상변태형 Fe계 합금의 적층결함에너지와 cavitation erosion 손상 거동에 관한 연구 Stacking fault energy and damage mechanism of cavitation erosion in phase transformable Fe-based alloys원문보기
Fe계 오스테나이트 합금의 적층결함에너지와 cavitationerosion 손상 거동에 관한 연구를 수행하였다. 기존 연구에서 변형유기 마르텐사이트 상변태 현상이 cavitation erosion 저항성을 향상시킨다는 결과가 보고된 바 있으나, 이러한 상변태가 어떠한 과정을 통하여 저항성에 영향을 미치는지에 대한 연구는 거의 없었다. 따라서 본 연구에서는 Fe-Cr-C-Mn 4원계 합금의 조성 변화에 따른 적층결함에너지를 측정하고, 그에 따른 변형유기 마르텐사이트 상변태 거동 및 cavitation erosion 저항성을 조사하였다.
연구 조성 범위를 선정하기 위하여, Fe-Cr-C-Mn 4원계 합금의 오스테나이트 단일상을 가지는 조성 영역을 도출하였다. ...
Fe계 오스테나이트 합금의 적층결함에너지와 cavitationerosion 손상 거동에 관한 연구를 수행하였다. 기존 연구에서 변형유기 마르텐사이트 상변태 현상이 cavitation erosion 저항성을 향상시킨다는 결과가 보고된 바 있으나, 이러한 상변태가 어떠한 과정을 통하여 저항성에 영향을 미치는지에 대한 연구는 거의 없었다. 따라서 본 연구에서는 Fe-Cr-C-Mn 4원계 합금의 조성 변화에 따른 적층결함에너지를 측정하고, 그에 따른 변형유기 마르텐사이트 상변태 거동 및 cavitation erosion 저항성을 조사하였다.
연구 조성 범위를 선정하기 위하여, Fe-Cr-C-Mn 4원계 합금의 오스테나이트 단일상을 가지는 조성 영역을 도출하였다. Mn 첨가에 따라 상 경계가 아래쪽으로 이동하여 오스테나이트 단일상을 가지는 합금 조성 범위를 확보할 수 있었다. 오스테나이트 단일상을 가지는 합금 조성에서 적층결함에너지를 측정한 결과, Cr, C 첨가량 증가 시에는 적층결함에너지가 증가하였으며, Mn 첨가량 증가 시에는 적층결함에너지가 감소하였다.
압축실험을 통해 변형에 따른 변형유기 마르텐사이트 상변태 거동을 관찰한 결과, α′마르텐사이트 상변태의 경향성은 적층결함에너지가 감소할수록 증가하였다. 반면, Mn이 증가할 경우에는 적층결함에너지의 감소에도 불구하고 α′마르텐사이트 상변태 정도가 감소하였고, 그와 반대로 ε마르텐사이트 상변태를 촉진시켰다. 그 결과 Mn 첨가량의 증가에 따라 적층결함에너지가 감소할 때, 상변태 거동은 γ→α′에서 γ→ε→α′및 γ→ε로 변화되었다.
이후, 적층결함에너지의 크기에 따른 변형유기 마르텐사이트 상변태 거동이 cavitation erosion 저항성 및 손상 거동에 미치는 영향을 조사하였다. 합금의 적층결함에너지의 감소에 따라 변형유기 마르텐사이트 상변태가 촉진되어 cavitation erosion 저항성이 향상되었으며, 특히 γ→α′상변태가 일어나는 합금보다는 γ→ε→α′및 γ→ε 상변태와 같이 ε 마르텐사이트 상변태를 일으키는 합금에서 더욱 우수한 cavitation erosion 저항성을 나타내었다.
