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Ir
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Fr
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Ha
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Sg
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Bh
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Hs
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Mt
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Uuu
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Uub
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Uut
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Uuq
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Uup
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Uuh
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Uus
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Uuo
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Lanthinide
Series

La
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Ce
58

Pr
59

Nd
60

Pm
61

Sm
62

Eu
63

Gd
64

Tb
65

Dy
66

Ho
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Er
68

Tm
69

Yb
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Actinide
Series

Ac
89

Th
90

Pa
91

U
92

Np
93

Pu
94

Am
95

Cm
96

Bk
97

Cf
98

Es
99

Fm
100

Md
101

No
102

 

 금속재료의 성분원소 특성

 

성분원소

일반 물성

재질 특징

 

C

 원자NO 6  

 원자량 12.01

   2.22 g/cm3

 용융점 2,700

 비등점 4,830

   0.165 Cal/g

 용해율 -

 결정형 육방정

 

o 열간가공성

  - 압연후 냉각속도가 빠를수록 강도가 증가, 인성은 감소

  - 내부기공은 융착하나 비금속개재물은 제거 불가

  - 열간가공전에 충분한 균열처리 필요

  - 열간가공후 냉각중에 내부응력이 발생, 강재중심부에 미세크랙(백점) 유발가능

o 냉간가공성

  - 가공도증가에 따라

    . 인장강도와 항복점은 증가하고 연신율운 감소

    . 격자변형이 발생하여 경도,전기저항,항자력은 증가

  - 변형시효 : 냉간가공중 변형에 의한 시효경화

  - 소입시효 : 소입후 소려처리하는 열처리를 통해 발생되는 시효경화

  - 단순한 가공으로 변형에 의해 탄소등 기타원소가 석출하여 발생되는 석출경화

o 온도특성

  - 400℃부근에서 피로한도가 가장 낮으며 이상 온도가 상승하면서 CREEP한도가

    더욱 낮아진다.

  - 온도저하에 따라

    . 항복점,인장강도,경도,피로한도,탄성계수,열전도율,전기전도율은 증가

    . 단면수축율,충격량,열팽창계수,비열은 감소

o 재질특성

  - Fe,Cr,Mo,V등과 탄화물을 형성하여 강도를 증대시킴

   . 탄화물의 증가에 따라 강도는 향상되나 연성 인성은 저하

o 조직특성

 

Al

원자NO 13  

 원자량 26.98

   2.702 g/cm3

 용융점 660.2

 비등점 2,450

   0.224 Cal/g

 용해율 94.5 Cal/g

 결정형 면심입방격자

 

o 용강 탈산

  - 용존산소의 제거를 위해 전로출강중, B/S, RH처리중 탈산처리

    . 탈산반응식 : 2[Al] + 3[O] = Al2O3(SOLID)

  - 탈산후 용강중 생성된 Al2O3개재물의 분리부상 제거가 중요

    . 강내 존재 형태 : 금속상 AL,  Al2O3, AlN, AlS,

    . 용강중 생선된 AL2O3계산화물은 융점이 높고 분리부상이 곤란

    . 냉연COIL 표면에 SLIVER 결함 유발

    . CLUSTER 존재하여 WIRE신선시 절단 원인

 

o 재질특성

  - 결정립 조정

    . 질소와 결합하여 AUSTENITE 결정립성장 억제, 결정립을 미세화시키고

      항복점을 상승시킴

  - 비시효화

    . 질소를 고정시켜 시효성을 감소, 0.010%[Al]이상시 비시효화

    . 저온가공성 향상, 저온취성의 천이온도 저하

  - 강의 인성을 향상

 

o 합금원소로서의 특성

  - 기지를 FERRITE화하며 함량이 많아지면 철알루미철탄화물(FeAlC0.65)

    수지상 분산조직을 형성, 4%이상시 급격한 취화

  - 항자력,전력손실이 작게함

  - 용도

    . 전동기 변압기소재인 무방향성전기강판재에 적용

      (방향성인 경우 AlN 형성,재결정 억제효과 있으나 과다시 자성불량 요인)

