Fe-30Ni-0.35C 합금과 몇가지 저융점 순금속의 상변태에 미치는 압력의 영향에 대하여 PDSC를 이용하여 조사하였다. Fe-30Ni-0.35C 합금의 오스폼트 마르텐사이트 및 마르폼드 마르텐사이트 오스테나이트로 역변태시 압력이 1 기압에서 60기압으로 증가하에 따라. $A_s$점이 약 $2~4^{\circ}C$ 저하하며, 이것은 상전이시의 체적변화가 음의 값이 되기 때문이다. 또한 $A_f$ 점은 압력이 증가함에 따라 변함없이 일정하거나 매우 미소한 상승을 나타내는데, 이것은 압력이 증가할수록 탄화물의 석출이 촉진되기 때문이다. Fe-30Ni-0.35C 합금의 오스폼드 마르텐사이트의 역변태시 엔탈피변화는 압력이 1 기압에서 60기압으로 상승함에 따라 10~14J/g 증가한다. 순금속 Se, Sn, Pb, Zn, Te 등의 용융점은 압력이 1기압에서 60기압으로 증가함에 따라 매우 완만하게 상승하며, 용융시의 엔탈피변화는 압력의 증가에 따라 거의 변화가 없거나 미소 증가를 나타낸다.
Fe-30Ni-0.35C 합금과 몇가지 저융점 순금속의 상변태에 미치는 압력의 영향에 대하여 PDSC를 이용하여 조사하였다. Fe-30Ni-0.35C 합금의 오스폼트 마르텐사이트 및 마르폼드 마르텐사이트 오스테나이트로 역변태시 압력이 1 기압에서 60기압으로 증가하에 따라. $A_s$점이 약 $2~4^{\circ}C$ 저하하며, 이것은 상전이시의 체적변화가 음의 값이 되기 때문이다. 또한 $A_f$ 점은 압력이 증가함에 따라 변함없이 일정하거나 매우 미소한 상승을 나타내는데, 이것은 압력이 증가할수록 탄화물의 석출이 촉진되기 때문이다. Fe-30Ni-0.35C 합금의 오스폼드 마르텐사이트의 역변태시 엔탈피변화는 압력이 1 기압에서 60기압으로 상승함에 따라 10~14J/g 증가한다. 순금속 Se, Sn, Pb, Zn, Te 등의 용융점은 압력이 1기압에서 60기압으로 증가함에 따라 매우 완만하게 상승하며, 용융시의 엔탈피변화는 압력의 증가에 따라 거의 변화가 없거나 미소 증가를 나타낸다.
The effect of pressure on the phase transformation in Fe-30Ni-0.35C Alloy and pure metals was investigated by using PDSC(pressure differential scanning calorimeter). As the pressure increased from 1 atm to 60 atm, the $A_s$points of the ausformed martensite and the marformed martensite in...
The effect of pressure on the phase transformation in Fe-30Ni-0.35C Alloy and pure metals was investigated by using PDSC(pressure differential scanning calorimeter). As the pressure increased from 1 atm to 60 atm, the $A_s$points of the ausformed martensite and the marformed martensite in Fe-30Ni-0.35C Alloy were lowered about $2~4^{\circ}C$ at reverse transformation. This is why the volume change came down at phase transition(from martensite to autenite). As the pressure increased from 1 atm to 60 atm, $A_f$ points were constant or slightly increased. This is due to the promotion of carbide precipitation with increasing pressure. The enthalpy change of the ausformed martensite in Fe-30Ni-0.35C Alloy was increased by 10~14J/g. The melting points of the pure metals, Se, Sn, Pb, Zn and Te were slightly increased with increasing pressure. The enthalpy changes of the pure metals at melting were little changed or slightly increased with increasing pressure.
The effect of pressure on the phase transformation in Fe-30Ni-0.35C Alloy and pure metals was investigated by using PDSC(pressure differential scanning calorimeter). As the pressure increased from 1 atm to 60 atm, the $A_s$points of the ausformed martensite and the marformed martensite in Fe-30Ni-0.35C Alloy were lowered about $2~4^{\circ}C$ at reverse transformation. This is why the volume change came down at phase transition(from martensite to autenite). As the pressure increased from 1 atm to 60 atm, $A_f$ points were constant or slightly increased. This is due to the promotion of carbide precipitation with increasing pressure. The enthalpy change of the ausformed martensite in Fe-30Ni-0.35C Alloy was increased by 10~14J/g. The melting points of the pure metals, Se, Sn, Pb, Zn and Te were slightly increased with increasing pressure. The enthalpy changes of the pure metals at melting were little changed or slightly increased with increasing pressure.
