[논문]미세조직 인자의 영향을 고려한 금속 소재의 동적변형 특성 향상에 관한 연구

김양곤; 황병철; 이동근; 고영건; 이성학

doi:10.5228/kstp.2021.30.5.247

미세조직 인자의 영향을 고려한 금속 소재의 동적변형 특성 향상에 관한 연구
Toward Improving the Dynamic Deformation Properties of Metallic Materials via Role of Microstructure Factor 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.30 no.5, 2021년, pp.247 - 254

김양곤 (한국생산기술연구원 스마트제조기술연구그룹) , 황병철 (서울과학기술대학교 신소재공학과) , 이동근 (순천대학교 신소재공학과) , 고영건 (영남대학교 신소재공학부) , 이성학 (포항공과대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study reviews dynamic deformation behavior of ultra-fine-grained Al alloys, ultra-fine-grained conventional low carbon steel and dual phase steel and Zr-based amorphous alloys. Dynamic tests were conducted using a Kolsky bar then the test data was analyzed in relation to resultant microstructures, mechanical properties and propensity of adiabatic shear band. In addition, deformed microstructures and fracture surfaces were used to investigate the behavior of both the dynamic deformation and fracture, and adiabatic shear banding. As a result, increasing microstructural homogeneity, strain hardenability and forming multiple shear bands could be a better way to increase the fracture resistance under dynamic loading as the formation of adiabatic shear bands was reduced or prevented.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1 Image quality maps of (a)route-A, (b)route-B and (c)route-C. The color indicates the orientation of every single grain(resolution: 100nm)
그림 Fig. 2 Shear stress-shear strain curves obtained from the dynamic torsional test at room temperature
그림 Fig. 3 SEM micrographs of the deformed area of the dynamically deformed torsional specimen of (a)as-received, (b)1-pass, (c)route-A, (d)route-B and (e)route-C
그림 Fig. 4 SEM micrographs of the (a)conventional steel and (b)dual phase steel specimens
표 Table 1 Factors affecting adiabatic shear band(ASB) - Al5083
$Fig. 5 Shear stress-shear strain curves obtained from the dynamic torsional test at room temperature (8pass, route-C). The dual phase steel specimen was not fractured$ 그림 Fig. 5 Shear stress-shear strain curves obtained from the dynamic torsional test at room temperature (8pass, route-C). The dual phase steel specimen was not fractured
그림 Fig. 6 Optical micrographs of the deformed area of the dynamically deformed torsional specimen for the (a)conventinal steel and (b)dual phase steel
그림 Fig. 7 Optical micrographs of the (a)LM1 alloy and (b)LM2 composite. Dendritic β phase are in the amorphous matrix
그림 Fig. 8 Dynamic compressive stress-strain curves of the LM1 alloy and LM2 composite
$Fig. 9 SEM fractographs of dynamically fractured compressive specimen of the (a)LM1 alloy and (b)LM2 composite$ 그림 Fig. 9 SEM fractographs of dynamically fractured compressive specimen of the (a)LM1 alloy and (b)LM2 composite

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 이차상 입자가 존재하는 Al5083합금의 상이한 회전조건하에서의 ECAP가공을 통한 초미세 결정립 소재, 초미세결정립의 일반탄소강과 2상조직강, 단상 및 연성 결정립이 포함된 비정질 소재의 동적 변형거동을 통하여 여러 미세조직적인 인자들이 동적 변형거동과 단열성 전단밴드의 형성에 미치는 영향에 대해 살펴보았다.

제안 방법

5 mm, 두께 280 μm의 얇은 관 형태로 제작하였다. 동적 비틀림 시험 후 파괴된 시편의 파단면과 변형 부위를 주사전자현미경(scanning electron microscopy) 으로 관찰하였다.

