[신소재공학] -200℃에서의 냉간 압연과 상온에서의 냉간 압연시의 철의 미세구조 비교

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[신소재공학] -200℃에서의 냉간 압연과 상온에서의 냉간 압연시의 철의 미세구조 비교에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

00~650℃의 로 속에 넣어 이온도에서 5~6시간 동안 유지한 다음 꺼내어 공랭하는 방식 이다.
확산 어닐링이란 주괴 편석이나 섬유상 편석을 없애고 강을 균질화 시키기 위해서 고온에서 장시간 가열하여 확산 시키는 방법을 뜻한다.
아래 그림은 철에서 저온 범위를 제외한 영역에서 여러 가지 풀림 처리 시 처리온도범위를 나타낸 것이다.
그리고, 구상화 어닐링이란 소성 가공이나 절삭가공을 쉽게 하기 위해서 또, 기계적 성질을 개선하기 위해서 탄화물을 구상화 시키는 열처리를 뜻한다.
아래 그림은 여러 가지 어닐링 시 처리 온도 범위를 나타낸 것이다.
어닐링에 대해서 알아본 것은 결정립의 크기 변화에 온도가 미치는 영향이 얼마나 큰 지를 알아보기 위해서였다. 높은 온도에서 많은 시간동안 어닐링을 시켜주면 결정립이 더욱 커지고 전위밀도 또한 낮아지는 것을 알 수 있다. 우리 조는 바로 이 점에 착안하였다.
위 그림은 상온에서의 냉간 압연시의 EBSD pole figure(맨 위)와 극저온에서의 냉간 압연시의 EBSD pole figure의 상상도이다. 그림의 축척이 같으니 그 결정립의 크기 변화가 육안으로도 쉽게 될 것이다. 평균적인 결정립의 크기가 매우 많은 차이를 보인다. 이러한 생각을 하게 된 배경은 바로 다음 식 때문이다.
위의 식은 결정립의 크기와 온도, 시간의 관계를 설명해준다. K는 온도의 함수로 주어지기 때문에 결정립의 크기는 온도에 큰 영향을 받음을 알 수 있다. 온도는 열에너지 kT(k=boltzmann constant)에 직접적인 영향을 주기 때문에 극저온에서 냉간 압연을 하면 상온보다 더욱 작은 결정립의 크기를 가지게 될 것이다. 실제로 이란의 nedjad 교수의 실험에 의하면 40%정도 결정립의 크기가 감소하였다고 논문에서 밝혔다. 결정립이 작아지게 되어도 전위의 이동을 막는다. 전위의 방위는 정해져있기 때문에 한 결정립에서 다른 결정립으로 이동하기 위해서는 cross 슬립을 해야 한다. 하지만 cross slip이 쉬운 것도 아니며 많은 에너지가 필요하기 때문에 극저온에서 압연 시 슬립이 매우 어려워짐을 알 수 있다. 참고로 이와 관련된 식을 하나 제시하겠다.
이런 과정을 거쳐서 우리 조는 하나의 결론에 도달하게 된다. 극저온에서 압연 시에는 상온에서의 압연 시보다 얻을 수 있는 열에너지가 부족하므로 전위가 풀리고 결정립이 성장하는 구동력이 매우 부족하게 된다. 따라서 전위밀도가 굉장히 높고 결정립의 크기도 매우 작아지게 된다. 이러한 것은 슬립을 억제시키며 재료의 강도를 높이는 효과를 갖게 된다. 극저온에서 냉간 압연 시에 강도가 증가함이 이론적으로 예측되고 철의 합금을 이용한 실제 실험에서도 이와 같은 것이 증명되었으므로 산업에서 많이 쓰일 수 있을 것이라 생각한다. 다만 연성이 굉장히 나빠지며 다량의 액체 질소가 필요하여 대량 생산이 어렵고 큰 시편의 제작도 힘들며 비용이 많이 든다는 단점이 아직도 해결의 대상이라고 본다. 이러한 것들을 꾸준한 연구로 개선한다면 매우 강한 강도의 금속판을 만들 수 있을 것이다.

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