KR20090109918A - Method for Rendering Plasticity to Amorphous alloy - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비정질 합금의 소성 부여 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 비정질 합금에 탄성정하중을 가함으로써 비정질 합금에 높은 강도를 유지하면서 동시에 소성을 부여하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for imparting plasticity of an amorphous alloy, and more particularly, to a method for imparting plasticity while maintaining high strength to an amorphous alloy by applying an elastic crystal load to an amorphous alloy.
대부분의 금속합금은 액상으로부터 응고될 때 원자의 배열이 규칙적인 결정상이 형성된다. 그러나 응고시 냉각속도가 임계값 이상으로 충분히 커서 결정상의 핵생성이 억제되면, 액상의 불규칙적인 원자 구조가 그대로 고상으로 유지될 수 있다. 이와 같은 구조를 지닌 합금을 통상 비정질 합금(amorhpous alloy) 혹은 금속 원소로 구성되어 있는 경우 금속기 비정질 합금(metallic glass alloy)이라 부른다. Most metal alloys form crystal phases whose order of atoms is solidified when solidified from the liquid phase. However, if the cooling rate during the solidification is sufficiently above the threshold value to suppress the nucleation of the crystal phase, the irregular atomic structure of the liquid phase can be maintained as it is. An alloy having such a structure is usually called an amorphous alloy or a metallic glass alloy when it is composed of a metallic element.
다시말해, 비정질합금 (amorphous alloy)이란 결정구조 (crystalline structure)가 아닌 무정형의 합금을 일컫는 것으로서, 비정질합금은 강도가 높고 넓은 탄성한계 영역을 가지고 있어 탄성이 우수하며 단일의 원자구조를 취함으로써 내부식성이 훌륭하다는 장점이 있어 이미 스포츠 용품, 고강도 부품재료 등 다양한 산업분야에 응용되고 있다.In other words, an amorphous alloy is an amorphous alloy, not a crystalline structure.Amorphous alloys have high strength and a wide range of elastic limits, and thus are excellent in elasticity and have a single atomic structure. Because of its excellent corrosiveness, it is already being applied to various industrial fields such as sporting goods and high strength parts and materials.
특히, 벌크 비정질 합금을 이용하면 초고강도의 재료를 얻는 것이 가능할 뿐만 아니라 비강도가 높아짐으로써 경량화를 이룰 수 있고, 균일한 미세조직으로 이루어져 있기 때문에 내식성 및 내마모성이 높은 장점이 있다. 이러한 특성을 가지는 벌크 비정질 합금의 제조기술은 자동차, 원자력 분야, 우주항공, 군수산업, 나노소자(MEMS) 등과 같은 관련 산업에 미치는 파급 효과가 매우 큰 기술이다.In particular, the use of the bulk amorphous alloy is not only possible to obtain a material of very high strength, but also to achieve a light weight by increasing the specific strength, and has a high corrosion resistance and wear resistance because it consists of a uniform microstructure. The manufacturing technology of bulk amorphous alloys having these characteristics is a technology having a great effect on related industries such as automobile, nuclear field, aerospace, military industry, nano device (MEMS) and the like.
그러나, 비정질 합금은 초고강도와 넓은 탄성한계 영역 등과 같은 우수한 기계적 특성을 가지는 반면에, 상온에서 소성변형 구간을 가지지 않기 때문에 응용에 제한이 있다. 이와 같은 비정질 합금의 한계를 극복하기 위하여, 종래에는 비정질 형성과는 무관한 합금원소들을 첨가하여 비정질 기지에 미세한 석출물을 석출시킨 복합재를 형성하는 방법을 이용하였다.However, while amorphous alloys have excellent mechanical properties such as ultra high strength and a wide elastic limit region, they do not have plastic deformation sections at room temperature, thereby limiting their application. In order to overcome the limitations of such an amorphous alloy, conventionally, a method of forming a composite material in which fine precipitates are deposited on an amorphous matrix by adding alloy elements irrelevant to amorphous formation is used.
