profile 김병윤 2008-08-28 22:43:47
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반갑습니다.
오늘도 이렇게 질문하나 드려 봅니다.
용접부 경도에 대한 사항 입니다.
시방서상 용접부 경도 사항에 대한 질문이 있습니다.

용접제는 Inconel 718 입니다.(GMAW 와이어 Φ1.2mm.)

Ni ~54 (WT %)
Cr 19
Fe 18(balance)
Mo 3
Nb 5
Ti 1
Al 0.5
C 0.08
Si Max 0.2

시방서 상에
** Hardness ( HV20) as welded 240~280 )
롤링후-용접부 그림 참조 위에 황삭가공후 롤링 (롤링:3개소 v 홈으로 압력을 주어 누름)

**롤링후 열처리 Hardness ( HV20 Heat treated:540~580 HV) 입니다.

용접후 경도와 롤링및 열처리후 경도가 표시 되어 있습니다.

여기서 시방서상에서 표면 경도를 표기한것이 맞는지 아니면 심부경도(내부경도)=심도를
포함한 경도가 이정도 규정치 내에 있어야 된다는 의미인지 의문이 있어서질문을 드립니다.


질문 1. 용접이나 기타 열처리를 실행하면 심부로 갈수로 경도나 떨어 지는효과가 있잖습니까
즉 경화능 테스트시 경도변화가 완만한 커브를 나타내는것으로 해석되어 표면에서
일정깊이정도 표면에서 약 1.5mm 까지 위의 시방서를 맞추어야 되는지 질의 드렸습니다.

열처리는 Aging을 620 ℃에서 8 시간을 유지하여 노냉하였습니다.

2 달동안 테스트 한 결과 노력에 대한 결과가 없어서 미쳐 버릴 지경 입니다.
그래서 여러분의 좋은 고견을 보내어 주십시오.
꼭 제 힘으로 해 보고 싶은데 제가 용접전문가가 아니라 잘 알지도 못하여 용접작업하시는 분께
미안도 하구 포기 하고 싶은데 2 달간 여름에 땀 뻘뻘 흘리고 악이 받쳐서 포기하기도 그렇고..
제발 좀 도와 주시기 바랍니다.





혹시 제가 판단하였을때 Solution annealing 을 하지 않아서 그런가도 싶고
모재가 SNCRW - 내열강 인데 열간 단조후 용접부 홈 가공후 용접을 실시 하였거던요.

참고로 초층에 최대 200℃ 1층을 위에는 350℃ 이내에서 실시되었습니다.



열처리 후 경도가 미달되어 고민 입니다.
2달동안 테스트 한 결과

열처리 전 용접후 황삭가공후 제품 단면부(와이어 커팅으로 잘라 내었음)

228~218 HV (2개월간 데이타)-목표치: 240~280 HV 20

포기하기에 앞서

롤링후 열처리 후 경도442~472 Hv (2 개월간 데이타 )-목표치: Rolling & Heat treated:540~580 HV20

최종적으로 열처리로 마무리 하기때문에 1단계로 720℃에서 8 HRs Holding 중간단계로 620℃까지 노냉후 유지시간을

6Hrs 후 냉각을 최대 400 ℃까지 하면서 서서히 노냉해 볼려고 합니다.괜잖을 까요?

Thomas Eun 2008-08-31 02:07

This is an answer for your email question.

You may have to consider several processes.

The following data will be helpful to find the solution..

1. What rolling?

2. Welding : Base metal, Gas, and Process (only GMAW?)

3. Heat Treatment
- Solution heat treatment chart/curve (temperature, time, cooling method*, heating/cooling ratio)
- Aging (temperature, time, cooling method*, heating/cooling ratio)

*cooling method : water cooling, oil cooling, air cooling, or furnace cooling

4. Machining after welding

5. The target values
- Corrosion Resistance : What tests? Acceptance categories
- Hardness : How much at metal surface or inside or both/ Jominy test required or not
- Tensile Strength
- Impact Resistance : how much (absorbing energy)/ test temperature

이진희 2008-08-29 08:57

우선 아주 근본적으로 왜 이 작업을 하는 지 이해가 잘 안갑니다.
뭐든지 목표가 명확하고 공유가 되면 효율적인 대안을 찾을 수 있을 텐데, 용접부 경도를 높이기 위한 노력을 왜 하시는 지 잘 이해가 안됩니다.