대상 데이터

동적 비틀림 시험의 전단 변형속도는 약 1200 s-1 이며, 동적 비틀림 시험에 사용된 시편 역시 ECAP 가공방향에 평행한 방향으로 채취하여 표점 거리 2.5 mm, 두께 280 μm의 얇은 관 형태로 제작하였다

성능/효과

(1) 금속간 화합물이 포함된 알루미늄 합금을 통하여 미세조직의 텍스쳐에 의한 동적변형거동의 변화를 살펴보았으며, route-A, 1 회 ECAP, 초기조직, route-C 및 B 의 순서로 동적전단변형 값이 높아졌다. 소재의 미세조직이 균일할수록 그렇지 않은 소재에 비하여 단열성 전단밴드의 형성 가능성이 낮아졌으며 이는 불균일한 시편의 경우 변형시의 국부적인 변형의 집중이 더욱 쉽게 발생하여 단 열성 전단 밴드의 형성 가능성이 높아지기 때문이다.
(2) 초미세립 일반탄소강과 초미세립 2 상조 직강을 통하여 가공경화능에 따른 동적변형거동의 변화를 살펴 보았으며, 일반탄소강의 경우 단열성 전단 밴드가 형성되어 급격한 파괴거동을 보인 반면 2상 조직강의 경우 변형이 넓게 분산되어 단열성 전단 밴드가 형성 되지 않아 높은 동적파괴저항을 보였다. 이는 2 상조직강의 경우 높은 가공경화능으로 인해 변형이 집중되지 않고 분산된 결과이다.
(3) 비정질 합금인 LM1 합금과 비정질 및 연성 상의 복합재인 LM2 복합재를 통하여 변형 부위의 분산을 통한 동적변형거동을 살펴보았으며, LM2 복합재의 경우 β상의 존재로 인해 전단밴드의 급격한 전파가 방해를 받고 변형이 집중된 전단 밴드가 다중전단밴드로 분산 발생하게 되어 동적 변형 특성에 있어서 더 높은 파괴저항성을 보였다
소재의 동적 변형거동에 있어서 변형의 집중에 의한 단열성 전단 밴드의 형성 및 이로 인한 파괴 저항성의 감소는 준정적 하중하에서의 소재의 거동에 비하여 소재의 변형 특성을 악화시키는 중요한 요소이다. 때문에 이러한 변형 집중 및 단열성 전단밴드의 형성 억제는 동적파괴저항성의 향상에 중요한 요소이며, 미세조직의 텍스쳐의 균질화, 가공 경화 능 향상, 다중전단 밴드와 같은 변형 부위의 분산은 단열성 전단밴드의 형성억제 및 소재의 고변형율 환경에서의 사용을 위한 중요한 인자임을 알 수 있다.
(1) 금속간 화합물이 포함된 알루미늄 합금을 통하여 미세조직의 텍스쳐에 의한 동적변형거동의 변화를 살펴보았으며, route-A, 1 회 ECAP, 초기조직, route-C 및 B 의 순서로 동적전단변형 값이 높아졌다. 소재의 미세조직이 균일할수록 그렇지 않은 소재에 비하여 단열성 전단밴드의 형성 가능성이 낮아졌으며 이는 불균일한 시편의 경우 변형시의 국부적인 변형의 집중이 더욱 쉽게 발생하여 단 열성 전단 밴드의 형성 가능성이 높아지기 때문이다.
(3) 비정질 합금인 LM1 합금과 비정질 및 연성 상의 복합재인 LM2 복합재를 통하여 변형 부위의 분산을 통한 동적변형거동을 살펴보았으며, LM2 복합재의 경우 β상의 존재로 인해 전단밴드의 급격한 전파가 방해를 받고 변형이 집중된 전단 밴드가 다중전단밴드로 분산 발생하게 되어 동적 변형 특성에 있어서 더 높은 파괴저항성을 보였다. 이는 급격한 전단 밴드로 인한 파괴의 경우에도 전단 밴드들이 분산되어 변형부위가 분산됨으로써 전체적인 파괴 저항성이 높아질 수 있음을 알 수 있었다.

후속연구

따라서 일반탄소강을 열처리하여 2상조직을 가지게 하는 것과 같이 가공경화능의 향상은 높은 항복비와 높은 연신율은 물론 동적하중하에서의 변형 시 변형이 집중되는 단열성 전단 밴드의 생성을 억제시켜 동적 파괴저항성을 높일 수 있는 방안이 될 수 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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