이러한 종래 기술로, 미국특허 6623566호에 연성을 향상시키기 위해 비정질 상에 나노 입자를 분산시키는 기술이 소개되어 있으며, 미국특허 6692590호는 비정질상과 준결정상이 혼재된 구조의 기술이 소개되어 있고, 미국특허 6669793호에는 비정질 합금을 후처리하여 덴드라이트를 형성하여 소성 변형이 가능하도록 하는 기술이 소개되어 있으며, 미국특허6709536호에는 화학적 처리를 통하여 덴드라이트상과 비정질상이 혼재된 기술이 소개되어 있으며, 미국특허 6767419호에 비정질상을 코팅한 후에 일부를 나노 크기로 결정화시키는 기술이 소개되어 있다. 그러나, 상 기와 같은 종래 기술들은 비정질 기지에 연성을 가지는 입자들이 형성된 복합재 형태이거나, 혹은 비정질 형성 이후 후처리를 통해 재료에 소성 특성을 부여하는 기술들이기 때문에 시간과 공정적인 측면에서 다소 큰 비용을 유발하여 생산성이 떨어지는 문제점을 안고 있다. As such a prior art, a technique for dispersing nanoparticles in an amorphous phase is introduced in US Pat. No. 6,623,566, in order to improve ductility. US Pat. Patent 6669793 discloses a technique for post-treatment of an amorphous alloy to form dendrite to enable plastic deformation, and US Patent 6709536 introduces a technique in which a dendrite phase and an amorphous phase are mixed through chemical treatment. US Pat. No. 67,674,19 introduces a technique for crystallizing a portion to nano size after coating the amorphous phase. However, the prior arts such as the above are somewhat complicated in terms of time and process because they are in the form of a composite in which soft particles are formed in an amorphous matrix, or a technique of imparting plastic properties to a material through post-treatment after amorphous formation. Has the problem of falling productivity.
한편, 미합중국 특허 제5,803,996호, 제6,521,058호와 논문 Materials transactions JIM, Vol.32 (1991), pp.1005-1010 등에 의하면, 비정질 합금의 형성을 위한 임계 냉각속도가 십만에서 백만 K/s정도이고 과냉각 액상영역이 매우 넓어 비정질 합금을 벌크 형태로 주조 성형할 수 있기 때문에 상기 특허와 논문에 명시된 조성 Zr-Al-Cu-Ni-(Pt,Au,Co), Zr-Al-Ni-Cu-Ti 그리고 Zr-Al-TM(TM=Co,Ni,Cu)는 기능 및 구조용 재료로 활용이 가능한 것으로 알려져 있다. 그러나, 이들 합금은 1.9GPa ~2.2GPa 사이의 높은 항복강도를 갖는 반면, 상온 변형 중 연성이 확보되지 않은 단점이 있었다. 이러한 단점을 보완하기 위해서 Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 317 (2003), pp 158-163, Acta Materialia,Vol. 50 (2002), pp 1749-1759등에 제시된 것처럼 일반 순금속이나 합금분말을 용탕분무법으로 제조된 비정질 분말과 혼합해 복합제로 제조하여 소성변형구간을 갖는 경우가 있었으나, 이 또한 연성은 제한적이었다. 아울러, 원자수준의 상분리를 이용한 소성 증대 방법 또한 연구되었다. On the other hand, according to US Patent Nos. 5,803,996, 6,521,058 and the Materials Transactions JIM, Vol. 32 (1991), pp. 1005-1010, the critical cooling rate for the formation of amorphous alloys is about 100,000 to 1 million K / s. Because the supercooled liquid region is so large that it can cast and cast amorphous alloys in bulk form, the compositions Zr-Al-Cu-Ni- (Pt, Au, Co), Zr-Al-Ni-Cu-Ti specified in the above patents and thesis. In addition, Zr-Al-TM (TM = Co, Ni, Cu) is known to be used as a functional and structural material. However, these alloys have a high yield strength between 1.9 GPa and 2.2 GPa, while the ductility is not secured during deformation at room temperature. To address these shortcomings, Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 317 (2003), pp 158-163, Acta Materialia, Vol. 50 (2002), pp 1749-1759, et al., There was a case where the plastic deformation zone was limited by mixing a normal pure metal or alloy powder with amorphous powder prepared by molten spray method as a composite agent, but this also had a limited ductility. In addition, a method of increasing plasticity using atomic phase separation was also studied.