단순하게 용접부의 경도를 높여서 내마모성에 대한 고려가 주 목적이라면 지금의 접근 자체를 근본적으로 재고해보실 것을 추천합니다.
Stellite 계열등에서 내식성과 내마모성을 함께 갖춘 다른 재료를 얼마든지 구할 수 있습니다.

718의 제조 및 가공 단계에서의 최적의 기계적 특성을 얻기 위한 열처리는 Web에 많이 올라와 있는 바와 같이 지금 실시한 온도 보다 조금더 높은 온도에서 열처리를 해야 합니다.

718은 석출경화에 의해 경도를 얻게 되는 강종입니다.
즉, 금속조직내에 적절한 석출물 상이 발생할 수 있도록 온도와 시간을 주어야 합니다.
그런 관점에서 기존에 실시한 620도는 좀 약한 것으로 평가됩니다.

하지만 단순하게 그 온도를 더 높여서 지금 원하시는 경도를 얻을 수 있는 가에 대해서는 다소 회의적입니다.

그리고 경도는 구조재 전체의 관점에서 본다면 용접부 표면 뿐만 아니라 내부의 경도도 중요한 의미를 가지게 됩니다.
다층 용접시에 선행 비드는 후속 비드에 의해 열처리 효과를 가지게 되어 내부의 경도가 외부 보다 작게 나타나지만, 그래도 전체적인 경도의 분포는 나름의 의미를 가지게 됩니다.
단순히 내마모성이 주 관심이라면 표면 경도만 있으면 족하겠지요.

석출물상을 최적화 시키고, 여기에 다시 가공경화를 유발하기 위해 압연을 실시한 것은 시도는 좋지만 결과는 그다지 긍정적이라고 평가하기 어렵습니다.

용접부는 구조물 전체로 볼때에 가장 취약한 부분입니다.
Homogenous한 모재에 비해 용접부는 Hetero로 작용하게 되고, 늘 부식환경에 우선적으로 노출되며, 내부 잔존하는 결함의 가능성으로 인해 모재에 비해 별로 좋을 게 없지요
그런데 거기에 다시금 가공에 의해 경도를 인위적으로 상승시키겠다는 시도는 결과적으로 피로, 취성파괴, 고온 Creep등의 단점을 부각시켜서 해당 부재의 수명을 단축시키는 효과를 가져오게 됩니다.

그리고 죄송하지만, 같은 내용으로 올라온 기존의 질문은 제가 삭제했습니다. 오해 없으시길 바랍니다.

김병윤 2008-08-29 21:08


항상 좋은 고견 과 지도 편달에 감사 드립니다.


우선 아주 근본적으로 왜 이 작업을 하는 지 이해가 잘 안갑니다.
뭐든지 목표가 명확하고 공유가 되면 효율적인 대안을 찾을 수 있을 텐데, 용접부 경도를 높이기 위한 노력을 왜 하시는 지 잘 이해가 안됩니다.

단순하게 용접부의 경도를 높여서 내마모성에 대한 고려가 주 목적이라면 지금의 접근 자체를 근본적으로 재고해보실 것을 추천합니다.
Stellite 계열등에서 내식성과 내마모성을 함께 갖춘 다른 재료를 얼마든지 구할 수 있습니다.

답변:다국적 기업에서 품질기술시방서 상에 기재된 사항에 대해서 품질검증및 개발을 시도하는 사항 입니다.
엔진부품의 혼합기가 폭발후 배기가스 약 온도 450℃에서 작동(폭발행정후 배기 가스가>마모성 ,내충격성>> & 부식성 도 포함되어 있어야 되기 때문일것으로 판단 됩니다.

고객시방서에 기재된 재질로 사용하여 테스트하고 있는 중입니다.



