초소성재료 변태유기소성 TRIP강 특징 조건 미끄러짐 금속재료기술사 기술지도사 서브노트

#초소성재료 #Super_Plasticity #변태유기소성 #TRIP강 #특징 #조건 #미끄러짐

---

초소성의 정의

초소성이란 재료가 어느 응력하에서 파단에 이르기까지 수백% 이상의 많은 연신을 나타내는 현상을 말한다.
이 현상은 금속조직에 기인하는 내부조건에 의한 것이며 낮은 응력으로 변형하는 것이 특징이다.
이 재료는 현상면에서 미결정립상 초소성재료, 변태 초소성재료 (변태유기소성)로 나눌 수 있다.
이러한 현상을 이용하면 적절한 온도와 속도 조건에서 복잡한 형상도 쉽게 만들 수 있다.

초소성 재료는 50년 전에 발견되었지만, 지나친 연신은 금속재료에 좋지 못하다는 인식으로 인해 관심을 받지 못했다. 지금까지 알루미늄, 티타늄, 철, 니켈, 구리 등의 합금계에서 초소성 현상이 발견되어 왔고 일부 합금은 오래 전부터 실용되고 있다.

초소성을 제품 성형 공정에 이용하면 기존의 공정에 비해 제작비용을 줄일 수 있으며, 부품의 일체화 설계를 통한 경량화와 보수유지의 간소화가 가능하다. 특히 비강성과 경량화가 필수 요소인 우주 항공 산업과 모듈 제조에 적합한 것으로 알려져 있다.

 

초소성 재료의 특징

초소성은 일정한 온도 영역과 변형 속도의 영역에서만 나타나며 300~500% 이상의 큰 변형이 발생한다.  초소성 영역에서는 재료의 강도가 낮아지고 연성은 매우 커지므로 작은 힘으로 복잡한 형상의 성형 가공이 가능하며, 온도가 낮아 기계적 성질이 우수해진다.

초소성 온도 영역에서는 결정 입자 크기의 미세화가 중요하며, 이를 유지하기 위하여 2차상이 모상의 결정 입계에 미세하게 분포된 공정 조직을 나타낸다.
재질의 결정 입자는 10㎛ 이하의 크기로 등방성이며, 결정 입자가 극히 미세하여 외력을 받을 때 슬립 변형이 쉽게 일어난다.

소성 변형 중에 결정 입계에 응력 집중을 간소화시키기 위해서는 2차상의 강도와 차이가 적어 결정 입계의 유동성이 좋아야 하며, 결정 입계가 인장 응력에 의하여 쉽게 분리되지 않아야 한다.

 

초소성을 위한 조건

1. 입도 : 결정립은 수 ㎛ 이하의 크기의 미세결정립이 좋다.
2. 제2상의 존재 : 초소성 온도에서 변형 도중 모상의 입성장을 억제하기 위해 제2상이 50%이내로 존재해야 한다.
3. 입계구조 : 저경각이면 입계 미끄러짐을 일으키기 어려우므로 고경각이 좋다.
4. 입계의 이동성 : 입계 미끄러짐 발생시 입계 이동에 장애물이 있는 경우 응력집중이 발생한다. 입계이동이 잘 되면 응력집중을 완화시킬 수 있다.
5. 결정립 형상 : 결정립의 모양은 등축으로 응력 방향에 따라 슬립을 유지해야 한다. 횡당면에서는 미세조직이어도 길이방향으로 입자가 늘어나 있으면 길이 방향으로 큰 슬립을 기대할 수 없다.
6. 입계의 내인장분리성 : 모상의 입계가 인장에 의해 쉽게 분리되어서는 안된다.

 

변태유기소성 (Transformation Induced Plasticity, TRIP)

변태초소성은 변태하는 합금에 일정 하중을 가하면서 그 변태점을 상하로 변하는 열사이클을 가하면 큰 변형이 생긴다. 이 경우에는 미세결정립일 필요가 없다.

오스테나이트를 급냉하면 마텐사이트 변태가 생기지만 Ms점 이상의 온도에도 응력을 가하면 변태가 생긴다. 이현상을 변태가공유기소성 현상이라하며, TRIP현상을 이용해서 강을 강화할 수 있다.

 

TRIP강

변태/가공유기소성을 이용하여 인성을 높이고, 오스포밍 등의 가공열처리를 통해 강인성을 향상시킨 초강력강을 통칭한다.

고온에서 존재하는 오스테나이트 조직을 상온까지 잔류시킨 강으로, 가공 및 충격의 소성변형 시 고강도 조직 마텐사이트로 변태되어 충격을 흡수하는 특성을 활용한 강이다.

9Cr-8Ni-4Mo-2Mn-2Si-0.3C 강이 대표적 강종이며, Mn은 오스테나이트 안정화 원소로 열간 및 냉간 가공시 잔류 오스테나이트의 형성 역할을 한다.

TRIP강의 조직은 페라이트 + 베이나이트 + 마텐사이트 + 잔류오스테나이트로 구성되며 소성변형 시 잔류오스테나이트가 마텐사이트로 변태되며 충격을 흡수하게 된다.

초강력강 중에서 강도와 연신의 밸런스가 가장 뛰어난 강이다.

 

#초소성재료 #Super_Plasticity #변태유기소성 #TRIP강 #특징 #조건 #미끄러짐