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문제 정의
35C 합금에서는 가공열처리 (thermomechanical treatment) 에의해서 결정구즈, 미세조직, 냉간가공도가 서로 다른 조직들을 얻은 후, 이들 조직을 재가열처리 할 때의 상변태 온도 및 변태열에 미치는 압력의 영향을 조사하였다. 또한 여러 가지 저융점금속에서는 용융점 및 변태열에 미치는 압력의 영향에 대해서 조사함으로써 재료물성과 압력의 상관관계를 검토하고, 압력을 이용한 새로운 재료개발의 가능성과기초자료를 제공하고자 한다.
가설 설정
1) Fe-30Ni-0.35C합금의 오스폼드 마르텐사이트 및마르픔드 마르 텐사이트는 오스테나이트로의 역변 태시 압력이 1기압에서 60기압으로 증가함에 따라 A, 점이 약 2~4 ℃ 저하하며, 이것은 상전이시의 체적변화가 음의 값이 되기 때문이다. 또한 압력의 증가에 따라 Ar점은 변화없이 일정하거나 매우 미소한 상숭을 나타내는데, 이것은 압력이중가할수록 탄화물석출이 촉진되어 마르텐사이트 중의 탄소량이 적어지기 때문이다.
제안 방법
Fe-30Ni-0.35C합금에서 가공열처리에 의하여 얻은 각가공도별 오스폼드 마르텐사이트 및 마르폼드 마르텐사이트조직 시편의 오스테나이트로의 역변태에 미치는 압력의 영향을 검토하기 위하여 여러가지 압력에서 각 시편의 A> 점, 점 및 엔탈피변화를 측정하였다.
이들 각 가공도별 조직시편이 재가열처리에 의하여 오스태나이토로 역변태할 때 압력에 따른 A, 점, Af점 및 엔탈피 변화(ΔH)를 검토하기 위하여 PDSC를 사용하여 Table 1 과 같은 조건에서 시험하였다. PDSC시험에서 마르텐사이트-오스테나이트 역변태시에 얻은 홉열피크로부터, A, 점은 기선 (base line) 과 변태가 시작되는 부분의 곡선의 기울기가 상호교차되는 점의 온도로 결정하였고, Ar점은 변태가 완료됨을 나타내는 곡선의 변곡점이므로 Y축의 heat flow를 X축의 온도로 미분한 곡선의 극소점을 Af 점으로 결정하였다. 또한 엔탈피변화는 기선과 홉열피크로 닫힌 부분의 면적을 계산하여 식 (1) 에 의하여 결정하였다.
용체화처리 에 의하여 균일한 오스테나이트조직으로 된 시료 중의 일부는 실온에서 여러가지 가공도(0%, 16%, 42%, 58%)로 냉간압연하여 가공 오스테나이트 (deformed austenite) 조직으로 한 다음, 액체 질소 (-196 ℃) 중에 Ihr 동안 유지시켜 오스폼드 마르텐사이트 (ausformed martensite, AM)조직율 얻었다. 또 균일한 오스테나이트조직으로 된 시료중의 나머지 일부는 먼저 액체질소 중에 Ihr동안 유지시켜 처녀 마르텐사이트 (virgin martensite, VM)로 한 다음 실온에서 여러가지 가공도 (0 %, 16%, 42%, 60%) 로 냉간압연하여 마르폼드 마르텐사이트(mar formed martensite, MM) 조직으로 하였다. 이들 각 가공도별 조직시편이 재가열처리에 의하여 오스태나이토로 역변태할 때 압력에 따른 A, 점, Af점 및 엔탈피 변화(ΔH)를 검토하기 위하여 PDSC를 사용하여 Table 1 과 같은 조건에서 시험하였다.
열간압연이 완료된 시료는 Ar가스훈위기의관상로에서 1150℃×3hB 유지한 후 수냉하여 용 체화처리하였다. 용체화처리 에 의하여 균일한 오스테나이트조직으로 된 시료 중의 일부는 실온에서 여러가지 가공도(0%, 16%, 42%, 58%)로 냉간압연하여 가공 오스테나이트 (deformed austenite) 조직으로 한 다음, 액체 질소 (-196 ℃) 중에 Ihr 동안 유지시켜 오스폼드 마르텐사이트 (ausformed martensite, AM)조직율 얻었다. 또 균일한 오스테나이트조직으로 된 시료중의 나머지 일부는 먼저 액체질소 중에 Ihr동안 유지시켜 처녀 마르텐사이트 (virgin martensite, VM)로 한 다음 실온에서 여러가지 가공도 (0 %, 16%, 42%, 60%) 로 냉간압연하여 마르폼드 마르텐사이트(mar formed martensite, MM) 조직으로 하였다.