    . Fe-Ni-Al, Fe-Ni-Al-Co합금강은 영구자석 소재로 이용

B

원자NO 5  

 원자량 10.82

   2.702 g/cm3

 용융점 2,300

 비등점 2,550

   0.309±300 Cal/g

 용해율 94.5 Cal/g

 결정형 정방정,사방정

 

o 재질특성

  - 탈산력; Si,Mn,C보다 강하고 Al보다 약함

  - 미량첨가(0.0010.003%) BORON CARBIDE(Fe23(B,C))형태에 의해

    소입성을 증가시키고 열처리강의 경화능을 개선

    . BORON CARBIDE생성을 방해하는 O,N등을 Al,Ti,Zr 첨가로 고정시킴

  - AUSTENITE입계등의 결함부에 B 편석하여 FERRITE핵생성을 방해

    . FERRITE 나오기 쉬운 저탄소강에서 현저한 효과를 나타냄

  - 과공석강의 PEARLITE Fe3C 핵이 되어 생기므로 고탄소강에서는 효과없슴

  - 고온특성을 개선하는 효과

  - AUSTENITE 고용하여 강력한 경화능 증대

  - FERRITE 극히 미량의 석출경화

  - 용접성에 악영향

  - B 과잉으로 첨가하면 FeB 생성하여 적열취성 유발

o 주요 적용강종

o 원자로용 재료에서의 B합금

-          중성자 흡수능이 크고 내식성이 양호

 

Ca

 원자NO 20

 원자량 40.08

   1.55 g/cm3 

 용융점 850

 비등점 1440

   0.149 Cal/g

 용해율 2,070 Cal/g

 결정형 면심입방정

 

o 성분 특성

  - 액상 또는 고상의 철속에서 Ca 용해도는 거의 없슴

  - 강중에서 산화물 또는 유화물형태로 존재하고, 다른 산화물과 공정하여

    개재물의 형상제어 또는 감소에 기여

 

o 강의 제성질에 미치는 영향

  - 탈산반응 : 탈산생성물은 강욕면에 쉽게 부상되어 강중 비금속 개재물을

               잔류시키지 않음

  - 탈류반응 : Ca S보다 O와의 친화력이 크므로 탈류효율을 높이기 위해서

               강환원성분위기(용강내 S.Al, Si, Mn,C 높은 상태) 필요

  - 형상제어 : 비금속개재물 형태와 분포를 제어, 개재물구상화에 의하여

               쾌삭성 향상 기계적 성질 개선

  - 탈가스   : 강욕에서 Ca 비등교반 현상에 의하여 강욕중의 H함유량을 저하

Cr

원자NO 24

 원자량 52.01

   7.192 g/cm3

 용융점 1,890±10

 비등점 2,500

   0.11 Cal/g

 용해율 75.6 Cal/g

 결정형 체심입방정

 

o 재질 특성

  - 소입성의 향상, 기계적 성질의 개선, 내식,내산화,내마모성 증대

  - 구조용 특수강 : 30%까지 합금

  - 공구강,STS, 내식,내열강 : 130%까지 첨가

o 조직에 미치는 영향

  - 공석점을 [C]측으로 이동

  - 탄화물을 미세화시키고 구상화속도를 지연

  - 주조조직에서 수지상정을 미세화시킴

  - 결정립의 미세화 결정립의 성장 저지 억제

  - AUSTENITE결정입자 성장방지

  - FERRITE 강화

  - 고탄소강에서 탄화물 생성에 의한 내마모성 향상

o 기계적 성질에 미치는 영향

  - 강의 인성을 향상

  - 400600℃에서 고용강화,석출강화로 고온강도 향상(내열강)

  - 냉간가공성(DEEP DRAWING, 냉간인발성, 굽힘특성등) 악화

  - DEEP DRAWING 전위에 C,N 고착에 의해 발생되는 변형시효를 CR첨가로

    C Fe3C 되어 감소시킴

 

