[논문]Ni-Al-Fe 3 원계합금의 미세조직 및 기계적 특성

최답천; 배대성

Ni-Al-Fe 3 원계합금의 미세조직 및 기계적 특성
Microstructures and Mechnical Properties of Ni-Al-Fe Ternary Alloys 원문보기

한국주조공학회지 = Journal of Korea Foundry Society, v.24 no.6, 2004년, pp.356 - 365

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Mechanical properties and microstructures of the Ni-AI-Fe and Ni-AI-Fe-(B, Zr) alloys which containing $10{\sim}30at$.%Fe, 0.1at.%B and/or 0.1at.%Zr have been investigated. The experimental results showed that the microstructures of Ni25Al were changed from a single phase ${\gamma}$ to dual phase ${\gamma}$ and ${\beta}$ by addition of 27at.%Fe. Ni45Al, however, kept the single ${\beta}$ phase even though Fe was added upto 30at.%. The hardness of Ni25Al were increased from $H_RB$ 70 to $H_RC$ 39 by addition of 27at.%Fe. In the case of Ni45Al which have $H_RC$ 37, the hardness was decreased by lOat.%Fe addition, but increased with 30at.%Fe. The yield strength and ultimate compressive strength in the compressive test have showed a similar trend with the hardness change. The strain to fracture was 14% at maximum and achieved in Ni25Al-27at.%Fe and Ni25Al-27at.%Fe-0.1 at.%B alloys. The Ni45Al showed a relatively low strain to fracture as 4%. The impact absorption energy of Ni25Al increased from 0.74 kg-m to 1.81 kg-m by addition of 27at.%Fe. In case of Ni45Al, the addition of lOat.%Fe and lOat.%Fe with small amounts of Band Zr did not change significantly the impact absorption energy of 0.60 kg-m, whereas the addition of 30at.%Fe with small amounts of B and Zr increased it slightly. In fracture tests, both of two basic materials showed the same intergranular fracture but by adding Fe it changed to the cleavage fracture mode or co-existing of cleavage and intergranular fractures.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

1 at.% 첨가하여 미세조직과 구성상 및 기계적성질과 파면조사를 통하여 Fe 및 B와 Zr의 첨가로 인한 미세조직 및 기계적 특성의 변화로부터 내열구조용 재료로서의 가능성을 모색하였다.
그리고 각 시료에 대한 변화 및 생성상을 확인해 보기 위해 XRD 및 SEM & EDS 분석을 행하였다. 경도는 록크웰경도계로 각 측정부위에 대하여 C- scale로 7회 측정한 후 평균하였으며, 상온 항복강도, 최대 압축강도 및 파괴까지의 변형률은 만능인장 시험기(미국, United Calibration Co., SFM-20)로 정 연마된 4X4X8mm³의 크기의 시편에 대해 최대하중 1400 MPa에서 변형속도(£) = 1.67 X 10汶矿로 측정하였으며, 상온 항복강도는 0.2% offset 값으로 하였다. 그리고 각 시료의 파괴거동은 0.
3 |im 크기의 A12O₃ 분말로 정연마한 후 초음파 세척하여 NigAl계화합물은 Kalling 부식액 (2gCuC₁₂-40mlHCl-50ml methanol-40 血珏。)으로, NiAl 계 화합물은 2 mlHF- 49 血是0-25 mlethanol-25 mlHNQ조성의 부식액으로 부식시킨 후 광학현미경으로 미세조직의 변화를 관찰하였다. 그리고 각 시료에 대한 변화 및 생성상을 확인해 보기 위해 XRD 및 SEM & EDS 분석을 행하였다. 경도는 록크웰경도계로 각 측정부위에 대하여 C- scale로 7회 측정한 후 평균하였으며, 상온 항복강도, 최대 압축강도 및 파괴까지의 변형률은 만능인장 시험기(미국, United Calibration Co.
2% offset 값으로 하였다. 그리고 각 시료의 파괴거동은 0.2 kg-m(W=800 g, R= 25 cm}용량의 미니 샤르피 충격 시험기로 시편을 파단하여 충격치를 구한 후 SEM(일본, JEOL, JSM5200) 으로 파단면을 조사하였다.
본 연구에서는 화학양론 단상(” NiaAl계에 실온 연 . 인성 이 좋은 것으로 보고된 [8, 12] 조성을 참조하여 Fe를 27at.%첨가하고, 비화학양론 단상0) Ni-45at.% Al계에 Fe를 10at.
2% 이하인 것만을 선택하여 고순도 Ar가스 분위기하 1000。(2에서 7일간 균질화 열처리한 후 노냉하였다. 이어서 시험 목적에 맞게 각각 절단한 시편은 SiC 연마 지로 #2000까지 습식 연마하고, 1.0 및 0.3 |im 크기의 A12O₃ 분말로 정연마한 후 초음파 세척하여 NigAl계화합물은 Kalling 부식액 (2gCuC₁₂-40mlHCl-50ml methanol-40 血珏。)으로, NiAl 계 화합물은 2 mlHF- 49 血是0-25 mlethanol-25 mlHNQ조성의 부식액으로 부식시킨 후 광학현미경으로 미세조직의 변화를 관찰하였다. 그리고 각 시료에 대한 변화 및 생성상을 확인해 보기 위해 XRD 및 SEM & EDS 분석을 행하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 원재료로 Ni은 순도 99.91%의 분말 (미국, Cerac Co.)을, Fe는 99.96%의 전해철 분말(미국, SCM Co., A-210)을, A1은 순도 99.98%의 주괴를 적당한 크기로 절단한 후 초음파 세척한 것을, 時 순도 99.5%의 입상(미국, Cerac Co.)을, 그리고 Zr은순도 98%의 입상(미국, Cerac Co.)을 Table 1에 나타난 화학조성대로 각각 l()4g까지 칭량한 후 용해용 시료로 하였다. 위와 같이 준비된 시료를 아크 용해로 (한국, (주)에이스 진공)내의 수냉 Cu hearth에 징-입하여 진공처리한 후 4N급의 고순도 Ar가스 분위기하에서 용해하였다.

