고엔트로피 합금은 높은 구성 엔트로피로 인해 금속간 화합물이 형성되지 않고 단상의 구조를 구성하는 다원소 합금으로, 5-35 at% 사이의 함량을 가진 5개 이상의 주요 원소를 포함한다. 다중 원소가 단순한 고용체 상을 형성하는 점이 뛰어난 기계적 특성을 갖게 하는 데에 기여한다. 조성 및 구조적 특수성으로 우수한 강도, 안정성을 가지며 ...
고엔트로피 합금은 높은 구성 엔트로피로 인해 금속간 화합물이 형성되지 않고 단상의 구조를 구성하는 다원소 합금으로, 5-35 at% 사이의 함량을 가진 5개 이상의 주요 원소를 포함한다. 다중 원소가 단순한 고용체 상을 형성하는 점이 뛰어난 기계적 특성을 갖게 하는 데에 기여한다. 조성 및 구조적 특수성으로 우수한 강도, 안정성을 가지며 크리프 저항성과 확산속도가 낮다는 것 등의 특성을 가진다. 본 연구에서는 Al의 함량을 조절함으로써 FCC와 BCC결정구조를 동시에 갖게 하여 단상일 때보다 기계적 특성을 향상시키고자 하였다. 이중상 구조와 낮은 적층결함에너지로 인해 변형 거동이 복잡하고 기존과는 다를 것이며 고온 변형 모사를 통한 체계적인 규명이 필요하다. Al0.6CoCrFeNi 고엔트로피 합금의 변형 거동 및 가공성 파악을 위해 1223-1373 K 의 온도에서 각 1-10 s-1 의 변형률로 고온 압축 시험을 수행하였다. 시험 결과는 변형 가열로 인한 온도 상승분을 보정하여 유동 곡선으로 표현하였으며, 온도와 변형률 조건에 따른 경향성을 고찰하였다. 온도가 높을수록, 변형속도가 작을수록 유동응력이 감소하였다. 동적 거동에 작용하는 비중이 큰 연화기구에 따라 유동 곡선의 형태는 다른 양상을 보이는데, 정점을 찍은 후 점차 감소하다가 정상상태를 나타내는 곡선의 형태를 나타내는 것으로 보아 동적 재결정에 해당됨을 알 수 있다. 유동 곡선의 형태와 적층결함에너지가 낮은 합금임을 고려했을 때 동적 재결정 분율이 높을 것으로 판단하였다. EBSD 분석을 통해 전위밀도가 낮을수록 변형 시에 동적 재결정 비중이 크다는 점을 확인하였고, 각 map의 비교 분석으로 동적재결정이 일어난 결정립의 비율과 그 위치를 명확히 하였다. 1373 K , 10 s-1 의 변형 조건에서 ‘necklace’ 구조가 나타난 것을 근거로 불연속 동적 재결정이 주된 동적 연화 기구로 작용하고 있음을 확인할 수 있다. 온도-변형률-변형속도의 상관관계를 통해 도출한 구성방정식을 활용하여 공정지도를 구축하고 공정 조건을 최적화하였다. 유동 불안정성 지표를 통해 온도 1323 K 및 변형속도 2 s-1 이하의 조건에서 불안정 영역이 형성되는 것을 공정지도에 반영하였다. 따라서 1223 K, 10 s-1 의 변형 조건이 안정 영역에 위치한 최적의 공정 조건임을 확인하였다.
고엔트로피 합금은 높은 구성 엔트로피로 인해 금속간 화합물이 형성되지 않고 단상의 구조를 구성하는 다원소 합금으로, 5-35 at% 사이의 함량을 가진 5개 이상의 주요 원소를 포함한다. 다중 원소가 단순한 고용체 상을 형성하는 점이 뛰어난 기계적 특성을 갖게 하는 데에 기여한다. 조성 및 구조적 특수성으로 우수한 강도, 안정성을 가지며 크리프 저항성과 확산속도가 낮다는 것 등의 특성을 가진다. 본 연구에서는 Al의 함량을 조절함으로써 FCC와 BCC 결정구조를 동시에 갖게 하여 단상일 때보다 기계적 특성을 향상시키고자 하였다. 이중상 구조와 낮은 적층결함에너지로 인해 변형 거동이 복잡하고 기존과는 다를 것이며 고온 변형 모사를 통한 체계적인 규명이 필요하다. Al0.6CoCrFeNi 고엔트로피 합금의 변형 거동 및 가공성 파악을 위해 1223-1373 K 의 온도에서 각 1-10 s-1 의 변형률로 고온 압축 시험을 수행하였다. 시험 결과는 변형 가열로 인한 온도 상승분을 보정하여 유동 곡선으로 표현하였으며, 온도와 변형률 조건에 따른 경향성을 고찰하였다. 온도가 높을수록, 변형속도가 작을수록 유동응력이 감소하였다. 동적 거동에 작용하는 비중이 큰 연화기구에 따라 유동 곡선의 형태는 다른 양상을 보이는데, 정점을 찍은 후 점차 감소하다가 정상상태를 나타내는 곡선의 형태를 나타내는 것으로 보아 동적 재결정에 해당됨을 알 수 있다. 유동 곡선의 형태와 적층결함에너지가 낮은 합금임을 고려했을 때 동적 재결정 분율이 높을 것으로 판단하였다. EBSD 분석을 통해 전위밀도가 낮을수록 변형 시에 동적 재결정 비중이 크다는 점을 확인하였고, 각 map의 비교 분석으로 동적재결정이 일어난 결정립의 비율과 그 위치를 명확히 하였다. 1373 K , 10 s-1 의 변형 조건에서 ‘necklace’ 구조가 나타난 것을 근거로 불연속 동적 재결정이 주된 동적 연화 기구로 작용하고 있음을 확인할 수 있다. 온도-변형률-변형속도의 상관관계를 통해 도출한 구성방정식을 활용하여 공정지도를 구축하고 공정 조건을 최적화하였다. 유동 불안정성 지표를 통해 온도 1323 K 및 변형속도 2 s-1 이하의 조건에서 불안정 영역이 형성되는 것을 공정지도에 반영하였다. 따라서 1223 K, 10 s-1 의 변형 조건이 안정 영역에 위치한 최적의 공정 조건임을 확인하였다.