결과적으로, cavitation erosion 손상에 대한 변형유기 마르텐사이트 상변태의 효과를 다음과 같이 도출할 수 있었다. 먼저 변형유기 마르텐사이트 상변태는 재료에 가해지는 cavity 붕괴 에너지를 일부 흡수하면서 grain 내부 저항성을 향상시켰다. 특히, 이러한 효과는 γ→α′상변태에 의해 더 큰 영향을 받았다. 추가로, γ→ε 상변태가 일어날 때에는 grain boundary 근방에서 형성된 ε 마르텐사이트가 grain boundary에서 시작되어 확장되는 crack의 전파를 방해하는 역할을 하여 cavitation erosion 손상을 지연시켰다. 그에 따라, grain 내부에서는 γ→α′상변태가, grain boundary 근방에서는 γ→ε 상변태가 일어나는 합금에서 가장 우수한 cavitation erosion 저항성을 나타내었다.
Fe계 오스테나이트 합금의 적층결함에너지와 cavitation erosion 손상 거동에 관한 연구를 수행하였다. 기존 연구에서 변형유기 마르텐사이트 상변태 현상이 cavitation erosion 저항성을 향상시킨다는 결과가 보고된 바 있으나, 이러한 상변태가 어떠한 과정을 통하여 저항성에 영향을 미치는지에 대한 연구는 거의 없었다. 따라서 본 연구에서는 Fe-Cr-C-Mn 4원계 합금의 조성 변화에 따른 적층결함에너지를 측정하고, 그에 따른 변형유기 마르텐사이트 상변태 거동 및 cavitation erosion 저항성을 조사하였다.
연구 조성 범위를 선정하기 위하여, Fe-Cr-C-Mn 4원계 합금의 오스테나이트 단일상을 가지는 조성 영역을 도출하였다. Mn 첨가에 따라 상 경계가 아래쪽으로 이동하여 오스테나이트 단일상을 가지는 합금 조성 범위를 확보할 수 있었다. 오스테나이트 단일상을 가지는 합금 조성에서 적층결함에너지를 측정한 결과, Cr, C 첨가량 증가 시에는 적층결함에너지가 증가하였으며, Mn 첨가량 증가 시에는 적층결함에너지가 감소하였다.
압축실험을 통해 변형에 따른 변형유기 마르텐사이트 상변태 거동을 관찰한 결과, α′마르텐사이트 상변태의 경향성은 적층결함에너지가 감소할수록 증가하였다. 반면, Mn이 증가할 경우에는 적층결함에너지의 감소에도 불구하고 α′마르텐사이트 상변태 정도가 감소하였고, 그와 반대로 ε마르텐사이트 상변태를 촉진시켰다. 그 결과 Mn 첨가량의 증가에 따라 적층결함에너지가 감소할 때, 상변태 거동은 γ→α′에서 γ→ε→α′및 γ→ε로 변화되었다.
이후, 적층결함에너지의 크기에 따른 변형유기 마르텐사이트 상변태 거동이 cavitation erosion 저항성 및 손상 거동에 미치는 영향을 조사하였다. 합금의 적층결함에너지의 감소에 따라 변형유기 마르텐사이트 상변태가 촉진되어 cavitation erosion 저항성이 향상되었으며, 특히 γ→α′상변태가 일어나는 합금보다는 γ→ε→α′및 γ→ε 상변태와 같이 ε 마르텐사이트 상변태를 일으키는 합금에서 더욱 우수한 cavitation erosion 저항성을 나타내었다.
결과적으로, cavitation erosion 손상에 대한 변형유기 마르텐사이트 상변태의 효과를 다음과 같이 도출할 수 있었다. 먼저 변형유기 마르텐사이트 상변태는 재료에 가해지는 cavity 붕괴 에너지를 일부 흡수하면서 grain 내부 저항성을 향상시켰다. 특히, 이러한 효과는 γ→α′상변태에 의해 더 큰 영향을 받았다. 추가로, γ→ε 상변태가 일어날 때에는 grain boundary 근방에서 형성된 ε 마르텐사이트가 grain boundary에서 시작되어 확장되는 crack의 전파를 방해하는 역할을 하여 cavitation erosion 손상을 지연시켰다. 그에 따라, grain 내부에서는 γ→α′상변태가, grain boundary 근방에서는 γ→ε 상변태가 일어나는 합금에서 가장 우수한 cavitation erosion 저항성을 나타내었다.