Cu

원자NO 13  

 원자량 26.98

   8.96 g/cm3

 용융점 660.2

 비등점 2,450

   0.224 Cal/g

 용해율 94.5 Cal/g

 결정형 면심입방격자

o 재질특성

  - Fe보다 산화가 어려워 정련에 의한 제거가 곤란하고 표면에 산재되어 적열취성을

    유발 적열취성 방지를 위해 동일한 NI당량을 첨가

  - Cu석출에 의하여 시효경화를 부여

  - Cu함량이 증가할수록 인장강도,경도,항복점은 상승,  신율,단면수축율은 감소

  - 0.3% 이상의 강은 대기중 내식성이 증가하나, 내해수성에는 효과 없슴
  -  AUSTENITE 고용하여 안정화하고 흑연화를 촉진시킴

Mn

원자NO 25  

 원자량 54.95

   7.43 g/cm3

 용융점 1,245

 비등점 2,150

   0.115 Cal/g

 용해율 64 Cal/g

 결정형 체심입방정

 

o 재질특성 : Mn 강의 신율을 감소시키지 않고 소입성과 강도를 높여주며,

             고온에서는 소성을 증가시키며 주조성을 좋게함

o 주요용도 : Mn 합금시 열처리에 민감하지 않아 용접성 구조용 강재로 적당

o 제조특성

  - 적은 비용으로 강도를 증가

  - 강중 0.21.0%범위로 첨가로 첨가되어 일부는 용해되고 나머지는 S 결합하여

    구상 MnS 형성하므로서 적열취성을 방지

  - MnS 화합물 형성으로 비금속개재물을 만들고 GRAIN SIZE 미세화하므로서

    절삭 가공성을 향상시킴

  - Mn 다량 첨가하면 산화물이 노재를 현저히 침식시킴

  - 공구강에서는 소입파열을 일으키기 쉬우므로 0.20.4%정도로 억제

o [Mn]

  - 성분: 공칭탄소강(0.30.45%), Mn(1.75%)

  - 특성: 보통탄소강보다 강도와 경화능이 크다

          Mn 확산속도를 감속시키므로 AUSTENITE에서 FERRITE-PEARLITE로의

             변태를 완만화시키고 PEARLITE 미세화시켜 강도를 증대

  - 용도: 차축,SHAFT,GEAR,자동차 동기구의 연결봉 

o [Mn] : HEADFIELD Mn

  - 성분: 공칭탄소강(0.91.4%), Mn(1015%)

  - 특성: AUSTENITE조직이며 비자성으로 열전도성이 나쁘고, 팽차계수도 커서

          열변형 유발하고 가공경화성이 매우 크고 항복점은 낮으나 인장강도는

          높다

  - 용도: RAIL CROSSING,광석,암석파쇄기등 심한 충격과 마모를 받는 부품

비자성특성을 활용하여 자선기,전동기등 전자기제품의 부품

 

Mo 원자NO 42
원자량 95.95
  10.2 g/cm3 
용융점
2,607
비등점
4,827
  10.3 Cal/g
용해율
32.0 KJ/MOL
결정형 체심입방격자

o 재질특성 
  -
고온에서의 열팽창율은 보통강의 1/3 수준, 전기전도도는 Cu 1/3 수준
  -
고온에서 인성을 높여 주나 Ni만큼 효과가 크지 않음
  - Mo탄화물의 미세한 석출로 석출경과및 고용경화작용에 의해 고온강도 가짐
   - 내열강에 15% Mo 첨가되어 CREEP강도를 현저히 높여줌
   - 결정립 조대화 온도를 상승시킴
  - 강의 소입성과 소둔저항을 증대
  
. Mo단독보다 Cr 병행하여 복탄화물을 생성하므로서 그효과를 증대
   - 탄화물을 생성하여 흑연화를 저지하고 CHILL 촉진(Cr 1/3수준)
  - 소량의 첨가로 PEARLITE 미세화하고 0.6%이상 첨가하면  ACICCULAR조직의BAINITE조직이
   

   - 주철의 경도를 증가시키고 가장 인성을 향상시키는 합금원소임
   - 금속대 금속의 내마모성이 우수하고 열균열르ㅣ 발생을 저지하는 효과가 있슴
o 주요용도
  - Mo 강의 고온강도를 높여 공구강 고속도강의 첨가원소로 이용  - 내마모성이 우수하여 마찰재료로 유효o 제조특성
  -  제강용으로 사용시 Fe-Mo, MoO3, BRIQUETTE 투입 적은 비용으로 강도를 증가 

N

원자NO 7  

 원자량 14.0075

   0.00125 g/cm3

        (AT 293K)

