KR102041885B1 - High entropy alloy and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

저변형량에서 나노 결정립을 갖는 고강도 하이엔트로피 합금 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 하이엔트로피 합금의 제조 방법은 (a) 초기 합금 소재를 1000~1200℃에서 1~24시간 동안 균질화 어닐링하는 단계; 및 (b) 상기 균질화 어닐링된 초기 합금 소재를 봉재 압연하여, 미세조직으로 교차 쌍정과 그 내부에 2차 미세쌍정이 형성된 하이엔트로피 합금을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 초기 합금 소재는 중량%로 Co : 5~35%, Cr : 5~35%, Fe : 5~35%, Mn : 5~35%, Ni : 5~35%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Disclosed are a high strength high entropy alloy having nano grains at low strain and a method of manufacturing the same.
Method for producing a high entropy alloy according to the invention (a) the initial alloy material at 1000 ~ 1200 ℃ for 1 to 24 hours Homogenizing annealing; And (b) rod-rolling the homogenized annealed initial alloy material to produce a high entropy alloy having cross twins and secondary micro twins formed therein as a microstructure, wherein the initial alloy material is weight percent. Co: 5 to 35%, Cr: 5 to 35%, Fe: 5 to 35%, Mn: 5 to 35%, Ni: 5 to 35%.

Description

하이엔트로피 합금 및 그 제조 방법{HIGH ENTROPY ALLOY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}HIGH ENTROPY ALLOY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

본 발명은 하이엔트로피 합금 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저변형량에서 극저온 압연을 실시하여 나노 결정립을 가지는 고강도 하이엔트로피 합금 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a high entropy alloy and a method for producing the same, and more particularly, to a high strength high entropy alloy having nanocrystal grains by cryogenic rolling at a low deformation amount and a method for producing the same.

하이엔트로피 합금(High Entropy Alloy, HEA)은 5종 이상의 원소를 주원소로 하는 결정립 합금으로, 중간 조성에서도 취성을 가지지 않는 합금이다. 하이엔트로피 합금은 통상 정육면체의 각 면의 중심에 입자가 오도록 입자들이 배열하는 결정 구조인 면심입방격자(Face Centered Cubic, FCC) 또는 육면체의 꼭짓점과 가운데에 입자가 배위되어 있는 공간 구조인 체심입방격자(Body Centered Cubic, BCC)가 있다.High Entropy Alloy (HEA) is a grain alloy mainly composed of five or more elements, and is an alloy having no brittleness even in an intermediate composition. A high entropy alloy is usually a face centered cubic (FCC), a crystal structure in which particles are arranged so that particles are centered on each side of a cube, or a body centered cubic lattice, a spatial structure in which particles are coordinated at the vertices and centers of a cube. (Body Centered Cubic, BCC).

하이엔트로피 합금은 혼합 엔탈피 보다 엔트로피 효과가 극대화된 특징을 가지는데, 구체적으로 면심입방격자의 단상을 안정화시키고, 미세조직의 자유도를 상승시키며, 격자 변형이 커서 고용강화 효과가 크다. 또한, 확산이 어려워 성장이 억제된 나노 석출상을 형성할 수 있으며, 미세조직의 다양성 및 안정성을 증가시키는 특징이 있다. 나아가, 강도와 인성이 모두 우수하고, 강도와 연신율의 관계인 바나나 곡선도 벗어날 수 있다고 보고되었다.The high entropy alloy has a feature of maximizing the entropy effect than the mixed enthalpy. Specifically, the high entropy alloy stabilizes the single phase of the face-centered cubic lattice, increases the degree of freedom of the microstructure, and the lattice deformation is large, thereby increasing the solid solution strengthening effect. In addition, it is difficult to diffuse to form a nano-precipitated phase growth is suppressed, there is a feature that increases the diversity and stability of the microstructure. Furthermore, it has been reported that both the strength and toughness are excellent and the banana curve, which is a relationship between strength and elongation, can also be deviated.

이와 관련된 배경기술로는 A fracture-resistant high-entropy alloy for cryogenic applications, Vol.345, 6201(2014) 1153-1158 문헌이 있으며, 상기 문헌에는 극저온에서 고강도 및 고인성 특성을 나타내는 하이엔트로피 합금이 개시되어 있다. 하지만, 이러한 하이엔트로피 합금은 극저온에서 연성이 우수한 효과가 있으나, 강도가 약하다는 단점이 있다. Background art related thereto is A fracture-resistant high-entropy alloy for cryogenic applications, Vol. 345, 6201 (2014) 1153-1158, which discloses a high entropy alloy exhibiting high strength and high toughness at cryogenic temperatures. It is. However, the high entropy alloy has an excellent ductility effect at cryogenic temperatures, but has a disadvantage of weak strength.

한편, 하이엔트로피 합금의 강도를 높이기 위해서는 결정립을 초미세립화 하는 것이 효과적인데, 많은 양의 변형량을 부여할 수 있는 특별한 가공 기술이 적용될 수 있다. 예를 들어, ECAP(equal channel angular pressing)와 같은 강소성(Severe deformation process, SDP)을 이용하여 고변형량을 가해 결정립을 미세화시키는 방법이 있다. On the other hand, in order to increase the strength of the high entropy alloy, it is effective to make the crystal grains ultrafine, and special processing techniques that can impart a large amount of deformation may be applied. For example, there is a method of applying a high strain amount using a SDP (Severe deformation process) such as an ECAP (equal channel angular pressing) to refine the grains.

하지만, 대부분의 강소성 가공을 부여할 수 있는 가공 방법은 제조할 수 있는 시편의 크기나 형상이 매우 제한적일 뿐만 아니라 생산 효율도 낮다. 따라서, 강소성 가공방법으로 실제 실용성 높은 고강도 소재를 제조하기는 불가능하다.However, the processing method capable of imparting most of the rigidity processing is not only very limited in size or shape of the specimen to be manufactured, but also low in production efficiency. Therefore, it is impossible to manufacture a high-strength material having high practical practicality by a rigid plastic working method.

본 발명의 목적은 극저온에서 강도 및 연성이 우수한 하이엔트로피 합금을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a high entropy alloy having excellent strength and ductility at cryogenic temperatures.

본 발명의 다른 목적은 상기 하이엔트로피 합금의 제조 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for producing the high entropy alloy.

상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이엔트로피 합금의 제조 방법은 (a) 초기 합금 소재를 1000~1200℃에서 1~24시간 동안 균질화 어닐링하는 단계; 및 (b) 상기 균질화 어닐링된 초기 합금 소재를 봉재 압연하여, 미세조직으로 교차 쌍정과 그 내부에 2차 미세쌍정이 형성된 하이엔트로피 합금을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 초기 합금 소재는 중량%로 Co : 5~35%, Cr : 5~35%, Fe : 5~35%, Mn : 5~35%, Ni : 5~35%를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method for producing a high entropy alloy according to the present invention for achieving the above one object is (a) the initial alloy material at 1000 ~ 1200 ℃ for 1 to 24 hours Homogenizing annealing; And (b) rod-rolling the homogenized annealed initial alloy material to produce a high entropy alloy having cross twins and secondary micro twins formed therein as a microstructure, wherein the initial alloy material is weight percent. Co: 5 to 35%, Cr: 5 to 35%, Fe: 5 to 35%, Mn: 5 to 35%, Ni: 5 to 35%.

