본 논문에서는 Ti-48.5at%Al-0.96at%Mo 조성을 갖는 $\gamma$-TiAl 합금은 항온 단조 및 후속 조직제어 열처리 시 발달하는 집합조직의 변화에 관해 연구하였다. 특히, 동적 재결정 후 조직제어 열처리 온도와 시간의 증가에 따라 발생하는 lamellar volume fraction 과 집합조직 변화에 주목하여 관찰하였다. 동적 재결정 후 집합조직은 ND$\perp${302) 선분과, TD$\perp${100) 및 이에 비해 상대적으로 다소 약한{111) 성분들이 발달하였으며, 열처리 온도와 시간이 증가함에 따라 lameller volume fraction 은 증가했고 동일한 성분의 집합조직도 점차 강하게 발달함을 알 수 있었다. 하지만 상온인장시험 결과는 lameller volume fraction이 증가할수록 낮은 상온 연신을 보였는데, 이는 준 층상조직을 갖는 $\gamma$-TiAl합금의 상온인장특성이 집합조직의 영향보다는 lameller volume fractio과 같은 미세조직 특성에 더욱 강하게 영향을 받기 때문인 것으로 판단된다.
본 논문에서는 Ti-48.5at%Al-0.96at%Mo 조성을 갖는 $\gamma$-TiAl 합금은 항온 단조 및 후속 조직제어 열처리 시 발달하는 집합조직의 변화에 관해 연구하였다. 특히, 동적 재결정 후 조직제어 열처리 온도와 시간의 증가에 따라 발생하는 lamellar volume fraction 과 집합조직 변화에 주목하여 관찰하였다. 동적 재결정 후 집합조직은 ND$\perp${302) 선분과, TD$\perp${100) 및 이에 비해 상대적으로 다소 약한{111) 성분들이 발달하였으며, 열처리 온도와 시간이 증가함에 따라 lameller volume fraction 은 증가했고 동일한 성분의 집합조직도 점차 강하게 발달함을 알 수 있었다. 하지만 상온인장시험 결과는 lameller volume fraction이 증가할수록 낮은 상온 연신을 보였는데, 이는 준 층상조직을 갖는 $\gamma$-TiAl합금의 상온인장특성이 집합조직의 영향보다는 lameller volume fractio과 같은 미세조직 특성에 더욱 강하게 영향을 받기 때문인 것으로 판단된다.
The texture evolution during isothermal forging and subsequent heat treatment in Ti-48.5at%Al-0.6at%Mo alloy was investigated. Especially, in the present study, research interest was focused on the interrelation between lamellar volume fraction and textures varied with the change of heat-treated tim...
The texture evolution during isothermal forging and subsequent heat treatment in Ti-48.5at%Al-0.6at%Mo alloy was investigated. Especially, in the present study, research interest was focused on the interrelation between lamellar volume fraction and textures varied with the change of heat-treated time and temperature. It was found that texture components having ND┴{302) and TD$\perp${100} with minor TD$\perp${111} were developed by isothermal forging. In addition, when the followed heat-treatment time and temperature increased from $1330^{\circ}C$/10h to $1350^{\circ}C$/20h respectively, both the lamellar volume fraction and the intensity of textures mentioned above also gradually increased. However, the tensile elongation at room temperature decreased oppositely, as the lamellar volume fraction increased. These results suggested that tensile properties of $\gamma$-TiAl with the nearly lamellar microstructure at room temperature were affected more strongly by the microstructural features such as lamellar volume fraction rather than by textures.
