[논문]체결용 Ti 합금의 미세조직 특성 및 기계적/전기화학적 거동 분석 연구

이효주; 최정묵; 이근호; 박이주; 조훈휘

doi:10.5228/kstp.2022.31.3.151

체결용 Ti 합금의 미세조직 특성 및 기계적/전기화학적 거동 분석 연구
A Study of the Microstructure Properties and Mechanical/electrochemical Behavior of Ti Alloy for Fastening 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.31 no.3, 2022년, pp.151 - 159

이효주 (한밭대학교 신소재공학과) , (한밭대학교 신소재공학과) , 최정묵 ((주)진합 기술연구소) , 이근호 (국방과학연구소) , 박이주 (국방과학연구소) , 조훈휘 (한밭대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Ti alloys are used in a wide range of applications, especially for aviation and medical purposes, because of their high specific strength and excellent corrosion properties. When subjected to various manufacturing processes, one of the most popular Ti alloys, Ti-6Al-4V, exhibits a variety of microstructural and mechanical properties that makes it an attractive lightweight metal. The purpose of this study was to analyze the microstructure and mechanical properties of Ti alloy wires. Subsequently, the microstructure and electrochemical behavior of Ti alloy bolts produced from these wires were analyzed. The Ti alloy wires are manufactured with different diameters (6.22, 7.81 mm alloys), and their microstructures are measured using electron backscatter diffraction. Recrystallization was observed to occur significantly in the 7.81 alloy than in the 6.81 alloy, and the strain distribution of 7.81 alloy is seen to be likely more uniform than 6.22 alloy. Ti alloy bolt was then forged under moderate temperature by using the 7.81 alloy. Results of the electrochemical analysis indicate that the Ti alloy bolt has excellent corrosion resistance.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1 Schematic diagram of heat treatment condition of Ti alloy wire. Black circle shows each diameter of wire after each drawing.
그림 Fig. 2 Schematic diagram of heat treatment condition of Ti alloy for fastening after moderatetemperature forge process. Dotted line shows β- transus temperature (1000 °C).
표 Table 1 Chemical compositions of Ti-6Al-4V alloy used in the present study (in wt.%).
그림 Fig. 3 Microstructural features of 6.22 alloy: (a) RD (rolling direction)-IPF (Inverse Pole figure), (b) IQ (Image quality) (overlaid with grain boundaries), (c) GOS, (d) KAM, (e) phase maps, (f) basal plane {0001} and prismatic plane {10- 10} pole figure.
그림 Fig. 4 Microstructural features of 7.81 alloy: (a) RD-IPF, (b) IQ (overlaid with grain boundaries), (c) GOS, (d) KAM, (e) phase maps, (f) basal plane {0001} and prismatic plane {10-10} pole figure.
$Fig. 5 GROD map and relative fraction with GROD values (a-b) 6.22 and (c-d) 7.81 alloys. Red rectangle shows the magnification of relative fraction over 10 degree.$ 그림 Fig. 5 GROD map and relative fraction with GROD values (a-b) 6.22 and (c-d) 7.81 alloys. Red rectangle shows the magnification of relative fraction over 10 degree.
그림 Fig. 6 Vickers hardness profiles of 6.22, 7.81 alloys.
그림 Fig. 7 Microstructural features of Ti alloy for fastening: (a) IPF-RD, (b) grain boundary (c) GOS, (d) KAM, (e) phase maps, (f) basal plane {0001} and prismatic plane {10-10} pole figure.
그림 Fig. 8 (a) OCP and (b) electrochemical potentiodynamic polarization curves of Ti alloy for fastening in 3.5 wt.% NaCl solution at room temperature, with measured E_corr and I_corr presented in Table 2.
표 Table 2 Corrosion current potentials and current densities measured from potentiodynamic polarization curves in Fig. 8(b), and the corresponding corrosion rates.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서, 본 연구에서는 온간 성형을 통해 제조되는 Ti 합금 체결부품의 기본 소재인 선재의 미세조직 변화 및 기계적 특성을 먼저 분석하고, 선재에온간 성형 공정을 적용하여 제조된 체결용 Ti 합금의 미세조직 특성과 실제 사용 환경에서의 전기화학적 거동을 분석하고자 한다.

