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열간금형 수명향상을 위한 열간금형 표면 하드페이싱 기술 개발에 관한 연구

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Author(s)
박나라
Issued Date
2013
Abstract
Thermal softening phenomenon of the hot forming tool steel leads to the premature wear of the hot forming tools. Hence, several researchers have paid attention to the development of wear resistance coating technologies to enhance the service life of the hot forming tool. The aim of this thesis is to develop the hardfacing technology of the hot forming tool surfaces for the improvement of the operation life of the hot forming tool.
In order to obtain proper thickness of the hardfacing specimen for the wear experiment, transient heat transfer and thermal stress analyses have been performed using the ABAQUS V6.11 Temp-displacement module. Using the results of the FE analyses, the temperature, effective stress and principal strain distributions in the specimen have been investigated. From the results of the investigation, it has been shown that an appropriate thickness of the hardfacing layer is 2 mm.
Hardness and wear experiments in the elevated temperature have been performed to investigate wear characteristics of the hardfaced specimen. The specimen of the experiments have been fabricated via the deposition of the Stellite 6, Stellite 21 and NOREM 02 superalloys on the STD 61 hot working tool steel using laser-aided direct metal rapid tooling (DMT) process. The results of the hardness experiments in the elevated temperature have been revealed that the hardness of the hardfaced specimen is conspicuously greater than that of STD61 specimen when the ambient temperature is larger than 700 oC. The results of the wear experiment in the elevated temperature have been shown that the weight loss, the worn volume, the worn width, and the worn depth of the hardfaced specimen is remarkably smaller than those of the STD 61 specimen. In addition, it has been revealed the friction, lubrication and friction induced work harding characteristics are highly improved when the Stellite 21 is deposited on the STD 61. From these results, it have been noted that the Stellite 21 is a proper hardfacing material of the STD 61 hot working tool steel.
Wear experiments in the eleveated temperature have been carried out to investigate the influence of thickness of the hardfaced layer on the wear characteristics of the Stellite 21 hardfaced specimen. The results of the experiments have been shown that the weight loss, the worn volume, the worn width, the worn depth and the friction coefficient of the hardfaced layer is minimized when the thickness of the hardfaced layer is 2 mm.
Based on the above result, proper material and thickness of the hardfaced layer for the STD 61 hot working tool have been obtained to develop the hardfacing technology of the hot forming tool surfaces for the improvement of the operation life of the hot forming tool.
Alternative Title
A study on the development of hard-facing technology of hot forming tool surfaces for the improvement of service life of the hot forming tools
Alternative Author(s)
Park, Na Ra
Department
일반대학원 기계공학과
Advisor
안동규
Awarded Date
2014-02
Table Of Contents
List of Tables ⅲ
List of Figures ⅳ
NOMENCLATURES ⅷ
ABSTRACT ⅸ

제 1 장 서론 1
제 1 절 연구 배경 및 관련 연구 1
제 2 절 연구 목적 및 방법 4

제 2 장 직접식 금속 쾌속 툴링 공정(Direct Metal Rapid Tooling Process) 및 열간금형강의 하드페이싱 층 설계 5
제 1 절 직접식 금속 쾌속 툴링 공정 5
제 2 절 적층재료 선정 6
1. Cr 계 초합금 적층재료 6
2. Fe 계 초합금 적층재료 7

제 3 장 하드페이싱 재료 및 두께에 따른 열간금형강의 3차원 열전달/열응력 해석 8
제 1 절 3차원 Steady-state 열전달 해석 8
제 2 절 3차원 Transient 열전달 해석 및 열응력 해석 9


제 4 장 하드페이싱 재료 및 두께에 따른 열간금형강의 응력/변형율 분포분석 10
제 1 절 Co 계 초합금 Stellite 6 의 두께에 따른 응력/변형율 분포 특성분석 10
1. Stellite 6 하드페이싱 층의 두께에 따른 온도 분포 특성 분석 10
2. Stellite 6 하드페이싱 층의 두께에 따른 응력 분포 특성 분석 12
3. Stellite 6 하드페이싱 층의 두께에 따른 변형율 분포 특성 분석 14
제 2 절 Co 계 초합금 Stellite 21 의 두께에 따른 응력/변형율 분포 특성 분석 16
1. Stellite 21 하드페이싱 층의 두께에 따른 온도 분포 특성 분 석 16
2. Stellite 21 하드페이싱 층의 두께에 따른 응력 분포 특성 분석 18
3. Stellite 21 하드페이싱 층의 두께에 따른 변형율 분포 특성 분석 20
제 3 절 Fe 계 초합금 19-9 DL 의 두께에 따른 응력/변형율분포 특성 분석 22
1. 19-9 DL 하드페이싱 층의 두께에 따른 온도 분포 특성 분석 22
2. 19-9 DL 하드페이싱 층의 두께에 따른 응력 분포 특성 분석 24
3. 19-9 DL 하드페이싱 층의 두께에 따른 변형율 분포 특성 분석 26

제 4 절 온도/유효응력/주변형율을 고려한 재료 및 두께선정 28

제 5 장 하드페이싱 시편제작 및 고온경도, 고온마모 실험 방법 29
제 1 절 하드페이싱 된 열간금형강 시편 제작 29
제 2 절 하드페이싱 재료에 따른 고온경도시험 30
제 3 절 고온마모시험 방법 32

제 6 장 하드페이싱 된 열간금형강의 고온마모실험 33
제 1 절 하드페이싱 재료에 따른 고온마모시험 결과 33
1. 하드페이싱 재료에 따른 마찰계수 비교/분석 33
2. 하드페이싱 재료에 따른 마모량 비교/분석 34
3. 하드페이싱 재료에 따른 마모시험 후 시편조직 비교 36
4. 하드페이싱 재료에 따른 경도특성 비교/분석 48

제 2 절 Stellite 21 하드페이싱 층의 두께에 따른 고온마모 시험 결과 51
1. Stellite 21 하드페이싱 층의 두께에 따른 마찰계수 비교/분석 51
2. Stellite 21 하드페이싱 층의 두께에 따른 마모량 비교/분석 52
3. Stellite 21 하드페이싱 층의 두께에 따른 마모시험 후 시편조직 비교 54

4. Stellite 21 하드페이싱 층의 두께에 따른 경도특성 비교/분석 63


제 7 장 결론 및 향후과제 65


References 66

감사의 글
Degree
Master
Publisher
조선대학교
Citation
박나라. (2013). 열간금형 수명향상을 위한 열간금형 표면 하드페이싱 기술 개발에 관한 연구.
Type
Dissertation
URI
https://oak.chosun.ac.kr/handle/2020.oak/11972
http://chosun.dcollection.net/common/orgView/200000264376
Appears in Collections:
General Graduate School > 3. Theses(Master)
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  • AuthorizeOpen
  • Embargo2014-02-26
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