The texture evolution during isothermal forging and subsequent heat treatment in Ti-48.5at%Al-0.6at%Mo alloy was investigated. Especially, in the present study, research interest was focused on the interrelation between lamellar volume fraction and textures varied with the change of heat-treated time and temperature. It was found that texture components having ND┴{302) and TD$\perp${100} with minor TD$\perp${111} were developed by isothermal forging. In addition, when the followed heat-treatment time and temperature increased from $1330^{\circ}C$/10h to $1350^{\circ}C$/20h respectively, both the lamellar volume fraction and the intensity of textures mentioned above also gradually increased. However, the tensile elongation at room temperature decreased oppositely, as the lamellar volume fraction increased. These results suggested that tensile properties of $\gamma$-TiAl with the nearly lamellar microstructure at room temperature were affected more strongly by the microstructural features such as lamellar volume fraction rather than by textures.
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문제 정의
항온단조된 시편에서 발생하는 집합조직을 측정하고, 이후 조직제어 열처리를 수행할 때 열처리 온도와 시간을다르게 하여 층상조직 (lamellar microstructure)의 양을 변화시킴으로서 층상조직의 양과 집합조직의 관계를 관찰하였다. 또 이러한 집합조직의 변화가 상온 연성에 어떻게 기여하는지를 확인함으로서 최종적으로는 y-TiAi의 집합조직 형성이 기계적 성질의 이방성 및 상온 연성 개선에 미치는 영향을 고찰하였다.
본 연구에서는 y-TiAl 합금의 항온단조 및 조직제어 열처리 시 발생하는 재결정 집합조직의 특성 및 상온 연성 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 항온단조 후 열처리 온도와 시간을 달리하며 집합조직의 변화를 관찰하였으며, 형성된 집합조직이 기계적 성질에 미치는 영향을 알아보기 위해 상온인장시험을 수행하였다.
본 연구에서는 y-TiAl 합금의 항온단조 시 발생하는 동적 재결정과 그에 기인하여 발달하는 집합조직에 대하여 연구하였다. 항온단조된 시편에서 발생하는 집합조직을 측정하고, 이후 조직제어 열처리를 수행할 때 열처리 온도와 시간을다르게 하여 층상조직 (lamellar microstructure)의 양을 변화시킴으로서 층상조직의 양과 집합조직의 관계를 관찰하였다.
8h동안 시효 (aging) 하였다. 이때 시효처리는 형성된 층상조직 (lamellar microstructure)을 안정화하기 위하여 수행하였다. 열처리 후 시편의 미세조직 관찰은 기계연마 후 30ml perchlolic acid + 170ml n-buthyl alcohol + 300mlmethyl alcohol용액을 사용하여 전해연마를 실시한 후 광학현미경 (OM) 및 주사전자현미경 (SEM) 을 이용하여 관찰하였으며, 이때 에칭액으로는 5ml HF + 10ml H2O2+ 200ml 증류수 용액을 사용하였다.
제안 방법
6at%Mo의 조성을 갖는 합금을 버튼 잉고트(ingot) 로 제조하였으며, 이때 균일한 조성의 합금을 얻기 위해 5회 반복용해를 실시하였다. 그 후 다시 버튼 잉고트를 재용해하여 항온단조를 위한 봉상 잉고트를 제조하였다. 항온단조용 시편은 제조된 봉상 잉고트로부터Φ2OX3Omm 크기로 방전 가공하여 제조한 후 1200℃, .
측정은 Co-Ka선을 가지고 Schulz 반사법으로 6mm 수광슬릿, Φ2mm 콜리메이터를 사용하여 측정하였다. 또 {111}, {002}, {200}, {202}, {113} 의 다섯 개 면을 선정하여 불완전극점도를 측정하였고, 측정된 극점도를 이용하여 조화급수법 (harmonic method) 을 이용하여 ODF를 계산하였으며, 이때 함수의 급수는 Lmax = 14까지 전개하여 집합조직을 분석하였다.
이때 시효처리는 형성된 층상조직 (lamellar microstructure)을 안정화하기 위하여 수행하였다. 열처리 후 시편의 미세조직 관찰은 기계연마 후 30ml perchlolic acid + 170ml n-buthyl alcohol + 300mlmethyl alcohol용액을 사용하여 전해연마를 실시한 후 광학현미경 (OM) 및 주사전자현미경 (SEM) 을 이용하여 관찰하였으며, 이때 에칭액으로는 5ml HF + 10ml H2O2+ 200ml 증류수 용액을 사용하였다.
