시효경화 변형시효 Strain aging 시효석출 금속재료기술사 서브노트

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Q. 시효경화, 변형시효 현상에 대하여 설명하시오.

Q. 해양공사에 사용되는 강재는 Strain aging에 대한 특성평가가 요구된다. Strain aging 현상에 대해 설명하시오.

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I. 시효

1. 시효란 시간이 지남에 따라 재료의 특성이 변화하는 것을 말한다.

2. 강재에서는 시효를 통한 강화를 많이 적용하고 있다. (금속의 강화기구 중 하나이다.)

3. 이를 시효경화 또는 석출 경화라 부른다.

 

II. 석출강화 과정

1. 용체화처리
 1) α상을 T1에서 급랭시킨다.
 2) α상에서 β상이 석출 되지 않고 과포화된 상태의 불안정한 단일상이 얻어진다.
 3) 용질 원자가 불규칙적으로 분포한다.

2. 시효 경화
 1) 용체화 처리 후 상온에서 방치(자연 시효) 하거나 온도를 조금 높인다. (인공 시효)
 2) 과포화 고용체 중의 용질 원자가 국부적으로 집합하여 석출 한다.
 3) 중간상 β'을 만든다.
 4) 중간상 β' 이 안정된 상 β 상이 된다.

석출강화 과정 그래프

III. 시효 석출을 위한 강재의 요구 특성

1. 담금질 처리 시 과포화 고용체 조직이 나타나야 한다.

2. 과포화 고용체 조직은 석출을 통해 안정하려고 한다.

3. 시간이 지남에 따라 또는 적당한 온도를 올려 줌에 따라 석출물을 조직 내에 나타나야 한다.

4. 이러한 석출물 (금속간화합물)은 결정립 내 중간중간에 위치하여 전위 이동을 방해하고 불규칙적인 격자 발생을 초래하며 슬립 이동을 저해한다.

5. 이에 따라 강재는 강화된다.

6. Al-Cu 합금이 대표적인 시효 강화 합금으로 사용된다.

시효시간과 석출강화의 관계

Al-Cu합금의 시효 그래프

IV. 변형 시효 (Strain aging)

1. 강재가 인장시험 시 탄성 구간을 지나 항복강도를 넘으면 소성변형하게 된다. 

2. 소성변형 한 강재에 하중을 제거한 후 다시 하중을 가하게 되면 기존 곡선에 연장선과 같이 소성변형을 하게 된다.

3. 이러한 강재에 시간을 주거나 또는 적당한 온도를 가해주면 변형시효를 일으키게 된다.

4. 변형시효를 일으킨 강재에 다시 하중을 주게 되면 새로운 항복점을 지나 강재로 기계적 특성이 변형된다.

5. 이것은 전위의 이동한 자리에 탄소나 질소원자가 침입하여 고착된 안정한 조직을 만들어 다시 하중(응력)을 주었을 때 더 큰 응력이 필요하게 됨에 따라 나타나는 현상이다.

6. Deep drawing 시 국부적으로 스트레쳐 변형이 확인된다.

7. 이러한 변형 시효를 제거하기 위해서는 Al, V, Ti 원소를 첨가하여 탄소와 질소원자가 고착(침입) 하지 못하게 하는 방법이 실용되고 있다.

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