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문제 정의
- 3,12) 하지만, 아직까지 교차롤압연에 대한 연구와 이해는 상당히 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구는 순수 Cu을 이용하여, 교차롤압연을 적용하였고, 이를 통해 발생하는 결정립미세화, 집합조직 분포와 기계적 물성을 체계적으로 평가하기 위해 수행되었다. 특히, 같은 압하율로상용압연된 재료와 비교평가 함으로써, 교차롤압연의 특징을 구체적으로 논의하였다.
제안 방법
- 열처리 후 재료의 미시조직을 관찰하며, 두 입자들 간의 방위관계에 의해 결정되는 입계 특성분포(grain boundary character distribution, GBCD)를 분석하기 위하여, 전자후방산란회절(electron back scattered diffraction, EBSD)을 통한 분석이 수행되었다. EBSD 분석을 위하여, 시편은 기계적 연마 및 진동연마를 통하여경면을 얻었고, FEG-SEM에 부착된 TSL-OIMTM을 이용 하여 시편의 TN면에 대해 분석이 수행되었다. 또한, 입계특성분포 분석 시, 입계분류는 Brandon 기준을 사용 하였고, 두 입자간의 어긋남 각은 15도를 기준하여 low angle과 high angle로 구분하였다.
- 경도 측정을 위하여, 시편은 5 mm × 5 mm의 크기로 절단되었고, 기계적 연마를 통하여 시편표면의 경면을 얻은 후 경도를 측정하였다.
- 냉간압연 후 재결정 열처리를 위해, 압연판재는 5 mm × 5 mm의 크기로 절단되었고, 400℃에서 30분간 열처리를 수행하였다.
- 냉간압연 후 재결정 열처리를 위해, 압연판재는 5 mm × 5 mm의 크기로 절단되었고, 400℃에서 30분간 열처리를 수행하였다. 열처리 후 재료의 미시조직을 관찰하며, 두 입자들 간의 방위관계에 의해 결정되는 입계 특성분포(grain boundary character distribution, GBCD)를 분석하기 위하여, 전자후방산란회절(electron back scattered diffraction, EBSD)을 통한 분석이 수행되었다. EBSD 분석을 위하여, 시편은 기계적 연마 및 진동연마를 통하여경면을 얻었고, FEG-SEM에 부착된 TSL-OIMTM을 이용 하여 시편의 TN면에 대해 분석이 수행되었다.
- 99%)로서 전자빔용해(electron beam melting)법으로 제조된 50 mm × 100 mm × 5 mm 크기의 판재였다. 이를 이용하여, 냉간압연 프로세스로서 상용압연과 교차롤압연이 도입되었고, 두께감소율 90%까지 단계적으로 냉간압연을 수행하였다. 특히, 교차롤압연의 경우, Fig.
- 경도 측정을 위하여, 시편은 5 mm × 5 mm의 크기로 절단되었고, 기계적 연마를 통하여 시편표면의 경면을 얻은 후 경도를 측정하였다. 이에 사용된 장비는 비커스 미소경도기 FM 7465였으며, 측정은 다이아몬드 압입자를 200 g의하중으로 15초간 압입하는 방식으로 수행되었다. 또한, 측정값의 통계적인 신뢰성을 향상시키기 위하여, 각 시편당 12회씩 측정하여 최대값과 최소값을 제외한 나머지 10개의 평균값을 대표 경도값으로 채택하였다.
- 6 mm 크기의 판상으로 제작되었고, 시편표면의 미소한 크랙 발생을 방지하기 위하여 사포 #2000을 이용하여 인장시편의 표면에 대해 기계적인 연마를 수행하였다. 인장시험은 INSTRON 4481형 기계식 만능 재료 시험기를 이용하여 상온에서 인장속도 0.72 mm/min의 조건으로 수행되었다. 각 시편의 인장 특성값은 3회 측정치의 평균값을 취하였다.
- 인장시험의 경우, 2 mm × 0.6 mm 크기의 판상으로 제작되었고, 시편표면의 미소한 크랙 발생을 방지하기 위하여 사포 #2000을 이용하여 인장시편의 표면에 대해 기계적인 연마를 수행하였다.
- 따라서, 본 연구는 순수 Cu을 이용하여, 교차롤압연을 적용하였고, 이를 통해 발생하는 결정립미세화, 집합조직 분포와 기계적 물성을 체계적으로 평가하기 위해 수행되었다. 특히, 같은 압하율로상용압연된 재료와 비교평가 함으로써, 교차롤압연의 특징을 구체적으로 논의하였다.
- 이를 이용하여, 냉간압연 프로세스로서 상용압연과 교차롤압연이 도입되었고, 두께감소율 90%까지 단계적으로 냉간압연을 수행하였다. 특히, 교차롤압연의 경우, Fig. 1에 도시한 바와 같이, 롤이 rolling direction (RD)와 transverse direction (TD)면에 대하여 5o tilt를 유지한 채 냉간압연을 수행하였다. 이 과정에서 롤과 재료간에 더 큰 마찰을 주어, 더욱 큰 전단변형을 유도하기 위하여, 냉간압연 시 압연유는 사용하지 않았다.
대상 데이터
- 이 연구에서 사용된 재료는 순수 Cu(99.99%)로서 전자빔용해(electron beam melting)법으로 제조된 50 mm × 100 mm × 5 mm 크기의 판재였다.