상기와 같이 1990년대부터 비정질 합금의 소성부여 또는 증대에 관한 많은 연구가 있었으나, 이들은 대부분 새로운 조성을 개발하여 인위적인 합금을 설계하거나 원자수준의 상분리 등을 이용한 것으로, 이들은 냉각속도 등의 많은 제약이 뒤따라서, 비정질 합금의 특성을 저하시키지 않으면서도, 비정질 합금에 소성을 부여할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하였다. As mentioned above, there have been many studies on the plastic grant or increase of amorphous alloys since 1990s, but most of them have developed new compositions to design artificial alloys or use atomic phase separation, which is accompanied by many limitations such as cooling rate. In addition, studies have been needed on how to give plasticity to amorphous alloys without degrading the properties of the amorphous alloys.
본 발명은 비정질 합금에 탄성정하중을 가함으로써 비정질합금에 소성을 부여하는 방법을 제공한다. The present invention provides a method for imparting plasticity to an amorphous alloy by applying an elastic crystal load to the amorphous alloy.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는, In order to solve the above technical problem, in the present invention,
비정질 합금을 준비하는 단계; 및 상기 비정질 합금에 탄성정하중을 가하는 단계;를 포함하는 비정질 합금에 소성을 부여하는 방법을 제공한다.Preparing an amorphous alloy; And applying an elastic static load to the amorphous alloy.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄성정하중은 상기 비정질 합금이 갖는 항복강도의 50 내지 90%일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the elastic static load may be 50 to 90% of the yield strength of the amorphous alloy.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비정질합금은 Cu-Zr 합금일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the amorphous alloy may be a Cu—Zr alloy.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비정질 합금에 만능시험기를 이용하여 5시간 내지 15시간 동안 탄성정하중을 가할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, an elastic static load may be applied to the amorphous alloy for 5 hours to 15 hours using a universal testing machine.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 비정질 합금에 탄성정하중을 가함으로써 인위적으로 합금 조성을 결정하지 아니하면서도 간단한 방법으로 합금의 강도를 저 하시키지 않으면서도 비정질 합금의 소성을 부여하는 것이 가능하다. As described above, according to the present invention, by applying an elastic static load to the amorphous alloy, it is possible to impart plasticity of the amorphous alloy without degrading the strength of the alloy in a simple manner without artificially determining the alloy composition.
이하, 본 발명에 따른 비정질 합금의 소성 부여 방법에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for applying plasticity of the amorphous alloy according to the present invention will be described in more detail.
합금의 소성변형시에는 다중전단띠 (multiple shear band)를 생성시킴과 동시에 이러한 전단띠들의 전파를 방해하여 소성파괴가 발생하지 않도록 하여야 하는데, 기존의 연구분야에서는 일반적으로 비정질 합금의 소성을 증대시키기 위해서, 소성구간에서 이러한 다중전단띠를 많이 생성시키는 합금을 개발하기 위해 노력한 것에 비해, 본 발명은 이와 달리, 비정질합금에 탄성정하중을 가함으로써, 비정질 합금에 비가역적인 탄성거동이 일어나도록 하고, 그에 따라 비정질 합금에 국부적 변형이 일어나도록 하는 방법에 관한 것이다. 다시 말해, 탄성정하중을 가하여 자유부피분율을 증가시킴으로써 비정질 합금에 소성을 부여하는 방법에 관한 것이다.When plastic deformation of alloys, multiple shear bands should be generated and at the same time, the plastic bands should be prevented from interfering with the propagation of these shear bands. In contrast, the present invention, in contrast to the efforts to develop an alloy that generates a large number of such multi-shear bands in the plastic section, by applying an elastic static load to the amorphous alloy, thereby causing an irreversible elastic behavior to the amorphous alloy, Therefore, the present invention relates to a method for causing local deformation of an amorphous alloy. In other words, the present invention relates to a method of imparting plasticity to an amorphous alloy by applying an elastic static load to increase the free volume fraction.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 본 발명에서 사용되는 용어에 대해서 먼저 설명하기로 한다.In addition, prior to describing in detail the preferred embodiments of the present invention will be described the terms used in the present invention.
