 | 0.6 | Bal. |
| No. 4 | 비교예 | - | 0.5 | 2.0 | 1.5 | 0.6 | Bal. |
| No. 5 | 비교예 | - | 0.5 | 4.0 | 1.5 | 0.6 | Bal. |
도 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 철계 혼합분말을 사용한 No. 1 및 No. 2 시편의 압축성은 상용 Fe-Cu-C계 혼합분말을 사용한 No. 3 시편과 동등한 수준이었고, Fe-Ni-Mo-Cu-C계 혼합분말을 사용한 No. 4 및 No. 5 시편 보다는 우수하였다.
이러한 결과는 본 발명의 철계 혼합분말이 압축성이 우수한 수분사 순철분말을 기저분말(base powder)로 사용하고 망간계 합금분말 내 망간의 함량을 최대 85wt%까지 높여 망간계 합금분말의 첨가량을 감소시키는 것에 의해 철계 혼합분말의 압축성을 향상시킨 것으로 유추할 수 있다.
<실험 2> 철계 혼합분말의 종류에 따른 인장강도 평가
<실험 1>의 No. 1, No. 4 및 No. 5의 철계 혼합분말을 대상으로 질소분위기를 사용하는 산업용 대량 생산 소결로에서 1250 ~ 1300℃의 온도로 30 ~ 60분간 소결한 다음 추가적인 열처리 공정을 거치지 않은 소결체에 대하여 인장강도를 측정하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 철계 혼합분말을 사용한 No. 1의 인장강도는 1200MPa 이상을 나타내는 반면에, Fe-Ni-Mo-Cu-C계 혼합분말을 사용한 No. 4 및 No. 5 시편의 인장강도는 각각 약 820MPa, 615MPa를 나타내었다.
따라서, 본 발명에 따른 철계 혼합분말을 사용하여 소결체를 제조하는 경우에 인장강도 1200MPa 이상인 소결체를 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
<실험 3> 망간계 합금분말의 종류에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도 평가
망간계 합금분말의 종류에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도를 알아보기 위하여 하기의 표 2와 같이 각 성분의 함량이 조절되도록 망간계 합금분말을 준비한 다음 소결체의 조성이 Fe-1.5Mn-1.2Mo-0.5Ni-0.7Cu-0.6C가 되도록 망간계 합금분말과 순철분말 및 Cu계 분말을 혼합하여 철계 혼합분말을 준비하였다. 다만, No. 8 시편은 Mn과 Si을 합친 함량이 1.5wt%가 되도록 하였다.
그리고, 준비된 철계 혼합분말을 이용하여 압축 성형 후 소결처리하여 시편을 제작하였다. 이때 각 시편은 인장강도 평가를 위해 MPIF 규격(MPIF 10)에 따라 표준시편 형상으로 7.20g/㎤의 밀도를 갖도록 성형되었고 산업용 고온 소결로를 사용하여 질소분위기에서 1300 ℃의 온도로 60분간 소결하였다. 이렇게 제조된 시편들에 대하여 소결밀도와 인장강도를 측정하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
| 구분 | Mn | Mo | Ni | Cu | C | Fe | Si | |
| No. 6 | 비교예 | Bal. | - | - | - | - | 40.2 | - |
| No. 7 | 비교예 | Bal. | - | - | - | 5.2 | 40.5 | - |
| No. 8 | 비교예 | Bal. | - | - | - | - | 40.6 | 20.3 |
| No. 9 | 비교예 | Bal. | - | 40.4 | - | - | - | - |
| No. 10 | 비교예 | Bal. | - | - | 39.8 | - | - | - |
| No. 11 | 비교예 | Bal. | - | 40.8 | - | 4.7 | - | - |
| No. 12 | 비교예 | Bal. | 40.2 | - | - | 4.7 | - | - |
| No. 13 | 실시예 | Bal. | 30.7 | 10.1 | - | 5.3 | - | - |
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 망간계 합금분말을 사용한 No. 13 시편은 비교예인 No. 6 내지 No. 12 시편에 비하여 상당히 높은 소결밀도와 인장강도를 나타내었다. 특히 비교예들에 따른 소결체는 소결밀도가 성형밀도인 7.20 g/㎤ 보다 낮게 나타났다. 반면에, 본 발명의 실시예에 따른 소결체는 소결밀도가 성형밀도인 7.25 g/㎤ 이상으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
도 3의 결과는 비교예 및 실시예에 따른 소결체들의 합금조성이 같고 동일한 공정으로 제조되었다는 사실을 감안하면 본 발명에 따른 망간계 합금분말을 적용한 소결체의 높은 인장강도는 전적으로 높은 소결밀도에 기인하는 것으로 보인다.
