[논문]가공유기 마르텐사이트 변태를 갖는 합금의 감쇠능에 미치는 가공열처리의 영향

한현성; 강창룡

doi:10.3740/mrsk.2019.29.3.160

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This study investigates the effect of thermo-mechanical treatment on the damping capacity of the Fe-20Mn-12Cr-3Ni-3Si alloy with deformation induced martensite transformation. Dislocation, ${\alpha}^{\prime}$ and ${\varepsilon}-martensite$ are formed, and the grain size is refi...

This study investigates the effect of thermo-mechanical treatment on the damping capacity of the Fe-20Mn-12Cr-3Ni-3Si alloy with deformation induced martensite transformation. Dislocation, ${\alpha}^{\prime}$ and ${\varepsilon}-martensite$ are formed, and the grain size is refined by deformation and thermo-mechanical treatment. With an increasing number cycles in the thermo-mechanical treatment, the volume fraction of ${\varepsilon}-martensite$ increases and then decreases, whereas dislocation and ${\alpha}^{\prime}-martensite$ increases, and the grain size is refined. In thermo-mechanical treated specimens with five cycles, more than 10 % of the volume fraction of ${\varepsilon}-martensite$ and less than 3 % of the volume fraction of ${\alpha}^{\prime}-martensite$ are attained. Damping capacity decreases by thermo-mechanical treatment and with an increasing number of cycles of thermo-mechanical treatment, and this result shows an opposite tendency for general metal with deformation induced martensite transformation. The damping capacity of the thermo-mechanical treated damping alloy with deformation induced martensite transformation greatly affect the formation of dislocation, grain refining and ${\alpha}^{\prime}-martensite$ and then ${\varepsilon}-martensite$ formation by thermo-mechanical treatment.

주제어

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문제 정의

따라서 본 연구는 감쇠능과 강도 등이 우수한 가공유기 마르텐사이트 변태를 나타내는 Fe-Cr-Mn계 합금에서 ³⁾ 내식성과 고용강화 및 적층결함 형성에 의한 강도와 감쇠능을 높이기 위하여 ¹⁰⁾ 3 %의 Ni와 Si가 첨가된 합금을 설계하고, 오스테나이트 조직을 갖는 강에서 강도를 높일 수 있는 한 방법인 가공과 어닐링처리를 병행하는 가공열처리하여 미세조직변화를 조사하고 그에 따른 감쇠능을 조사 하였다.

제안 방법

다음 냉간압연에 의해 생성된 마르텐사이트를 오스테나이 트로 역변태 시키기 위하여 700^oC에서 20분 유지 후 수냉하는 어닐링처리를 하였다. ^6,8)또한, 이러한 압연과 어닐링처리를 함께하는 과정을 1 cycle(회)로 하는 가공열 처리를 최대 5회까지 하였고, 가공열처리에는 1~2.5 mm 사이 여러 두께를 갖는 판재시료를 사용하여 필요한 사이클 수로 가공열처리 후에는 동일하게 1 mm가 되도록 하였다.
가공열처리 전, 후 미세조직을 광학현미경, 주사 및 투과전자현미경(Hitachi, 200 kV)으로 관찰하였고, 가공열처 리에 따른 각 상의 체적분율 변화는 Cu-Kα 특성 X선을 이용한 X-선 회절시험으로 측정하였다 11) .
가공유기 마르텐사이트 변태를 갖는 Fe-20Mn-3Ni-3Si 합금의 감쇠능에 미치는 가공한 다음 역변태 어닐링처리 하는 가공열처리의 영향을 조사한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.
감쇠능은 각 시료로부터 1 mm × 120 mm × 20 mm 크기의 시험편을 제작하여 횡 형 진동법을 이용하는 진동감쇠능 측정장치를 사용하여 측정하였다.
18 % 압연을 하였다. 다음 냉간압연에 의해 생성된 마르텐사이트를 오스테나이 트로 역변태 시키기 위하여 700^oC에서 20분 유지 후 수냉하는 어닐링처리를 하였다. ^6,8)또한, 이러한 압연과 어닐링처리를 함께하는 과정을 1 cycle(회)로 하는 가공열 처리를 최대 5회까지 하였고, 가공열처리에는 1~2.
. 또한 가공 열처리에 의해 변화된 미세조직과 체적분율 변화를 EBSD (electron back scattered diffraction)를 사용하여 IQ(imag quality) map과 phase map 으로도 관찰하였다.

