[2-2] 금속 재료 강화 기구_마르텐사이트 강화, 변형강화, 분산 강화, 파이버 강화

[2-2] 금속 재료 강화 기구_마르텐사이트 강화, 변형강화, 분산 강화, 파이버 강화

 

[2-2] 금속 재료 강화 기구는

 

마르텐사이트 강화 /변형 강화 / 분산강화 / 파이버 강화 등으로 정리해 보았습니다.

 

 

 

 

1) 마르텐사이트 강화 (Martensite strengthening)

Fig. 1 급냉을 통한 마르텐사이트의 생성과 마르텐사이트의 경도 그래프

 

* 마르텐사이트의 형성

 

마르텐사이트의 형성은 금속재료와 같은 기본 과목들에서 충분히 많이 배우셨을 것으로 사료됩니다.

 

강의 오스테나이트 온도 영역에서 퀜칭을 통하여 BCT 결정구조를 만들어 주는 것을 말합니다.

 

이러한 마르텐사이트는 Fig. 1의 우측편과 같이 pearlite보다 C의 함유량과 상관없이 우수한 경도값을

 

나타냅니다.

 

 

Fig. 2 마르텐사이트내의 twin과 lath

 

* 마르텐사이트가 높은 강도를 나타내는 이유 2가지

- 전위의 slip barriers 역할

 ->마르텐사이트를 형성하는 과정에서 twin, lath를 형성하게 되는데 이것이 전위의 slip을 방해하는 요소가 됩니다.

 

- C을 격자내로 포함하여 solid-solution 강화 효과 (solid-solution 강화는 tempering을 통해 경도 향상이 가능하다)

 

 

*마르텐사이트의 시효처리 (tempered martensite, QT)

 

이전 [2-1]금속 강화기구 내용에서 "Solid-solution 강화"에서 설명하였듯이 solid-solution강화는 추가 열처리로 강도를 

 

향상 시킬 수 있는 요인이 있습니다. 마르텐사이트 강화에서도

 

300~600 ℃의 온도에서 tempering을 하였을때 연성과 인성이 증가하는 현상이 있습니다.

 

열처리로 Fe3C 상을 석출하면서 기존의 BCT lattice에서 C가 빠져나오면서 distorsion이 감소하게 되어

 

BCT -> BCC로 변하게 되고 Fe3C이 석출 강화 효과로 재료의 강도를 증가시키게 됩니다.

 

*** 강에서의 마르텐사이트의 강화효과는

Slip barrier (twin+lath) + solid-solution 강화 + 석출 강화 라는 복합적인 강화 효과를 가지게 되는것입니다.

  

 

 

 

2) 변형 강화 (Strain hardening)

 

 

Fig. 3 재료 변형양에따른 강도 향상 그래프

 

* 냉간 가공 (cold working) 혹은 재료 변형에 따른 재료의 강화는 열처리가 없을때 유효하다.

 

열처리는 재료의 강도늘 낮추고 연성을 회복시키는 역할을 할 수 있다.

 

cold working을 통해 전위의 밀도를 높히게 되고 전위 밀도가 향상되면 다른 전위의 이동을 방해한다.

 

*또한, 전위의 밀도를 향상 시키는 것은 이후에 열처리를 통해 상변화를 원할때 사용하기도 한다. 

 

 

 

3) 분산 강화 (Dispersion strengthening)

Fig. 4 분산 강화의 전체 모식도

 

* 분산강화 효과

 

분산강화는 석출 강화와 비슷한 현상을 유도하는 것으로 고온에서 안정한 세라믹 분말을 공정중에 금속과 섞어

 

최종 제품에는 세라믹 particle이 재료 전체에 고르게 퍼져서 전위의 움직임을 방해하는 것을 목표로 하고 있다.

 

Fig. 4의 그림과 같이 분말 공정에서 세라믹 파우더를 섞어 extrusion 및 rolling 공정을 통해 particle을 재료의 matrix와 

 

고르게 섞어서 사용한다.

 

주조의 경우에도 용탕에 세라믹 파우더를 뿌리고 섞어서 주조시에 최종 제품에서 particle의 분포를 유도하기도 한다.

*분산강화와 석출강화는 얼핏 보면 비슷할 수 있지만

 

석출강화는 열처리나 냉각을 통해 조직 내부에서 고용된 석출물을 자연스럽게 석출시키는 in-situ 공정이고

 

분산강화는 외부에서 직접 particle을 넣는 ex-situ 공정이라고 할 수 있다.

 

 

 

 

4) 파이버 강화 (Fiber strengthening)

 

 

Fig. 5 fiber reinforce metal 모식도

 

* 파이버 강화 효과

 

연성이 높고 fiber와 화학반응이 없는 금속 matrix + 고강도, 고탄성의 fiber를 합쳐서 강화시키는 방법

 

금속 matrix는 fiber의 표면 충격을 보호하여 재료의 강화시키고 파단을 막는다.

 

fiber는 고탄성 금속 재료 혹은 세라믹등의 소재료 금속+세라믹인 composite를 형성하게 되는것이다.

 

 

 

이렇게 [2-1], [2-2]의 글을 통하여 금속 강화기구들을 정리해 보았습니다.

 

감사합니다.