김병윤 2008-09-01 23:29

if 위의그림상에서
hardfacing weld에서 용접비드의 폭 즉 길이가 차이가 날수록
전압 및 전류가 차이가 나서 경도에 영향을 줄수는 없을까요?

즉 길쭉하게 벋은 용접 비드랑 타원형처럼 용착된 비드의 형태로 인한
경도 변화가 있을수 있는가?




이진희 2008-08-30 11:14

조건이 그렇다면 현재로서는 열처리를 제대로 다시 해 보는 것 이외에는 별 대안이 없을 듯 합니다.

기존의 열처리 온도로는 너무 낮습니다.
좀더 높은 온도까지 (대략 950도 이상) 가열하여 충분한 석출물이 생길 수 있도록 시간을 주면서 아래와 같이 냉각 과정을 조절하는 방법이외에는 별 도리가 없을 듯 합니다.

이미 찾아 보셨겠지만 Inconel 718의 열처리 기준은 다음과 같습니다.

The following heat treatment should be used to obtain the best combination of tensile properties and stress rupture properties:
1 hr 1750°F to 1800°F (954 to 982°C) air cool + 8hr 1325°F (718°C) cool 100°F /hr to 1150°F (56 °C/hr to 621°C), hold 8 hrs and air cool.
To obtain the best room temperature and cryogenic tensile properties, the following heat treatment should be used:
1 to 2 hr 1950°F (1066°C), air cool + 8 hr 1325°F (718°C) cool 100°F/hr to 1150°F (56°C/hr to 621°C), hold 8 hr and air cool.

가까이에 전기로가 하나 있다면 이를 활용하여 위 조건들을 기준으로 실제 적용 가능한 수준이내에서 최적으로 조건을 찾아야 할 것으로 판단합니다.




Thomas Eun 2008-09-07 10:49

Here is the answer for your forum and email questions.

In general we can consider two mechanisms for the hardened surface.

1. Aging effect

Alloy 718 is hardened by the precipitation of secondary phases (e.g. gamma prime and gamma double-prime as Ni- (Al, Ti, Nb) phases)) into the metal matrix in the temperature range of 1100 to 1500°F (593-816°C). For this metallurgical reaction to properly take place, the aging constituents (Al, Ti, Nb) must be in solution (dissolved in the matrix) in range of 1700-1850°F (927-1010°C). If they are precipitated as some other phases (other than gamma prime and gamma double-prime) or are combined in some other forms, they will not precipitate correctly and the full strength/hardness of the alloy with not be realized. The following heat treatment is recommended.

[Heat Treatment] Solution anneal (SA) at 1700-1850°F (927-1010°C) followed by rapid cooling in water, plus precipitation hardening (PH) at 1325°F (718°C) for 8 hours, furnace cool to 1150°F (621°C), hold at 1150°F for a total aging time of 18 hours, followed by air cooling.

2. Work hardening effect

The hardenability of SA-PH shows higher rate that of only PH or SA-over heat PH (850C for 1 hour).

From the above review, the best way is to apply the [Heat Treatment]. The SA is a very important process for your target value.

Meanwhile I am not sure why you did not consider a different weld material. The maximum hardness of Stellite 6 may be 420Hv at room temperature. If you are interesting in the several hardfacing materials, please find below.

- NACE Corrosion Paper #01513
- USACERL Technical Report 97/118, July 1997
- Several Metal Supplers Data from Internet

김병윤 2008-08-30 12:47

이진희 님 항상 답변 감사 합니다.
현재 컴파일이 문제가 있어 자세한 것은 메일로 보내어 드리겠습니다.
질량효과를 감안해서 그온도 보다 + 20℃ 높은 온도에서 유지하면서
해 볼려고 합니다.(위의 기술문서상은 공시제에 대한 열처리 방법이기 때문과 열처리 로의 균등성 관계를 감안하여 이렇게 마지막으로 진행 할려고 합니다.많은 격려 부탁드립니다.끝.

김병윤 2008-09-07 22:53

Thomas Eun
항상 좋은 고견 과 답변 감사 드립니다.

