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가설 설정
- 5Mn-4Cr-0.45C alloy and (b) strain-rate sensitivity plotted as a function of the engineeringstrain.
제안 방법
- , ε, T는 각각 유동응력, 변형률 속도, 진변형률, 온도를 나타낸다. 또한 Cu 타겟을 이용한 X선 회절(X-ray, XRD)과 EBSD(electron back-scattered diffractometry, Model: TSL/DIGIVIEW, EDAX) 분석을 통하여 변형 도중 상변태 발생 유무와 변형 메커니즘을 확인하였다.
- 하에서 상온 인장시험을 실시하였다. 모든 시편들은 연속항복거동을 나타내어 응력-변형률 곡선으로부터 0.2 % offset한 유동응력을 항복강도로 사용하였다. 변형률 속도 민감도는 아래와 같은 식을 사용하여 계산하였다.
- 본 연구에서는 Fe-24.5Mn-4Cr-0.45C 합금을 제조하고 준정적 변형률 속도(10−4-10−1 s−1) 하에서 상온 인장시험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 그러나 Chen6)과 Lee9)는 단순한 Mn-C 쌍이 아닌 적층결함 내 형성된 Mn-C 복합체의 8면체 자리에 고용된 탄소원자가 응력을 받으면 부분 전위에 의해 순간적으로 4면체 자리의 상황이 되면서 높은 변형시효와 경화를 유발시키는 것으로 주장하였다. 본 연구에서는 Fe-Mn-Cr-C계 합금에 대하여 다양한 변형률 속도 하에서 상온 인장시험을 실시한 후 응력-변형률 곡선의 해석을 통하여 serration과 변형률 속도 민감도를 고찰하였다.
- 오스테나이트계 Fe-24.5Mn-4Cr-0.45C 합금 시편의 인장시험 전 미세조직을 광학현미경으로 관찰하여 Fig. 1에 나타내었다. 본 연구에서 사용된 시편은 이차상이 없는 오스테나이트 단상조직을 가진 고망간강으로 평균 결정립 크기는 약 30 μm를 나타내었다.
- 인장시편은 ASTM E8 sub-size 표준시험법에 따라 판재의 압연방향(longitudinal direction, L-방향)으로 두께 2mm의 sub-size 판상시편(표점거리 25 mm, 너비 6 mm)을 가공한 후 10톤 용량의 동적 만능 시험기(Instron 8516,Instron Co, Norwood, MA)를 이용하여 준정적 변형률 속도 10−4~10−1 s−1 하에서 상온 인장시험을 실시하였다.
- 이 합금은 900 ℃ 이상 오스테나이트화 온도에서 30 mm로 열간압연한 판재이며, 상온에서 오스테나이트 단상을 유지하기 위해 급냉하였다. 제조된 시편의 미세조직은 압연 판재의 옆면을 연마하고 3 % 나이탈 용액으로 에칭한 후 광학현미경으로 관찰하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 시편은 이차상이 없는 오스테나이트 단상조직을 가진 고망간강으로 평균 결정립 크기는 약 30 μm를 나타내었다.
- 본 연구에서 사용된 합금은 Fe-24.5Mn-4Cr-0.45C (wt.%)의 화학조성을 갖는 오스테나이트계 고망간강이다. 이 합금은 900 ℃ 이상 오스테나이트화 온도에서 30 mm로 열간압연한 판재이며, 상온에서 오스테나이트 단상을 유지하기 위해 급냉하였다.
성능/효과
- 6(a)). 그러나 각각의 변형량에서 변형률 속도 민감도를 알아본 결과 변형 초기에는 양의 변형률 속도 민감도를 보이며 변형이 진행됨에 따라 음의 민감도로 변하였다(Fig. 6(b)).
- 따라서 본 연구에서 가장 빠른 10−1 s−1의 변형률 속도로 시험된 경우 임계 변형량이 크게 증가하여 후반부에만 serration이 일부 관찰되는 것으로 생각할 수 있다.
- 따라서 본 연구에서 제조된 Fe-24.5Mn-4Cr-0.45C 합금의 경우 변형률 속도가 증가함에 따라 Mn-C 복합체와 적층결함의 상호작용 시간이 감소하므로 동적 변형시효가 억제되어 음의 변형률 속도 민감도를 나타낸다고 볼 수 있다.
- 이후 탄소원자는 전위 중심과 공공을 통한 격자 확산과 같은 장범위 확산에 필요한 높은 활성화 에너지가 요구되지 않기 때문에 뒤따르는 부분 전위 또는 쌍정 전위 이동에 의해 근처 8면체 자리로 비교적 쉽게 돌아올 수 있다. 따라서 본 연구의 경우 느린 변형률 속도에서는 변형 초기부터 Mn-C 복합체 재배열에 의한 동적 변형시효가 발생하며, 변형이 진행될수록 더욱 뚜렷하게 나타난다. Lee9)는 Mn-C 복합체의 탄소원자와 적층결함의 상호작용 시간을 아래와 같은 식으로 표현하였다.
- 한편 느린 변형률 속도의 응력-변형률 곡선에서는 변형률 초기부터 동적 변형시효에 의한 serration이 관찰되었는데, 이는 상온에서도 탄소원자의 장범위 확산과 높은 활성화 에너지가 필요하지 않는 적층결함 내 Mn-C복합체와 부분 전위와의 상호작용으로 설명될 수 있다. 또한 변형률 속도가 증가함에 따라 상호작용 시간은 감소하기 때문에 동적 변형시효가 억제됨을 알 수 있었다. 그러나 현재까지 Mn-C복합체와 부분 전위의 상호작용은 직접적인 관찰을 통하여 설명되지 않고 있기 때문에 이들 합금의 보다 명확한 동적 변형시효 메커니즘을 이해하기 위하여 많은 연구가 필요한 실정이다.
- 45C 합금을 제조하고 준정적 변형률 속도(10−4-10−1 s−1) 하에서 상온 인장시험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 변형률 속도가 감소함에 따라 동적 변형시효가 활발하게 일어나 유동 응력이 증가하는 음의 변형률 속도 민감도를 나타내며, 이는 변형이 진행될수록 거시적으로 더욱 뚜렷하게 나타났다.
- 변형률 속도가 증가함에 따라 항복강도는 10−4-10−2 s−1 범위에서 약 29, 25 MPa 정도 급격한 증가를 보이나 이후 10−1 s−1에서 급격히 감소하였다.
- 본 연구에서 시험된 합금은 준정적 변형률 속도하에서 변형률 속도가 증가함에 따라 인장강도가 감소하는 음의 변형률 속도 민감도가 관찰되었다(Fig. 6(a)).
- 또한 변형률속도가 증가할수록 단열 가열(adiabatic heating) 발생에의한 시편의 온도 증가는 적층결함 에너지를 증가시키기 때문에 더욱 상변태가 억제될 것임을 예상할 수 있다. 실제로 본 연구에서 제조된 Fe-24.5Mn-4Cr-0.45C 합금의 준정적 변형률 속도 하에서 상온 변형 메커니즘은 변형 쌍정으로 확인되었다.
- 인장강도는 항복강도와는 다르게 12, 10 MPa 정도 서서히 감소하나 10−1 s−1에서 45 MPa 정도 급격하게 감소하였다. 연신율은 변형률 속도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보이나, 단면적 감소율은 변형률 속도 변화에 따라 큰 차이가 없었다.
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