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금속재료의 강화기구에 대한 가산법과 조직인자에 대하여

전문가 제언: ○ 철강 재료뿐만 아니라 모든 금속재료의 변형은 전위(dislocation)의 이동에 의하여 일어나기 때문에 재료의 강도를 증대시키는 강화기구는 전위의 이동도(mobility)에 영향을 주는 불순물 원자, 제2상(석출상), 결정립계 또는 다른 전위 등과의 상호작용에 의존한다.

○ 따라서 재료의 강도를 크게 하는 데에는 전위의 이동을 억제하기 위하여 격자변형이 커지도록 용질원소를 첨가하는 고용강화, 탄화물이나 질화물과 같은 제2상을 석출시키는 입자분산 강화, 냉간가공으로 전위를 증식시키는 전위강화, 결정립계의 면적을 증대시키는 결정립 미세화 등의 수단을 이용한다.

○ 대부분의 금속재료는 합금설계에 기초하여 합금용해와 가공 및 열처리공정을 통하여 제조되므로 복수의 강화기구가 동시에 작용하는 경우가 대부분이며 이때 각각의 강화기구가 강도에 미치는 기여를 어떻게 평가할 것인가가 강도의 예측에 있어서 중요한 문제가 되고 있다.

○ 전위의 이동을 억제하는 피닝효과와 파일업효과에 의한 강화량(Δσ), 전위강화량(Δσw), 입자분산 강화량(Δσp), 결정립 미세화에 의한 강화량(Δσgb)등은 결정격자의 각종 파라미터, 전위밀도(ρ), 분산입자의 평균거리(λ), 결정입도(d) 등에 의하여 정량적으로 계산이 가능하므로 각각의 강화기구가 강도에 미치는 영향도 정량적으로 평가가 가능하다.

○ 본 해설은 철강 재료의 항복강도를 예로 들어 서로 다른 강화기구 사이의 관계가 전위밀도, 분산입자의 평균거리, 결정입도 등에 따라 어떻게 변화하는지를 계산한 관계도를 제시함으로써 조직인자(ρ, λ, d)에 따르는 강화기구의 역할을 정량적으로 평가하고 있다는 점에서 큰 의의가 있다.

○ 특히 고용강화를 제외한 전위강화, 입자분산 강화, 결정립 미세화 강화는 서로 경합하는 기구로서 단순한 가산법을 적용할 수 없는 점을 명확히 한 점은 재질예측과 재질제어 분야의 연구자나 기술자에게 유용한 정보로 활용될 수 있을 것이다.

저자: Setsuo Takaki
자료유형: 학술정보