나쁜기억과 일들은 물에 적어 넣고,Thomas Eun & 이 진희 님과 같은 분의

말씀은 돌 이나 또는 마음속 깊이 넣어 두겠습니다.

재료 선정은 다국적 기업에서 품질시방서 상에 나온 재질로 선정되어

각 공정의 작업프로세스를 나타 내었기 때문에 스텔라이트 계열을

사용하지 못하였습니다.

Thomas Eun & 이 진희 님의 말씀의 요점은

S/A & Aging 으로 조직상을 관리 통제 하는것이 핵심관건 이며
제일 중요하다는 말씀이시죠.
...................................................................
여기서 한가지 추가 질문 드립니다.

보호가스에 Ar + He 을 많이 사용하는데,여기에 N2(질소)가스를

미량 2~3 % 혼합하여 사용하면 표면에 질화효과를 나타 낼수 있는

방법이 있다고 하던데 좋은 방법이 될수 있습니까?

GMAW 후 용접 경도 ( 최소 240 Hv/20 ) : 초기 단계의 재공품경도

입니다.

경도측정부위: 시험재료를 와이어 커팅으로 절단하여

단면부(Section Area)를 Pilishing 후 측정한 것입니다.

2008.09.06.측정한 결과 표면층의 Max 233~218 Hv 이 되었음.

표면층에서 2.0mm 지점까지 데이터 임.

(용접층 바닥부를 기준으로 전체 8.0mm 용접층)

........................................................

저는 용접전문 지식을 가지고 있지 아니합니다.
솔찍히 저는 실험에 갤러리 입장이 되어야 되는데
너무 안타갑고 한번 도와 주고 싶어서 여기 좋은 선생님들도
많이 계시어 질문도 드리고 답변도 받아서
도움설명을 해 주어도 기술자들의 왕고한 고집

용접과 관련된 팀의 고집으로 실험 기간만 길어지고
내가 경력이 몇년 되는데 기술이 바닦날까 걱정하는것은 아닌지.

고수와 하수의 차이는 저는 이렇게 생각합니다.
하수는 내가 이런 경력이 몇년인데 하면서 자랑하고
고수는 앞으로는 밑지는 경력은 자랑하지 않고 그 뒤로는
사람의 조언을 남긴다고 생각합니다,
그 뒤가 또다는 앞을 열어가는 열쇠 이니까요.
그 뒤가 보통의 뒤가 아닌것을...

"이화접목지계"

이런 시점에는

자기의 집의 계란이 없으면 남의 집의 닭을 빌어서 계란을 만들수 있는

그런 시점이 아닐까요.

그래서 저는 여기 사이버상의 Thomas Eun & 이진희 님 과 같은

좋은 분들이 있다는것이 너무나 감사하게 생각하고 있습니다.

또 그래서 준비하며 기다리고 있죠.


























이진희 2008-08-31 08:28

Rolling의 의미가 무엇인지 궁금했는 데, 어제 밤늦게 보내주신 메일 자료를 보니 이해가 되는 군요

하지만 저 조건이라면 Rolling에 의한 경도 향상은 그다지 크지 않을 것 같습니다.

의견 정리하신 것 처럼 열처리 온도를 조절하여 현실적인 대안을 강구하세요.

이 강종은 석출물 상을 어떻게 형성하고 관리하느냐에 따라 기계적 특성이 달라지게 됩니다.

좋은 성과 있으시길 바라며, 성공하시거든 결과도 알려주세요.

김병윤 2008-08-31 23:17

이진희 님 항상 좋은 고견과 지도에 감사하게 생각 하고 있습니다.

늦은 밤까지 메일을 읽어 주셔서 감사 합니다.
근무 관계로 밤에 다 퇴근후 문제점을 생각하느라 두서 없이 작성 되었는데 끝까지 확인하여 주시니 너무 감사 합니다.



이진희님 말씀:하지만 저 조건이라면 Rolling에 의한 경도 향상은 그다지 크지 않을 것 같습니다.