탄성 (elasticity)은 외력이 작용하여 생긴 변형이 그 외력을 제거하면 본래의 상태로 되는 물체의 성질을 말한다. 이에 비해, 소성 (plasticity)은 재료를 탄성한도를 넘어서 변형시키면 마치 점성이 큰 유체와 같은 성질을 나타내며 또 재료에서 훅의 법칙이 성립하지 않는데, 이와 같은 성질을 소성이라고 한다. 즉, 이 경우에는 힘을 제거해도 변형을 본래대로 회복되지 않고 영구변형으로 남는다.Elasticity refers to the property of an object that is deformed by deformation caused by external force. In contrast, plasticity is a material with a high viscosity when the material is deformed beyond the elastic limit, and the law of hook does not hold in the material. Such a property is called plasticity. In this case, even if the force is removed, the deformation is not restored to its original state and remains as permanent deformation.
본 발명에 있어서, 탄성정하중 (elastostatic loading)은 본래 합금이 갖는 항복강도보다 낮은 크기의 정하중 (static loading), 즉 합금의 항복이 일어나지 않는, 탄성구간에 해당하는 하중을 의미한다. 다시 말하면, 본래 합금이 갖는 항복강도 이하의 응력에서 일정 시간 동안(예를 들면, 약 1시간 동안) 일정한 응력(또는 하중)을 가하는 것을 의미한다. 기존의 동적 압축은 일정한 연신율(strain rate), 즉 일정 시간 동안 똑같은 변형일 일어날 수 있도록 하는 것이다. 이와 비교하여, 정하중은 하중이 일정하다는 의미로, 이 때 가해진 응력의 크기가 탄성 구간 내에서의 응력의 크기이기 때문에 '탄성정하중'이라고 불린다. In the present invention, the elastic static loading (elastostatic loading) means a static load of a magnitude lower than the yield strength of the original alloy, that is, a load corresponding to the elastic section, the yield of the alloy does not occur. In other words, it means applying a constant stress (or load) for a predetermined time (for example, about 1 hour) at a stress below the yield strength of the original alloy. Conventional dynamic compression is such that a constant strain rate, i.e., the same deformation can occur over time. In comparison, the static load means that the load is constant, and is called 'elastic static load' because the magnitude of the stress applied at this time is the magnitude of the stress in the elastic section.
또한, 상기 항복강도 (yield strength)는 탄성 변형이 일어나는 한계 응력을 의미하는 것으로, 하중을 받아 탄성 변형이 발생한 재료가 원상태로 복구할 수 있는 한계점을 의미한다.In addition, the yield strength (yield strength) refers to the limit stress that the elastic deformation occurs, it means a limit that can be restored to the original state of the material under the elastic deformation under load.
여기서, 정하중은 물체 위에 정지된 추와 같이 움직이지 않거나, 매우 느리게 움직여 물체에 대해서 정하중과 같은 작용을 하는 것을 뜻한다. 예를 들어, 재료시험기에 의한 인장시험도 한 예이다.Here, the static load means that the static load does not move like a stationary weight on the object, or moves very slowly to act as a static load on the object. For example, a tensile test by a material tester is one example.
또한, 상기 탄성정하중은 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 비정질 합금이 갖는 항복강도의 50 내지 90%일 수 있으며, 탄성정하중의 크기가 증가할 수록 소성은 더 많이 증가한다. In addition, the elastic static load is not limited thereto, but may be 50 to 90% of the yield strength of the amorphous alloy, and the plasticity increases as the size of the elastic static load increases.
비정질 합금에 상기 합금의 항복강도 이하의 응력을 일정 시간 동안 가해주면, 합금이 영구적으로 변형되는 성질-소성-이 있다. 본 발명은 비정질 합금의 조성에 상관없이 기계적인 방법으로 소성을 증가시킬 수 있다.When the amorphous alloy is subjected to a stress below the yield strength of the alloy for a certain time, there is a property of plastic deformation-plasticity-permanently. The present invention can increase the plasticity in a mechanical manner regardless of the composition of the amorphous alloy.