제안 방법

1) 신선 공정으로 제조된 Ti-6Al-4V 합금 선재의 미세조직 특성을 전자후방산란회절 분석기를 이용하여 측정하였다. 낮은 단면감소율을 가지는 7.
본 연구에서는 Ti-6Al-4V 합금 선재의 미세조직 특성 및 기계적 강도를 비교하고, 체결용 Ti 합금의 미세조직 및 전기화학적 거동을 분석하였다.

데이터처리

단면감소율에 따른 선재와 체결용 부품의 미세조직은 전자후방산란회절(Electron BackScatter Diffraction, EBSD, JSM-7100F, JEOL, Japan) 분석기를 통해 관찰되었다. 기계적 연마 과정을 거친 시편은 콜로 이달 실리카(Colloidal Silica)를 이용하여 화학-기계적 연마과정을 최종적으로 거쳤다.

이론/모형

8 이상의 높은 값을 보여주었다. 선재의 기계적 강도를 비교하기 위해 비커스(Vickers) 경도시험(DK/Duramin-40 M1, Struers, Denmark)을 수행하였다. 선재 단면(Fig.

성능/효과

2) 또한, 6.22 합금은 보다 큰 단면적 감소로 과도한 소성 변형이 일어났고, 가공 단계에서의 소성 변형이 미세조직 상에 그대로 남아 있어 보다 높은 경도값을 야기하였다.
3) 체결용 합금 머리부의 미세조직에서는 온간 성형 공정 중에 발생한 동적 재결정으로 인해 아주 미세한 결정립 분포가 관찰되었다. 재결정상은 변형률 분포 및 저/고경각입계 측면에서 기존의 상과 분명한 차이를 보여주었다.
4) 개방회로 전위와 동전위 분극 시험을 통해 체결용 합금 머리부의 전기화학적 거동이 측정되었으며, 부동태 영역을 통해 체결용 합금은 우수한 부식 저항성을 갖는 것으로 확인되었다.
22 합금에 비해 다수의 재결정 조직을 가지는 것으로 관찰되었고, 변형률 분포 측면에서도 보다 균일한 변형률 분포가 관찰되었다. 국부적인 변형률 집중은 온간 성형공정 중 불량을 야기하였고, 체결 부품 합금으로 제조된 선재는 7.81 합금이었다.
1) 신선 공정으로 제조된 Ti-6Al-4V 합금 선재의 미세조직 특성을 전자후방산란회절 분석기를 이용하여 측정하였다. 낮은 단면감소율을 가지는 7.81 합금은 높은 단면감소율을 가지는 6.22 합금에 비해 다수의 재결정 조직을 가지는 것으로 관찰되었고, 변형률 분포 측면에서도 보다 균일한 변형률 분포가 관찰되었다. 국부적인 변형률 집중은 온간 성형공정 중 불량을 야기하였고, 체결 부품 합금으로 제조된 선재는 7.
3) 체결용 합금 머리부의 미세조직에서는 온간 성형 공정 중에 발생한 동적 재결정으로 인해 아주 미세한 결정립 분포가 관찰되었다. 재결정상은 변형률 분포 및 저/고경각입계 측면에서 기존의 상과 분명한 차이를 보여주었다.

참고문헌 (44)

S.T. Oh, K. Do Woo, J.H. Kim, S.M. Kwak, 2017, The effect of Al and V on microstructure and transformation of β phase during solution treatments of cast Ti-6Al-4V alloy, J. Korean Inst. Met. Mater., Vol. 55, pp. 150~155. doi:10.3365/KJMM.2017.55.3.150.

상세보기
R. Ullah, J. Lu, L. Sang, M. Rizwan, Y. Zhang, Z. Zhang, 2021, Investigating the microstructural evolution during deformation of laser additive manufactured Ti-6Al-4V at 400 ℃ using in-situ EBSD, Mater. Sci. Eng. A., Vol. 823, 141761. doi:10.1016/j.msea.2021.141761.

상세보기
J. Sun, M. Qi, J. Zhang, X. Li, H. Wang, Y. Ma, D. Xu, J. Lei, R. Yang, 2021, Formation mechanism of α lamellae during β→α transformation in polycrystalline dual-phase Ti alloys, J. Mater. Sci. Technol., Vol. 71, pp. 98~108. doi:10.1016/j.jmst.2020.02.093.

