열처리에 따른 TiC 강화재가 첨가된 금속기지 복합소재의 인장파괴 특성 및 강화기구 고찰 Study of Tensile Fracture Characteristics and Strengthening Mechanism of TiC Reinforced Metal Matrix Composites with Different Heat Treatment Conditions원문보기
본 연구에서는 새로운 용융가압함침공정을 사용하여 만든 Fe계 기지인 SKD11 공구강에 젖음성이 우수한 TiC 강화재를 다량 분산시켜 기존의 소재에 비하여 낮은 밀도를 가지면서 우수한 고온 강도, 열적 안정성 및 내마모성을 지닌 금속복합소재에 대한 연구를 수행하였다. ...
본 연구에서는 새로운 용융가압함침공정을 사용하여 만든 Fe계 기지인 SKD11 공구강에 젖음성이 우수한 TiC 강화재를 다량 분산시켜 기존의 소재에 비하여 낮은 밀도를 가지면서 우수한 고온 강도, 열적 안정성 및 내마모성을 지닌 금속복합소재에 대한 연구를 수행하였다. SEM(scanning electron microscope)을 사용하여 입내 및 TiC/TiC 입자 사이에서 M7C3 bridging 형성을 확인하였으며, TiC/matrix 계면이 [-111]SKD11//[001]TiC, (1-12)SKD11//(220)TiC 및 [012]SKD11//[110]TiC, (200)SKD11//(-224)TiC의 방향 관계를 가지는 semi-coherent nature를 이루어 우수한 계면 강도 가질 것이라고 예측하였다. TiC-SKD11 금속복합소재의 열처리에 따른 인장 특성 및 파괴거동을 고찰하기 위해 HIP처리 및 열처리를 통해 25℃ 및 700℃에서 인장시험을 진행하였다. 파괴기구 고찰을 위한 SEM 관찰 결과 열처리와 시험온도에 관계없이 TiC 입내의 {100} 벽개면을 따라 우선 파단되고, 이들이 서로 합체되어 최종 파괴됨을 확인하였다. HIP(Hot isostatic Pressing)처리한 복합소재와 HIP공정과 동일한 온도조건에서 추가 열처리한 복합소재의 미세조직을 관찰하였고 HIP처리 전에 비해 M7C3 분율이 감소(9.12%→4.36%→0.54%)하였다. 이는 고온 고압에 노출되는 동안 TiC 계면과 기지의 반응에 의해 일부 용해가 발생한 것으로 판단된다. 인장강도 또한 HIP처리 전에 비해 25℃(791MPa→965MPa), 700℃(490MPa→559MPa) 인장 강도가 크게 향상함을 확인하였다. 강도가 향상된 이유에 대해서는 M7C3 분율 감소, TiC 분율 감소, 기지조직 변화, TiC 계면에서의 잔류응력 변화 등을 예상할 수 있다. 또한 HIP처리 후 TiC 계면에서의 잔류응력 변화가 발생하였는지를 확인하기 위해 HR-X-ray 측정한 결과 그 영향은 거의 없음을 확인했다. 인장시험 파면분석 결과, HIP처리에 의해 Crack의 분포영역이 파면으로부터 점점 깊어짐을 확인하였고 이는 기지조직의 변화에 따른 toughness변화에 의한 인장특성 변화가 있음을 암시한다.