상기 비정질합금은 종래 기술분야에 널리 알려져 있는 비정질 합금이라면 크게 제한되지 하나, 바람직하게는 Cu-Zr과 같은 구리계 합금, 더욱 바람직하게는 Cu65Zr35 2원계 합금인 것이 바람직하다. The amorphous alloy is not particularly limited as long as it is an amorphous alloy well known in the art, but preferably a copper alloy such as Cu—Zr, and more preferably a Cu 65 Zr 35 binary alloy.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 비정질 합금에 탄성정하중을 가하는 방법에는 탄성전단응력 (elastic shear stress)을 가할 수 있는 방법이라면 크게 제한은 없으나, 만능시험기, ECAP (equal channel angular pressing), 롤링 및 그 외 다양한 강소성 가공 (severe plastic deformation processing) 등의 방법이 있다.In addition, in the present invention, the method of applying an elastic static load to the amorphous alloy is not particularly limited as long as it is a method capable of applying an elastic shear stress, universal testing machine, ECAP (equal channel angular pressing), rolling and its There are many other methods such as severe plastic deformation processing.
상기 탄성구간은 완전탄성, 의탄성, 점탄성으로 구성되어 있으며, 완전탄성,의탄성 이후의 비가역적인 영구변형을 일으키는 점탄성 거동이 나타나는 시간 이상으로 정하중을 가하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 완전탄성은 순간적으로 나타나고, 의탄성은 약 4~5시간 정도 지속되며, 그 이후에 점탄성 거동이 일어난다. The elastic section is composed of completely elastic, pseudo-elastic, viscoelastic, it is preferable to apply a static load more than the time when the viscoelastic behavior causing the irreversible permanent deformation after the complete elastic, elasticity. In general, full elasticity occurs momentarily, elasticity lasts about 4-5 hours, after which viscoelastic behavior occurs.
일 예로, 만능시험기를 이용하여 탄성정하중을 가하는 경우, 5 내지 15시간 동안 가하는 것이 바람직하다. 5시간 미만으로 가하면 소성이 부여되지 아니하고 취성이 그대로 유지되며, 12시간 초과하여 정하중을 가하면 증가되는 소성량이 어느 값에 수렴하게 된다. 따라서, 12시간 이상 탄성정하중을 가하는 것은 효율적이지 못하다. For example, when the elastic static load is applied using a universal testing machine, it is preferably added for 5 to 15 hours. If the amount is less than 5 hours, no calcination is given and brittleness is maintained. If the static load is applied for more than 12 hours, the amount of calcination is increased to a certain value. Therefore, applying an elastic static load for more than 12 hours is not efficient.
상술한 비정질 합금에 탄성정하중을 가하는 방법에 있어서, 당해 기술분야의 통상적인 범위 내에서 일부의 생략이나 부가를 할 수 있다.In the method of applying the elastic crystal load to the above-mentioned amorphous alloy, some omission or addition can be made within a conventional range in the art.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 예시하기로 하되, 본 발명의 보호범위가 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be illustrated by the following examples, but the protection scope of the present invention is not limited only to the following examples.
실시예 1 : 본 발명에 따른 비정질 합금의 소성 증대Example 1 Plasticity Enhancement of Amorphous Alloy According to the Present Invention
(1) Cu(99.99%)와 Zr(99.7%)의 금속원소를 시편의 화학조성에 맞도록 계량한 후 고순도 아르곤(99.9999%) 분위기에서 아크용해하여 잉곳을 제조하였다. 이후 구성성분들이 균일하게 혼합될 수 있도록 여러 차례 재용해한 후 구리몰드에 흡입주조하여 봉상시편(l 30 mm ㅧ Φ 1 mm)을 제작하였다. (1) Cu (99.99%) and Zr (99.7%) metal elements were weighed to suit the chemical composition of the specimen and arc-melted in high purity argon (99.9999%) atmosphere to prepare ingots. Thereafter, the components were re-dissolved several times so that the components could be uniformly mixed, and suction casting was performed on a copper mold to prepare a rod-shaped specimen ( l 30 mm ㅧ Φ 1 mm).
