[논문]Ti-50.85atNi 합금의 변태거동 및 형상기억특성 미치는 시효처리의 영향

김재일; 성장현; 김영희; 이준희; 관기수일

Ti-50.85atNi 합금의 변태거동 및 형상기억특성 미치는 시효처리의 영향
Effect of Isochronic Aging on Transformation Behavior in Ti-50.85at%Ni Alloy 원문보기

열처리공학회지 = Journal of the Korean society for heat treatment, v.22 no.2, 2009년, pp.101 - 107

김재일 (동아대학교 신소재공학과) , 성장현 (동아대학교 신소재공학과) , 김영희 (동아대학교 신소재공학과) , 이준희 (동아대학교 신소재공학과) , 관기수일 (일본 축파대학 물질공학계)

Abstract ▼ AI-Helper

Effect of isochronic aging on transformation behavior of Ti-50.85at%Ni alloy were investigated by differential scanning calorimeter (DSC). The martensitic transformation temperature increases with increasing annealing temperature until reaching a maximum, and then decreases with further increasing annealing temperature. This can be rationalized by interaction between the distribution of $Ti_3Ni_4$ precipitates and Ni content in the matrix. The R-phase transformation temperature increases with increasing annealing temperature until reaching a maximum, and then decreases with a further increase of annealing temperature. This is attributed to the change of Ni content in the matrix caused by precipitation of $Ti_3Ni_4$. The occurrence of the multiple-stage martensitic and R-phase transformation is attributed to precipitation-induced inhomogeneity of the matrix, both in terms of composition and of internal stress fields.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 Ni과잉 Ti-Ni 합금의 변태 거동에 미치는등시 (Isochronic) 시효의 영향은 체계적으로 보고되지 않았다. 그러므로 본 연구에서는 Ti-50.9 at % Ni 을용 체화 처리 후 각 온도에서 한 시간 시효 처리하여 시효 온도가 각각의 변태온도 및 다단계 마르텐사이트 변태에 미치는 영향을 체계적으로 조사하는 것을 목적으로 하였다.

가설 설정

두 번째 R 7 M 변태 온도는 573 K의 시효재에서 출현하여 시효 온도 증가에 따라 증가하여 773 K의 시효재에서 최대값을 보인 후 감소하여 873 K의 시효 온도에서 두 번째 R → M 변태는 소멸한다. 일반적으로 R ~ M(B2 ~ M) 변태 온도에 영향을 미치는 인자로서는 1) 석출물의 크기 효과와 2) 석출물의 생성 및 시효온도 변화로 인한 기지의 Ni 농도 변화이다. 전자는 저온역(<623 K)에서 시효 처리시 미세한 Ti3Ni4 석출물을 생성하여 미세한 석출물이 R → M 변태를 억제하여 변태 온도는 감소한다.

제안 방법

냉간 가공률 30%의 Ti-50.85at%Ni 선재를 1073 K-3.6ks의 용체화 처리후 373K~973K의 온도 범위에서 3.6 ks의 시효 열처리를 하여 각 시효 재의 변태 거동에 미치는 등시 시효(Isochronic aging) 의영향을 조사하여 아래와 같은 결과를 얻었다.
6 ks의 시효처리를 한 후 급냉하였다. 또한 시효처리가 끝난 시료는 산화피막 제거를 위하여 사포로 가볍게 폴리싱한 후 표면의 잔류응력을 제거하기 위하여 전해연마 하였다. 변태 거동은 시차주사열량계 (DSC)를 사용하여 He분위기에 세 0C?min의 냉각/가열 속도로 측정하였다.
주 사시 차 열분석용 시편은 선재를 4 mm의 길이로 절단한 후 표면의 산화피막을 제거하기 위해서 사포로 폴리싱을 하였으며. 모든 시료는 1073 K에서 3.6ks 동안 용 체화처리 후 급냉을 하였고, 이 용체화 처리재는 다시 373K~973K의 온도에서 3.6 ks의 시효처리를 한 후 급냉하였다. 또한 시효처리가 끝난 시료는 산화피막 제거를 위하여 사포로 가볍게 폴리싱한 후 표면의 잔류응력을 제거하기 위하여 전해연마 하였다.
1에서와 같이 냉각시에는 3단계 변태를 보이고 있지만 가열시에는 4단계 변태를 나타내고 있다. 이와 같은 변태 거동을 분석하기 위하여 여러 온도에서 부분 싸이클 시험을 하였다. 냉각 및 가열 곡선은 각각 실선 및 점선으로 나타내었다.
이와 같이 부분 싸이클 시험 결과를 바탕으로 각각의 변태 온도를 시효시간에 대해서 plot하였다. 그 결과를 Fig.
최종적으로 제작한 선재의 냉간 가공율은 30%이었다. 주 사시 차 열분석용 시편은 선재를 4 mm의 길이로 절단한 후 표면의 산화피막을 제거하기 위해서 사포로 폴리싱을 하였으며. 모든 시료는 1073 K에서 3.

