KR20140102846A - Shape-memory alloy having excellent cold workability - Google Patents

Shape-memory alloy having excellent cold workability Download PDF

Info

Publication number
KR20140102846A
KR20140102846A KR1020130016221A KR20130016221A KR20140102846A KR 20140102846 A KR20140102846 A KR 20140102846A KR 1020130016221 A KR1020130016221 A KR 1020130016221A KR 20130016221 A KR20130016221 A KR 20130016221A KR 20140102846 A KR20140102846 A KR 20140102846A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sample
shape memory
memory alloy
shape
cold workability
Prior art date
Application number
KR1020130016221A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박현균
Original Assignee
한국산업기술대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국산업기술대학교산학협력단 filed Critical 한국산업기술대학교산학협력단
Priority to KR1020130016221A priority Critical patent/KR20140102846A/en
Publication of KR20140102846A publication Critical patent/KR20140102846A/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • C22C9/05Alloys based on copper with manganese as the next major constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C2202/00Physical properties

Abstract

The present invention relates to a shape-memory alloy having excellent cold workability. In particular, the shape-memory alloy has more excellent cold workability and requires lower production cost compared to the existing shape-memory alloy. The shape-memory alloy of the present invention includes: 81-82.5 wt% of copper, 7.5-8.5 wt% of aluminum, and 9-11 wt% of manganese. According to the present invention, the shape-memory alloy has significantly increased cold workability compared to the prior shape-memory alloy such as nitinol commonly used in the past. Therefore, the shape-memory alloy: can be used for manufacturing a product having a micro cross section shape such as a microtube, a thin plate, or a microwire; has significantly increased applicability; and thus has marketability.

Description

냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금 {Shape-memory alloy having excellent cold workability}[0001] Shape-memory alloy having excellent cold workability [0002]

본 발명은 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금에 관한 것이다. 보다 상세하게는 종래의 형상 기억 합금 대비 냉간 가공성이 우수함과 동시에 제조 비용이 저렴한 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금에 관한 것이다.The present invention relates to a shape memory alloy excellent in cold workability. More particularly, the present invention relates to a shape memory alloy excellent in cold workability as compared with a conventional shape memory alloy and excellent in cold workability with low manufacturing cost.

일반적으로 형상 기억 합금은 형상기억효과와 초탄성 이라는 두 가지 독특한 특성을 가지고 있어 다양한 분야에서 기능성 재료로서 폭넓게 활용되고 있다.In general, shape memory alloys have two unique characteristics of shape memory effect and super elasticity and are widely used as functional materials in various fields.

여기에서, 형상 기억 효과란 저온상인 마르텐 사이트 상태에서 변형을 가한 후 변태 온도 이상으로 가열하면 변태 전의 고온상의 형태로 되돌아가는 즉 고온상의 형상을 기억하는 특성을 의미하고, 초탄성이란 Af 온도(오스테나이트 변태완료온도) 내지 Af + 30°C 온도 영역까지 탄성 변형량이 기존 금속과 비교하여 월등히 높은 특성을 의미하며, 상기와 같은 형상기억효과 및 초탄성 모두 전단변태인 마르텐 사이트 변태에서 기인되는 공통점을 가지고 있다.Here, the shape memory effect refers to a property of storing a shape of a high temperature phase which is returned to a shape of a high temperature before the transformation if the molding is heated to a transformation temperature after applying a deformation in a low temperature martensitic state, To the temperature range of Af + 30 ° C from the knit transformation completion temperature) to the temperature range of the existing metal, and the above-mentioned shape memory effect and superelasticity are common features resulting from the martensitic transformation, Have.