도 1은 Cu-Zr 합금의 조성에 따른 Cu-Zr 2원계 합금의 조성에 따른 원자충진율, 항복강도 및 소성의 변화를 나타낸 결과이다. 이 결과로부터 알 수 있듯이 합금의 원자충진율이 조성에 따라 변화하며, 높은 원자충진율을 갖는 합금일수록 상 대적으로 높은 항복강도와 낮은 소성을 갖는다는 것을 확인할 수 있었다. 조성 범위 중에서 원자충진율이 가장 큰 Cu65Zr35 합금은 가장 낮은 압축소성변형율(0%)을 나타내고 있음을 알 수 있다.1 is according to the composition of the Cu-Zr alloy The results show the change of atomic filling rate, yield strength and plasticity according to the composition of Cu-Zr binary alloy. As can be seen from this result, the atomic charge rate of the alloy is changed according to the composition, it was confirmed that the alloy having a high atomic charge rate has a relatively high yield strength and low plasticity. It can be seen that the Cu 65 Zr 35 alloy having the largest atomic filling rate in the composition range shows the lowest compressive plastic strain (0%).
이후 상기 합금의 소성 증대를 위해 상기 봉상시편을 높이와 지름의 비가 2:1이 되도록 가공하였다. 가공된 시편은 만능시험기를 이용하여 상온에서 12시간 동안 정하중을 가하였다. 이 때 가해준 응력의 크기는 주조상태의 Cu65Zr35 합금이 갖는 항복강도(σ y , ~2.3 GPa)의 50~90% 범위로, 각각 50%, 60%, 70%, 80% 및 90%를 각각 가하였다 (S1, S2, S3, S4, 및 S5 ). Thereafter, the rod-shaped specimen was processed to have a height and diameter ratio of 2: 1 in order to increase plasticity of the alloy. The processed specimen was subjected to static load for 12 hours at room temperature using a universal testing machine. The amount of stress applied at this time is the yield strength of the Cu 65 Zr 35 alloy in the cast state (σ y , 50%, 60%, 70%, 80% and 90% were added (S 1 , S 2 , S 3 , S 4 , and S 5 ) , respectively, in the range 50-90% of ˜2.3 GPa ).
상기와 같이 서로 다른 정하중을 가한 시편의 응력-변형거동을 확인하기 위하여 상온에서 10-4 s-1 변형속도로 일축압축시험을 수행하였다. The uniaxial compression test was performed at 10 -4 s -1 strain rate at room temperature to confirm the stress-strain behavior of the specimens with different static loads as described above.
도 2는 주조상태의 시편과 서로 다른 크기의 정하중을 가해준 Cu65Zr35 시편에 대한 공칭 응력-변형 곡선을 비교한 결과이다. 상기 그래프에서 알 수 있듯이, 가해준 정하중의 크기가 증가할수록 시편의 항복강도는 2.2 GPa에서 1.6 GPa로 감소하였으며, 이와 반대로 소성변형량의 크기는 0%에서 5.2%로 증가하였다. FIG. 2 is a comparison of the nominal stress-strain curves for a cast specimen and a Cu 65 Zr 35 specimen subjected to static loading of different sizes. As can be seen from the graph, the yield strength of the specimen decreased from 2.2 GPa to 1.6 GPa as the applied static load increased, whereas the plastic deformation increased from 0% to 5.2%.
(2) 또한, 상기 각각의 정하중을 가한 시편들의 영률을 나노인덴테이션(Nanoindentater-IIㄾ, Berkovitch indenter)을 이용하여 일정한 하중속도(100 mN/min)하에서 측정하였다. (2) In addition, the Young's modulus of the specimens subjected to each static load was measured under a constant loading speed (100 mN / min) using nanoindentation (Nanoindentater-II ㄾ , Berkovitch indenter).
도 3에 나타난 바와 같이, 가해준 정하중의 크기가 증가할수록 시편의 영률은낮아졌으며, S5가 가장 낮은 것으로 나타났다. 이는 합금에 가해준 탄성정하중이 비정질 합금의 구조를 비가역적으로 변화시킴을 의미한다. As shown in FIG. 3, the Young's modulus of the specimen decreased as the size of the applied static load increased, and S 5 was the lowest. This means that the elastic static load applied to the alloy irreversibly changes the structure of the amorphous alloy.