The cavitation erosion resistance of austenitic Fe-Cr-C-Mn alloys was reported to be contributed by the strain-induced martensitic transformation. Fe-Cr-C-Mn alloys are known to induce martensitic phase transformation well because the Mn lowers the stacking fault energy (SFE). In the present study, ...
The cavitation erosion resistance of austenitic Fe-Cr-C-Mn alloys was reported to be contributed by the strain-induced martensitic transformation. Fe-Cr-C-Mn alloys are known to induce martensitic phase transformation well because the Mn lowers the stacking fault energy (SFE). In the present study, the SFE and the damage mechanism of cavitation erosion was investigated in phase transformable Fe-Cr-C-Mn alloys.
This study was classified as three parts. The first part is about the SFE of Fe-Cr-C-Mn alloys. The SFE values of austenitic Fe-Cr-C-Mn alloys were determined from extended dislocation node measurements. The SFE increased with increasing Cr, C concentration. On the other hands, the SFE decreased with increasing Mn concentration. The influence of one element on the SFE decreased with increasing other element concentration.
The second part is about the effect of SFE on the strain-induced martensitic transformation behavior. Strain-induced martensitic transformation promoted with decreasing SFE. However, when Mn addition increased, the volume fraction of α'-martensite decreased and that of ε-martensite increased. Thus, when the SFE was lowered due to increasing Mn, the strain-induced martensitic transformation type changed from γ→α' to γ→ε→α' and γ→ε.
The third part is about the effect of strain-induced martensitic transformation on the resistance to cavitation erosion. Cavitation erosion resistance was improved with decreasing SFE. The strain-induced martensitic transformation affected cavitation erosion resistance through two mechanisms. ε-martensite prevented crack propagation from the grain boundary. In addition, crack formation at locally deformed region in the grain was prevented dominantly by the formation of α′-martensite. Because of both effects, excellent resistance to cavitation erosion resistance was found in γ→ε→α' type alloy.
The cavitation erosion resistance of austenitic Fe-Cr-C-Mn alloys was reported to be contributed by the strain-induced martensitic transformation. Fe-Cr-C-Mn alloys are known to induce martensitic phase transformation well because the Mn lowers the stacking fault energy (SFE). In the present study, the SFE and the damage mechanism of cavitation erosion was investigated in phase transformable Fe-Cr-C-Mn alloys.
This study was classified as three parts. The first part is about the SFE of Fe-Cr-C-Mn alloys. The SFE values of austenitic Fe-Cr-C-Mn alloys were determined from extended dislocation node measurements. The SFE increased with increasing Cr, C concentration. On the other hands, the SFE decreased with increasing Mn concentration. The influence of one element on the SFE decreased with increasing other element concentration.
The second part is about the effect of SFE on the strain-induced martensitic transformation behavior. Strain-induced martensitic transformation promoted with decreasing SFE. However, when Mn addition increased, the volume fraction of α'-martensite decreased and that of ε-martensite increased. Thus, when the SFE was lowered due to increasing Mn, the strain-induced martensitic transformation type changed from γ→α' to γ→ε→α' and γ→ε.
The third part is about the effect of strain-induced martensitic transformation on the resistance to cavitation erosion. Cavitation erosion resistance was improved with decreasing SFE. The strain-induced martensitic transformation affected cavitation erosion resistance through two mechanisms. ε-martensite prevented crack propagation from the grain boundary. In addition, crack formation at locally deformed region in the grain was prevented dominantly by the formation of α′-martensite. Because of both effects, excellent resistance to cavitation erosion resistance was found in γ→ε→α' type alloy.
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