Material extrusion additive manufacturing (MEAM) 공정으로 제조된 AISI D2 (STD11) 공구강의 미세조직 및 내마모 특성

초록

Metal material extrusion additive manufacturing (M-MEAM)은 금속 분말과 고분자 바인더가 혼합된 필라멘트를 압출하여 적층 제조하는 기술로 매우 우수한 경제성과 접근성 등으로 인해 강한 파급효과를 지닌 기술이다. 특히, 다른 metal AM 기술들과는 달리 고에너지의 열원(레이저, 전자 빔 등)을 사용하지 않아 기존의 금속적층제조기술로 제조가 까다로웠던 구리 등의 고반사율 금속, 고탄소강, 초경, 자성 재료 같은 소재에도 적용이 용이하다는 특징이 있어 최근 M-MEAM 기술에 대한 관심도가 크게 증대되고 있다. 본 연구에서는 MEAM 공정 및 소결 기술을 활용하여 D2 (STD 11) 냉간 금형용 공구강을 제조하였으며, 열처리를 통해 미세조직과 기계적 특성을 제어한 후 micro-vickers 경도 시험과 pin on disk 마모 시험을 통해 제조된 합금의 기계적 특성과 내마모성을 조사하였다. 미세조직 관찰 결과, 열처리 전에는 페라이트 기지에 미세한 carbide가 균일한 크기로 분포하고 있었으며, 열처리 후에는 마르텐사이트 상의 형성과 함께 carbide의 형상이 round한 형상으로 변화하고 크기와 분율이 소폭 증가하였다. carbides 석출상들이 분포하였으며, 열처리 후 석출물들의 결정 구조, 크기 및 분율이 변화한 것이 확인되었다. 제조된 MEAM D2 소결체의 경도는 열처리 전: 231.20 Hv0.3, 열처리 후: 649.24 Hv0.3 으로 비교재로 사용된 Wrought D2에 필적하는 (열처리 전: 238.51　Hv0.3, 열처리 후: 661.43 Hv0.3) 것으로 나타났으며, 열처리 된 MEAM D2 소결체의 내마모성은 열처리 된 wrought D2보다 약 25% 높은 wear rate를 나타냈지만 coefficient of friction 거동은 wrought D2보다 안정적인 것으로 나타났다. 상기 결과를 토대로 MEAM 공정으로 제조된 D2 공구강의 내마모 특성과 마모 거동을 미세조직과 연계하여 고찰하였다.