종래에 폭넓게 연구되거나 상품화되어 있는 형상 기억 합금으로는 니켈-티나늄(Ni-Ti)계(니티놀), 구리-알루미늄-니켈(Cu-Al-Ni)계, 및 구리-알루미늄-아연(Cu-Al-Zn)계 형상 기억 합금 등이 존재하며, 이 중 니켈-티타늄계 형상 기억 합금의 경우 형상 기억능이나 초탄성 특성이 우수하여 공학 분야나 생체재료로서 폭넓게 활용되고 있으나 변태온도가 낮고 냉간가공이 어려울 뿐 아니라 가격이 고가인 문제점이 있었으며, 구리-알루미늄-니켈계 형상 기억 합금 및 구리-알루미늄-아연계 형상 기억 합금의 경우에도 가공이 용이하지 못한 문제점이 있었다.Examples of shape memory alloys that have been extensively studied or commercialized in the past include nickel-titanium (Ni-Ti) alloys, copper-aluminum-nickel alloys, and copper- Al-Zn) shape memory alloys. Among them, nickel-titanium type shape memory alloys are widely used as engineering fields and biomaterials because of their excellent shape memory ability and super elastic properties. However, And it is also difficult to process the copper-aluminum-nickel type shape memory alloy and the copper-aluminum-zinc type shape memory alloy.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 종래의 형상 기억 합금에 비해 제조 비용이 저렴하고 냉간 가공성이 우수하며 80% 이상의 형상 회복율 및 5% 이상의 초탄성 특성을 갖는 구리-알루미늄-망간(Cu-Al-Mn)계 소재의 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention has been made to solve the above-mentioned problems and it is an object of the present invention to provide a copper-aluminum-manganese alloy having a low manufacturing cost, excellent cold workability, shape recovery ratio of 80% Cu-Al-Mn) based material having excellent cold workability.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금은 구리, 알루미늄, 및 망간을 포함하는 형상 기억 합금에 있어서, 구리 81 내지 82.5 중량비, 알루미늄 7.5 내지 8.5 중량비, 및 망간 9 내지 11 중량비를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a shape memory alloy having excellent cold workability in a shape memory alloy including copper, aluminum, and manganese, wherein the shape memory alloy contains copper at a weight ratio of 81 to 82.5, And manganese in a weight ratio of 9 to 11.

또한, 상기 구리는 무산소동, 상기 알루미늄은 순알루미늄, 및 상기 망간은 전해망간일 수 있다.The copper may be oxygen free copper, the aluminum may be pure aluminum, and the manganese may be electrolytic manganese.

본 발명에 의하면 종래에 주로 사용되던 니티놀 등의 형상 기억 합금 소재와 비교시에 냉간 가공성이 크게 개선되어 마이크로 튜브, 박판, 또는 세선 등의 미세 단면 형상을 갖는 제품 제작이 가능하므로 활용도가 크게 향상되고 이에 따른 시장성을 담보할 수 있는 효과를 갖는다.According to the present invention, compared with the shape memory alloy material such as Nitinol, which has been conventionally used, the cold workability is greatly improved, and it is possible to manufacture a product having a micro sectional shape such as microtube, thin plate, And thus has an effect of securing the marketability.

또한, 종래에 주로 사용되던 니티놀 등의 형상 기억 합금 소재와 비교시에 저비용으로 제조가 가능하므로 경제성을 담보할 수 있는 효과를 갖는다.In addition, since it can be manufactured at low cost in comparison with a conventional shape memory alloy material such as Nitinol, it has an effect of securing economical efficiency.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금 제조 방법에 대한 참고도,
도 5 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 냉간 가공성 테스트에 대한 참고도,
도 10 및 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상기억 합금의 형상기억능 테스트에 대한 참고도,
도 12 내지 도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 미세조직 분석 결과에 대한 참고도,
도 15 내지 도 17은 엑스선 형광 분석기(XRD)에 의한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 상 분석 결과에 대한 참고도,
도 18 내지 도 26은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금에 대한 열처리에 따른 형상 기억능 테스트에 대한 참고도,
도 27은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 가공 방향에 따른 형상 기억능 테스트에 대한 참고도,
도 28은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 한계 변형율 테스트에 대한 참고 그래프,
도 29 내지 도 32은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 초탄성 특성 테스트 결과에 대한 참고 그래프,
도 33은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 시차 주사 열량측정법(DSC)에 의한 측정 결과에 대한 참고 그래프, 및
도 34는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 인장 테스트 결과에 대한 그래프이다.
1 to 4 are views for a method of manufacturing a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention,
5 to 9 are reference views for a cold workability test of a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention,
10 and 11 are reference views for a shape memory ability test of a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention,
12 to 14 are reference views of microstructure analysis results of a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention,
FIGS. 15 to 17 are reference views of phase analysis results of a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention by an X-ray fluorescence analyzer (XRD)
18 to 26 are reference views for a shape memory capability test according to a heat treatment for a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention,
FIG. 27 is a reference view for a shape memory ability test according to a processing direction of a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention; FIG.
28 is a reference graph for a critical strain test of a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention,
29 to 32 are graphs showing the result of a superelasticity property test of a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention,
33 is a reference graph for measurement results of differential scanning calorimetry (DSC) of a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention, and
34 is a graph showing a tensile test result of a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. Further, the preferred embodiments of the present invention will be described below, but it is needless to say that the technical idea of the present invention is not limited thereto and can be practiced by those skilled in the art.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금 제조 방법에 대한 참고도이다.1 to 4 are reference views for a method of manufacturing a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention.

