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Fe-Mn-Si 형상기억합금의 상변태와 변형거동

전문가 제언: ○ 일반적인 금속재료는 탄성한계를 넘으면 영구적으로 변형되나 형상기억합금은 탄성한계 이상으로 변형되어도 변태온도 이상으로 가열하면 변형 이전의 형상으로 복귀되는 특성이 있으며, 또한 변태온도 이상에서 탄성한계를 초월하여 변형을 주어도 외부응력을 제거하면 원래의 형상으로 돌아오는 초탄성 특성이 있다.

○ 형상기억합금은 1964년 미국에서 Ni-Ti합금이 발견된 것을 시초로 하여 1970~1980년대에 Fe-Mn-Si계 합금을 비롯하여 각종의 새로운 합금이 개발되었다. 현재 가장 많이 실용화되고 있는 합금은 Ni-Ti합금이나 가격이 비싸고 가공성이 나쁘기 때문에 안경테, 휴대전화 안테나, 의료용 스턴트 등 제한된 용도에 이용되고 있다.

○ 가격이 저렴한 Fe계 형상기억합금으로 약 25년 전에 Fe-Mn-Si계 합금이 개발되었으나 형상기억특성이 Ni-Ti합금보다 크게 떨어지고 회복속도가 느리므로 이를 개선하기 위한 방법으로서 트레이닝(training)법이라는 일종의 가공열처리법이 고안되었다.

○ 트레이닝법은 실온에서 응력으로 유기되는 마르텐사이트 변태에 의하여 수%의 변형을 가한 후 약 600℃까지 가열하여 역변태 시키는 변형과 열처리 과정을 수회 반복하는 방법으로 반복 사이클에 따른 공정비의 상승이 문제가 되고 있다.

○ 트레이닝법에 의하지 않고 형상기억특성을 향상시키는 수법으로서 종래의 Fe-Mn-Si계 합금에 미세한 탄화물이 생성되도록 미량의 Nb나 V를 첨가하여 열처리 전에 열간가공을 실시함으로써 1회의 가열로 형상기억특성을 대폭적으로 향상시킬 수 있게 되었다.

○ 형상기억합금의 개발 당시에는 신소재로서 용도의 확대가 크게 기대되었으나 Fe-Mn-Si계 합금의 응용은 강관 체결용 이음쇠에 실용되는 정도에 불과하므로 건축을 위시한 구조물의 내진설계, 대구경 강관의 체결, 자동차를 위시한 수송기계의 제진부품 등 새로운 용도개발이 요구된다.

저자: Takahiro Sawaguchi
자료유형: 학술정보