고용강화 페라이트계 구상흑연주철의 기계적 특성 및 미세조직에 미치는 티타늄(Ti)의 영향 = Effect of Titanium on the Mechanical Properties and Microstructure of Solution Strengthened Ferritic Ductile Iron

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 고용강화 페라이트계 구상흑연주철 (SSFDI)에 티타늄 (Ti)을 첨가하면서 SSFDI에 미치는 영향을 조사하였다. 주조재료의 성능 개선을 위한 다양한 첨가 원소의 효과를 분석하는 것은 매우 중요하며, 특히 티타늄 (Ti)은 구상흑연주철에서 미량첨가 시 흑연의 구상화를 촉진하고 기지조직을 미세화하는 효과가 있어 주목받고 있다. 따라서, 본 연구에서는 0~300 ppm 범위의티타늄 (Ti) 첨가량 변화에 따른 기계적 특성과 미세조직 변화를 체계적으로 분석하였다. 그 결과, 200 ppm에서 최적의 특성을 나타내어 인장강도, 항복강도, 연신율, 경도 등이 모두 향상된 것으로 확인되었다. 특히, 200 ppm의 티타늄 (Ti) 첨가 시 인장강도는 646.75 N/mm²로 증가하였고, 연신율은 20.13%로 나타났다. 이는 티타늄 (Ti)이 미세구조를 개선하고 흑연의 구상화를 촉진하여 기계적 성질을 향상시킨 것으로 판단된다. 또한, 냉각속도의 영향을 조사하기 위해 다양한 크기의 Y-block을 사용하여 실험을진행하였다. 이 과정에서 200 ppm Ti 함량을 결정한 후, 동일한 함량을 적용하여 0.5인치, 1인치, 2인치 Y-block을 추가로 주조하였다. 실험 결과, 가장 빠른 냉각속도에서 최상의 기계적 특성과 미세조직이 관찰되었다. 빠른 냉각속도는 TiC 석출물의 미세한분포를 촉진하고 결정립 성장을 억제하며, 구상 흑연의 형성을 극대화함으로써 SSFDI의 특성을 더욱 향상시켰다. 이러한 결과들은티타늄 (Ti) 첨가와 냉각속도 제어가 SSFDI의 특성 향상에 효과적임을 확인했다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study investigates the effects of titanium (Ti) addition on solution-strengthened ferritic ductile iron (SSFDI). Analyzing the impact of various alloying elements is crucial for enhancing the performance of casting materials. Titanium, in particular, has gained attention for its ability to promote graphite spheroidization and refine the matrix structure when added in trace amounts to ductile iron. This research systematically examines the changes in mechanical properties and microstructure with Ti additions ranging from 0 to 300 ppm. The results indicate optimal properties at 200 ppm, with improvements in tensile strength, yield strength, elongation, and hardness. Specifically, the tensile strength increased to 646.75 N/mm² and elongation reached 20.13% with 200 ppm Ti addition.
These enhancements are attributed to Ti's role in refining microstructure and promoting graphite spheroidization. Additionally, experiments using Y-blocks of varying sizes (0.5-inch, 1-inch, and 2-inch) were conducted to assess the effects of cooling rates, using the optimal 200 ppm Ti content. The findings show that faster cooling rates lead to superior mechanical properties and microstructure by promoting fine distribution of TiC precipitates, inhibiting grain growth, and maximizing spheroidal graphite formation.
These results confirm that controlling Ti addition and cooling rates effectively improves SSFDI characteristics.