 용융점 -210.02

 비등점 -195.808

   0.250 Cal/g

 용해열 0.3604 KJ/MOL

 결정형 육방조밀격자

 

o 재질특성

  - 강중 존재형태

    . N 친화력이 원소(Al,Zr,Ti)주위에 평균농도 이상으로 모여 준격자 형성

    . 강중의 질소화합물 형태 : FexNy,AlN,TiN,Si3N4,SiN,ZrN,VN,UN2

  - AlN등은 결정립에 존재하여 결정립성장을 억제하므로서 인장강도는 동일하나

    항복응력과 항복비가 높은 강을 만듬

  - AlN 고온인성을 저하 (Ti,Zr,V,B첨가로 획복 가능)

  - 고용N 증가에 따라 냉간가공중 변형시효및 시효경화(청열취성) 증가

  - 기계적 성질에 미량으로도 영향을 미쳐 항복강도와 인장강도를 증가시키고

    신율 단면수축율은 감소

  - C 같이 Fe 대하여 침입형 고용원소로 확산속도가 비교적 크고 온도에 따라

    용해도는 크게 변화→각종 취성과 시효경화성을 나타냄

    . 변형시효: 고용된 C,N량에의해 지배됨

    . 방지대책 : Al,Ti,V,B N친화력이 강한 원소를 첨가

                 AlN 미세석출물의 석출상화을 조정하여 강의 성질을 개선

o 용강 제조특성

  - 용강중 N용해량은 대기와의 접촉면적,시간과 제강원료 사용량이 많고

    용강온도가 높으며 환원성 분위기에서 증가

  - 탈질반응

    . 결렬한 탈탄반응으로 CO GAS 의한 N 흡수(질소분압차이),부상제거

    . 전로 취련시 노구의 밀폐화에 의한 흡질 억제

    . 탈가스설비(RH) 활용한 감압에 의한 탈질

  - N용해속도에 미치는 합금원소의 영향

    . 용해속도를 크게 감소 : O, S, Al, Si

    .     "      약간 감소 : Cr, Nb, W (Ni 영향 없슴)

Nb

원자NO 41  

 원자량 92.9064

 용융점 2,468±10

 비등점 4,297

   8.57 g/cm3

   0.26 J/gK

 용해율 6,400 Cal/g

 결정형 체심입방

 

o 재질특성

  - 강중 화합물 형태 : NbC, NbN, NbB2

  - 고온에서 결정립 조대화 온도를 상승시켜 결정립 조대화를 방지

    Ti, Mo보다 효과

  - 상온 고온에서 강도를 증가시키며, 특히 항복점을 증가

    →일반적으로 0.0050.05% Nb 함유

    0.01%Nb :  항복점 상승 35 Kg/mm2, 인장강도 1.53Kg/mm증가

  - 강력한 결정립 미세화 원소로서 연성과 인성을 개선

  - TEMPERING 의한 연화를 방지

  - 시효경화 자경화를 방지

  - 질화반응을 촉진

o 주요용도 : 초경질 공구재료, 고온용재료

 

Ni

원자NO 28  

 원자량 58.69

   8.90 g/cm3

 용융점 1,455

 비등점 2,730

   0.105 Cal/g

 용해율 74 Cal/g

 결정형 면심입방정

 

o 재질특성

  - 순수Ni 특성

    . 기계적 성질과 내식성이 우수하고 고온에서도 강도가 유지되고 저온에서도

      인성과 연성이 있슴

  - 강의 AUSTENITE영역을 확대하고, FERRITE중에 10% 고용하며, AUSTENITE중에

    100% 전율 고용

  - 바람직한 체심입방(FCC) 결정구조를 형성하여

    . 인성과 연성을 향상, 특히 저온에서 인성을 증가시켜 취성을 방지

  - 대부분의 분위기에서 내식성과 내산화성을 증대

  - 소입성을 증가시켜 대형재의 열처리를 용이하게

o 용강 제조특성

  - 4% [NI]이상에서는 용강의 유동성을 향상

-          C,N 용해도는 감소시키고 H 농도는 증가시킴

O

 원자NO 8  

 원자량 16

   0.001429 g/cm3

 용융점 -218.8

 비등점 -183

   0.92 J/gK

 용해율 0.22259 KJ/MOL

 결정형 CUBIC

 

o 재질특성

  - Fe 고용되지 않고 주로 비금속개재물로 존재하여 강의 기계적성질 피로성등

    저하시킴

  - 강중 O량이 증가함에 따라 미세 산화개재물이 증대되어  결정립성장을 억제하고

    강을 세립화,경질화시킴

  - 열간가공성

    .가소성 산화개재물(MnO,SiO2,FeOMnOSiO2,MnOAl2O3SiO2)