한편 도 3에서 본 발명에 따른 실시예인 No. 13 시편과 비교예들인 No. 11 및No. 12 시편과 비교하면 망간계 합금분말에 몰리브덴(Mo)을 포함시키는 것이 니켈(Ni)을 포함시키는 것보다 효과적이며 몰리브덴(Mo)과 니켈(Ni)을 따로 첨가하는 것보다는 몰리브덴(Mo)과 니켈(Ni)을 동시에 첨가시키는 것이 망간(Mn)의 산화를 방지하는데 더 효과적이라는 것을 알 수 있다.
<실험 4> 망간계 합금분말의 입자 크기에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도 평가
<실험 3>의 No. 13 시편에 대하여 입자 크기를 구간 별로 선별하여 <실험 3>과 동일한 조건으로 소결체를 제조하였고, 이렇게 시편들에 대하여 소결밀도와 인장강도를 측정하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에서 알 수 있듯이, 망간계 합금분말의 입자크기가 25 ㎛ 이하이거나 45 ㎛ 이상인 망간계 합금분말들에 비해 45㎛ 이하인 망간계 합금분말이 더 높은 소결밀도와 인장강도를 가지며 그것보다는 20㎛ ~ 45㎛ 사이의 입도분포를 갖는 망간계 합금분말이 가장 우수한 소결밀도와 인장강도를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
이러한 결과는 입자 크기가 너무 작을 경우, 망간계 합금분말 입자의 열적 안정성이 낮아져 망간(Mn)이 순철 분말 입자 내부로 확산 침투하는 것보다 산화되는 비율이 올라가는 것에 기인할 수 있다. 반대로 망간계 합금분말의 입자크기가 너무 클 경우에는 망간계 합금분말 입자의 확산이 충분히 일어나지 않아 소결체 내부의 합금성분이 균일하지 않게 되고, 이에 따른 기계적 특성의 저하가 일어날 수 있다. 특히, 소결체의 미세조직을 관찰해 보면 특정 영역에서 망간이나 니켈 등의 특정 합금원소들의 함량이 높게 나타나며 이에 따라 형성되는 상의 종류와 비율도 다르고 그 부분의 경도가 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
<실험 5> Mn의 함량에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도 평가
망간계 합금분말, 순철분말 및 Cu계 분말을 혼합한 철계 혼합분말을 이용하여 Fe-1.5Mo-1.0Ni-0.7Cu-0.6C-xMn로 조성되는 소결체를 제조하였다. 이때 망간계 합금분말의 Mn 함량을 변경하면서 <실험 3>과 동일한 조건으로 소결체를 제조하였다. 그리고, 제조된 시편들에 대하여 소결밀도와 인장강도를 측정하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에서 알 수 있듯이, 소결체의 인장강도는 Mn이 0.5wt% 이상일 때부터 1000MPa 이상으로 급격하게 증가하며 0.7 ~ 2.5wt% 사이에서 최대치에 도달하며 3.0wt%를 초과하면 1000MPa 이하로 감소한다.
한편, 소결밀도는 Mn의 첨가량이 증가할 수록 감소하는 경향을 보인다. Mn 함량이 증가함에 따라 나타나는 인장강도와 소결 밀도의 변화는 경도가 높고 밀도가 낮은 마르텐사이트 상이 형성되는 것과 관련이 있다.
