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초강가공에 의한 나노금속조직의 형성과 기계적 성질

전문가 제언: ○ 금속재료의 결정립 미세화는 강도와 인성을 향상시키는 수단으로 가장 많이 이용되는 조직제어 방법이다. 최근 철강이나 알루미늄과 같은 구조용 금속재료를 대상으로 변형률(ε) 3.0 이상의 초강가공을 가하여 수100 나노미터 수준의 초미세 결정립을 생성시켜 기계적 특성을 개선시키는 연구가 많이 보고되고 있다.

○ 결정립 미세화 기구인 재결정은 소성변형으로 축적된 격자결함이 재결정온도 이상의 가열과정에서 소멸하여 새로운 결정핵이 생성되고 이것이 성장하여 안정되는 현상이다. 이에 대하여 초강가공에서는 재결정온도 이하에서도 가공된 미세립 조직이 형성되므로 전위셀에 의해 결정립이 분단되는 종래와는 다른 원리에 의하여 재결정 일어난다.

○ 초강가공에 의한 초미세립 재료에서는 어닐링에 의한 경화, 가공에 의한 연화, 강도에 대한 결정립 효과의 역현상 등 재료과학의 상식을 벗어나는 특이한 현상이 나타난다. 이는 이제까지와는 다른 강화기구가 작용하기 때문이며 이를 설명하는 새로운 강화기구로 전위원(dislocation source) 고갈에 의한 강화기구가 제안되고 있다.

○ 초강가공에 의한 초미세립조직의 실용화에는 생산성과 설비기술의 한계성을 극복해야 하는 난제가 남아 있다. 그러나 기존의 압연장치의 이용과 연속화 설계가 가능한 ARB법에 대해서는 실용화를 위한 특허기술이 제안되고 있다. 또 초강가공은 아니나 고속단조-다단패스압연, 고Z-대변형가공기술, Tempforming 가공기술 등과 같은 강소성 가공법의 적용으로 철강재료에서 1㎛ 전후의 초미세립강이 실현되고 있다.

○ 국내에서도 ECAR법과 ECAP법을 이용한 Al합금의 초강가공 연구가 대학과 연구기관에서 수행되고 있다. 또 POSCO에서는 강가공에 의한 γ의 변형유기변태와 α의 동적재결정으로 입경 0.6~2㎛의 페라이트강 제조에 성공하였다. 결정립 미세화는 구조재료의 중요한 과제이므로 실용화에 접목시킬 수 있는 유용한 초강가공법의 개발이 필요하다.

저자: Naoya Kamikawa
자료유형: 학술정보