이때, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 경우 구리 81 내지 82.5 중량비, 알루미늄 7.5 내지 8.5 중량비, 및 망간 9 내지 11 중량비를 포함하며, 상기 구리는 무산소동, 상기 알루미늄은 순알루미늄, 및 상기 망간은 전해망간일 수 있다.In this case, the shape memory alloy having excellent cold workability according to a preferred embodiment of the present invention includes copper of 81 to 82.5 weight ratio, aluminum of 7.5 to 8.5 weight ratio, and manganese of 9 to 11 weight ratio, the copper being oxygen free copper, Pure aluminum, and the manganese may be electrolytic manganese.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금 제조 방법의 경우 도 1의 (A)에 도시된 알루미나 도가니에 원소별 융점을 고려하여 망간(Mn), 구리(Cu), 및 알루미늄(Al) 순서로 장입한 후 1300°C 까지 가열하여 용해시키고, 용탕을 도 1의 (B)에 도시된 흑연 몰드에 주입하는 방식으로 판상 형상기억 합금을 제조할 수 있다.In the case of the shape memory alloy manufacturing method excellent in cold workability according to the preferred embodiment of the present invention, manganese (Mn), copper (Cu), and And then heated to 1300 ° C to dissolve them in the order of aluminum (Al), and the molten metal is injected into the graphite mold shown in FIG. 1 (B).

또한, 균일화처리를 위하여 900°C에서 6시간동안 유지 후 노냉한 후 그라인드 처리하여 표면의 요철 등이 제거된 도 2에 도시된 잉곳(ingot) 형태의 형상기억 합금을 제조할 수 있게 된다.In addition, for the homogenization treatment, it is possible to manufacture an ingot-shaped shape memory alloy shown in FIG. 2 in which unevenness of the surface is removed by grinding after being maintained at 900 ° C for 6 hours.

또한, 잉곳 형태의 형상기억 합금을 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 열간 압연으로 길이 20mm, 너비 15mm, 및 두께 3mm의 시편으로 가공 후 전기로에서 900°C로 4시간 유지 후 공냉을 실시하여 소둔 처리하고 폴리싱으로 표면의 얇은 산화층을 제거할 수 있다.3 and 4, the ingot-shaped shape memory alloy was hot-rolled into specimens having a length of 20 mm, a width of 15 mm, and a thickness of 3 mm, maintained at 900 ° C for 4 hours in an electric furnace, Annealing treatment and polishing can remove the thin oxide layer on the surface.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 특성에 대해 다양한 방식의 특성 테스트를 통해 보다 상세하게 설명하도록 하며, 앞서 설명한 바와 같이 구리 81 내지 82.5 중량비, 알루미늄 7.5 내지 8.5 중량비, 및 망간 9 내지 11 중량비를 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 특성 테스트를 위하여 상기와 같은 구리, 알루미늄, 및 망간의 중량비 범위 내에서 5종류의 구리, 알루미늄, 및 망간 중량비를 갖는 형상기억 합금을 제조하였으며 이를 아래의 표 1과 같이 나타낼 수 있다.The characteristics of the shape memory alloy excellent in cold workability according to the preferred embodiment of the present invention will be described in more detail through various characteristic tests. As described above, the shape memory alloy has a copper weight ratio of 81 to 82.5, Aluminum, and manganese in the weight ratio of copper, aluminum, and manganese to the characteristics of the shape memory alloy excellent in cold workability according to the preferred embodiment of the present invention, And manganese weight ratios were prepared as shown in Table 1 below.