<실험 6> 마르텐사이트 상의 비율에 따른 소결체의 인장강도 및 경도 평가
<실험 5>와 동일한 조건으로 소결체를 제조한 다음, 제조된 시편들에 대하여 미세조직을 관찰하여 마르텐사이트 상의 비율에 따른 인장강도와 경도를 측정하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에서 알 수 있듯이, 마르텐사이트 상의 비율이 20% 이상으로 증가할 때 소결체의 인장강도는 1000 MPa 이상으로 급격히 증가하며 95%를 초과할 경우 다시 감소한다. 마르텐사이트 상의 비율이 20% 이하로 낮을 경우 소재의 경도는 HRC 10 이하로 낮고, 95% 이상일 경우에는 HRC 30 이상으로 급격하게 증가한다. 따라서 마르텐사이트 비율이 95% 이상일 때의 인장강도 저하는 소재의 지나친 경화에 기인하는 것으로 보인다.
이에 따라, 본 발명에 따른 소결체는 20 ~ 95% 정도의 마르텐사이트 상이 형성되는 것을 특징으로 하고, 이에 해당하는 Mn의 적절한 첨가량은 0.5 ~ 3.0wt%인 것을 확인할 수 있었다.
<실험 7> Mo의 함량에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도 평가
망간계 합금분말, 순철분말 및 Cu계 분말을 혼합한 철계 혼합분말을 이용하여 Fe-2.5Mn-1.0Ni-0.5Cu-0.6C-xMo로 조성되는 소결체를 제조하였다. 이때 망간계 합금분말의 Mo 함량을 변경하면서 <실험 3>과 동일한 조건으로 소결체를 제조하였다. 그리고, 제조된 시편들에 대하여 소결밀도와 인장강도를 측정하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7에서 알 수 있듯이, 소결체의 인장강도는 Mo의 함량이 1.0 ~ 1.5wt% 사이 값을 가질 때 최대 값을 가진다. 인장강도는 Mo의 함량이 0.3wt% 이상 첨가될 때 부터 1000MPa 이상으로 급격히 증가하며 0.5 ~ 1.5wt%에서 최대치를 나타내고 2.0wt%를 초과하면 다시 감소한다. 소결밀도 또한 Mo의 함량이 0.3wt% 이상 첨가되어야 성형밀도 이상으로 증가하는 경향을 보인다. 따라서 Mo은 0.3 ~ 2.0wt%로 첨가하는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있었다.
<실험 8> Ni의 함량에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도 평가
망간계 합금분말, 순철분말 및 Cu계 분말을 혼합한 철계 혼합분말을 이용하여 Fe-2.0Mn-1.5Mo-0.7Cu-0.5C-xNi로 조성되는 소결체를 제조하였다. 이때 망간계 합금분말의 Ni 함량을 변경하면서 <실험 3>과 동일한 조건으로 소결체를 제조하였다. 그리고, 제조된 시편들에 대하여 소결밀도와 인장강도를 측정하였고, 그 결과를 도 8에 나타내었다.
도 8에서 알 수 있듯이, 소결체의 인장강도와 소결밀도는 Ni이 0.3wt% 이상 첨가될 때부터 급격히 증가하다가 첨가량이 0.5wt% 초과하면서 부터는 점진적으로 증가한다. Ni의 함량에 따른 인장강도의 계속적인 증가는 Mo의 경우와는 다르며 이는 Ni이 소결체를 치밀화시킬 뿐만 아니라 경도와 인성도 동시에 증가시키는 데 기인할 수 있다. 이처럼 Ni은 많이 첨가될 수록 인장강도의 향상에 유리하지만 첨가량이 0.5wt%를 초과할 때부터는 첨가량 대비 인장강도의 증가 폭이 크지 않은 점과 고함량(4wt% 이상) 니켈 혼합분말 대비 가격 경쟁력을 고려하여 2.5wt% 이하, 바람직하게는 2.0wt% 이하로 첨가하는 것이 좋다.