     : 가공방향으로 소성변형

    .비가소성 산화개재물(Al2O3,FeOMnOAl2O3,TiN)

     : 결정상개재물로서 가소성이 없어 가공방향으로 취성파괴되어 분산

 

o 강중 산화물 생성원인

  - 내재성 산화물

    . Si,Mn,Al등의 각종 탈산제 투입에 의해 생성되어 분리부상되지 않고 잔존하는

      1 탈산생성물

    . 강괴의 응고에 수반하여 Si-O, Al-O등의 반응으로 새로이 생긴

      2 탈산생성물

  - 외래성 산화물

    . 노재 내화물의 물리,화학적 용손에 의해 용강내 유입된 산화물

    . 용강과 대기와의 접촉에 의해 생긴 탈산 생성물

 

H

원자NO 1  

 원자량 1.00797

   0.0000899 g/cm3

 용융점 -259.4

 비등점 -252.87

   14.304 J/gK

 용해율 0.05868 KJ/MOL

 결정형 육방정

 

o 재질특성

  - 철격자내에서 B,N,C 같이 침입형 원소로 존재

    . 강중에서 확산속도가 타원소에 비해 빠르며, 상온에서는 쉽게 확산

  - 강의 인성의 저하, 자연파괴, 백점유발, 용접시 BEAD밑에 CRACK유발, 선상조직,

    기공등 여러결함의 주원인으로 작용

  - 수소취성 유발

    . 온도강하에 따라 수소 용해도가 저하되면서 과잉의 수소는 결함부위나

      비금속개재물 주변에 있는 공극(VACANCY) 원자상H 석출후 수소분자를

      형성,공극의 내부압력 증대에 의한 CRACK유발

 

o 용강제조특성

  - 용강내 흡입원인

    . 내화물,부원료,합금철,기타 첨가제중의 수분에 의한 흡수

  - 탈수소 방법

    . 용강중 Co BOILING 의한 탈수소 처리

    . 탈가스 설비를 활용, 수소분압을 낮춰(SIVERT법칙) 탈수소 처리

P

원자NO 15  

 원자량 30.98

   1.82 g/cm3

 용융점 44.1

 비등점 280

   0.177 Cal/g

 용해율 5.0 Csl/g

 결정형 단사정계

 

o 재질특성

  - 강중 FERRITE 고용

  - 경도와 인장강도를 다소 증가시키나 단면수축율은 감소시킴

  - Fe3P화합물 형성에 의한 충격저항 감소 상온취성 유발

    . P 응고시 편석이 심하여 Fe3P 응고, 입계에 편석하고 고온가열에도 확산이

      어려워 BAND STRUCTURE 잔류하며 가공시 방향으로 연신되어 충격치를 감소

      시키고 파열의 중심이

    . Fe3P MnS,MnO 함께 집합하여 GHOST LINE 형성, 파괴의 원인이

    . P 탄소량이 많을수록 유해함 : 공구강≤0.025%이하 관리

  - O 친화력이 강하여 용접성에 불리

-          강의 피삭성을 향상

 

S

원자NO 16  

 원자량 32.064

   2.07 g/cm3

 용융점 110.2

 비등점 444.6

   0.71 J/gK

 용해율 1.7175 KJ/MOL

 결정형 사방정계

 

o 재질특성

  - 철과 FeS화합물을 형성하여 고온취성 유발

    . S재는 열간가공시 취화 발생

    . 저융점의 FeS(1193) 결정립계에 망상으로 정출 개재하여 고온에서

      강재취화(인장략,신율,충격치의 감소) 유발 가공시 파괴 원인

    . 취화방지책 : Mn 첨가하여 고융점의 MnS 형성 (Mn/S10 관리)