상세보기
A. Gupta, R. Khatirkar, J. Singh, 2021, A Review of Microstructure and Texture Evolution during Plastic Deformation and Heat Treatment of β-Ti alloys, J. Alloys Compd., Vol. 899, 163242. doi:10.1016/j.jallcom.2021.163242.

상세보기
D.P. Hess, W. Cai, N. Crane, 2015, Ph. D., Thesis, University of South Florida, Tampa, pp. 1~91.
Y. Kim, S. Park, Y. Yoo, 2012, Corrosion Behavior of the parts of Carbon Steel Bolted GECM(Graphite Epoxy Composite Material)/Al plates, Corros. Sci. Technol., Vol. 11, pp. 232~241. doi:10.14773/cst.2012.11.6.232.

원문보기 상세보기
D. Snihirova, D. Hoche, S. Lamaka, Z. Mir, T. Hack, 2019, Galvanic corrosion of Ti6Al4V -AA2024 joints in aircraft environment : Modelling and experimental validation, Corros. Sci., Vol. 157, pp. 70~78. doi:10.1016/j.corsci.2019.04.036.

상세보기
C.D. dos Reis Barros, J.C. Rocha, B.F. Braz, R.E. Santelli, J.A. da Cunha Ponciano Gomes, 2020, Galvanic corrosion of Ti6Al4V Coupled With NiCr as a dental implant alloy in fluoride solutions, Int. J. Electrochem. Sci., Vol. 15, pp. 394~411. doi:10.20964/2020.01.07.

상세보기
R. Sanchez-Tovar, M.T. Montanes, J. Garcia-Anton, 2010, The effect of temperature on the galvanic corrosion of the copper/AISI 304 pair in LiBr solutions under hydrodynamic conditions, Corros. Sci., Vol. 52, pp. 72 doi:10.1016/j.corsci.2009.10.032.

상세보기
S. Park, S. Kim, D. Lee, S. Ahn, S. Kim, 2018, Effect of microstructural factors on fatigue and fatigue crack propagation behaviors of mill-annealed Ti-6Al-4V alloy, J. Korean Inst. Met. Mater., Vol. 56, pp. 845-853. doi:10.3365/KJMM.2018.56.12.845.

상세보기
Y. H. Lee, T. J. Shin, N. K. Park, I. O. Shin, S. M. Hwang, C. S. Lee, 2004, Prediction ofMicrostructure During High Temperature Forming of Ti-6Al-4V Alloy, J. KIMS Technol., Vol. 7, No. 4, pp. 70~78. doi:10.5228/KSPP.2003.12.4.290.

원문보기 상세보기
Y. Tanaka, K. Hattori, Y. Harada, 2021, Microcantilever testing of microstructural effects on plastic behavior of Ti-6Al-4V alloy, Mater. Sci. Eng. A., Vol. 823, 141747. doi:10.1016/j.msea.2021.141747.

상세보기
H.R. Javadinejad, G. Shin, H. Lee, M.S. Choi, J. Park, J. Yoon, J.H. Kim, 2021, Origin of surface ridging in Ti-6Al-4V sheets produced by pack rolling and its effect on microstructural and mechanical properties, J. Mater. Process. Technol., Vol. 297, 117228. doi:10.1016/j.jmatprotec.2021.117228.

상세보기
C. Chun, S. Kim, 2018, The Effect of Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Behaviors of Laser Direct Energy Deposited Ti-6Al-4V Plate, JWJ., Vol. 36, No. 5, pp. 75~80. doi:10.5781/JWJ.2018.36.5.10.

상세보기
J. H. Song, Y. S. Kim, Y. W. Chang, 1997, Deformation Characteristics of Ti-6Al-4V Alloy during Isothermal Forging, J. Kor. Inst. Met. Mater., Vol. 35, No. 3, pp. 312~318
H. Ohnishi, K. Takamoto, H. Matsumoto, R. Matsumoto, 2020, Microstructural evolution of a Ti-6Al-4V alloy produced by forging process combined with torsional motion, J. Manuf. Process., Vol., pp. 1161-1170. doi:10.1016/j.jmapro.2020.09.019.

상세보기
M. Chandrasekaran, Z.S. Xia, 2005, Effect of alloying time and composition on the mechanical properties of Ti alloy, Mater. Sci. Eng. A., Vol. 394, pp. 220~228. doi:10.1016/j.msea.2004.11.056.