대상 데이터

시료는 먼저 고주파 진공용해로에서 Table 1에 나타낸 성분으로 용해 후 잉곳으로 만든 후 1,200 ^o C에서 열간 압연하여 판재로 만든 후 1,050 ^o C에서 용체화처리 한 다음 산세과정을 거쳐 압연율을 달리하는 냉간압연하여 여러 두께를 갖는 판재로 만든 후 다시 용체화처리하여 시료로 사용하였다.

성능/효과

1) 가공열처리에 의해 전위, 적층결함, α' 및 ε-마르텐 사이트 등이 생성되었다.
2) ε-마르텐사이트는 가공열처리 사이클 수가 증가할수록 증가하다 감소하는데 반하여 전위, 적층결함, α'-마르 텐사이트는 서서히 증가하였다.
3) 5회 가공열처리한 시료에서 생성된 α'-마르텐사이트의 양은 10 % 보다 많지만 ε-마르텐사이트는 3 % 보다 적었다.
4) 가공열처리 사이클 수가 증가함에 따라 감쇠능은 감소하였다. 또한 이러한 결 과는 가공유기 마르텐사이트 변태를 일으키는 합금에서 결과와는 반대이다.
5) 가공열처리한 가공유기 마르텐사이트 변태를 갖는 Fe-20Mn-3Ni-3Si 제진합금의 감쇠능은 가공열처리에 의해 생성되는 ε-마르텐사이트 보다는 전위, 결정립 미세화 등에 더 크게 영향을 받았다.
HCP 결정구조의 ε-마르텐사이트와 FCC 결정구조의 오스테나이트 그리고 BCT 결정구조를 갖는 α'-마르텐사이트가 함께 존재하고 있는 것을 확인 할 수 있다.
이상의 가공열처리에 따른 미세조직 관찰로부터 가공 열처리에 의해 많은 전위 등과 같은 결함이 도입되고, 결정립 크기가 미세화 되며, α' 및 ε-마르텐사이트의 생성거동 등이 달라지는 것을 알 수 있고, 이러한 변화는 감쇠능에도 영향을 미칠것으로 예상된다.
이상의 결과로부터 감쇠능은 가공열처리하면 감소하고, 가공열처리 사이클 수가 증가함에 따라서 서서히 감소하고 있는 것을 알 수 있다. 뿐만 아니라, 가공열처 리에 의해 생성되는 ε-마르텐사이트의 양이 증가하여도 감소하는 것을 알 수 있고, 이러한 결과는 가공유기 마르텐사이트 변태를 일으키는 합금에서 얻어진 결과와 ^16,17)

