금속의 강화기구 - 고용체강화/냉간가공/석출경화/고용체강화/다상효과/분산강화

이번에는 금속의 강화 기구에 대해 알아보도록 하겠습니다.

금속 또는 합금의 항복강도는 전위 이동을 저지시킬 수 있는 장애물을 부여하여 증가시킬 수 있습니다.

장애물로는 전위 엉킴, 결정립 경계, 뒤틀어진 결정격자구조, 결정구조 내에 분산된 미세 입자 등이 있습니다.

 

먼저 냉간 가공은 금속을 실온에서 심하게 가공시키는 것으로, 고온에서가 아닌 상온이나 실온에서 가공을 시켜

압연이나 인발 등을 통해 가공을 시킬 수 있습니다. 고온에서 가공을 할 경우 전위 밀도가 증가하는 동시에 회복도

일어나기 때문에 다시 전위 밀도가 감소하게 됩니다. 즉 강도가 다시 약해지는 현상이 발생하는 것입니다.

냉간 가공은 전위 밀도를 증가시켜 항복 강도를 증가 시키고 연성을 떨어트립니다.

이때 연성이 너무 떨어지면, 다시 금속을 가열해 줌으로써 (어닐링) 전적으로 또는 부분적으로 회복시켜

연성을 회복시킬 수 있습니다.

 

고용체 강화란 (solid solution strengthening)은 불순물 원자로 인해 뒤틀어진 결정 격자가 전위 이동을 어렵게 하여 일어나게 됩니다.

고용체란 합금 원소가 기지원자들과 결정구조 내에서 균질하게 섞여 있는 상태를 의미합니다.

이러한 고용체가 침입형 고용체 혹은 치환형 고용체가 되어 격자 뒤틀림을 형성해 전위의 이동을 방해하게 됩니다.

모원자의 크기와 고용원자의 크기가 치환형 혹은 침입형일지를 결정하게 되는데, 모원자에 비해 훨씬 작은 경우 침입형 고용체가 됩니다.

 

석출경화는 재료에 석출된 미세입자가 전위의 이동을 방해하여 강도를 증가시키는 것입니다. 불순물이 고용한계 이상의 양으로 함유되어 있는경우에는 불순물이 고용체 밖으로 석출되게 됩니다. 즉, 고용체강화보다 굉장히 큰 전위의 이동방해 효과를 가지게 됩니다. 석출입자가 기지 조직과 정합 상태를 보이면 정합 상태일시 결정 격자가 뒤틀리게 되므로 강도가 증가하게 됩니다.

 

다상효과란 여러가지 상을 이룸으로써 결정구조가 연속되지 않게 하여 전위의 이동을 방해하는 것입니다.

 

퀜칭과 소둔(어닐링) 이란 철에 다상효과를 적용할 수 있는 공정입니다.

 

석출경화(precipitation)과 분산강화(dispersion)과의 차이에 대해 생각해보면,

석출경화는 온도를 모두 높여 녹여 그후 aging(식히며 시간을 가지는것)을 통해 석출물을 만듭니다. 온도가 낮아짐에 따라 고용한계가 낮아지므로 석출이 되게 됩니다. 이러한 석출을 통해 전위의 이동을 방해하게 하는 것이고

분산강화는 녹여서 하는게 아니라 처음부터 고용되지 않는 미립자를 통해 강화를 수행하는 것입니다.