상기 균질화 어닐링된 초기 합금 소재는 입방정계 미세조직을 포함할 수 있다.The homogenized annealed initial alloy material may comprise a cubic microstructure.

상기 봉재 압연은 -100 ~ -200℃의 극저온에서 수행될 수 있다.The bar rolling may be performed at cryogenic temperatures of -100 ~ -200 ℃.

상기 봉재 압연은 0.5~2의 변형량으로 수행될 수 있다.The bar rolling may be performed with a deformation amount of 0.5 to 2.

상기 봉재 압연은 원 형상의 공형(caliber)을 가진 공형롤러를 이용하여 8~11패스의 압연을 수행하고, 상기 공형의 크기는 첫 번째 공형의 크기를 기준으로 초기 합금 소재가 이동하는 방향으로 점차 감소하는 것일 수 있다.The rod rolling is carried out in the rolling of the 8 ~ 11 pass using a ball roller having a circular ball (caliber), the size of the ball gradually moves in the direction of the initial alloy material relative to the size of the first ball May be decreasing.

상기 (b) 단계는 (b1) 1차 쌍정이 형성되어 교차 쌍정이 형성되는 단계; 및 (b2) 상기 교차 쌍정의 라인 내부에 2차 미세쌍정이 형성되는 단계;를 포함할 수 있다.Step (b) includes the steps of (b1) forming a primary twin, wherein a cross twin is formed; And (b2) forming a secondary fine twin inside the line of the crossing twin.

상기 교차 쌍정과 2차 미세쌍정에 의한 미세결정립의 평균 크기는 50~150nm인 것일 수 있다.The average size of the microcrystalline grains by the cross twins and the secondary micro twins may be 50 to 150 nm.

상기 하이엔트로피 합금은 면심입방구조(Face Centered Cubic)의 단상(single phase) 조직을 가지는 것일 수 있다.The high entropy alloy may have a single phase structure of face centered cubic.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이엔트로피 합금은 중량%로 Co : 5~35%, Cr : 5~35%, Fe : 5~35%, Mn : 5~35%, Ni : 5~35%를 포함하고, 미세조직으로 교차 쌍정을 포함하는 것을 특징으로 한다.High entropy alloy according to the present invention for achieving the above another object is 5% to 35% by weight, 5% to 35% Cr, 5% to 35% Fe, 5% to 35% Mn: 5% to 35%, 5% Ni to 5%. 35% and comprises cross twins as microstructures.

상기 교차 쌍정은 1차 쌍정 및 상기 1차 쌍정의 라인 내부에 형성되는 2차 미세쌍정을 포함할 수 있다.The crossing twin may include a primary twin and a secondary fine twin formed in a line of the primary twin.

상기 교차 쌍정과 2차 미세쌍정에 의한 미세결정립의 평균 크기는 50~150nm일 수 있다.The average size of the microcrystalline grains by the cross twins and the secondary micro twins may be 50 to 150 nm.

상기 하이엔트로피 합금은 면심입방구조의 단상 조직을 가지는 것일 수 있다.The high entropy alloy may have a single-phase structure of face centered cubic structure.

상기 하이엔트로피 합금은 상온에서 항복강도가 1500MPa 이상이고, 연신율이 8% 이상인 것일 수 있다.The high entropy alloy may have a yield strength of 1500 MPa or more at room temperature and an elongation of 8% or more.

본 발명에 따른 하이엔트로피 합금은 극저온에서 다축 방향에 의한 압연 공정을 이용하여, 쌍정 활성도의 향상에 의해 결정립 내부를 효과적으로 분절시킬 수 있어 미세화를 촉진하게 된다.In the high entropy alloy according to the present invention, the inside of the grains can be effectively segmented by the improvement of twinning activity by using the rolling process in the multi-axis direction at cryogenic temperature, thereby promoting the miniaturization.

이에 따라, 강소성 가공 없이도 저변형량에서 미세조직적으로 나노 결정립을 가지므로 생산성이 우수하고, 하이엔트로피 합금의 초고강도 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 극저온에서 압연하여 제조된 하이엔트로피 합금은 상온이나 강소성(SDP) 방법 대비 강도 및 연신율이 향상되므로, 특히 극저온 환경과 같은 극한환경에 사용되는 소재로 적합하다.As a result, the nanostructures are microstructured at low strains without the rigidity processing, so the productivity is excellent and the ultra high strength characteristics of the high entropy alloy can be exhibited. In addition, the high-entropy alloy prepared by rolling at cryogenic temperatures is improved in strength and elongation compared to room temperature or rigid plastic (SDP) method, and thus is particularly suitable for materials used in extreme environments such as cryogenic environments.

도 1은 본 발명에 따른 하이엔트로피 합금의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 멀티패스 공형롤러의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 초기 합금 소재와 극저온 봉재 압연(조건 : -196.15℃, 압하율 64%, 11패스, 변형량 1) 후의 하이엔트로피 합금을 비교한 사진(a) 및 상기 하이엔트로피 합금의 단면도(b)이다.
도 4는 초기 합금 소재, RTCR 소재, CTCR 소재의 XRD 패턴 결과이다.
도 5는 본 발명에 따른 초기 합금 소재를 이용하여 극저온 봉재 압연(조건 : -196.15℃, 압하율 75%, 12패스, 변형량 1.4) 후의 하이엔트로피 합금의 사진이다.
도 6은 RTCR 소재(a) 및 CTCR 소재(b)의 EBSD IPF(inverse pole figure) map 사진(좌), IQ(image quality) map 사진(우)이다.
도 7은 CTCR 소재의 TEM 분석 결과이다.
도 8은 초기 합금 소재, RTCR 소재, CTCR 소재, 강소성 가공(SPD high press torsion, 변형량>10) 소재 및 극저온 판재 압연 소재(sheet rolling, -196.15℃, 압하율 80%, 변형량 1.6)의 연신율과 항복강도를 나타낸 결과이다.
도 9는 도 8의 극저온 봉재 압연(CTCR) 된 하이엔트로피 합금의 미세조직이다.
도 10은 도 8의 극저온 판재 압연 된 하이엔트로피 합금의 미세조직이다.
1 is a flow chart showing a manufacturing method of a high entropy alloy according to the present invention.
2 is a schematic diagram of a multipass ball roller according to the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view of the high-entropy alloy and the photograph (a) comparing the high-entropy alloy after the initial alloy material and cryogenic rod rolling (condition: -196.15 ℃, rolling reduction 64%, 11 passes, deformation amount 1) according to the present invention (b).
4 is an XRD pattern of the initial alloy material, RTCR material, CTCR material.
5 is a photograph of the high-entropy alloy after cryogenic bar rolling (conditions: -196.15 ℃, 75% reduction, 12 passes, strain 1.4) using the initial alloy material according to the present invention.
6 is an EBSD inverse pole figure (IPF) map photo (left) and IQ (image quality) map photo (right) of RTCR material (a) and CTCR material (b).
7 is a TEM analysis result of the CTCR material.
8 shows the elongation of the initial alloy material, RTCR material, CTCR material, SPD high press torsion (deformation amount> 10) material and cryogenic sheet rolling material (sheet rolling, -196.15 ° C, 80% reduction, 1.6 deformation) This shows the yield strength.
9 is a microstructure of the cryogenic rod rolled (CTCR) high entropy alloy of FIG.
FIG. 10 is a microstructure of the cryogenic plate rolled high entropy alloy of FIG. 8. FIG.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이엔트로피 합금 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a high entropy alloy and a method of manufacturing the same according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 강소성 가공 없이도 미세조직적으로 나노 결정립을 가져 초고강도 및 고연신 특성을 나타낼 수 있는 하이엔트로피 합금 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a high-entropy alloy and a method for manufacturing the same, which can exhibit ultra-high strength and high elongation properties by having nano grains microstructured without rigid plastic processing.