후속연구

그러나 제조방법을 달리하여 2상 조직을 만들게 되면 오스테나이트와 마르텐사이트 조직의 성상이 달라지게되어 기계적 성질과 감쇠능 등이 달라진다, ^7,8) 뿐만 아니라, 가공유기 마르텐사이트 변태를 나타내는 강에서 강도는 주로 가공에 의해 생성되는 α'-마르텐사이트에, 감쇠능은 ε-마르텐사이트 지배된다. ⁹⁾ 따라서 이러한 가공유기 마르텐사이트 변태를 갖는 강에서 제조방법에 따른 미세조직과 기계적 성질 및 감쇠능 등을 조사하는 것은 이들 강에서 우수한 강도와 감쇠능의 조합을 얻기 위해서 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소음과 진동에 대한 규제가 강화되는 배경은 무엇인가	소음과 진동은 다양한 형태의 인적 및 물적 손실을 초래하고 있기 때문에 이에 대한 규제가 갈수록 강화되어 가고 있다. 뿐만 아니라 생활 및 노동환경의 개선, 기기 또는 장치 등의 안정성과 장수명화 등을 위해서도 소음과 진동의 저, 감에 대한 필요성이 높아가고 있다.
	최근 관심이 높아지는 소음과 진동 방지법은 무엇인가	현재 공업적으로 이용되고 있는 소음과 진동 방지법은 여러 방법이 있지만 최근에는 가공성과 강도가 높고, 내부마찰계수가 큰 오스테나이트 조직이 가공에 의해 마르텐사이트로 변태하는 가공유기 마르텐사이트 변태를 일 으키는 합금을 소음과 진동원에 적용하여 직접 감쇠하는 재료감쇠(material damping)법이 그 효과가 뛰어나고, 설치 등이 용이하여 이에 대한 관심이 높고, 많은 연구 들이 수행되어 왔다. 1-5)
	가공열처리한 시료의 감쇠능에 영향을 미치는 요소는 무엇인가	10은 가공열처리한 시료의 감쇠능에 미치는 가공 열처리에 의해 생성된 마르텐사이트 조직의 영향을 조사하기 이하여 사이클 수를 달리하여 가공열처리 한 시료의 감쇠능과 가공열처리에 의해 생성된 ε-마르텐사이 트와의 관계를 조사하여 나타낸 것이다. ε-마르텐사이트의 양이 증가함에 따라 감쇠능은 감소하고, 이러한 결과는 가공유기 마르텐사이트 변태를 갖는 316 L 스테인 리스강 등에서 감쇠능에 미치는 미세조직의 영향을 연구한 결과와 15) 다른 것을 알 수 있다.

참고문헌 (7)

Bliznuk, V.V, Glavatska, N.I, Söderberg, O, Lindroos, V.K. Effect of nitrogen on damping, mechanical and corrosive properties of Fe–Mn alloys. Materials science & engineering. properties, microstructure and processing. A, Structural materials, vol.338, no.1, 213-218.

상세보기
Jun, Joong-Hwan, Ha, Tae-Joong, Choi, Chong-Sool. The effect of deformation on microstructure and damping capacity in a Co-Ni alloy. Scripta materialia, vol.43, no.7, 603-608.

상세보기
Huang, S.K., Li, N., Wen, Y.H., Teng, J., Ding, S., Xu, Y.G.. Effect of Si and Cr on stacking fault probability and damping capacity of Fe–Mn alloy. Materials science & engineering. properties, microstructure and processing. A, Structural materials, vol.479, no.1, 223-228.

상세보기
Kim, G.H., Nishimura, Y., Watanabe, Y., Sato, H., Nishino, Y., Jung, H.R., Kang, C.Y., Kim, I.S.. Effects of ɛ-martensite and dislocations behavior by thermo-mechanical treatment on Fe–Cr–Mn damping alloy. Materials science & engineering. properties, microstructure and processing. A, Structural materials, vol.521, 368-371.

상세보기
Kang, Chang-Yong, Lee, Jong-Young, Kim, Jae-Nam. Effect of Thermo-mechanical Treatment on the Damping Capacity of 316L Stainless Steel. 대한금속 . 재료학회지 = Korean journal of metals and materials, vol.53, no.12, 919-930.

상세보기
Okada, Hiroyuki, Sahashi, Hideo, Igata, Naohiro, Miyahara, Kazuya. Effects of ε martensite and nitrogen on the damping property of high strength Fe–Cr–Mn alloys. Journal of alloys and compounds, vol.355, no.1, 17-21.

상세보기
Okada, Hiroyuki, Sahashi, Hideo, Kim, Ick-Soo, Kang, Chang-Yong, Igata, Naohiro, Miyahara, Kazuya. Effect of epsilon martensite on the damping of high strength Fe–Cr–Mn alloys. Materials science & engineering. properties, microstructure and processing. A, Structural materials, vol.370, no.1, 519-523.

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