데이터처리
- 이에 사용된 장비는 비커스 미소경도기 FM 7465였으며, 측정은 다이아몬드 압입자를 200 g의하중으로 15초간 압입하는 방식으로 수행되었다. 또한, 측정값의 통계적인 신뢰성을 향상시키기 위하여, 각 시편당 12회씩 측정하여 최대값과 최소값을 제외한 나머지 10개의 평균값을 대표 경도값으로 채택하였다. 인장시험의 경우, 2 mm × 0.
이론/모형
- EBSD 분석을 위하여, 시편은 기계적 연마 및 진동연마를 통하여경면을 얻었고, FEG-SEM에 부착된 TSL-OIMTM을 이용 하여 시편의 TN면에 대해 분석이 수행되었다. 또한, 입계특성분포 분석 시, 입계분류는 Brandon 기준을 사용 하였고, 두 입자간의 어긋남 각은 15도를 기준하여 low angle과 high angle로 구분하였다.13)
성능/효과
- (a)에 나타난 바와 같이, 2 µm~180 µm 정도의 크기를 갖는 결정립들이 불균일하게 분포하고 있었으며, 평균입도는 100µm로서 비교적 조대한 분포를 나타내었다.
- 초기재료는, Fig. 3(a)에 도시한 바와 같이, 저경각 입계와 고경각 입계의 분포가 각각 77%와 23%를 차지하였다. 냉간압연 후 400℃에서 30분간의 열처리를 통해, 재료는 완전히 재결정 되었고, 그 결과, 상용압연의 경우, Fig.
- (b)에 나타난 바와 같이, 1 µm 에서 20 µm 정도의 결정립들이 분포됨으로서, 초기재료에 비해 현저히 미세화 되었고, 평균입도는 9.5 µm로 확인되었다.
- 교차롤 압연의 경우, 롤 교차각에 의해 상용압연보다 큰 전단변형을 수반하게 되며, 이는 effective strain에 직접적인 영향을 미치게 된다.4) 즉, 증가된 effective strain은 재결정 열처리를 통해 재결정 핵생성분율에 직접적인 영향을 미치게 되며, 이는 입자의 미세화에 근간이 되는 것이다.10,11) 따라서, 교차롤압연을 통한 effective strain의 증가가 순수 Cu의 입자를 미세화 시키는데 상용압연에 비해 더욱 효과적임을 알 수 있다.
- 2(a)에 나타난 바와 같이, 2 µm~180 µm 정도의 크기를 갖는 결정립들이 불균일하게 분포하고 있었으며, 평균입도는 100µm로서 비교적 조대한 분포를 나타내었다. 강가공 후 400℃에서 30분간의 재결정 열처리는 결정립을 미세화시키는데 효과적이었다. 그 중 상용압연 후 열처리된 재료는, Fig.
- 교차롤압연 후 재결정된 재료의 비커스 경도와 항복강도 및 인장강도가, Fig. 5에서 도시한 바와 같이, 상용압연 후 열처리된 재료보다 각각 20%, 30% 및 10% 이상 향상되었다. 상용압연된 재료의 경우, 항복강도와 입도간에 Hv = 31.
- 뿐만 아니라, 연신율에 있어서도 두 프로세스 모두 12%를 나타내었다. 그러나, 재결정된 재료의 경우, 항복강도와 인장강도가 상용압연에서 105 MPa와 226 MPa 로 나타났으나, 교차롤압연에서 137 MPa와 252 MPa로 나타남으로써, 교차롤압연이 상용압연의 경우보다 각각 30%와 10% 이상 증가한 것으로 확인되었다. 반면, 연신율에 있어서 교차롤압연재(48%)가 상용압연재(53%) 보다 비교적 낮은 것으로 확인되었으나, 큰 차이를 나타내진 않았다.
- 상용압연과 교차롤압연과 같은 강가공 프로세스의 적용은 재결정 과정을 통해 입자를 미세화 시키는데 두드러진 효과를 나타내었다. 냉간압연 이후 400℃에서 30분간의 열처리는 재료의 완전재결정을 촉진하였고, 그 결과, Fig. 3에서 도시한 바와 같이, 두 프로세스 모두, 고경각 입계가 전체입계 중 90%이상 분포되었다. 이 때 관찰된 평균입도는, 상용압연재에서 9.
- 뿐만 아니라, 재결정 과정을 통하여 발달된 <112>//ND 집합조직은 기계적 물성의 향상에 영향을 주었다. 따라서, 교차롤압연의 적용은 입자의 미세화와 집합조직 발달을 동반한 기계적 물성의 향상에 더욱 효과적임을 알 수 있었다.
- 뿐만 아니라, 재결정 과정을 통하여 발달된 //ND 집합조직은 기계적 물성의 향상에 영향을 주었다.
- 순수 동을 이용한 상용압연과 교차롤압연이 성공적으로 수행되었다. 실험결과, 두 프로세스 모두 입자의 미세화에 효과적이었다. 특히, 교차롤압연의 경우, 평균입도가 6.
- 이 때 관찰된 평균입도는, 상용압연재에서 9.8 µm였고, 교차롤압연재에서 6.5 µm로 나타남에 따라, 상용압연에 비해 교차롤압연이 입자미세화에 더 효과적이었다.
- 5 µm까지 미세화 됨에 따라, 초기재료 (100 µm)에 비해 현저히 미세화 되었다. 이와 같은, 입자의 미세화는 기계적 물성의 향상에 직접적인 영향을 주었고, 그 결과, 재결정 후 항복강도와 인장강도가 교차롤압연재에서 각각 30%와 10% 이상 상용압연재 보다 높은 것으로 확인되었다. 뿐만 아니라, 재결정 과정을 통하여 발달된 <112>//ND 집합조직은 기계적 물성의 향상에 영향을 주었다.
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