도 1은 본 발명에 따른 하이엔트로피 합금의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 하이엔트로피 합금의 제조 방법 초기 합금 소재를 균질화 어닐링하는 단계(S110) 및 멀티패스 공형 롤러를 이용하여 압연하는 단계(S120)를 포함한다.1 is a flow chart showing a manufacturing method of a high entropy alloy according to the present invention. Referring to Figure 1, a method for producing a high entropy alloy according to the present invention comprises the step of homogenizing annealing the initial alloy material (S110) and rolling using a multi-pass ball roller (S120).

초기 합금 소재를 균질화 어닐링하는 단계(S110)Homogenizing annealing the initial alloy material (S110)

상기 초기 합금 소재는 1차 가공된 상태인 생주물(as cast) 상태이다. 상기 초기 합금 소재의 미세조직은 입방정계의 조대한 주상조직(결정립의 크기< 300㎛)을 갖는다. 상기 입방정계는 결정의 중심을 지니는 3개의 가상적인 축이 서로 직교하며, 길이도 같은 결정체로서, 등축정계(cubic system)라고도 부른다.The initial alloy material is in the state of as cast, which is in the state of being primarily processed. The microstructure of the initial alloy material has a coarse columnar structure (grain size <300 µm) in a cubic system. The cubic system is a crystal having three virtual axes having a center of crystal orthogonal to each other and the same length, also called a cubic system.

상기 초기 합금 소재에서 Mn의 미세 편석을 제거하기 위해서는 1000~1200℃에서 1~24시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.In order to remove the fine segregation of Mn in the initial alloy material for 1 to 24 hours at 1000 ~ 1200 ℃ It is preferable to carry out.

일반적으로 Mn 편석이 존재할 경우 국부적으로 FCC의 안정성을 약화시켜 변형 중에 입계에 페라이트 석출 또는 마르텐사이트 변태를 야기시킨다. 이러한 2차 상과 FCC상 계면은 변형 중에 균열 발생을 촉진시킨다. 또한, Mn 미세 편석은 매트릭스의 변형 균질성을 낮춰 연성도 감소시킨다. 이러한 현상은 Mn의 용융 온도가 비교적 낮기 때문에 합금의 응고 중에 발생한다. 따라서, 본 소재의 우수한 가공성을 확보하기 위해 1000~1200℃에서 1~24시간 동안 균질화 어닐링하여 Mn 미세 편석을 제거하는 것이 바람직하다.Generally, the presence of Mn segregation weakens the stability of the FCC locally, causing ferrite precipitation or martensite transformation at grain boundaries during deformation. This secondary phase and FCC phase interface promotes cracking during deformation. In addition, Mn fine segregation lowers the strain homogeneity of the matrix, thereby reducing the ductility. This phenomenon occurs during solidification of the alloy because the melting temperature of Mn is relatively low. Therefore, in order to secure excellent workability of the present material, it is preferable to remove Mn fine segregation by homogenizing annealing at 1000 to 1200 ° C. for 1 to 24 hours.

상기 초기 합금 소재는 중량%로 Co : 5~35%, Cr : 5~35%, Fe : 5~35%, Mn : 5~35%, Ni : 5~35%를 포함한다. 상기 초기 합금 소재는 이외에도 소량의 불순물을 더 포함할 수 있다.The initial alloy material is 5% to 35% by weight, 5% to 35% Cr, 5% to 35% Fe, 5% to 35% Mn: 5% to 35%, and 5% to 35% Ni. The initial alloy material may further include a small amount of impurities.

상기 Co 함량이 5% 미만인 경우, 상이 불안정해질 수 있고, 35%를 초과하는 경우, 제조 비용 및 중간상의 형성이 가능할 수 있다.If the Co content is less than 5%, the phase may become unstable, and if it exceeds 35%, manufacturing cost and formation of an intermediate phase may be possible.

상기 Cr 함량이 5% 미만인 경우, 내식성 등의 합금의 물성이 저하될 수 있고, 35%를 초과하는 경우, 중간상의 형성이 가능할 수 있다.When the Cr content is less than 5%, physical properties of the alloy, such as corrosion resistance may be lowered, and when the Cr content exceeds 35%, the formation of an intermediate phase may be possible.

상기 Fe 함량이 5% 미만인 경우, 제조비용 측면에서 비효율적이고, 35%를 초과하는 경우, 상이 불안정해질 수 있다.When the Fe content is less than 5%, it is inefficient in terms of manufacturing cost, and if it exceeds 35%, the phase may become unstable.

상기 Mn 함량이 5% 미만인 경우, 제조비용 측면에서 비효율적이고, 35%를 초과하는 경우, 상이 불안정해지면서 제조과정에서 산화물이 형성될 수 있다.When the Mn content is less than 5%, it is inefficient in terms of manufacturing cost, and when it exceeds 35%, an oxide may be formed during the manufacturing process while the phase becomes unstable.

상기 Ni 함량이 5% 미만인 경우, 상이 불안정해지고, 35%를 초과하는 경우, 제조비용 측면에서 비효율적이다.If the Ni content is less than 5%, the phase becomes unstable and if it exceeds 35%, it is inefficient in terms of manufacturing cost.