"경도 향상은 그다지 크지 않을 것 같습니다."- 소극적 추측이시겠죠.
.....................................................................

저의 소견을 말씀 드립니다.

: Rolling이 cold working(냉간가공)의 의미가 되기 때문에 경도 향상은

30% 이상은 있다고 봐야 되지 않을까요.

저 개인적으로는 inconel 718 GMAW 방법으로 용접후

경도가 240~280 Hv/20 되어지면 소성변형 비율 (%) 정도에 따라

Rolling ( V 홈 을 3군데:냉간소성변형(%) 정도에 따라서 경도증가)->

Annealing & aging(석출경화제어에 의한 경도 증가)

여기 기술문서와 이진희 님 , Dr Thomas Eun 고견을 종합해 보면
결론은 변화율(% ) 크게 상승 약30%이상은 될것으로 유추 됩니다.

추가 질문

용접실시때 초층에 최대 200℃ 1층을 위에는 350℃ 이내에서 실시되고

난후여기에 용접재의 고유 안전상태를 위해서 1750°F to 1800°F

(954 to 982°C) air cool/1 hr 필수적으로 해야 되는것 입니까?


합금강 또는 탄소강에서 소준처리(노멀라이징) 역활과 비슷한
개념인가요 ?

즉 소준처리 -탄화물이 가장 안정적인 상태에서 어떤 조직으로 변환이 가능할수 있게 하는 목적으로 하는 열처리

다시 말씀드려서 일반적으로 합금강 SCM 4의 경우 최종 조질처리 시

소준(노멀라이징) 후 Q.T를 실시하면 좋은조직이 나타나는것과 동일한
의미 입니까?

유추질문 2

용접직후 용접층경도가 240~280 Hv/20 막바로 나타날수 있는가?
아니면 용접후 Solution annealing후에 나올수 있는 경도 인가?????

고객품질기술시방서상에

용접후 요구경도:240~280 Hv/20 (초기 재공품 단계 이기때문에 크게 의미를 두지 않아도 되지 않을까요)

아니면 용접후 Solution annealing 후 조직이 정화된후 경도가 잘 나오지
않을까요???

시험때에는 이경도가 나오지 않았었죠 실제:227 Hv

용접표면에 메직잉크를 칠하여 놓으면 경도가 상승될수 있는 효과도
있죠.잉크성분의 P 성분의 영향으로 판단됨
역사적근거 근래 올림픽을 치룬 중국의 만리장성 밑에 인골의 P 성분 때문에 강풍과 세월에도 잘 버티고 있지 않습니까.-그 땅밑에 돌은 다른 돌보다 경도가 아주 강함.-정말입니다.

대한 민국 어느 대학교 에서 가공경화와 가공성 향상을 위해서 실험도 된
근거 있는 것 입니다.
.....................................................................

저 개인적으로 Special leader 이진희 님 Thomas Eun 님 지도처럼

Solution annealing -석출물의 깨끗한 상태 즉 금속고유본래의 상태로

되돌아 가서 탄화물이 나타날수 있도록 제어하는 석출경화(Aging)

-석출물의 제어가 해당 강재의 특성을 좌우하는 지배 요인- 시켜야 된다.

고 생각합니다.


의견 정리하신 것 처럼 열처리 온도를 조절하여 현실적인 대안을 강구하세요.

이 강종은 석출물 상을 어떻게 형성하고 관리하느냐에 따라 기계적 특성이 달라지게 됩니다.

좋은 성과 있으시길 바라며, 성공하시거든 결과도 알려주세요.

답변:Special leader 이진희 님 Thomas Eun 님 같은 분은 비록 여기 사이버 상이지만
저의 멘토 이십니다.꼭 실험 성공해서 결과뿐만 아니라
지금 가을 전어시즌 이므로 꼭 접대 하도록 하겠습니다.
조직의 갤러리 분들이 좀 도와 주면 빨리 할수 있는데 열심히 해서 약속 지키겠습니다.
약속 지킨다는 의미로 저의 끈없는 전화(모바일)010 5154 8304 입니다.^^*

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