Sample NumberSample Number Sample 1Sample 1 Sample 2Sample 2 Sample 3Sample 3 Sample 4Sample 4 Sample 5Sample 5 Cu(wt%)Cu (wt%) 82.582.5 82.082.0 81.581.5 83.083.0 81.081.0 Al(wt%)Al (wt%) 7.57.5 8.08.0 8.58.5 8.08.0 8.08.0 Mn(wt%)Mn (wt%) 10.010.0 10.010.0 10.010.0 9.09.0 11.011.0

도 5 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 냉간 가공성 테스트에 대한 참고도이다.5 to 9 are reference views for a cold workability test of a shape memory alloy having excellent cold workability according to a preferred embodiment of the present invention.

여기에서, 냉간 가공성 테스트의 경우 앞서 설명한 바와 같이 열간 압연으로 3mm 까지 압연한 시편을 이용하여 냉간 압연을 압하량 0.5 mm 단위로 단계적으로 실시하면서 가장 자리에 균열이 발생하는지 관찰하는 방식으로 수행하였으며, 냉간가공성 평가의 경우 시편에 크랙이 발생하는 순간의 두께를 측정하는 방식으로 이루어졌는데 이를 보다 상세하게 설명하면 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.In the cold workability test, as described above, cold rolling was performed in a step of 0.5 mm increments using a specimen rolled up to 3 mm by hot rolling, and cracks were observed at the edge. In the case of the cold workability evaluation, the thickness of the specimen at the moment of occurrence of the crack is measured, and it can be expressed in more detail as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기에서, t0는 초기 두께를 의미하고 t1는 시편의 최종 두께를 의미한다.Where t 0 is the initial thickness and t 1 is the final thickness of the specimen.

또한, 도 5는 Sample 1에 대한 냉간 가공성 테스트 참고도, 도 6은 Sample 2에 대한 냉간 가공성 테스트 참고도, 도 7은 Sample 3에 대한 냉간 가공성 테스트참고도, 도 8은 Sample 4에 대한 냉간 가공성 테스트 참고도, 및 도 9는 Sample 5에 대한 냉간 가공성 테스트에 대한 참고도이며, Sample 1 내지 Sample 5에 대한 냉간 가공성 테스트 결과의 경우 아래의 표 2와 같이 나타난다.6 is a reference chart of a cold workability test for Sample 2, FIG. 7 is a reference chart of a cold workability test for Sample 3, and FIG. 8 is a chart for a cold workability test for Sample 4 9 is a reference diagram for the cold workability test for Sample 5, and the results of the cold workability test for Sample 1 to Sample 5 are shown in Table 2 below.

Sample 1Sample 1 Sample 2Sample 2 Sample 3Sample 3 Sample 4Sample 4 Sample 5Sample 5 냉간가공성(%)Cold workability (%) 9090 6666 3333 6666 6666

상기와 같은 Sample 1 내지 Sample 5에 대한 냉간 가공성 테스트 결과에 대해 도 5 내지 도 9를 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.The results of the cold workability test for Samples 1 to 5 will be described in more detail with reference to FIGS. 5 to 9. FIG.

도 5에 도시된 Sample 1의 경우 다른 시편들보다 높은 냉간 가공도를 나타내고 있는데(다시 말해서, 최종 두께 0.3mm까지 압연을 진행하였을 때도 시편에 크랙이 발생하지 않았음), 이는 Sample 1의 경우 7.5%(wt%)의 알루미늄을 첨가하여 Sample 1 내지 Sample 5중 알루미늄의 첨가 비율이 가장 낮은 것에 기인한 것을 확인할 수 있다.Sample 1 shown in FIG. 5 exhibited a higher degree of cold working than other specimens (ie, no cracks occurred in the specimen when rolling to a final thickness of 0.3 mm), which was 7.5 in Sample 1 % (wt.%) of aluminum was added to the sample, and it was confirmed that the addition ratio of aluminum in Sample 1 to Sample 5 was the lowest.