상기 하이엔트로피 합금의 조성 범위를 벗어나는 경우, FCC 단상을 갖는 고용체를 얻기 어려우므로 상기 제시한 조성 범위를 만족하는 것이 바람직하다.When it is out of the composition range of the high entropy alloy, it is difficult to obtain a solid solution having an FCC single phase, and therefore it is preferable to satisfy the composition range given above.

멀티패스 공형 롤러를 이용하여 압연하는 단계(S120)Rolling using a multi-pass ball roller (S120)

이어서, 상기 균질화 어닐링된 초기 합금 소재를 봉재 압연하여, 미세조직으로 교차 쌍정과 그 내부에 2차 미세쌍정이 형성된 하이엔트로피 합금을 제조한다.Subsequently, the homogenized annealed initial alloy material is bar-rolled to produce a high entropy alloy having cross twins and secondary micro twins formed therein as a microstructure.

본 발명에서는 도 2에 도시한 바와 같이, 원 형상의 공형(caliber)을 가진 공형롤러를 이용하여 8~11패스의 봉재 압연을 수행하는 것이 바람직하다. 상기 멀티패스 공형롤러는 상부 롤러와 하부 롤러가 맞닿은 경계면에 직경이 서로 다른 8~11개의 원형 구멍이 형성되어 있다. 이때, 1번 위치의 원형 직경이 11.9mm이고, 2번 위치의 원형 직경이 11.3mm이며, 마지막 11번 위치의 원형 직경이 7.2mm인 것을 확인할 수 있다. 이처럼, 상기 공형의 크기는 첫 번째 공형의 크기를 기준으로 초기 합금 소재가 이동하는 방향으로 점차 감소하는 것이 바람직하며, 직경이 서로 다른 8~11개의 원형 구멍을 통과함에 따라, 원형 배열의 모든 방향, 즉, 다축 방향에서 압축 응력이 발생하여 하이엔트로피 합금의 교차 쌍정을 형성시킬 수 있다. In the present invention, as shown in Figure 2, it is preferable to perform the bar rolling of 8-11 pass using a ball roller having a circular ball (caliber). In the multi-pass ball roller, 8 to 11 circular holes having different diameters are formed at the interface where the upper roller and the lower roller are in contact with each other. At this time, the circular diameter of the first position is 11.9mm, the circular diameter of the second position is 11.3mm, it can be seen that the circular diameter of the last 11 positions is 7.2mm. As such, it is preferable that the size of the ball is gradually reduced in the direction in which the initial alloy material moves based on the size of the first ball, and as it passes through 8 to 11 round holes having different diameters, all directions of the circular arrangement That is, compressive stress may be generated in the multi-axis direction to form cross twins of the high entropy alloy.

또한, 상기 멀티패스 공형 롤러를 이용할 때, 극저온인 -100 ~ -200℃에서 최대 압하율(area reduction, AR)이 64%이고, 총 변형량이 0.5~2인 조건에서 봉재 압연을 수행하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 압하율은 40~64%이고, 총 변형량은 0.5~1일 수 있다. 상기 압하율(%)은 압연 전과 압연 후의 소재의 직경 차이로, 단면감소율(%)과 같다. 상기 총 변형량은 ln(초기시편 단면적 / 변형 후 단면적)으로 계산될 수 있다.In addition, when using the multi-pass ball roller, it is preferable to perform the bar rolling under the condition that the maximum area reduction (AR) is 64% and the total deformation amount is 0.5 to 2 at -100 to -200 ° C, which is a cryogenic temperature. Do. For example, the reduction ratio may be 40 to 64%, and the total deformation amount may be 0.5 to 1. The reduction ratio (%) is the difference between the diameters of the raw materials before rolling and after rolling, and is equal to the reduction ratio (%). The total amount of deformation may be calculated as ln (initial specimen cross-sectional area / cross-sectional area after deformation).

본원발명의 봉재 압연이 상기 조건에서 수행됨으로써, 합금의 미세조직으로 교차 쌍정이 형성되면서 결정립을 효과적으로 분절시킨다. 1차 쌍정에 의해 교차 쌍정이 형성되고, 상기 교차 쌍정 라인의 내부에 2차 미세쌍정이 형성된다. 극저온에서는 쌍정이 보다 활성화되기 때문에 일반적으로 발생이 어려운 2차 미세쌍정이 생기게 되고, 상기 2차 미세쌍정이 교차 쌍정의 라인 내부에 생기면 미세조직이 더 미세해진다. 쌍정에 의해 형성된 미세결정립 평균 크기는 50~150nm일 수 있으며, 바람직하게는 50~100nm일 수 있다. 이와 같이, 극저온 공형롤러 가공을 통하여 쌍정의 활성화를 향상시키고 결정립 미세화 효과를 극대화하여, 합금의 고강도를 구현할 수 있게 된다.As the bar rolling of the present invention is performed under the above conditions, the crystal grains are effectively segmented while cross twins are formed into the microstructure of the alloy. Crossover twins are formed by the primary twins, and secondary microtwins are formed inside the crossover twinning lines. At very low temperatures, twins are more active, resulting in secondary microtwins that are generally less likely to occur, and microstructures become finer when the secondary microtwins occur inside the lines of the crossed twins. The average size of the microcrystalline particles formed by twins may be 50 to 150 nm, preferably 50 to 100 nm. In this way, through the cryogenic ball roller processing to improve the activation of twins and maximize the grain refining effect, it is possible to implement the high strength of the alloy.

이와 같이 미세조직이 형성되는 이유는 본 발명의 봉재 압연은 다축 방향의 변형이어서 교차 쌍정이 생기는 반면, 일반 압연은 2축 압연이고 한 방향의 변형이어서 쌍정이 한 방향으로만 형성되기 때문이다.The reason why the microstructure is formed is that the bar rolling of the present invention is a multiaxial deformation and cross twinning occurs, whereas the general rolling is a biaxial rolling and deformation in one direction so that twins are formed in only one direction.

이처럼, 미세조직적으로 교차 쌍정과 그 내부에 2차 미세쌍정이 형성된 하이엔트로피 합금은 표면과 내부에 결함이 없는 벌크 로드 상태의 합금으로도 제조될 수 있다. 또한, 상기 하이엔트로피 합금은 면심입방구조의 단상 조직을 가진 것일 수 있다.As such, the high-entropy alloy having microstructured cross twins and secondary micro twins formed therein can also be made of alloys in bulk rod state without defects on the surface and inside. In addition, the high entropy alloy may have a single-phase structure of a face centered cubic structure.

본 발명에 따른 하이엔트로피 합금은 중량%로 Co : 5~35%, Cr : 5~35%, Fe : 5~35%, Mn : 5~35%, Ni : 5~35%를 포함하고, 미세조직으로 교차 쌍정을 포함하는 것을 특징으로 한다.The high entropy alloy according to the present invention includes Co: 5 to 35% by weight, Cr: 5 to 35%, Fe: 5 to 35%, Mn: 5 to 35%, and Ni: 5 to 35%. The tissue is characterized by including a cross twin.