항온 단조 후에 발생하는 {302} 丄 ND와{100}, {111}丄TD, 그리고 {001}丄LD는 이미 유원형19) 등이 보고한 결과와 거의 동일한 집합조직이 형성 됨을 알 수 있었다. 이 연구결과에 의하면 T1A1 기 합금의 열간가공 공정에 있어서 이러한 강한 방위의 집합조직이 형성되는 원인으로 동적 재결정의 영향을 제시하였다. 일반적으로y-TIAl의 열간가공 중에 낮은 변형온도 및 높은 변형속도의 변형조건에서는 높은 응력피크 (>300MPa) 가 발생하게 되며, 이러한 결과는 높은 핵 생성 밀도를 일으켜 결국 방위가 무질서하게 분산되어 있는 새로운 결정립들이 형성된다.
5 참조)을 정확하게 결정하기 위해 시편의 위 /아래 표면 (surface) 의 각기 다른 부위를 세 차례 측정한 뒤 각각의 측청치를 더하여 계산한 후 위/아래 각 표면의 측정결과를 바탕으로 LD의 방향을 결정하였다. 이렇게 결정된 LD의 방향으로 시편 중심을 절단하여 단면의 집합조직을 측정하였다. 측정은 Co-Ka선을 가지고 Schulz 반사법으로 6mm 수광슬릿, Φ2mm 콜리메이터를 사용하여 측정하였다.
위해서 상온 인장시험을 수행하였다. 인장시편은 표면에서의 집합조직 측정을 기준으로 LD와 TD로 구별하였으며, 표점 거리 5mm, 유효 단면적 2x1mm2인 판상 시편으로 방전 가공한 후 광학현미경 관찰 시와 동일한 기계연마 및 전해연마를 실시하여 대기 중에서 2x10-4s-2의 변형속도로 인장시험을 수행하였다.
조직제어 열처리는 진공열처리로를 사용하여 1330℃과 1350℃에서 각각 10h, 20h 열처리를 수행한 뒤 900℃에서 8h동안 시효 (aging) 하였다. 이때 시효처리는 형성된 층상조직 (lamellar microstructure)을 안정화하기 위하여 수행하였다.
9%)의 원소재를 가지고 플라즈마 진공 아크용해법으로 용융하였다. 최초 Ar 분위기 하에서 Ti-48.5at%Al-0.6at%Mo의 조성을 갖는 합금을 버튼 잉고트(ingot) 로 제조하였으며, 이때 균일한 조성의 합금을 얻기 위해 5회 반복용해를 실시하였다. 그 후 다시 버튼 잉고트를 재용해하여 항온단조를 위한 봉상 잉고트를 제조하였다.
측정된 집합조직이 기계적 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해서 상온 인장시험을 수행하였다. 인장시편은 표면에서의 집합조직 측정을 기준으로 LD와 TD로 구별하였으며, 표점 거리 5mm, 유효 단면적 2x1mm2인 판상 시편으로 방전 가공한 후 광학현미경 관찰 시와 동일한 기계연마 및 전해연마를 실시하여 대기 중에서 2x10-4s-2의 변형속도로 인장시험을 수행하였다.
항온단조 된 시편의 열처리 시간과 온도의 증가에 따른 집합조직을 분석하기 위해서 극점도를 측정하였는데, LD 의 방향(Fig. 5 참조)을 정확하게 결정하기 위해 시편의 위 /아래 표면 (surface) 의 각기 다른 부위를 세 차례 측정한 뒤 각각의 측청치를 더하여 계산한 후 위/아래 각 표면의 측정결과를 바탕으로 LD의 방향을 결정하였다. 이렇게 결정된 LD의 방향으로 시편 중심을 절단하여 단면의 집합조직을 측정하였다.
