After solidification of Ni-hard, the effects of cooling rate on the microstructure, hardness and abrasive wear resistance are investigated. When most of the retained autstenite is transformed to bainite by tempering for 48 hours at 275℃, the change of abrasive wear resistance is investigated also.
Cooling rate of the casting product is controlled by preheating the metallic mold into which the molten metal is poured. The hardness of the cast increase with increasing preheating temperature of the mold. But the hardness remains at the maximum value eventhough preheating temperature gets over 500℃. This may mean that when preheating temperature of mold is 500℃ or above the cooling rate is slow enough to reach near equilibrium carbon concentration in austenite.
By tempering Ni-hard for 48 hours at 275℃, retained austenite is transformed to bainite and hardness increase. But the wear resistance of this 48 hour-tempered Ni-hard is lower than that of 4 hour-heat treated specimen. It may be because of the fact that 4 hour-tempered Ni-hard has more retained austenite than that of 48 hour-tempered one and this retained austenite transforms to martensite at abraded surface by abrasive wear and hardness of abraded surface increases about 100 DPN. But 48 hour-tempered Ni-hard has little retained austenite to be transformed to martensite by abrasive wear.
Using scratch test, the effect of carbide size to wear resistance was investegated. As a result of this investigation, the existing abrasive wear formula may be modified as follow:
$V = K" \frac{W.L}{H} \cdot \frac{1}{N 1/4}$
K" = wear coefficient.
V = volume of wear material.
W = normal applied load.
L = wear distance.
H = hardness.
N = number of carbide grains in a unit area of wear surface.
Ni-hard 의 주조 직후 냉각 속도에 따른 조직과 경도의 변화 그리고 내마모성의 변화에 관하여 연구되었다. 또한 275℃에서의 48시간 tempering에 의하여 retained austenite 가 대부분 bainite 로 변태 되었을 때이 내마모성 변화에 대하여도 고찰 되었다.
4개의 metal mold 를 각각 가열로 안에 넣어서 여러 온도에 유지하면서 주조한 후 서냉하여 냉각 속도가 조절되었다. 주조시의 mold 온도가 높아짐에 따라 주조품의 경도는 증가하나 500℃가 넘으면 일정한 값을 유지한다. 이 경도의 증가는 냉각 속도의 감소에 따라 austenite 내의 carbon 이 carbide 형태로 석출되어서 austenite 의 M, 온도를 높이기 때문으로 생각되며 mold 의 온도가 500℃가 되었을때 austenite 내의 carbon 농도가 평형농도에 가깝게 도달되었을 것으로 보인다.
275℃에서 48시간 tempering 하면 retained austenite 가 bainite 로 변태하므로 경도의 증가가 나타난다. 이때 mold 의 setting 온도가 낮아서 냉각 속도가 빨랐던 시편이 냉각 속도가 느렸던 시편 보다 retained austenite 가 상대적으로 많아서 경도 증가량이 더 크다고 생각된다.
마모에 의하여 마모면의 경도가 증가한다. 이것은 마모시에 일어나는 표면의 deformation 에 의하여 retained austenite 가 martensite 로 변태하기 때문이라고 보인다 retained austenite가 많은 시편이 상대적으로 martensite 로 변태하는 양도 많으므로 275℃에서 4시간 tempering 한 시편은 주조시의 mold 온도가 낮은 시편이 높은 시편보다. bulk hardness 에 대한 마모면 경도의 증가가 더 크게 된다고 보인다.
그러나 48시간 tempering 한 시편은 retained austenite가 적으므로 마모면의 경도 증가량이 그리크지 않다. 그런데 내마모도는 마모면의 경도에 직접비례 하므로 bulk hardness 변화에 따른 내마모도의 변화량은 4시간 tempering 한 시편이 48시간 tempering 한 시편보다 적다.
275℃에서 48시간 tempering 하여 retained austenite가 bainite 로 변태되면 경도는 증가하여도 내마모성은 감소한다. 이것은 bainite 가 abrasive particle 의 삽입에 의한 변형이 국부적으로 집중되어 일어나서 이 부분이 쉽게 떨어져 나가기 때문이라고 보인다.
scratch test 에 의하여 carbibe phase 의 size가 내마모에 미치는 영향을 조사하면 기존 마모식은 다음과 같이 modify 되어질수 있으리라고 보인다.
$ V = K" \frac{W·L}{H} · \frac{1}{N^{1/4}}$
V = 체적마모량
W = normal applied stress
L = 마모마찰거리
H = hardness
N = 마모면 단위면적 내의 carbide 수