본 연구에서는 새로운 용융가압함침공정을 사용하여 만든 Fe계 기지인 SKD11 공구강에 젖음성이 우수한 TiC 강화재를 다량 분산시켜 기존의 소재에 비하여 낮은 밀도를 가지면서 우수한 고온 강도, 열적 안정성 및 내마모성을 지닌 금속복합소재에 대한 연구를 수행하였다. SEM(scanning electron microscope)을 사용하여 입내 및 TiC/TiC 입자 사이에서 M7C3 bridging 형성을 확인하였으며, TiC/matrix 계면이 [-111]SKD11//[001]TiC, (1-12)SKD11//(220)TiC 및 [012]SKD11//[110]TiC, (200)SKD11//(-224)TiC의 방향 관계를 가지는 semi-coherent nature를 이루어 우수한 계면 강도 가질 것이라고 예측하였다. TiC-SKD11 금속복합소재의 열처리에 따른 인장 특성 및 파괴거동을 고찰하기 위해 HIP처리 및 열처리를 통해 25℃ 및 700℃에서 인장시험을 진행하였다. 파괴기구 고찰을 위한 SEM 관찰 결과 열처리와 시험온도에 관계없이 TiC 입내의 {100} 벽개면을 따라 우선 파단되고, 이들이 서로 합체되어 최종 파괴됨을 확인하였다. HIP(Hot isostatic Pressing)처리한 복합소재와 HIP공정과 동일한 온도조건에서 추가 열처리한 복합소재의 미세조직을 관찰하였고 HIP처리 전에 비해 M7C3 분율이 감소(9.12%→4.36%→0.54%)하였다. 이는 고온 고압에 노출되는 동안 TiC 계면과 기지의 반응에 의해 일부 용해가 발생한 것으로 판단된다. 인장강도 또한 HIP처리 전에 비해 25℃(791MPa→965MPa), 700℃(490MPa→559MPa) 인장 강도가 크게 향상함을 확인하였다. 강도가 향상된 이유에 대해서는 M7C3 분율 감소, TiC 분율 감소, 기지조직 변화, TiC 계면에서의 잔류응력 변화 등을 예상할 수 있다. 또한 HIP처리 후 TiC 계면에서의 잔류응력 변화가 발생하였는지를 확인하기 위해 HR-X-ray 측정한 결과 그 영향은 거의 없음을 확인했다. 인장시험 파면분석 결과, HIP처리에 의해 Crack의 분포영역이 파면으로부터 점점 깊어짐을 확인하였고 이는 기지조직의 변화에 따른 toughness변화에 의한 인장특성 변화가 있음을 암시한다.
Steel matrix composites have drawn attention owing to excellent high-temperature specific strength. TiC is popular for reinforcement of steels because of low density, high elastic modulus and excellent wettability. A composite having as much as approximately 40 vol.% of TiC particles in an SKD11 mat...
Steel matrix composites have drawn attention owing to excellent high-temperature specific strength. TiC is popular for reinforcement of steels because of low density, high elastic modulus and excellent wettability. A composite having as much as approximately 40 vol.% of TiC particles in an SKD11 matrix was successfully fabricated by a novel infiltration process. The complete infiltration of the molten steel into a weakly-bonded TiC preform was confirmed. The penetration of the liquid metal into geometrically complex regions without any interfacial flaw, and TiC particles were found to be distributed homogeneously. TiC-SKD11 interfaces were expected to have excellent strength due to their semi-coherent nature. The tensile strength of the as-infiltrated composite was 791 MPa at room temperature and 490 MPa at 700℃. Regardless of the temperature, there was no TiC interfacial fracture and only transgranular cleavage fractures were observed. The effect of hot isostatic pressing (HIP: 1320℃/2hr/100bar) on the composite's strength and microstructure was also studied. It was found that strength greatly increased both at room temperature (791 MPa → 965 MPa) and 700℃ (490 MPa → 559 MPa) after HIP. This significant increase of tensile strength as a result of HIP was discussed in terms of microstructure, interface characteristics, residual stress and matrix toughness. Residual stress between TiC and SKD11, which was measured by High resolution XRD, seemed not to be a significant effect responsible for the increased tensile strength. The increase of tensile strength seems to be suppressed by crack growth due to increase of matrix toughness.
Steel matrix composites have drawn attention owing to excellent high-temperature specific strength. TiC is popular for reinforcement of steels because of low density, high elastic modulus and excellent wettability. A composite having as much as approximately 40 vol.% of TiC particles in an SKD11 matrix was successfully fabricated by a novel infiltration process. The complete infiltration of the molten steel into a weakly-bonded TiC preform was confirmed. The penetration of the liquid metal into geometrically complex regions without any interfacial flaw, and TiC particles were found to be distributed homogeneously. TiC-SKD11 interfaces were expected to have excellent strength due to their semi-coherent nature. The tensile strength of the as-infiltrated composite was 791 MPa at room temperature and 490 MPa at 700℃. Regardless of the temperature, there was no TiC interfacial fracture and only transgranular cleavage fractures were observed. The effect of hot isostatic pressing (HIP: 1320℃/2hr/100bar) on the composite's strength and microstructure was also studied. It was found that strength greatly increased both at room temperature (791 MPa → 965 MPa) and 700℃ (490 MPa → 559 MPa) after HIP. This significant increase of tensile strength as a result of HIP was discussed in terms of microstructure, interface characteristics, residual stress and matrix toughness. Residual stress between TiC and SKD11, which was measured by High resolution XRD, seemed not to be a significant effect responsible for the increased tensile strength. The increase of tensile strength seems to be suppressed by crack growth due to increase of matrix toughness.
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