  - Mn, Zr, Ti, Mo등과 결합하여 피삭성을 향상

  - 용접성과 단접성을 악화

o S쾌삭강

  - 강에 SFMF 0.10.25%정도를 첨가

  - 취성저하를 경감하기 위해 Mn 0.41.5% 첨가하여 MnS 형성

  - MnS 분산시켜 CHIP BREAKER작용과 피삭성을 향상

  - MnS 열간가공시 가공방향으로 연신되어 압연방향과 직각방향의 기계적성질이

    크게 달라진다

  - 보통강대비 절삭속도를 2배이상 가능하고 P 약간 높게하여 Mn P

    복합효과를 기대할 있슴

Si

 원자NO 14  

 원자량 28.06

   2.33 g/cm3

 용융점 1,430±20

 비등점 2,300

   0.162 Cal/g

 용해율 33.7 Cal/g

 결정형 면심입방정

 

o 재질특성

  - FERRITE 고용하여 경도,탄성계수,인장력을 증대하고 신율,충격치는 감소시킴

  - FERRITE상을 강화해서 300℃이하의 소둔저항성을 향상시킴

    (2&이상 첨가시 소성을 해침)

  - 입자의 크기를 증대시키고 용접성을 감소시킴

o 용강제조특성

  - 탈산제로서 가장 유효 : 용강중에 산화물은 Mn산화물과 결합하여 SiO2 또는

    규산개재물을 형성, 분리부상이 용이함

 

Ti

원자NO 22  

 원자량 47.90

   4.50 g/cm3

 용융점 1,668±5

 비등점 3,287

   0.126 Cal/g

 용해율 15.450 KJ/MOL

 결정형 육방정계

 

o 재질특성

  - O.N.C.S.H등과 강한 친화력을 지니고 있으며 강력한 탈산,탈질제로 이용

  - 강의 결정립을 미세화하고 강고한 탄화물을 생성

  - Ti합금은 중량비에 대한 강도가 높고, 550℃에서 고온성질이 우수

  - 염기성 매체등 대부분의 분위기에서 내식성 우수

  - 침입형원소(C,N,O)와의 높은 반응성과 침화력때문에 정교한 용해 제조기술

    필요

  - 소입성을 악화시키나 소입온도가 높으면 오히려 증가

 

o 주요용도

  - 고온에서의 기계적성질이 우수하여 우주항공소재로  이용

-          내식성이 우수하여 화학공업용으로 이용

V

원자NO 23  

 원자량 50.55

   6.0 g/cm3

 용융점 1,735±50

 비등점 3,400

   0.120 Cal/g

 용해율 20.90 KJ/MOL

 결정형 체심입방정

 

o 재질특성

  - 결정립 미세화를 조정하여 AUSTENITE 조대화 온도를 상승

  - 용해시 경화능이 증가

  - 0.25%이하에서는 소입성을 증가시키나 0.3%이상에서는 오히려 소입성을

    감퇴시킴

  - 소려저항성이 증가되어 2차경화에 의한 기계적성질 특히 인성을 향상시킴

    . C V 동시증가는 오히려 인성을 저하시킴

  - C V 결합하여 매우 경한 MC 탄화물을 형성하여 내마모성을 향상하나

    연삭이 곤란하여 연삭공정이 많은 공구에는 부적합

W

원자NO 74  

 원자량 183.92

   19.3 g/cm3

 용융점 3,410±20

 비등점 5,930

   0.032 Cal/g

 용해율 35.40 Kj/MOLE

결정형 체심입방격자

o 재질특성

  - 고온에서 결정립을 미세화하여 경도와 강도를 상승시킴

    . M23C6 탄화물을 유지하여 석출경화와 고온강도 향상

  - 공구강에서 C 결합하여 W6C 형성, 내마모성을 향상

-          일부 W MARTENSITE 고용하여 소려저항및 내열성을 향상

 

Zr

원자NO 40  

 원자량 91.92

   6.5 g/cm3

 용융점 1,852±2

 비등점 4,377

   0.066 Cal/g

 용해율 16.90 KJ/MOLE

결정형 육방정계

o 재질특성

  - 결정립을 미세화

  - 0.10.2%첨가로 강도,신율,단면수축율을 향상

o 용강제조특성

  - 강제 탈산,탈질,탈류제로도 사용

 

 

 


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Last Updated:  2002-07-07 오후 02:15:32

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