<실험 9> Cu의 함량에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도 평가 및 미세조직 관찰
망간계 합금분말, 순철분말 및 Cu계 분말을 혼합한 철계 혼합분말을 이용하여 Fe-2.5Mn-1.0Mo-0.5Ni-0.6C-xCu로 조성되는 소결체를 제조하였다. 이때 Cu계 분말의 함량을 변경하면서 <실험 3>과 동일한 조건으로 소결체를 제조하였다. 그리고, 제조된 시편들에 대하여 소결밀도와 인장강도를 측정하였고, 그 결과를 도 9에 나타내었다. 그리고, 소결체의 미세조직을 관찰하였고, 그 결과를 도 10에 나타내었다.
도 9에서 알 수 있듯이, 소결체의 인장강도와 소결밀도는 Cu 함량이 0.2wt%를 초과할 때 뚜렷하게 나타나며, 1.0wt%를 초과하면 소결 밀도가 저하되고 인장강도도 하락한다. 따라서 Cu의 첨가량은 0.2 ~ 1.0wt%로 첨가하는 것이 좋다.
한편, Cu가 0.2wt% 이상 첨가되면 소결체의 인장강도가 소폭 증가하는데 특이한 점은 소결체들 간의 인장강도의 편차가 급격히 감소한다. 분말야금을 통해 제조되는 철계 소결체들은 상대적으로 불균일한 미세조직을 가지는 것으로 인해 부품들 간의 기계적 특성 편차가 크다는 단점이 있다. 이러한 사실을 감안하면 Cu의 소량 첨가만으로도 제품들 간의 물성 편차를 획기적으로 줄일 수 있다는 것은 상당히 긍정적인 효과라고 말할 수 있으며 본 발명에서 Cu를 첨가하는 주된 요인이다.
Cu의 첨가에 의해 시편들 간 인장강도의 편차가 감소되는 것은 소결 중에 형성되는 액상의 구리가 망간, 몰리브덴, 니켈 등과 같은 합금 원소들이 고르게 확산되는 것을 돕는 것에 기인하는 것으로 보인다.
그리고, 도 10에서 알 수 있듯이, Cu가 첨가될 때 소결체는 더욱 균일하고 미세한 마르텐사이트 조직을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 기계적 특성 편차의 감소와 인장강도의 증가는 이러한 미세조직의 변화에 기인한다고 볼 수 있다.
<실험 10> C의 함량에 따른 소결체의 밀도 및 인장강도 평가
망간계 합금분말, 순철분말 및 Cu계 분말을 혼합한 철계 혼합분말을 이용하여 Fe-2.0Mn-1.5Mo-0.5Ni-0.7Cu-xC로 조성되는 소결체를 제조하였다. 이때 망간계 합금분말의 C 함량을 변경하면서 <실험 3>과 동일한 조건으로 소결체를 제조하였다. 그리고, 제조된 시편들에 대하여 소결밀도와 인장강도를 측정하였고, 그 결과를 도 11에 나타내었다.
도 11에서 알 수 있듯이, 소결체는 C가 0.2wt% 이상 첨가될 때 인장강도는 1000MPa 이상으로 획기적으로 증가하고, 첨가량이 증가함에 따라 인장강도가 증가하는 경향을 보이다가 0.3 ~ 0.8wt% 사이에서 최대 인장강도를 나타낸다. 또한, C 첨가량이 0.8wt%를 초과하면 인장강도는 1000MPa 이하로 감소한다. 따라서 C은 0.2 ~ 0.8wt%로 첨가하는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
Claims (20)
- 분말야금용 철계 혼합분말에 혼합되는 망간계 합금분말로서,
Mo: 10.0 ~ 70.0wt%, Ni: 5.0 ~ 25.0wt%, C: 0.5 ~ 8.0wt%, 나머지 Mn 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 것을 특징으로 하는 망간계 합금분말.
- 청구항 1에 있어서,
상기 망간계 합금분말은 Mn: 20.0 ~ 85.0wt%를 함유하는 것을 특징으로 하는 망간계 합금분말.
- 청구항 2에 있어서,
상기 망간계 합금분말은 Mn: 25.0 ~ 75.0wt%, Mo: 10.0 ~ 50.0wt%, Ni: 5.0 ~ 20.0wt%, C: 3.0 ~ 7.0wt%를 함유하는 것을 특징으로 하는 망간계 합금분말.
