DED 공정변수에 따른 SUS316L 적층 레일의 경도 특성 연구

초록

본 연구에서는 적층공정 기술인 DED(directed energy deposition) 공정기술을 철도 레일에 적용하여 금속적층을 진행하였을 때 적층면과 레일에서 발생하는 경도 특성의 변화를 시험 분석하였다. 레일은 열차의 반복되는 주행하중에 의해 마모 및 표면결함이 자주 발생하는 철도 주요 인프라이며, 레일 표면을 복원하기 위해 마모면 상부에 금속적층을 진행하는 방식의 유지보수방법을 고려할 수 있다. DED 공정기술은 레이저를 이용하여 얇은 융착 레이어를 반복하여 적층하는 방식의 열사이클로 인해 고유의 물성 변화 특징을 가진다. 본 연구에서는 DED 공정의 주요 변수 변화에따라 발생하는 경도 특성 변화를 살펴보았다. 시편 제작은 레일 상부 절삭 후 DED 공정기술로 일정 높이만큼 적층 진행하였다. 적층 소재는 SUS316L을 적용하였으며 공정조건 변수는 레이저 출력 크기와 레이저 스캔 스피드를 다양화하여시편을 제작하였다. 제작된 시편을 대상으로 레일 단면의 경도값(HV)을 적층 표면부터 레일목까지 순차적으로 측정하였다. 경도특성 분석 결과, 레이저 출력이 높을수록 적층면의 경도값은 낮아졌으며 레이저 스캔 속도가 높을수록 상대적으로 높은 경도값을 보였다. 레이저 출력과 레이저 스캔 속도가 연관된 에너지 밀도로 설명하면 결국 에너지 밀도가 높을수록 경도값은 낮아짐을 의미한다. 이는 적층공정시 레이저에 의한 에너지 밀도가 높을수록 냉각속도가 느려지면서 이와관련된 미세조직 특성의 변화로 인해 최종적인 경도 특성이 달라지는 것으로 판단된다.

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