성능/효과

3. 다단계 R j M 변태은 석출물 주위의 응력장과 Ni의 농도의 불균일에 의한 복합적인 원인으로 추측된다.
하지만 이 온도영 역에서는 확산 속도가 중분하지 않아 한 시간의 열처리 시간 동안 석출에 의해 기지의 Ni 농도는 준 평형 상태에 도달하지 못한다. 그러므로 이 온도영역에서는 시효 온도의 증가로 인해 확산은 더욱 용-이하게 일어나 Ti3Ni4 석출물은 다량 생성되어서 기지의 준평형 Ni 농도와는 무관하게 Ni 농도는 감소한 결과 B2 - R 변태온도는 증가한다. 그러나 673 K 이상의 시효온도에서는 확산이 비교적 저온보다 신속히 일어나 한 시간의 시효시간에서도 Ti3Ni4 의 석출에 의한 기지의 Ni 농도는 준평형 고용 도에 근접하게 되고 시효온도의 증가에 따라 시효재의 기지의 Ni 농도는 증가하게 되어 B2 R 변태 온도는 감소한다.
3에서 자세히 기술될 것이다. 냉각 곡선에서의 시효 온도 변화에 따른 두 개의 R- M(B2-> M) 변태의 발열량의 변화를 살펴보면 주변태 피크인 M"(하얀색 화살표로 표시)는 용체화처리재(ST)로부터 시효처리온도가 증가함에 따라 감소하여서 623 K의 시효재에서 최소값을 보인 후 증가하였다. 한편 두 번째 변태 피크인 M*2(검은색 화살표로 표시)은 573 K의 시효재에서 출현하여 발열량은 시효온도의 증가에 따라 증가하여 673 K에서 최대값을 보인 후 감소하여 873 K 의 시효재에서 M*2 변태는 소멸하였다.
먼저 Rt M 변태온도는 시효 온도가 증가함에 따라 감소 하 甲 623 K 시효재에서 최소값을 보인 후 증가하여 773 K 시효재에서 최대치를 나타낸 후 감소하여 823 K 시효재부터는 거의 일정한 값을 보이고 있다. 두 번째 R 7 M 변태 온도는 573 K의 시효재에서 출현하여 시효 온도 증가에 따라 증가하여 773 K의 시효재에서 최대값을 보인 후 감소하여 873 K의 시효 온도에서 두 번째 R → M 변태는 소멸한다. 일반적으로 R ~ M(B2 ~ M) 변태 온도에 영향을 미치는 인자로서는 1) 석출물의 크기 효과와 2) 석출물의 생성 및 시효온도 변화로 인한 기지의 Ni 농도 변화이다.
앞에서 언급한 바와 같이 B2 - R 변태는 석출물 분포 상태에 영향을 받지 않고 기지의 Ni 농도에만 영향을 받는다. 본 연구 결과 시효에 의해 2단계 B2 R 변태와 다단계 R ~ M 변태가 관찰되었다. 이는 2단계 B2 → R 변태는 석출물 주위의 조성의 불균일에 기인한 것이고 다단계 R ~ M 변태는 석출물 주위의 조성의 불균일 및 석출물 주위의 응력 장의 복합적인 효과에 기인한 것이라고 사료된다.
R - M(B2 - M) 변태 온도는 시효 온도가 증가함에 따라 감소하여 600 K 부근에서 최소값을 나타냈었다. 시효온도가 600 K -750 K 범위에서는 변태온도가 증가하여 750 K 부근에서 최대치를 보인 후 감소하여 850 K 이상의 시효 온도에서는 일정한 값을 보였다. 이와 같은 R j M(B2 j M) 변태온도의 시효 온도 의존성은 기지의 Ni 농도의 변화와 Ti3Ni4 석출물의 분포 상태에 의해 설명되어진다.
85at%Ni 합금은 고주파 진공유도에서 용해하였으며 용해된 Ingot는 열간 단조 및 열간 압출한 후 냉간 인발과 중간온도에서 어닐링을 반복하면서 직경 1mm의 선재로 만들었다. 최종적으로 제작한 선재의 냉간 가공율은 30%이었다. 주 사시 차 열분석용 시편은 선재를 4 mm의 길이로 절단한 후 표면의 산화피막을 제거하기 위해서 사포로 폴리싱을 하였으며.

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