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문제 정의
- 본 논문에서는 변형률속도 경화의 미시적인 원인을 분석하기 위하여 다양한 변형률속도에 대하여 동적인장실험을 수행하였다. 텍스쳐의 효과와 방위 변화가 변형률속도 경화에 미치는 효과를 관찰하기 위하여 EBSD 실험을 수행하였으나 변형률 속도에 따른 지배적인 경향이 없음을 확인하였다.
- 본 논문에서는 정적 변형률속도(iS/sec)부터 자동차 충돌 시 국부적으로 발생하는 변형률속도인 ItP/sec까지의 영역에 대하여 인장실험을 수행한다.
제안 방법
- 3 은 변형 률속도에 따른 인장실험 결과를 나타내며 항복 전, 후에 각 변형률 속도에 따른 유동응력 차이가 가장 크게 발생하는 것을 볼 수 있다. Fig. 3 의 인장실험 결과를 바탕으로 모든 시편에 20%의 변형률을 부과하여 다양한 변형률속도의 동적 인장실험을 수행하였다. 중고속 인장실험 중에 시편에 일정한 변형률을 부과하기 위하여 Fig.
- 관찰하였다. TEM 을 이용한 전위 관찰은 각 변형률속도 별로 1%의 저변형률을 부과한 상태에서 비교하였다 (Fig. 9). 높은 변형률 상태의 철강시 편은 전위밀도가 급격히 높아져 명확한 전위관찰이 어렵고 Fig.
- 6(b)) EBSD 를찍고 변형 후 미세조직 변화를 관찰하였다. 각 변형률 속도 시료에 대하여 가로, 세로 총 200µm 의영역을 측정하였다. Fig.
- 각 변형률속도별로 전위의 발달을 비교하기 위하여 모든 시료에 대하여 (001) 정대축(zone axis) 으로 TEM 관찰을 수행하였다. Fig.
- 관찰에 사용된 소재는 변형률속도 민감도(strain rate sensitivity)가 큰 SPCC(0.63t)이 며 정적변형률 속도인 10-3/sec 부터 중고속 변형률속도인 102/sec 영역에서 실험을 수행하였다. 중고속 인장실험은 Fig.
- 3 에서 볼 수 있듯이 저변형률 영역에서 변형률 속도에 대한 유동응력의 차이가 가장 크므로 TEM 관찰을 위한 인장실험은 1% 저변형률 영역에서 수행하였다. 그러나 1%의 저변형률을 부과할 경우 실제로 TEM 관찰에 사용될 인장시편의 표점부가균일하게 변형하는지를 알 수 없으므로 Fig. 10 과같이 표점부를 세분화하여 표점부 폭의 변화를 측정하였다. 모든 변형률속도에 대하여 1% 변형이 표점부에서 균일하게 발생하는 것을 관찰할 수 있다(Fig.
- 9). 높은 변형률 상태의 철강시 편은 전위밀도가 급격히 높아져 명확한 전위관찰이 어렵고 Fig. 3 에서 볼 수 있듯이 저변형률 영역에서 변형률 속도에 대한 유동응력의 차이가 가장 크므로 TEM 관찰을 위한 인장실험은 1% 저변형률 영역에서 수행하였다. 그러나 1%의 저변형률을 부과할 경우 실제로 TEM 관찰에 사용될 인장시편의 표점부가균일하게 변형하는지를 알 수 없으므로 Fig.
- 관찰하도록 한다. 동적 인장실험을 수행한 뒤 변형된 시편에서 미세 조직 관찰을 위한 시료를 주줄하며 EBSD(Electron BackScattered Diffraction)와 TEM을 이용하여 변형률속도 경화의 원인을 미시적으로 분석한다.
- 11). 따라서 EBSD 실험과 동일한 방법으로 표점부 영역에서 3 개의 시료를 추출하여 TEM 관찰을 수행하였다.
- 또한 각 변형률속도 실험마다 일정한 변형률을 부과하여 동일조건 하에서 변형률속도의 효과만을 관찰하도록 한다. 동적 인장실험을 수행한 뒤 변형된 시편에서 미세 조직 관찰을 위한 시료를 주줄하며 EBSD(Electron BackScattered Diffraction)와 TEM을 이용하여 변형률속도 경화의 원인을 미시적으로 분석한다.
- 텍스쳐의 효과와 방위 변화가 변형률속도 경화에 미치는 효과를 관찰하기 위하여 EBSD 실험을 수행하였으나 변형률 속도에 따른 지배적인 경향이 없음을 확인하였다. 또한 변형률속도에 따른 전위발생과 전위형상을 관찰하기 위하여 TEM 실험을 수행하였다. 변형률 속도가 증가함에 따라 전위밀도가 급격 히 증가하였으며 전위가 균일하게 결정립 면에 분포하고 있음을 관찰하였다.
- 변형률속도 경화의 보다 근본적인 원인을 분석하기 위하여 다양한 변형률속도에 대하여 TEM 을이 용하여 변형 전, 후의 전위거동을 관찰하였다. TEM 을 이용한 전위 관찰은 각 변형률속도 별로 1%의 저변형률을 부과한 상태에서 비교하였다 (Fig.
