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초강가공에 의한 초미세 조직화와 역학적 특성의 향상

전문가 제언: ○ 철강재료를 위시한 금속재료에서 다량의 합금원소를 첨가하지 않고 강도와 인성을 향상시키는 방법으로는 흔히 가공열처리법이 이용된다. 이는 가공에 의하여 재료 내부에 스트레인과 전위를 축적시키고 재결정에 의하여 결정립을 미세화하는 방법으로 대표적인 예가 철강의 TMCP (Thermo-mechanical Control process) 압연법이다.

○ 통상의 가공법에서는 가공에 따라 두께나 직경 등의 단면이 축소되기 때문에 허용이 가능한 가공량에는 한계가 있다. 이에 대하여 ECAP법, HPT법, ARB법과 같은 대변형 가공법에서는 가공 후에도 형상이 변하지 않으므로 이론적으로는 무한대의 변형을 줄 수 있어 재결정이 없는 가공만으로도 나노미터 수준의 초미세결정립을 얻을 수 있다.

○ 강가공에 의한 결정립의 미세화는 전위조직의 도입으로 새로운 결정입계가 만들어져 원래의 결정립이 분단되는 현상(grain subdivision)에 의한 것으로 설명되고 있으며 가공조직이라는 점에서 종래의 재결정조직과는 구분되고 있다. 그러나 비교적 고온에서 가공하거나 저융점 재료의 경우에는 가공 중에 조직 변화가 일어나므로 강가공조직과 재결정조직을 명확히 구분하는 것은 사실상 곤란하다.

○ 거대변형가공에 의한 결정립미세화를 이용하는 측면에서는 가공의 조건에 따른 조직의 변화와 이에 수반하는 기계적 특성을 파악하는 것이 중요하다. 본고에서는 ECAP법, HPT법, ARB법 철강재료에 적용하여 변형량에 따른 기계적 특성의 변화를 소개하고 있다. 특히 ARB법이나 HTP법의 경우 변형량이 어느 한계 이상에서 강도와 경도가 더 이상 증가하지 않는 것은 실용상의 문제와 관련하여 음미할 만한 현상이다.

○ 거대변형가공에 의한 결정립의 미세화 기구에 대하여는 보다 명확한 규명이 필요하나 철강 재료의 경우 합금원소의 첨가가 없이도 1㎛ 이하의 초미세립조직이 실현되고 있다. 그러나 아직은 실험실적 연구 단계에 있으며 실용화를 위하여서는 양산을 위한 설비 문제와 생산성 문제를 해결해야 하는 과제가 남아 있다.

저자: Zenji Horita
자료유형: 학술정보