- 청구항 1에 있어서,
상기 망간계 합금분말의 입자크기는 45㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 망간계 합금분말.
- 청구항 4에 있어서,
상기 망간계 합금분말의 입자크기는 20 ~ 45㎛인 것을 특징으로 하는 망간계 합금분말.
- 청구항 1에 있어서,
상기 망간계 합금분말은 융점이 1000℃ 이하인 금속 원소를 0.5wt% 미만으로 함유하는 것을 특징으로 하는 망간계 합금분말.
- 청구항 1에 있어서,
상기 망간계 합금분말은 불순물을 2.0wt% 이하로 함유하는 것을 특징으로 하는 망간계 합금분말.
- 청구항 7에 있어서,
상기 불순물은 Si, Cr, Cu, Al, O, P 및 S 중 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 망간계 합금분말.
- 청구항 8에 있어서,
상기 불순물은 Si: 0.20wt% 이하, Cr: 0.50wt% 이하, Cu: 0.30wt% 이하, Al: 0.10wt% 이하, O: 1.0wt% 이하, P: 0.05wt% 이하, S: 0.05wt% 이하 및 기타 불순물: 0.5wt% 이하인 것을 특징으로 하는 망간계 합금분말.
- 분말야금용 철계 혼합분말로서,
Mn: 20.0 ~ 85.0wt%, Mo: 10.0 ~ 70.0wt%, Ni: 5.0 ~ 25.0wt%, C: 0.5 ~ 8.0wt% 및 불순물: 2.0wt%(0wt% 제외)를 함유하는 망간계 합금분말과;
순철 분말과;
Cu계 분말이 혼합된 것을 특징으로 하는 분말야금용 철계 혼합분말.
- 청구항 10에 있어서,
상기 철계 혼합분말은 Mn: 0.5 ~ 3.0wt%, Mo: 0.3 ~ 2.0wt%, Ni: 0.3 ~ 2.5wt%, Cu: 0.2 ~ 1.0wt%, C: 0.2 ~ 0.8wt% 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 분말야금용 철계 혼합분말.
- 청구항 11에 있어서,
상기 철계 혼합분말은 Mn: 0.7 ~ 2.5wt%, Mo: 0.5 ~ 1.5wt%, Ni: 0.5 ~ 2.0wt%, Cu: 0.3 ~ 0.7wt%, C: 0.2 ~ 0.7wt%를 함유하는 것을 특징으로 하는 분말야금용 철계 혼합분말.
- 청구항 11에 있어서,
상기 철계 혼합분말은 불순물을 1.0wt% 이하로 함유하는 것을 특징으로 하는 분말야금용 철계 혼합분말.
- 청구항 13에 있어서,
상기 불순물은 Si, Cr, Al, O, P, S 및 N 중 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 분말야금용 철계 혼합분말.
- 청구항 14에 있어서,
상기 불순물은 Si: 0.25wt% 이하, Cr: 0.25wt% 이하, Al: 0.20wt% 이하, O: 0.10wt% 이하, P: 0.05wt% 이하, S: 0.05wt% 이하, N: 0.03wt% 이하 및 기타 불순물: 0.3wt% 이하인 것을 특징으로 하는 분말야금용 철계 혼합분말.
- 청구항 10에 따른 분말야금용 철계 혼합분말로 성형되어 소결되는 것을 특징으로 하는 소결체.
- 청구항 16에 있어서,
상기 소결체는 인장강도가 1000MPa 이상인 것을 특징으로 하는 소결체.
- 청구항 17에 있어서,
상기 소결체는 인장강도가 1200MPa 이상인 것을 특징으로 하는 소결체.
- 청구항 16에 있어서,
상기 소결체는 20 ~ 95%의 마르텐사이트 상과 5 ~ 80%의 베이나이트 상이 형성되는 것을 특징으로 하는 소결체.
- 청구항 16에 있어서,
상기 소결체는 Mn: 0.5 ~ 3.0wt%, Mo: 0.3 ~ 2.0wt%, Ni: 0.3 ~ 2.5wt%, Cu: 0.2 ~ 1.0wt%, C: 0.15 ~ 0.85wt% 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 소결체.
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