Si 함량에 따른 베어링용 TiC/Fe 금속복합재의 기계적 및 마모 특성 연구
Effect of Si Content on the Mechanical and Wear Properties of TiC/Fe Metal Matrix Composites for Bearing Applications
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초록
본 연구에서는 용융가압함침 공정을 통해 TiC 60 vol.%를 함유한 TiC/Fe 금속복합재를 제조하고, Fe 기지의 Si 함량(0.8, 1.5, 2.5 wt.%)에 따른 미세조직, 기계적 특성, 마모 거동을 분석하였다. Si 함량 증가에 따라 시멘타이트가 억제되고 흑연 석출이 늘어나기 때문에 기지의 미세조직은 펄라이트에서 페라이트로 전환되었다. 이로 인해 경도와 탄성계수는 감소했으나, Si 1.5 wt.% 시편은 Si로 인한 고용 강화 효과와 TiC 분산강화 효과로 559.6 MPa의 최대 인장강도를 나타냈다. Si 2.5 wt.% 시편은 경도가 가장 낮음에도 불구하고, 인장강도는 530.9 MPa로 최대값과 유사한 수준을 유지하며, 마찰계수는 0.494 μ로 내마모성과 기계적 강도의 동시 최적화를 달성하였다.
Abstract
In this study, TiC/Fe metal matrix composites with 60 vol.% TiC were fabricated by pressure infiltration while varying the Si content in the Fe matrix to 0.8, 1.5, and 2.5 wt.% as a graphite-stabilizing element. Increasing Si suppressed cementite formation, enhanced graphite precipitation, and transformed the matrix from lamellar pearlite to ferrite. As a result, hardness and elastic modulus decreased, but the 1.5 wt.% Si specimen showed the highest tensile strength of 559.6 MPa due to solid-solution strengthening and effective load transfer by dispersed TiC reinforcements. The 2.5 wt.% Si specimen, despite having the lowest hardness, maintained a tensile strength of 530.9 MPa and achieved a low friction coefficient of 0.494 μ, realizing simultaneous improvement of wear resistance and mechanical strength.