상세보기
I.K. Kwon, D.S. Kim, T.D. Park, H.S. Park, S.S. Hong, I.O. Shim, 2010, Development of Hot die Forging Process for Large-size Titanium Alloy Container, Trans. Mater. Process., Vol. 19, pp. 50~58. doi:10.5228/kspp.2010.19.1.050.

원문보기 상세보기
G.S. Shin, J.G. Park, J.H. Kim, Y.S. Kim, Y.H. Park, N.K. Park, 2015, Effect of Processing Conditions on the Deep Drawability of Ti-6Al-4V Sheet at Warm Temperatures, Trans. Mater. Process., Vol. 24, pp. 5~12. doi:10.5228/KSTP.2015.24.1.5.

원문보기 상세보기
S. H. Chang, C. S. Choi, Y. C. Choi, D. G Seo, 2000, Proc. Kor. Soc. Tech. Plast. Conf., Trans. Mater. Process, Seoul, pp. 168~173.
Y.L. Hao, Z.B. Zhang, S.J. Li, R. Yang, 2012, Microstructure and mechanical behavior of a Ti-24Nb-4Zr-8Sn alloy processed by warm swaging and warm rolling, Acta Mater., Vol. 60, pp. 2169~2177. doi:10.1016/j.actamat.2012.01.003.

상세보기
J. T. Yeom, 2011, Warm Forming Die Design and Process Optimization of Titanium Alloy Bolt, https://scienceon.kisti.re.kr/commons/util/originalVie w.do?cnTRKO201300014507&dbtTRKO&rn
S.G. Lim, J.H. Kim, J.H. Kim, C.H. Lee, J.K. Hong, J.T. Yeom, 2009, Proc. Kor. Soc. Tech. Plast. Conf., Trans. Mater. Process, Seoul, pp. 80~81.
S.Y. Anaman, H.H. Cho, H. Das, J.S. Lee, S.T. Hong, 2019, Microstructure and mechanical /electrochemical properties of friction stir butt welded joint of dissimilar aluminum and steel alloys, Mater. Charact., Vol. 154, pp. 67~79. doi:10.1016/j.matchar.2019.05.041.

상세보기
S. Ding, T. Taylor, S.A. Khan, Y. Sato, J. Yanagimoto, 2022 Further understanding of metadynamic recrystallization through thermomechanical tests and EBSD characterization, J. Mater. Process. Technol., Vol. 299, 117359 doi: 10.1016/j.jmatprotec.2021.117359.

상세보기
M. Wang, Y. Wang, A. Huang, L. Gao, Y. Li, C. Huang, Promising tensile and fatigue properties of commercially pure titanium processed by rotary swaging and annealing treatment, Materials (Basel). 11 (2018). https://doi.org/10.3390/ma11112261.

상세보기
L. da Silva, G. Sivaswamy, L. Sun, S. Rahimi, Effect of texture and mechanical anisotropy on flow behaviour in Ti-6Al-4V alloy under superplastic forming conditions, Mater. Sci. Eng. A. 819 (2021) 141367. doi: 10.1016/j.msea.2021.141367.

상세보기
I. Yamaguchi, M. Yonemura, 2021, Recovery and Recrystallization Behaviors of Ni-30 Mass Pct Fe Alloy During Uniaxial Cold and Hot Compression, Metall. Mater. Trans. A Phys. Metall. Mater. Sci., Vol. 52, pp. 3517~3529. doi:10.1007/s11661-021-06323-4.

상세보기
X. Wei, M. Xu, J. Chen, C. Yu, J. Chen, H. Lu, J. Xu, 2018, Materials Characterization Fractal analysis of Mo and Nb e ff ects on grain boundary character and hot cracking behavior for Ni-Cr-Fe alloys, Mater. Charact., Vol. 145, pp. 65~76. doi:10.1016/j.matchar.2018.08.024.

상세보기
C. Schayes, J. Bouquerel, J. Vogt, F. Palleschi, S. Zaefferer, 2016, Materials Characterization A comparison of EBSD based strain indicators for the study of Fe-3Si steel subjected to cyclic loading, Mater. Charact., Vol. 115, pp. 61~70.
M. Lee, J.B. Jeon, T. Jun, 2018, Investigation of Local Deformation Behaviour of Metallic Materials and Recent Research Trends : A Review, J. Kor. Inst. Met. Mater., Vol. 56, pp. 635~644. doi:10.3365/KJMM.2018.56.9.635.