성능/효과

lat.% 첨가한 때는 약간 감소하고 Ni45A130Fe에 첨가한 때는 0.63 및 0.65 kg-m정도로 다소 증가하여 다소 긍정적인 영향을 나타냈다. 상술한바와 같이 Ni25Al합금에 Fe를 첨가 한때 흡수에너지가 크게 상승한 이유는 2상중 연성인 불규칙 /상이 취성인 0상의 슬립을 억제하는 효과에 의한 것으로 생각되고, Ni45Al에 첨가한 때는 첨가량의 다소에 관계없이 거의 같은 값을 나타내는 것으로부터 NiA계의 화합물에는 Fe 첨가효과는 없는 것으로 판단된다.
1at.%B를첨가한 때가 14%정도로 가장 좋았고, Ni45Al의 경우는 Ni25Al보다 상당히 낮은 4%정도를 나타냈다.
%이하의 Fe함량을 갖는 합금의 수지상사이 영역은 J상 상태0상 입자+}상 기지+/석출상)로 부터 2상상태0상 입자+/상 기지)로 변화한다고 보고하고 있다. 따라서 본 연구에서는 Ar가스 분위기하 10001에서 7일간 균질화 열처리한 후 노랭하였기 때문에 Fe-25A1 합금은 규칙/상이나, Fe-25Al-27Fe합금의 경우 수지상은 규칙 p, 수지상사이는 불규칙 y 상 기지에 #입자가 존재하는 두상 혼합조직인 것으로 판단된다. 그리고 Fig.
%첨가한 Ni45A130Fe 에서는 43%C로 경도가 Ni45Al합금보다 크게 증가하였다. 이상으로부터 Ni25Al에 Fe를 첨가하면 강도가 증가하는 것은 전술한바와 같이 Ni25AlFe합금은 수지상 조직을 나타내고 수지상은 수지상사이는 y邛로 구성되는데 상술한바와 같이 주 구성상인 규칙 #상은 37HrC, 7상은 70HrB로 0상이 7상보다 훨씬 경하기 때문에 즉 경도가 증가한 것으로 판단된다. 그리고 Ni45Al에 Fe를 10at.
%Fe와 미량원소(B, Zr)를 복합 첨가한 때는 약간 향상되었다. 파괴거동은 Ni25Al과 Ni45Al은 모두 입계파괴를 나타냈으나 Fe를 첨가한 때는 입계파괴와 벽개파괴가 혼재하거나 벽개파괴로 파괴양상이 변화하였으며, 미량 원소인 B와 Zr은 큰 영향을 미치지 않았다.

후속연구

%로 다량첨가하면 1062 MPa로 크게 증가하여 전술한 경도값과 비슷한 경향을 보이고 있는데 이는 상술한 경도에서의 검토내용과 동일한 이유 때문인 것으로 생각된다. 그러나 Ni45A110Fe합금에 B과 Zr을 첨가하면 강도가 더욱감소되고 30Fe에 B과 Zr을 첨가하면 강도가 더욱 증가하였는데 이는 Fe첨가량에 따라 B과 Zr의 고용강화 효과가 달리 나타난 것으로 추측되나 그 이유에 대해서는 추후 연구가 필요할 것으로 생각된다.
%Al 이하에서만 효과가 있다는 보고[19, 20}를 감안하면 Fe첨가에 의한 Ni의 함유량 감소로 B의 효과가 거의 나타나지 않거나, 고용한 이상 첨가된 B이 결정립계에 편석하여 입계를 강화하므로서 파괴모드를 입계파괴로부터 입내파괴로 변화시키기 때문에 연신률이 증가한다는 보고로부터 본 연구에서 첨가된 B량이 고용한 이내이기 때문에 B 의 효과가 나타나지 않은 것으로 생각된다. 그리고 Ni45Al의 경우는 Ni25AN보다 상당히 낮은 3.9%自 변형률을 보이고 있고, Ni45Al에 10Fe, 30Fe, 10Fe-0.1B, 10Fe-0.1Zr 및 30Fe-0.1 左을 첨가한 때는 변형률이 4% 내외로 거의 큰 변화는 없었으며, Ni45A130Fe-0.1B 의 경우만 변형률이 약6%로 향상되었는데 Fe를 30%로 다량 첨가한 때 Zr첨가에서는 변화가 없으나 B 첨가 시에만 향상되는 이유에 대해서는 추후 더 연구해야 할 과제로 생각된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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