전술한 바와 같이, 상기 교차 쌍정은 상기 교차 쌍정의 라인 내부에 형성되는 매우 얇은 2차 미세쌍정을 포함할 수 있다. 2차 미세쌍정의 의해 형성된 미세결정립 평균 크기는 50~150nm일 수 있다.As discussed above, the crossing twins may comprise very thin secondary microtwins formed within the lines of the crossing twins. The average size of the microcrystalline grains formed by the secondary micro twinning may be 50 to 150 nm.

상기 하이엔트로피 합금은 면심입방구조(Face Centered Cubic)의 단상 조직을 가지는 것일 수 있다.The high entropy alloy may have a single phase structure of a face centered cubic structure.

이러한 구성을 만족하는 하이엔트로피 합금은 상온(25±5℃)에서 항복강도가 1500MPa 이상이고, 연신율이 8% 이상인 물성을 나타내어, 초고강도와 적절한 연신율을 가질 수 있다.The high-entropy alloy that satisfies this configuration has a yield strength of 1500 MPa or more and an elongation of 8% or more at room temperature (25 ± 5 ° C.), and thus may have very high strength and an appropriate elongation.

도 3 내지 도 11에서 초기 합금 소재는 다음과 같이 제조하였다.3 to 11, the initial alloy material was prepared as follows.

Co20Cr20Fe20Mn20Ni20(Co19.97Cr20.43Fe19.78Mn19.54Ni20.28) 조성을 갖는 초기 합금 소재를 제조하였다. 이어서, 1100℃에서 24시간 동안 균질화 어닐링하였다. 이어서, 극저온에서 봉재 압연하는 동안 극저온을 유지하기 위해, 어닐링된 초기 합금 소재를 액체 질소에 10분 정도 담근 후 진행하였다.Co 20 Cr 20 Fe 20 Mn 20 Ni 20 (Co 19.97 Cr 20.43 Fe 19.78 Mn 19.54 Ni 20.28 ) An initial alloy material having a composition was prepared. Then, homogenization annealed at 1100 ° C. for 24 hours. Subsequently, in order to maintain the cryogenic temperature during the bar rolling at the cryogenic temperature, the annealed initial alloy material was immersed in liquid nitrogen for about 10 minutes and then proceeded.

도 3 내지 도 11에서 RTCR 소재는 25℃에서 압하율 64%, 11패스, 변형량 1인 조건으로 봉재 압연된 합금을 가리키고, CTCR 소재는 -196.15℃에서 압하율 64%, 11패스, 변형량 1인 조건으로 봉재 압연된 합금을 가리킨다.In Figures 3 to 11 RTCR material refers to the alloy rolled bar at a condition of 64% reduction, 11 passes, strain 1 at 25 ℃, CTCR material is 64% reduction, 11 passes, strain 1 at -196.15 ℃ Refers to a bar-rolled alloy as a condition.

상기 조성 분석은 주사형 전자 현미경(7100F, JEOL)에 장착된 에너지 분산형 분광기로 측정하였다. The composition analysis was measured with an energy dispersive spectrometer mounted on a scanning electron microscope (7100F, JEOL).

인장 특성은 10-3s-1의 변형 속도 및 실온에서 평가되었다. 인장 시험에 사용 된 시험편은 게이지 길이가 10mm이고, 지름이 2.5mm이다(ASTM-E8). 인장 시험편은 생산 된 막대의 코어에서 기계 가공되었다. 미세 구조는 15kV의 가속 전압 및 스텝 사이즈가 50 nm인 조건에서 전자 후방 회절 측정(EBSD, 모델 : Helios NanoLabTM 600, FEI)에 의해 평가되었고, 관측 방향은 소재의 길이 방향에 대한 수직 단면도이다. 또한, 미세 구조는 200kV의 가속 전압에서 작동하는 전자 현미경(TEM, 모델 : JEM 2100F, JEOL)에 의해 평가되었다. TEM 샘플은 집속 이온 빔(모델 : Quanta 3D FEG, FEI)에 의해 준비되었다. 합금의 결정 구조는 CuKα 방사선(모델 : D / Max-2500VL / PC, RIGAKU)을 갖는 MXP21VAHF 회절 계를 사용하여 X 선 회절(XRD) 측정에 의해 측정되었다.Tensile properties were evaluated at a strain rate of 10 −3 s −1 and at room temperature. The specimens used for the tensile test had a gauge length of 10 mm and a diameter of 2.5 mm (ASTM-E8). Tensile test pieces were machined from the core of the produced rods. The microstructure was evaluated by electron back diffraction measurement (EBSD, model: Helios NanoLabTM 600, FEI) at 15 kV acceleration voltage and 50 nm step size, and the viewing direction is a vertical cross section with respect to the longitudinal direction of the material. In addition, the microstructure was evaluated by electron microscopy (TEM, model: JEM 2100F, JEOL) operating at an acceleration voltage of 200 kV. TEM samples were prepared by a focused ion beam (model: Quanta 3D FEG, FEI). The crystal structure of the alloy was measured by X-ray diffraction (XRD) measurements using an MXP21VAHF diffractometer with CuKα radiation (model: D / Max-2500VL / PC, RIGAKU).

도 3은 본 발명에 따른 초기 합금 소재와 극저온 봉재 압연(조건 : -196.15℃, 압하율 64%, 11패스, 변형량 1) 후의 하이엔트로피 합금을 비교한 사진(a) 및 상기 하이엔트로피 합금의 단면도(b)이다. 도 3을 참조하면, 직경이 12.5mm인 원통 모양의 초기 합금 소재로부터 극저온 봉재 압연 후 직경이 7.5mm이고 길이가 300mm인 벌크 봉재 상태의 합금을 제조하였고, 직진도가 양호하고 표면과 내부에 크랙이 없는 건전한 봉재를 제조하였음을 보여준다.Figure 3 is a cross-sectional view of the high-entropy alloy and the photograph (a) comparing the high-entropy alloy after the initial alloy material and cryogenic rod rolling (condition: -196.15 ℃, rolling reduction 64%, 11 passes, deformation amount 1) according to the present invention (b). Referring to FIG. 3, an alloy of a bulk rod having a diameter of 7.5 mm and a length of 300 mm after cryogenic rod rolling was prepared from a cylindrical initial alloy having a diameter of 12.5 mm, and the straightness was good and the surface and the inside were cracked. It shows that a healthy bar was produced without this.

도 4는 초기 합금 소재, RTCR 소재, CTCR 소재의 XRD 패턴 결과이다. XRD 패턴은 초기 합금 소재가 완전히 FCC 단일 상임을 나타내는 FCC 상 피크만을 검출한 것을 보여준다.4 is an XRD pattern of the initial alloy material, RTCR material, CTCR material. The XRD pattern shows that only the FCC phase peak was detected, indicating that the initial alloy material is a completely FCC single phase.