(3) 비정질 합금의 소성은 전단띠의 생성으로 나타나며, 전단띠는 자유부피 또는 나노결정과 같이 합금 내에 존재하는 구조적인 불균질에서 우선적으로 생성된다고 알려져 있으므로, 비정질 합금의 소성은 합금 내에 존재하는 자유부피의 분율과 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져있다. 이에, 상기 비정질 합금에 인가된 탄성정하중의 크기에 따른 합금의 특성 변화를 합금의 자유부피의 분율과 비교하였다. (3) Firing of amorphous alloys results from the generation of shear bands, which are known to be preferentially produced from structural heterogeneities present in the alloy, such as free volume or nanocrystals, so that firing of amorphous alloys is present in the alloy. It is known to be closely related to the fraction of free volume. Therefore, the change of the characteristics of the alloy according to the magnitude of the elastic static load applied to the amorphous alloy was compared with the fraction of the free volume of the alloy.
DSC를 이용한 상대적인 자유부피의 분율을 측정하는 기술을 이용하여, 상기 제조한 합금들의 상대적 자유부피를 측정하였다. 상기 방법은 비정질 합금을 유리전이온도 이하로 가열할 때 발생하는 구조완화 또는 자유부피의 소멸에 따른 방출열량이 합금이 갖는 자유부피의 양과 비례한다는 사실에 근거를 둔 방법으로, 상기 서로 다른 탄성정하중을 가한 각각의 시편들의 상대적인 자유부피의 분율을 시차주사열량계(DSC, Perkin-Elmer DSC 7)를 이용하여 측정하였다.The relative free volume of the prepared alloys was measured using a technique for measuring the fraction of relative free volume using DSC. The method is based on the fact that the amount of heat released due to structural relaxation or free volume disappearance when heating an amorphous alloy below the glass transition temperature is proportional to the amount of free volume of the alloy. The fraction of relative free volume of each specimen was measured using a differential scanning calorimeter (DSC, Perkin-Elmer DSC 7).
도 4(a)는 주조상태의 시편(S0)과 정하중을 가한 시편들로부터 기록한 DSC 열분석곡선이다. 상기 열분석 곡선으로부터 각각의 시편들이 갖는 상대 자유부피의 분율을 측정하기 위하여, 상대적인 자유부피의 양, 즉, 구조완화에 관련된 발열 량으로 비교하기 위하여 유리전이온도 부근을 확대하여 도 4(b)에 나타내었다. Figure 4 (a) is a DSC thermal analysis curve recorded from the specimen (S 0 ) in the cast state and the specimen subjected to the static load. In order to measure the fraction of the relative free volume of each specimen from the thermal analysis curve, the vicinity of the glass transition temperature is enlarged to compare the relative free volume, that is, the calorific value associated with the relaxation of structure. Shown in
도 4(b)에서 알 수 있듯이, 정하중을 가한 시편의 발열량은 주조상태 (S0)의 시편에 비해 더 큰 값을 가지며, 그 크기는 정하중의 크기가 커질수록 증가하는 것을 확인하였다. 이는 비정질 합금에 가해준 탄성정하중이 잉여자유부피를 생성시키며, 그 생성양은 가해준 정하중의 크기에 비례함을 나타낸 것이다. As can be seen in Figure 4 (b), the calorific value of the specimen subjected to the static load has a larger value than the specimen in the casting state (S 0 ), it was confirmed that the size increases as the size of the static load increases. This indicates that the elastic static load applied to the amorphous alloy generates surplus oil volume, and the amount produced is proportional to the magnitude of the static load applied.
따라서, 탄성정하중을 인가한 합금이 높은 소성을 보이는 것은 합금 내에 잉여자유부피가 생성되었고, 비정질 합금에 잉여자유부피가 생성되면 합금내의 평균 원자간 거리가 증가하고 이 결과 원자간 결합력이 작아지게 되므로, 탄성정하중을 장시간 가한 비정질 합금이 낮은 항복강도, 영률 및 경도값을 보이는 이유는 잉여자유부피의 생성에 따라 합금의 원자간 거리가 늘어났기 때문으로 나타났다. Therefore, the high plasticity of the alloy to which the elastic static load is applied results in the formation of surplus flow volume in the alloy, and the formation of surplus flow volume in the amorphous alloy increases the average interatomic distance in the alloy and consequently decreases the interatomic bonding force. The low yield strength, Young's modulus and hardness values of the amorphous alloys subjected to the elastic static load for a long time were attributed to the increase of the interatomic distance of the alloys with the formation of the excess oil volume.