또 균일한 오스테나이트조직으로 된 시료중의 나머지 일부는 먼저 액체질소 중에 Ihr동안 유지시켜 처녀 마르텐사이트 (virgin martensite, VM)로 한 다음 실온에서 여러가지 가공도 (0 %, 16%, 42%, 60%) 로 냉간압연하여 마르폼드 마르텐사이트(mar formed martensite, MM) 조직으로 하였다. 이들 각 가공도별 조직시편이 재가열처리에 의하여 오스태나이토로 역변태할 때 압력에 따른 A, 점, Af점 및 엔탈피 변화(ΔH)를 검토하기 위하여 PDSC를 사용하여 Table 1 과 같은 조건에서 시험하였다. PDSC시험에서 마르텐사이트-오스테나이트 역변태시에 얻은 홉열피크로부터, A, 점은 기선 (base line) 과 변태가 시작되는 부분의 곡선의 기울기가 상호교차되는 점의 온도로 결정하였고, Ar점은 변태가 완료됨을 나타내는 곡선의 변곡점이므로 Y축의 heat flow를 X축의 온도로 미분한 곡선의 극소점을 Af 점으로 결정하였다.
그러나 대기압이상의 비교적 낮은 압력상태에서도 물성의 변화를 정밀 측정할 수 있다면 그 또한 유효한 기초자료로 활용할 수 있다고 생각한다. 이러한 배경하에서 본 연구에서는 70기압까지의 정수압을 가할 수 있고, 그 압력상태에서 열분석이 가능한 PDSC (pressure differential scanning calorimeter, Du Pont 9900)장치를 가압수단으로 이용하였다. 시료로서는 Fe-30wt.
0017S를 함유하고 있으며, 계단냉각법에 의한표면가복의 관찰을 통하여 결정한 점은 - 138℃였다. 주조 합금의 편석을 제거하기 위하여 Ar가스분위기의 관상로에서 1100℃×24hr 균질화처리한 후 1050~1100℃ 범위에서 열간압연에 의하여 각 가공도별 시료의 두께를 조절하여 가공하였다. 열간압연이 완료된 시료는 Ar가스훈위기의관상로에서 1150℃×3hB 유지한 후 수냉하여 용 체화처리하였다.
대상 데이터
35wt.%C(이하 모두 wt. %)합금과 몇가지 저융점의 순금속으로 하였다. Fe-30Ni-0.
본 연구에 사용된 Fe-30Ni-0.35C합금은 진공 고주파유도로에서 전해철과 전해니켈을 용락시킨 다음, 가탄 제로서 탄소분말을 첨가하고 Fe-Si 및 Ca-Si으로 2차례 탈산시켜 주조하였다. 주조된 합금은 30Ni, Q35C외에 O.
순도가 99.99 ~99.999% 인 Se, Sn, Bi, Pb, Zn, Te 등 저융점 금속의 압력에 따른 용융점 및 엔탈피변화는 PDSC 를 이용하여 Table 2와 같은 시험조건으로 측정하였다. 용융 시 발생하는 홈열피크로부터 용융점 및 엔탈피변화를 구하는 방법은 상술한 바와 같다.
성능/효과
2) Fe-30Ni-0.35C합금의 오스폼드 마로텐사이트의 역 변태 시 엔탈피변화는 작용압력이 1기압에서 60기압으로 상승함에 따라 10~14J/g정도 중가한다.
3) 순금속 Se, Sn, Pb, Zn, Te 등의 용융점은 작용압력이 1기압에서 60기압으로 중가함에 따라 매우 완만하게 상승하며 Bi의 경우는 거의 변함없이 일정하였다.
4) 순금속 Se, Sn, Pb, Zn, Te, Bi의 용융시 엔탈피 변화는 압력의 증가에 따라 거의 변화가 없거나 미소하게 중가한다.
그런데 응축상의 경우, 부피는 압력 P에 의해 거의 변하지 않기 때문에 압력 변화에 따른 응축상와 엔탈피 변화는 매우 작다. 이와 같은 일반적인 사실에 비추어 볼매, 본 연구에서도 마르텐사이트-오스테나이트 역변태는고상에서의 상변화이고 또한 작용압력이 그다지 큰 상태에서의 실험은 아니기 때문에 엔탈피변화가 매우 작을 것으로 예상되는데도 불구하고 상당히 큰 변화를 보였다. 이러한 실험 결과에 대한 원인을 제시하는 것은 현재로서는 매우 어려운 문제로 보이며, PDSC장치 자체의 구조적인 오차로부터 이론적인 원인구명에 이르기까지 전반적인 검토가 필요하다고 생각된다.
후속연구
물론 인조 다이아몬드나 입방정 질화보론과 같은 물질을 제조한다든가 압력에 의한 재료물성변화를 검토하기 위해서는 50, 000기압 이상의 초고압이 필요하고 그에 따르는 초고압 발생 장치 등의 기술적인 문제가 뒷받침되어야 한다. 그러나 대기압이상의 비교적 낮은 압력상태에서도 물성의 변화를 정밀 측정할 수 있다면 그 또한 유효한 기초자료로 활용할 수 있다고 생각한다. 이러한 배경하에서 본 연구에서는 70기압까지의 정수압을 가할 수 있고, 그 압력상태에서 열분석이 가능한 PDSC (pressure differential scanning calorimeter, Du Pont 9900)장치를 가압수단으로 이용하였다.
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