- 또한 세장비의 경우 전체 결정립들이 모두 길어지는 효과를 보이지만 변형률속도에 따라 큰 차이를 보이지 않는 것으로 관찰된다. 변형률속도에 따른 결정 립 크기와 모양변화(aspect ratio)의 특징적인 경향성을 관찰할 수 없으므로 보다 정량적인 ODF(Orientation Distribution Function) 분석을 수행하였다. Fig.
성능/효과
- 이와 같은 경향은 PF(Pole Figure) 분석 결과에서도 비슷하게 나타난다. EBSD 의 실험 결과를 종합하여 볼 때, 변형률속도에 따른 텍스쳐 의회 전과 변형량이 많지 않고 텍스쳐의 변화가 변형률 속도 경화에 미치는 영향이 적은 것으로 판단되어 변형률속도 경화의 근본적인 원인을 찾고 분석을 수행하기가 어려울 것으로 판단하였다.
- 변형률 속도가 증가함에 따라 전위밀도가 급격 히 증가하였으며 전위가 균일하게 결정립 면에 분포하고 있음을 관찰하였다. lO'/sec 이상의 변형률 속도에서 변형된 시료에서는 전위의 뒤엉킴과 교차전위 및 전위 절점 등이 관찰되며 전위세포를 형성하는 과정에 있음을 확인할 수 있다. 변형률속도가 증가함에 따라 균일하게 분포된 전위가 급격하게 증가할 뿐 아니라 전위의 뒤엉킴과 전위세포 형성 등이 가공경화율의 급격한 상승을 유도한 것이라 판단되며 이러한 효과에 의하여 변형률 속도 경화가 발생하는 것으로 판단된다.
- 13) 에서 전위는 산발적으로 분포하고 있으며 타원형 형태의 루프(elliptical loop) 또는 반루프 형태(half hop) 의 전위가 다수 관찰된다[6, 7], 또한 변형률 속도 lO'/sec 이상의 시료와 비교할 때, 전위들 사이의 뒤엉킴(tangle)이 적은 것을 확인할 수 있다. 변형 률속도가 증가함에 따라 전위밀도가 급격 하게 증가하는 것을 관찰할 수 있으며 lO'/sec 이상의 변형률속도 시료에서 전위들이 결정립 내에 균일하게 분포하는 것을 확인할 수 있다. 102/sec 변형률속도 시료에서는 저변형률속도 시료와 비교할 때, 길이가 상대적으로 짧은 전위들이 서로 무수히 뒤엉켜 분포하고 있으며 특징적으로 교차 (crisscross)전위[8]들이 분포하는 것을 관찰할 수 있다.
- 또한 변형률속도에 따른 전위발생과 전위형상을 관찰하기 위하여 TEM 실험을 수행하였다. 변형률 속도가 증가함에 따라 전위밀도가 급격 히 증가하였으며 전위가 균일하게 결정립 면에 분포하고 있음을 관찰하였다. lO'/sec 이상의 변형률 속도에서 변형된 시료에서는 전위의 뒤엉킴과 교차전위 및 전위 절점 등이 관찰되며 전위세포를 형성하는 과정에 있음을 확인할 수 있다.
- 12 은 인장실험을 수행하기 전의 초기 시료의 전위분포를 나타낸다. 전체적으로 전위의 발달이 적은 것을 확인할 수 있지만 입계면(grain boundary)과 삼중점 (triple junction) 부근에서 소수의 전위가 관찰되었다. 변형이 가해지지 않은 초기시료가 소수의 전위를 포함하고 있는 것은 특정한 결정 구조를 가지는 소재의 경우 공공이나 전위 등의 결함을 가지고 있는 것이 결함이 없는 구조보다 열역학적으로 안정하기 때문인 것으로 판단된다.
- 16은 각 변형률속도에 따른 입계면과 삼중점의 전위분포를 나타낸다. 정적 변형률속도 시료(Fig. 13) 에서 전위는 산발적으로 분포하고 있으며 타원형 형태의 루프(elliptical loop) 또는 반루프 형태(half hop) 의 전위가 다수 관찰된다[6, 7], 또한 변형률 속도 lO'/sec 이상의 시료와 비교할 때, 전위들 사이의 뒤엉킴(tangle)이 적은 것을 확인할 수 있다. 변형 률속도가 증가함에 따라 전위밀도가 급격 하게 증가하는 것을 관찰할 수 있으며 lO'/sec 이상의 변형률속도 시료에서 전위들이 결정립 내에 균일하게 분포하는 것을 확인할 수 있다.
- 동적인장실험을 수행하였다. 텍스쳐의 효과와 방위 변화가 변형률속도 경화에 미치는 효과를 관찰하기 위하여 EBSD 실험을 수행하였으나 변형률 속도에 따른 지배적인 경향이 없음을 확인하였다. 또한 변형률속도에 따른 전위발생과 전위형상을 관찰하기 위하여 TEM 실험을 수행하였다.
후속연구
- 변형률속도가 증가함에 따라 균일하게 분포된 전위가 급격하게 증가할 뿐 아니라 전위의 뒤엉킴과 전위세포 형성 등이 가공경화율의 급격한 상승을 유도한 것이라 판단되며 이러한 효과에 의하여 변형률 속도 경화가 발생하는 것으로 판단된다. 전위발달 과정과버거스벡터의 방향에 따른 효과는 추가적인 TEM 실험을 통하여 검증하고자 한다.
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