(4) 탄성정하중에 의한 탄성변형 중 어떠한 변형성분이 비가역적 구조변화를 일으켰는지 확인하기 위하여 정하중 하에서의 비정질 합금의 변형거동을 시간에 대하여 나타내었다. (4) The deformation behavior of amorphous alloys under static loads is shown with respect to time to identify which deformation component causes the irreversible structural change.
도 5는 주조상태의 Cu65Zr35 비정질 합금에 항복강도의 90%에 해당하는 정하중을 상온에서 가한 후 다시 응력을 제거하는 동안 시간에 따른 변형이력을 나타낸 그래프이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 비정질 합금의 탄성변형은 각각 완전탄성(
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and variations can be made.
도 1은 Cu-Zr 2원계 합금의 조성에 따른 원자충진율 (Atomic packing density), 항복강도 및 소성의 변화를 나타낸 그래프이다. 1 is a graph showing changes in atomic packing density, yield strength and plasticity according to the composition of a Cu—Zr binary alloy.
도 2는 주조 상태의 Cu65Zr35 시편과 서로 다른 크기의 정하중을 가해준 시편에 대한 공칭 응력-변형 곡선을 비교하여 나타낸 그래프이다.FIG. 2 is a graph comparing nominal stress-strain curves for Cu 65 Zr 35 specimens in a cast state and specimens subjected to static loads of different sizes.
도 3은 주조상태의 Cu65Zr35 시편과 서로 다른 크기의 정하중을 가해준 시편에 대한 영률을 비교하여 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing a comparison of Young's modulus for a Cu 65 Zr 35 specimen in a cast state and a specimen to which static loads of different sizes are applied.
도 4(a)는 주조상태의 Cu65Zr35 시편과 서로 다른 크기의 정하중을 가한 시편으로부터 기록한 열분석곡선을 나타낸 그래프이며, 도 4(b)는 도 4(a)의 유리전이온도부근을 확대한 그래프이다.FIG. 4 (a) is a graph showing a thermal analysis curve recorded from a Cu 65 Zr 35 specimen in a cast state and a specimen to which static loads of different sizes are applied. FIG. 4 (b) shows the vicinity of the glass transition temperature in FIG. 4 (a). This is an enlarged graph.
도 5(a)는 주조상태의 Cu65Zr35 비정질 합금에 항복강도의 90%에 해당하는 정하중을 상온에서 가한 후 다시 응력을 제거하는 동안 시간에 따른 변형이력을 나타낸 그래프이고, 도 5(b)는 일부를 확대한 그래프이다.Figure 5 (a) is a graph showing the deformation history over time while applying a static load corresponding to 90% of the yield strength at room temperature to the Cu 65 Zr 35 amorphous alloy in the cast state, while removing the stress again, Figure 5 (b ) Is an enlarged graph.
Claims (4)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080035383A KR20090109918A (en) | 2008-04-16 | 2008-04-16 | Method for Rendering Plasticity to Amorphous alloy |
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| KR1020080035383A KR20090109918A (en) | 2008-04-16 | 2008-04-16 | Method for Rendering Plasticity to Amorphous alloy |
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| KR20090109918A true KR20090109918A (en) | 2009-10-21 |
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| KR1020080035383A KR20090109918A (en) | 2008-04-16 | 2008-04-16 | Method for Rendering Plasticity to Amorphous alloy |
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| KR (1) | KR20090109918A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101967552A (en) * | 2010-10-11 | 2011-02-09 | 清华大学 | Post-processing method for improving plasticity of amorphous alloy by using cyclic load |
| KR101142232B1 (en) * | 2011-11-23 | 2012-05-07 | 정호룡 | Cutting hood apparatus for dehydrating processing system |
| KR20150132793A (en) * | 2014-05-16 | 2015-11-26 | 한국생산기술연구원 | Method of plastic deformation in metallic amorphous alloy at room temperature |
-
2008
- 2008-04-16 KR KR1020080035383A patent/KR20090109918A/en not_active Application Discontinuation
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| KR101142232B1 (en) * | 2011-11-23 | 2012-05-07 | 정호룡 | Cutting hood apparatus for dehydrating processing system |
| KR20150132793A (en) * | 2014-05-16 | 2015-11-26 | 한국생산기술연구원 | Method of plastic deformation in metallic amorphous alloy at room temperature |
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