The high entropy alloy is a multi-element alloy forming a single-phase structure without forming an intermetallic compound due to high configurational entropy, and includes five or more main elements having content between 5 and 35 at%. The fact that multiple elements form a simple solid solution ph...
The high entropy alloy is a multi-element alloy forming a single-phase structure without forming an intermetallic compound due to high configurational entropy, and includes five or more main elements having content between 5 and 35 at%. The fact that multiple elements form a simple solid solution phase contributes to having excellent mechanical properties. Due to its composition and structural specificity, it has excellent strength, stability, low creep resistance, and low diffusion rate. This research sought to improve the mechanical properties compared to a single phase by controlling the content of Al to have the FCC and BCC crystal structures at the same time. Due to the dual-phase structure and low stacking fault energy, the deformation behavior will be complicated and different from the previous research. A more systematic evaluation through high-temperature deformation simulation is required. To determine the deformation behavior and machinability of Al0.6CoCrFeNi high entropy alloy, a high-temperature compression test was performed at a temperature of 1223-1373 K at a strain rate of 1-10 s-1 respectively. The test result was expressed as a flow curve by correcting the temperature increase caused by deformation heating. The higher temperature and the lower strain rate, the lower flow stress. The shape of the flow curve differs depending on the softening mechanism with a large proportion of dynamic behavior, and in the case of dynamic recrystallization (DRX), the flow stress gradually decreases after peaking and then maintaining the normal state. Considering that shape of the flow curves and low stacking fault energy, it was judged that the DRX fraction would be high. Through EBSD analysis, it was confirmed that the lower the potential density, the greater the proportion of DRX during deformation, and the ratio and position of crystal grains where DRX occurred were clarified by comparative analysis of each map. Based on the appearance of the 'necklace' structure under the deformation conditions of 1100 °C and 10 s-1, it can be confirmed that discontinuous DRX acts as the main dynamic softening mechanism. A processing map was constructed and process conditions were optimized using the configuration equation derived through the correlation of temperature-strain-strain rate. Through the plastic flow instability, the formation of an unstable region under the conditions of a temperature of 1050 °C and a deformation rate of 2 s-1 or less was reflected in the processing map. Therefore, it was confirmed that the deformation condition of 950 °C and 10 s-1 was the optimal process condition located in the stable region.
The high entropy alloy is a multi-element alloy forming a single-phase structure without forming an intermetallic compound due to high configurational entropy, and includes five or more main elements having content between 5 and 35 at%. The fact that multiple elements form a simple solid solution phase contributes to having excellent mechanical properties. Due to its composition and structural specificity, it has excellent strength, stability, low creep resistance, and low diffusion rate. This research sought to improve the mechanical properties compared to a single phase by controlling the content of Al to have the FCC and BCC crystal structures at the same time. Due to the dual-phase structure and low stacking fault energy, the deformation behavior will be complicated and different from the previous research. A more systematic evaluation through high-temperature deformation simulation is required. To determine the deformation behavior and machinability of Al0.6CoCrFeNi high entropy alloy, a high-temperature compression test was performed at a temperature of 1223-1373 K at a strain rate of 1-10 s-1 respectively. The test result was expressed as a flow curve by correcting the temperature increase caused by deformation heating. The higher temperature and the lower strain rate, the lower flow stress. The shape of the flow curve differs depending on the softening mechanism with a large proportion of dynamic behavior, and in the case of dynamic recrystallization (DRX), the flow stress gradually decreases after peaking and then maintaining the normal state. Considering that shape of the flow curves and low stacking fault energy, it was judged that the DRX fraction would be high. Through EBSD analysis, it was confirmed that the lower the potential density, the greater the proportion of DRX during deformation, and the ratio and position of crystal grains where DRX occurred were clarified by comparative analysis of each map. Based on the appearance of the 'necklace' structure under the deformation conditions of 1100 °C and 10 s-1, it can be confirmed that discontinuous DRX acts as the main dynamic softening mechanism. A processing map was constructed and process conditions were optimized using the configuration equation derived through the correlation of temperature-strain-strain rate. Through the plastic flow instability, the formation of an unstable region under the conditions of a temperature of 1050 °C and a deformation rate of 2 s-1 or less was reflected in the processing map. Therefore, it was confirmed that the deformation condition of 950 °C and 10 s-1 was the optimal process condition located in the stable region.
주제어
#고엔트로피 합금 고온 변형 공정지도 동적재결정 변형 거동 High entropy alloy(HEA) Hot deformation Processing map Constitutive analysis Dynamic recrystallization(DRX)
학위논문 정보
저자
이효서
학위수여기관
연세대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
화공생명공학과
지도교수
박종혁,이지운
발행연도
2022
총페이지
viii, 50장
키워드
고엔트로피 합금 고온 변형 공정지도 동적재결정 변형 거동 High entropy alloy(HEA) Hot deformation Processing map Constitutive analysis Dynamic recrystallization(DRX)
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