도 5는 본 발명에 따른 초기 합금 소재를 이용하여 극저온 봉재 압연(조건 : -196.15℃, 압하율 75%, 12패스, 변형량 1.4) 후의 하이엔트로피 합금의 사진이다. 봉재 압연 조건이 12패스임에 따라, 내부와 표면에 크랙이 발생한 것을 보여준다. 이는 봉재 압연 시, 11패스 이하, 최대 압하율 64%, 변형률 1 이하의 가공량을 부여하는 것이 바람직한 것을 의미한다.5 is a photograph of the high-entropy alloy after cryogenic bar rolling (conditions: -196.15 ℃, 75% reduction, 12 passes, strain 1.4) using the initial alloy material according to the present invention. As the bar rolling conditions are 12 passes, it shows cracks inside and on the surface. This means that it is preferable to give a processing amount of 11 passes or less, a maximum reduction ratio of 64%, and a strain of 1 or less during rod rolling.

도 6은 RTCR 소재(a) 및 CTCR 소재(b)의 EBSD IPF(inverse pole figure) map 사진(좌), IQ(image quality) map 사진(우)이다. 멀티패스 공형 롤링은 초기의 미세 구조를 크게 변화시켰다. (a)의 RTCR 소재는 100~600nm의 서로 교차하는 쌍정 라인을 가지고 있으며, 쌍정들이 매우 미세하기 때문에 IPF map에서는 각각의 쌍정을 명확하게 식별할 수 없지만, IQ map에서는 쌍정 라인이 여러 개의 평행한 쌍정 라인으로 구성된 것을 확인할 수 있다. (b)의 CTCR 소재는 RTCR 소재와 유사한 쌍정 형태를 보였으나, 실질적으로 쌍정이 더 많은 것을 관찰할 수 있다. EBSD 결과, 단위 면적 당 쌍정 라인의 총 길이는 RTCR 소재의 경우 1.07㎛-1로 계산되었고, CTCR 소재의 경우 3.69㎛-1로 계산되었다. 6 is an EBSD inverse pole figure (IPF) map photo (left) and IQ (image quality) map photo (right) of RTCR material (a) and CTCR material (b). Multipath ball rolling has greatly changed the initial microstructure. The RTCR material in (a) has twin lines intersecting each other from 100 to 600 nm, and because twins are very fine, each twin cannot be clearly identified in the IPF map, but in the IQ map the twin lines are parallel You can see that it consists of twin lines. The CTCR material in (b) showed a twin form similar to that of RTCR material, but substantially more twins were observed. EBSD result, the total length of the twin lines per unit area in the case of RTCR material was calculated to 1.07㎛ -1, if CTCR material was calculated to 3.69㎛ -1.

따라서, 상온에 비해 극저온에서 쌍정 형성이 극대화되어 미세조직의 분절이 증가하였으며, 교차 쌍정의 라인 내부에 2차 미세쌍정이 형성되어 결정립이 미세화된 것을 관찰할 수 있다.Therefore, the formation of twins was maximized at cryogenic temperatures compared to the room temperature, and the segmentation of the microstructure was increased. Secondary twins were formed inside the lines of the crossing twins, and the grains were refined.

또한, 도 6의 (b)를 참조하면, 상대적으로 진한 회색 색상은 고밀도 전위의 존재를 의미하며, 이는 봉재 압연 공정 중에 변형된 쌍정과 함께 전위 슬립이 발생했음을 의미한다. 전위 축적에 의한 강도 향상은 내부 응력을 발생시킴으로써 전위 운동을 방해하는 전위들의 상호작용으로부터 발생한다. 전위의 수가 증가할수록 합금의 강도는 증가하게 된다. 고밀도 전위를 갖는 합금 소재는 결정립 미세화에 더하여 강도 향상에 영향을 미칠 것으로 예상된다.In addition, referring to Figure 6 (b), the relatively dark gray color means the presence of high density dislocation, which means that the dislocation slip occurred with the twins deformed during the bar rolling process. Strength enhancement by dislocation accumulation arises from the interaction of dislocations that interfere with dislocation motion by generating internal stresses. As the number of dislocations increases, the strength of the alloy increases. Alloy materials with high density dislocations are expected to affect strength enhancement in addition to grain refinement.

도 7은 CTCR 소재의 TEM 분석 결과((a)TEM, (b)BF image, (c)DF, (d)DF image at matrix, (e)DF image at twin A, (f)DF image at twin B)이다.Figure 7 shows the results of TEM analysis of CTCR materials ((a) TEM, (b) BF image, (c) DF, (d) DF image at matrix, (e) DF image at twin A, (f) DF image at twin B).

도 7의 (a)에서 교차 쌍정의 형태를 형성하기 위해 쌍정 라인들이 형성된 것이 관찰되었다. 쌍정의 활성화가 매트릭스가 좁아짐에 따라 현저히 감소한다는 사실에도 불구하고 2차 미세쌍정은 1차 쌍정에 의한 매트릭스 경계면 내에 형성되었다. (b)와 (c)에서는 암시야상과 결합된 회절 패턴(DP)은 면심입방 구조에서 가능한 12개의 쌍정 변이체(variant) 중 서로 다른 쌍정 변이체가 활성화 되어 교차 쌍정의 형상을 유발한다는 것을 보여준다. In FIG. 7A, twinning lines were observed to form cross twins. In spite of the fact that the activation of twins decreased significantly as the matrix narrowed, secondary microtwins were formed within the matrix interface by the primary twins. In (b) and (c), the diffraction pattern (DP) combined with the dark field image shows that the twin twin variants of the 12 possible twin variants in the face-centered cubic structure are activated to cause the shape of the cross twin.

(d) 내지 (f)를 참조하면, 시트 롤링은 시트에 수직인 방향으로만 압축 응력이 가해지고 주로 단일 방향의 쌍정을 활성화한다. 반면, 멀티패스 공형롤러를 이용한 경우, 원형 배열의 모든 방향에서 압축 응력을 발생시키므로 모든 쌍정 변형체들은 CTCR 동안 형성될 수 있다. 각각의 2차 쌍정의 크기는 5~15nm이며, 매우 미세한 특성을 보인다.Referring to (d) to (f), sheet rolling is applied with compressive stress only in the direction perpendicular to the sheet and mainly activates twins in a single direction. On the other hand, in the case of using a multipass ball roller, all twin deformations can be formed during CTCR since compressive stress is generated in all directions of the circular array. The size of each secondary twin is 5-15 nm and shows very fine characteristics.

