초록 ▼

본 연구의 제 1차년도의 연구내용은 다원계 합금의 응고에 적용될 수 있는 Phase-Field 모델의 개발이었다. 특히, 치환형 합금원소와 침입형 합금원소의 다른 확산기구를 동시에 고려할 수 있는 모델의 개발에 중점을 두었다. 2차년도에서는 응고과정의 2차원 모사를 통하여서 응고미세조직 형성을 모사하고, 수지상 및 덴드라이트 형성에 관계된 이론과의 비교 및 검증이 이루어졌다. 특히, 각각의 합금원소가 수지상 또는 dendritic 성장에 미치는 영향들과 치환형 합금원소과 침입형 합금원소에 대한 영향들에 대한 연구가 진행되었다. 3차

본 연구의 제 1차년도의 연구내용은 다원계 합금의 응고에 적용될 수 있는 Phase-Field 모델의 개발이었다. 특히, 치환형 합금원소와 침입형 합금원소의 다른 확산기구를 동시에 고려할 수 있는 모델의 개발에 중점을 두었다. 2차년도에서는 응고과정의 2차원 모사를 통하여서 응고미세조직 형성을 모사하고, 수지상 및 덴드라이트 형성에 관계된 이론과의 비교 및 검증이 이루어졌다. 특히, 각각의 합금원소가 수지상 또는 dendritic 성장에 미치는 영향들과 치환형 합금원소과 침입형 합금원소에 대한 영향들에 대한 연구가 진행되었다. 3차년도에서는 계면 속도론적 현상들을 더욱 더 잘 반영하기 위해서, 계면내의 모델링이 행해졌다. 고/액 계면내의 정확한 정보는 실험적으로 밝히기 매우 어렵기 때문에, 계면자체의 모델링을 위해서 이론적으로 많이 연구되어 있는 입계내에서의 용질끌림(solute drag)에 관한 연구를 수행하였다.

다원계 합금의 응고에 적용될 수 있는 Phase-Field 모델을 개발하였으며, 이를 전산모사에 적용, 기존의 이론과 비교 검증하였으며, 또한 응고미세조직형성을 모사하였고 분석하였다. 개발된 모델은 고/액 계면의 위치를 추적할 필요가 없으므로, 수학적으로 또는 수치적인 방법으로도 해석하기 어려운 복잡한 계면형상에 관한 연구를 수행할 수 있었다. 모델은 열역학적인 그리고 속도론적인 효과를 포함하고 있음이 수학적으로 증명되었으며, 수치해석적인 방법을 통하여 엄밀해와 비교함으로서 검증되었다. 이러한 다원계 Phase-Field 모델의 개발을 가지고, 치환형 합금으로만 이루어진 Fe-Cr-Ni계에서의 응고와 침입형 합금이 포함된 Fe-Mn-C계에서의 응고 해석을 통해 연구를 수행하였고, 이를 이원계 합금계의 결과와 비교함으로서 다원계 합금의 응고과정을 이해하였다. 이때, 치환형 합금원소와 침입형 합금원소의 다른 확산기구차에 의한 효과가 분석되었다. 또한, 계면내의 속도론적 효과를 적절히 반영하기 위해 계면에 대한 모델링이 이루어졌고, 이를 결정립계가 이동하는 경우 용질끌림을 모사할 수 있는 Phase-Field 모델에 적용되있으며, 개발된 모델이 평형상태에서의 용질 석출과 용질끌림에 관한 기존의 연구결과를 재현함을 확인하여 기존연구로 불가능했던 용질끌림에 관한 현상들을 살펴보았다.

Abstract ▼

The contents of 1st year's research is to develop Phase-Field model which can be applied to the solidification of the multicomponent alloy system. Especially it is emphasized to develop the model which can consider the different diffusion mechanism between substitutional and interstitial solute atom

The contents of 1st year's research is to develop Phase-Field model which can be applied to the solidification of the multicomponent alloy system. Especially it is emphasized to develop the model which can consider the different diffusion mechanism between substitutional and interstitial solute atoms. The purpose of the 2nd year's research is to simulate the microstructure during the solidification process. It was carried out to simulate the solidification process which has the complex surface evolution such as dendritic growth and to understand the microstructure evolution during the partitioning of solute atoms. The effect of one atoms on the diffusion of other solute elements will be studied and it will be investigated how the solidification process and its microstructure are affected by the external condition such as temperature and overall composition of the system. During 3rd year's research, for the purpose of the understanding the kinetics of the interface between the solid and the liquid, more detail model about the interface is needed. However, due to the lack of the information about the solid-liquid interface, Phase-Field model for the interface is applied to study the solute drag phenomena during the grain boundary is moved.

Phase-Field model which can describe the solidification of the multi-component alloy system is developed. With the computer simulation, the model is compared with before existing theories and the processes of the microstructure forming during solidification are simulated and analyzed. The developed model have the ability to analyze the complex phenomena which happens during the solidification process because there's no need to track the position of the interface between solid and the liquid. Phase-Field model is verified to have the ability to consider the thermodynamics and kinetics appropriately and is compared with the analytic solution through numerical approaches. Phase field model is extensively applied to Fe-Cr-Ni and Fe-Mn-C ternary systems. The effect of the different diffusion mechanism of the substitutional and the interstitial solute elements was studied and by carrying the simulation of the soliddfication of Fe-C binary alloy system, we can see how the third elements Mn affects the dendritic growth. And, by the changing the degree of the undercooling, the partitioning behavior of the solute atom was studied. For the purpose of the understanding the kinetics of the interface between the solid and the liquid, more detail model about the interface is applied to study the solute drag phenomena during the grain boundary is moved. This model is investigated to embody the solute segregation and solute drag phenomena.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...4
• 1. 국문요약문 ...4
• Ⅱ. 연구결과 요약문...5
• 1. 국문요약문 ...5
• 2. 영문요약문 ...6
• Ⅲ. 연구내용...7
• 1. 서론 ...7
• 2. 연구방법 및 이론 ...11
• 3. 결과 및 고찰 ...14
• 4. 결론 ...61
• 5. 인용문헌 ...62