상세보기
H. J. Kim, J. M. Lim, 2004, A Study of Static and Dynamic Deformation Behaviors of SCM415 steel on the Change of Spherodization of Cementite., KSHT, Vol. 17, No. 6, pp. 327~335.
B.H. Choe, H.S. Jang, H.S. Kim, J.U. Moon, 2017, Age Hardening and Re-crystallization Softening of a CoCrFeMnNi High Entropy Alloy, Vol. 55, pp. 684~688. doi:10.3365/KJMM.2017.55.10.684.

상세보기
M. Jawad, G. Sivaswamy, A. Rosochowski, S.Boczkal, 2017, Materials Science & Engineering A On the evolution of microstructure and texture in commercial purity titanium during multiple passesof incremental equal channel angular pressing ( I-ECAP ), Mater. Sci. Eng. A., Vol. 699, pp. 31-47. doi:10.1016/j.msea.2017.05.040.

상세보기
J. Kawalko, P. Bobrowski, P. Koprowski, A. Jarzebska, M. Bieda, M. Lagoda, K. Sztwiertnia, 2017, Microstructure evolution of CP titanium during deformation in KoBo process followed by cold rolling, J. Alloys Compd., Vol. 707, pp. 298~303. doi:10.1016/j.jallcom.2016.11.202.

상세보기
S. Choi, J. Hong, C.H. Park, S. Lee, N. Kang, Y.S. Choi, J.T. Park, S.T. Ahn, J. Yeom, S. Steel, 2019, Manufacturing Process of Titanium Alloys Flux-Metal Cored Wire for Gas Tungsten Arc Welding, JWJ, Vol. 37, No. 3, pp. 268-274, doi: 10.5781/JWJ.2019.37.3.11.

상세보기
L. Zha, H. Li, N. Wang, 2020, In Situ Electrochemical Study of the Growth Kinetics of Passive Film on TC11 Alloy in Sulfate Solution at 300oC/10 MPa, Meterials, Vol. 13, 1135. doi:10.3390/ma13051135.

상세보기
Z. Shi, M. Liu, A. Atrens, 2010, Measurement of the corrosion rate of magnesium alloys using Tafel extrapolation, Corros., Sci. 52, pp. 579~588. doi:10.1016/j.corsci.2009.10.016.

상세보기
W. G. Kim, C. H. Lee, C. H. Chung, H. C. Choe, 2010, Corrosion Behavior of Nanotube Formed on the Bone Plate of Ti-6Al-4V Alloy for Dental Use, J. Kor. Inst. Surf. Eng., Vol. 43, No. 1, pp. 25~30.
R.O. Hussein, X. Nie, D.O. Northwood, 2012, A spectroscopic and microstructural study of oxide coatings produced on a Ti-6Al-4V alloy by plasma electrolytic oxidation, Mater. Chem. Phys., Vol. 134, pp. 484-492. doi:10.1016/j.matchemphys.2012.03.020.

상세보기
E. Fazakas, F. Ahnia, D.L. Alontseva, 2021, Pitting Corrosion behaviour of Austenitic Stainless-Steel Coated on Ti6Al4V Alloy in Chloride Solutions, Adv. Mater. Sci. Eng., Vol. 21, No. 2(68), pp. 4~15. doi:10.2478/adms-2021-0007.

상세보기
H.S. Abdo, E.M. Sherif, H. A. EI-Serehy, 2020, Manufacturing of Ti-6%Al and Ti-6%Al-4%V Alloys and Their Corrosion in Sodium Chloride Solutions, Crystals., Vol. 10, 181. doi:10.3390/cryst10030181.

상세보기
R. M. Abou Shahba, W. A. Channem, A. E. S. El- Shenawy, A. S. I. Ahmed, S. M. Tantawy, 2011, Corrosion and Inhibition of Ti-6Al-4V Alloy in NaCl Solution, Int. J. Eletrochem. Sci., Vol. 6, pp. 5499~5509.
Y.P. Dong, J.C. Tang, D.W. Wang, N. Wang, Z.D. He, J. Li, D.P. Zhao, M. Yan, 2020, Additive manufacturing of pure Ti with superior mechanical performance, low cost, and biocompatibility for potential replacement of Ti-6Al-4V, Mater. Des., Vol. 196, 109142. doi:10.1016/j.matdes.2020.109142.

상세보기

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증