상기 2차 쌍정에 의한 미세결정립 크기는 절단법(intercept method)을 이용하여 계산되었다. 예를 들어, 여러 줄을 임의의 방향으로 그린 후, TB를 충족시키는 줄의 횟수를 계산하고, 횟수 대비 줄 길이의 비율을 계산하였다. 계산 결과, CTCR 소재는 최대 93nm이고, RTCR 소재는 최대 711nm의 미세결정립의 크기를 나타내었다. 일반적으로 SPD 기술은 미세조직의 크기를 100nm 이하로 줄이는데, 본 발명에서는 CTCR을 이용하여 30~100nm 크기의 초미세입자의 형성을 유도했음을 알 수 있다.The microcrystalline size by the secondary twins was calculated using the intercept method. For example, after drawing several lines in any direction, the number of lines satisfying the TB was counted and the ratio of the line length to the number of lines was calculated. As a result of the calculation, the CTCR material was 93nm at the maximum, and the RTCR material was the size of the microcrystalline grains at the maximum 711nm. In general, SPD technology reduces the size of the microstructure to less than 100nm, it can be seen that in the present invention induced the formation of ultrafine particles of 30 ~ 100nm size using CTCR.

도 8은 초기 합금 소재, RTCR 소재, CTCR 소재, 강소성 가공(SPD high press torsion, 변형량>10, *H. Sharhmir et al., MSEA 676 (2016) 294-303) 소재 및 극저온 판재 압연 소재(sheet rolling, -196.15℃, 압하율 80%, 변형량 1.6)의 연신율과 항복강도를 나타낸 결과이다.FIG. 8 shows an initial alloy material, RTCR material, CTCR material, rigid plastic processing (SPD high press torsion, deformation amount> 10, * H. Sharhmir et al., MSEA 676 (2016) 294-303) material and cryogenic sheet rolling material (sheet It shows the elongation and yield strength of rolling, -196.15 ℃, rolling reduction 80%, strain 1.6).

도 8을 참조하면, CTCR 소재의 항복 강도가 현저히 증가한 것을 보여준다. 본 발명에 따른 극저온 봉재 압연 공정이 초기 합금 소재의 항복 강도를 최대 458%까지 증가시켜 1548MPa의 매우 높은 수치를 나타내었다. 게다가, 최대 10%의 적당한 파단 연신율을 나타내었다. RTCR 소재 대비 CTCR 소재의 항복 강도가 대략 500MPa 증가하였고, 이러한 결과는 합금의 변형 온도를 -196.15℃까지 낮추는 높은 효율을 입증한다.Referring to Figure 8, it shows that the yield strength of the CTCR material significantly increased. Cryogenic rod rolling process according to the present invention increased the yield strength of the initial alloy material up to 458% showed a very high value of 1548MPa. In addition, moderate elongation at break of up to 10% was shown. The yield strength of the CTCR material was approximately 500 MPa over that of the RTCR material, and this result demonstrates a high efficiency that lowers the deformation temperature of the alloy to -196.15 ° C.

또한, CTCR 소재는 강소성 가공 소재(SPD)에 비해 항복 강도가 높으나, 큰 차이는 없는 것을 보여준다. 다만, 파단 연신율은 CTCR 소재가 2.5배 정도 높았다.In addition, the CTCR material has a higher yield strength than the rigid plastic material (SPD), but shows no significant difference. The elongation at break was 2.5 times higher for CTCR materials.

또한, CTCR 소재는 극저온 판재 압연 소재 보다 더 높은 항복 강도와 연신율을 나타내었다. 이러한 결과는 멀티패스 공형 롤러를 이용한 봉재 압연이 극저온 판재 압연 또는 강소성 가공법을 이용했을 때보다 우수한 인장 특성을 얻을 수 있음을 시사한다.In addition, the CTCR material showed higher yield strength and elongation than the cryogenic sheet rolled material. These results suggest that rod rolling using a multipass ball roller can obtain better tensile properties than using cryogenic sheet rolling or a rigid plastic working method.

도 9는 도 8의 극저온 봉재 압연(CTCR) 된 하이엔트로피 합금의 미세조직이고, 도 10은 도 8의 극저온 판재 압연 된 하이엔트로피 합금의 미세조직이다. CTCR 소재는 다축 방향의 변형에 의해 교차 쌍정이 형성되는 반면, 극저온 판재 압연은 시트에 수직인 방향으로만 압축 응력이 가해져 주로 단일 방향의 변형이 발생하므로 평행한 쌍정이 형성됨을 확인할 수 있다. FIG. 9 is a microstructure of the cryogenic rod rolled (CTCR) high entropy alloy of FIG. 8, and FIG. 10 is a microstructure of the cryogenic plate rolled high entropy alloy of FIG. 8. In the CTCR material, the cross twins are formed by the deformation in the multi-axis direction, whereas the cryogenic sheet rolling is subjected to compressive stress only in the direction perpendicular to the sheet, so that deformation of the single direction occurs mainly, so that the parallel twins are formed.

하기 표 1은 봉재 압연(-196.15℃)에서 패스 횟수에 따른 시편의 물성을 나타낸 결과이다.Table 1 shows the results of the specimen properties according to the number of passes in the bar rolling (-196.15 ℃).

단면감소율 = (초기시편 단면적 - 변형 후 단면적) / 초기시편 단면적×100Cross-sectional reduction rate = (initial cross-sectional area-cross-sectional area after deformation) / initial cross-sectional area × 100

진변형량 = ln(초기시편 단면적 / 변형 후 단면적)True strain = ln (cross section of initial specimen / cross section after deformation)

[표 1]TABLE 1

Figure 112017123004923-pat00001
Figure 112017123004923-pat00001

표 1을 참조하면, 가공량을 부여할수록 시편지름이 작아지며, 단면감소율이 증가하는 경향을 보인다. 특히, 11패스의 가공량을 부여한 시편이 다른 시편에 비해 항복 강도가 1548MPa로 우수하고, 연신율이 대략 10%를 나타낸다. 이는 결정립 미세화 효과가 극대화되어 보다 높은 강도 구현이 용이하고, 높은 단면감소율을 나타낼 수 있어 나타나는 결과이다.Referring to Table 1, as the amount of processing is given, the specimen diameter decreases, and the cross-sectional reduction rate tends to increase. In particular, the specimens given 11 passes of processing amount were superior in yield strength to 1548 MPa and exhibited an elongation of approximately 10% compared to other specimens. This is a result of maximizing the grain refining effect is easy to implement a higher strength, can exhibit a high cross-sectional reduction rate.

표 2는 항복 강도를 계산하기 위해, 결정립 미세화와 전위 축적의 결과값을 나타낸 것이다.Table 2 shows the results of grain refinement and dislocation accumulation to calculate yield strength.