미치는 영향을 조사하였다. 항온단조 후 열처리 온도와 시간을 달리하며 집합조직의 변화를 관찰하였으며, 형성된 집합조직이 기계적 성질에 미치는 영향을 알아보기 위해 상온인장시험을 수행하였다. 이상의 실험에서 얻어진 결론은 다음과 같다.
항온단조된 시편에서 발생하는 집합조직을 측정하고, 이후 조직제어 열처리를 수행할 때 열처리 온도와 시간을다르게 하여 층상조직 (lamellar microstructure)의 양을 변화시킴으로서 층상조직의 양과 집합조직의 관계를 관찰하였다. 또 이러한 집합조직의 변화가 상온 연성에 어떻게 기여하는지를 확인함으로서 최종적으로는 y-TiAi의 집합조직 형성이 기계적 성질의 이방성 및 상온 연성 개선에 미치는 영향을 고찰하였다.
대상 데이터
본 실험에서 사용된 소재는 스폰지 타입의 고순도 Ti(99.99%), Al(99.99%), Mo(99.9%)의 원소재를 가지고 플라즈마 진공 아크용해법으로 용융하였다. 최초 Ar 분위기 하에서 Ti-48.
이론/모형
이렇게 결정된 LD의 방향으로 시편 중심을 절단하여 단면의 집합조직을 측정하였다. 측정은 Co-Ka선을 가지고 Schulz 반사법으로 6mm 수광슬릿, Φ2mm 콜리메이터를 사용하여 측정하였다. 또 {111}, {002}, {200}, {202}, {113} 의 다섯 개 면을 선정하여 불완전극점도를 측정하였고, 측정된 극점도를 이용하여 조화급수법 (harmonic method) 을 이용하여 ODF를 계산하였으며, 이때 함수의 급수는 Lmax = 14까지 전개하여 집합조직을 분석하였다.
성능/효과
1) 항온단조 후 측정된 집합조직은 고온변형 중 발생한 동적 재결정의 결과로 LD의 경우는 약한 {001} 방위가, TD는 강한 {100} 방위와 이에 비해 상대적으로 다소 약한 {111}방위들이 발달했다. 또 ND의 경우에는 {302} 방위들이 강하게 발달함을 관찰할 수 있었다.
위하여 수행한 인장시험 결과이다. 1330℃, 10h 열처리의 경우에는 집합조직의 영향으로 인해 TD가 LD보다 높은 상온 인장 연신율을 나타내었으나, 1330℃, 20h 및 1350℃, 10h/20h의 열처리를 통하여 라멜라 분율이 증가할수록 LD와 TD의 상온연신율에 큰 차이가 없음을 관찰할 수 있었다. 이는 Fig.
2) 층상조직의 분율이 증가함에 따라 점차 집합 조직이 강하게 발달함을 관찰할 수 있었다. 이는 동적 재결정시 발생된y결정립이 응력에 안정한 방위들로 회전하여 생성되고,이러한 y결정립 내에서 층상조직이 성장하는 경우에도 그 집합조직 특성이 그대로 유지됨을 의미하는 것이다.
3) 조직제어 열처리 시간과 온도가 증가함에 따라 상온 연신율은 낮아지고 이방성도 점차 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 준 층상조직의 상온인장특성이 집합조직의 영향보다는층상조직의 분율 증가로 인한 미세조직 특성에 더욱 강하게 영향을 받은 결과로 판단된다.
된다고 보고하였다. 이로부터 본 연구에서도 라멜라의 분율을 증가시키게 되면 그 집합조직은 점차로 무질서하게 바뀔 것으로 예상하였으나, Fig. 7과 Fig. 8에서 알 수 있듯이 그 집합조직은 오히려 점차 강해지는 것을 볼 수 있었다. 이렇게 집합조직의 특성이 달라지는 이유는 동적 재결정 후 조직제어 열처리를 행할 때의 열처리 온도에 따른 상변태 과정의 차이로 설명할 수 있다.
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