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마그네슘 합금의 항복강도에 영향을 미치는 인자들

전문가 제언: ○ 마그네슘 합금의 기계적 성질에 기여하는 인자들에는 여러 가지가 있다. 일반적으로 σy = σ0 + kyd-1/2로 표시되는 Hall-Petch 관계식은 단순히 항복강도 σy와 결정립도 d의 관계를 나타내는 경험식으로 알려져 있다. 그러나 본고에서는 이 식을 구성하는 마찰응력 σ0, 결정립도 d, 비례상수 ky를 이론적으로 분해하여 각각에 물리적 의미를 부여하고, 그것들을 다시 수식으로 재조합하여 새로운 항복강도 예측 모델을 개발하였다. 이 보편적 모델은 이원합금은 물론 다원 마그네슘 합금의 항복강도 예측에도 확대 적용이 가능함이 입증되었다.

○ 상기 모델에서는 마찰응력 σ0를 3개 인자(임계분해 전단응력, 가공열처리, 용질원소)로 분해하여 다루며, 그중 용질원소는 Mg 원소와의 크기 및 탄성률 차이로 인한 응력 발생에 기여한다. 용질원소는 또 조성과랭을 통하여 핵생성과 성장에 관여하므로 결정립도 d에 영향을 준다. 결정립 미세화에 따른 의 변화율을 대변하는 입계강화계수 ky는 전단탄성률 μ와 Burgers벡터 b에 의존한다. 즉, 상기 모델은 이와 같이 각 요소들의 항복강도에 대한 기여도를 정량적으로 계산한다.

○ 세계적으로 새로운 합금을 개발하기 위한 연구 노력이 활발히 진행되고 있다. 예를 들어 EC가 지원하는 ACCMET(Accelerated Metallurgy) 프로젝트는 다양한 원리의 조합에 의하여 새로운 합금조성의 발견을 촉진하고자 하는 것이다. 이 프로젝트의 동기가 된 것은 가능한 모든 삼원합금들 중에서 지금까지 알려진 것이 10%에 불과하다는 사실이다. 본고의 항복강도 모델은 마그네슘과 합금을 이루는 여러 원소들의 기여도를 정량적으로 예측할 수 있기 때문에 새로운 합금의 설계에 도움이 될 수 있을 것이다.

○ 국내에는 합금조성에 따른 마그네슘 합금의 기계적 성질 변화에 대한 실험적 연구는 있지만, 이론적 모델링에 대한 연구는 없다. 위에서 언급한 바와 같이 새로운 합금의 개발 과정에서 정량적 모델에 의해 그 성질의 이론적 예측이 가능하다면, 시행착오적 실험에 의한 시간과 비용의 낭비를 피할 수 있을 것이므로 그 방면의 연구에도 힘을 기울일 필요가 있다.

저자: Isaac Toda-Caraballo, Enrique I. Galindo-Nava, Pedro E.J. Rivera-Diaz-del-Castillo
자료유형: 니즈학술정보