[표 2]TABLE 2

Figure 112017123004923-pat00002
Figure 112017123004923-pat00002

표 2를 참조하면, RTCR 소재에서는 결정립 미세화가 237MPa이고, 전위 축적은 408MPa였다. CTCR 소재에서는 결정립 미세화가 710MPa이고, 전위 축적이 440MPa였다. CTCR 소재에서는 결정립 미세화가 전위 축적보다 항복 강도에 더 큰 영향을 미쳤으며, 이는 많은 양의 쌍정이 결정립을 더욱 미세화시켜 높은 항복 강도를 달성하는데 결정적인 역할을 한다는 결과를 보여준다. Referring to Table 2, in the RTCR material, the grain refinement was 237 MPa, and the potential accumulation was 408 MPa. In the CTCR material, grain refinement was 710 MPa and dislocation accumulation was 440 MPa. In CTCR materials, grain refinement had a greater effect on yield strength than dislocation accumulation, indicating that a large amount of twins played a crucial role in achieving higher yield strength by further refinement of grains.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는 초기 합금 소재를 이용하여 극저온에서 봉재 압연함으로써, 교차 쌍정에 의한 결정립 미세화를 형성하여 고강도 및 고연신율을 갖는 하이엔트로피 합금을 제조할 수 있다.As described above, in the present invention, by rod-rolling at an extremely low temperature using an initial alloy material, high-entropy alloys having high strength and high elongation can be manufactured by forming grain refinement by cross twins.

아울러, 강소성 가공 없이도 저변형량에서 미세조직적으로 나노 결정립을 가지므로 생산성이 우수하고, 극저온 환경과 같은 극한환경에 사용되는 소재로 적합하다.In addition, it is excellent in productivity because it has nanostructured microstructures at low strain even without rigid plastic processing, and is suitable as a material used in extreme environments such as cryogenic environments.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above embodiments and can be manufactured in various forms, and having ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

Claims (13)

(a) 초기 합금 소재를 1000~1200℃에서 1~24시간 동안 균질화 어닐링하는 단계; 및
(b) 상기 균질화 어닐링된 초기 합금 소재를 봉재 압연하여, 미세조직으로 교차 쌍정과 그 내부에 2차 미세쌍정이 형성된 하이엔트로피 합금을 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 봉재 압연은 -100 ~ -200℃의 극저온에서 다축 방향으로 압연하며,
상기 초기 합금 소재는
중량%로 Co : 5~35%, Cr : 5~35%, Fe : 5~35%, Mn : 5~35%, Ni : 5~35%를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이엔트로피 합금의 제조 방법.
(a) Initial alloy material at 1000-1200 ° C. for 1-24 hours Homogenizing annealing; And
(b) bar-rolling the homogenized annealed initial alloy material to produce a high entropy alloy having cross twins and secondary micro twins formed therein as a microstructure;
The rod rolling is rolled in the multi-axis direction at cryogenic temperatures of -100 ~ -200 ℃,
The initial alloy material is
Method for producing a high entropy alloy, characterized in that by weight% Co: 5 to 35%, Cr: 5 to 35%, Fe: 5 to 35%, Mn: 5 to 35%, Ni: 5 to 35% .
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계의 초기 합금 소재는 입방정계 미세조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이엔트로피 합금의 제조 방법.
The method of claim 1,
The initial alloying material of step (a) is a method for producing a high entropy alloy, characterized in that it comprises a cubic microstructure.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 봉재 압연은 0.5~2의 변형량으로 수행되는 것을 특징으로 하는 하이엔트로피 합금의 제조 방법.
The method of claim 1,
The bar rolling is a high entropy alloy manufacturing method, characterized in that carried out with a deformation amount of 0.5 ~ 2.
제1항에 있어서,
상기 봉재 압연은 원 형상의 공형(caliber)을 가진 공형롤러를 이용하여 8~11패스의 압연을 수행하고,
상기 공형의 크기는 첫 번째 공형의 크기를 기준으로 초기 합금 소재가 이동하는 방향으로 점차 감소하는 것을 특징으로 하는 하이엔트로피 합금의 제조 방법.
The method of claim 1,
The rod rolling is performed by rolling 8 ~ 11 pass using a ball roller having a circular ball (caliber),
The size of the ball is a method of producing a high entropy alloy, characterized in that gradually decreasing in the direction in which the initial alloy material moves based on the size of the first ball.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는
(b1) 1차 쌍정이 형성되어 교차 쌍정이 형성되는 단계; 및
(b2) 상기 교차 쌍정의 라인 내부에 2차 미세쌍정이 형성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이엔트로피 합금의 제조 방법.
The method of claim 1,
Step (b)
(b1) forming a primary twin to form a cross twin; And
(b2) forming a secondary fine twin in the line of the crossing twin; a high entropy alloy manufacturing method comprising a.
제6항에 있어서,
상기 교차 쌍정과 2차 미세쌍정에 의한 미세결정립의 평균 크기는 50~150nm인 것을 특징으로 하는 하이엔트로피 합금의 제조 방법.
The method of claim 6,
The method for producing a high entropy alloy, characterized in that the average size of the microcrystalline grains by the cross twins and the secondary fine twins is 50 ~ 150nm.
제1항에 있어서,
상기 하이엔트로피 합금은 면심입방구조의 단상(single phase) 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 하이엔트로피 합금의 제조 방법.
The method of claim 1,
The high entropy alloy has a single phase structure of a face centered cubic structure.
중량%로 Co : 5~35%, Cr : 5~35%, Fe : 5~35%, Mn : 5~35%, Ni : 5~35%를 포함하고,
미세조직으로 교차 쌍정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이엔트로피 합금.
By weight% Co: 5 ~ 35%, Cr: 5 ~ 35%, Fe: 5 ~ 35%, Mn: 5 ~ 35%, Ni: 5 ~ 35%
A high entropy alloy comprising cross twins as a microstructure.
제9항에 있어서,
상기 교차 쌍정은 1차 쌍정 및 상기 1차 쌍정의 라인 내부에 형성되는 2차 미세쌍정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이엔트로피 합금.
The method of claim 9,
Wherein said cross twins comprise a primary twin and a secondary fine twin formed within the line of said primary twin.
제10항에 있어서,
상기 교차 쌍정과 2차 미세쌍정에 의한 미세결정립의 평균 크기는 50~150nm인 것을 특징으로 하는 하이엔트로피 합금.
The method of claim 10,
High-entropy alloy, characterized in that the average size of the micro-grains by the cross twins and the secondary micro twins is 50 ~ 150nm.
제9항에 있어서,
상기 하이엔트로피 합금은 면심입방구조의 단상 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 하이엔트로피 합금.
The method of claim 9,
The high entropy alloy is a high entropy alloy, characterized in that it has a single-phase structure of the face-centered cubic structure.
제9항에 있어서,
상기 하이엔트로피 합금은 상온에서 항복강도가 1500MPa 이상이고, 연신율이 8% 이상인 것을 특징으로 하는 하이엔트로피 합금.




The method of claim 9,
The high entropy alloy is a high-entropy alloy, characterized in that the yield strength is at least 1500MPa at room temperature, the elongation is 8% or more.




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