도 6에 도시된 Sample 2의 경우 냉간 가공도가 Sample 1에 비해 좋지 못한데(다시 말해서, 1.0mm의 두께에서 크랙이 발생함), 이는 Sample 2의 알루미늄 함량이 8%(wt%)로 Sample 1보다 많은 알루미늄 함량을 가지고 있기 때문인 것을 확인할 수 있다.The sample 2 shown in FIG. 6 had a poor degree of cold working than the sample 1 (that is, cracking occurred at a thickness of 1.0 mm), indicating that Sample 2 had an aluminum content of 8% (wt% It can be confirmed that it has more aluminum content.

도 7에 도시된 Sample 3의 경우 냉간 가공도가 Sample 1 및 Sample 2에 비해 좋지 못한데(다시 말해서, 2.0mm의 두께에서 크랙이 발생함), 이는 Sample 3의 알루미늄 함량이 8.5%(wt%)로 Sample 1 및 Sample 2보다 많은 알루미늄 함량을 가지고 있기 때문인 것을 확인할 수 있다.The sample 3 shown in Fig. 7 had a poor degree of cold working (i.e., cracking at a thickness of 2.0 mm) compared to Sample 1 and Sample 2, which resulted in an aluminum content of 8.5% (wt%) in Sample 3, , Which is higher than that of Sample 1 and Sample 2.

도 8에 도시된 Sample 4의 경우 같은 알루미늄 조성을 갖는 Sample 2와 냉간 가공도가 비슷한 경향을 보이고(다시 말해서, 1.0mm의 두께에서 크랙이 발생함), 도 9에 도시된 Sample 5의 경우에도 같은 알루미늄 조성을 갖는 Sample 2 및 Sample 4와 냉간 가공도가 비슷한 경향을 보인다.(다시 말해서, 1.0mm의 두께에서 크랙이 발생함)In Sample 4 shown in FIG. 8, the degree of cold working tends to be similar to Sample 2 having the same aluminum composition (that is, a crack occurs at a thickness of 1.0 mm), and also in Sample 5 shown in FIG. 9 The degree of cold working is similar to that of Sample 2 and Sample 4 having an aluminum composition (in other words, a crack occurs at a thickness of 1.0 mm).

상기와 같은 결과에 따라 구리, 알루미늄, 및 망간을 포함하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 형상기억 합금의 경우 망간 함량은 냉간 가공성에 별 영향을 미치지 않는 반면 알루미늄 함량은 매우 민감하게 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다.According to the above results, in the case of the shape memory alloy according to the preferred embodiment of the present invention including copper, aluminum and manganese, the manganese content has little effect on the cold workability, while the aluminum content has a very sensitive influence Can be confirmed.

도 10 및 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상기억 합금의 형상기억능 테스트에 대한 참고도이다.10 and 11 are reference views for a shape memory ability test of a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention.

여기에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상기억 합금의 형상 기억능 테스트의 경우 앞서 설명한 Sample 1 내지 Sample 5의 조성비를 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상기억 합금을 50mm x 10mm x 0.5mm 사이즈로 가공한 후 도 10에 도시된 바와 같은 방식으로 열처리한 후 수냉하고 바로 액체질소에 침적한 후 성형을 하고 다시 끓는 물에 담궈 형상이 원래대로 복구 되는지를 확인하는 방식으로 수행하였다.Here, in the shape memory capacity test of the shape memory alloy excellent in cold workability according to the preferred embodiment of the present invention, the shape memory performance of the shape memory alloy excellent in cold workability according to the preferred embodiment of the present invention having the composition ratios of Sample 1 to Sample 5 The alloy was processed into a size of 50 mm x 10 mm x 0.5 mm and then heat-treated in the manner as shown in Fig. 10, then water-cooled, immediately immersed in liquid nitrogen, molded, and then immersed in boiling water to check whether the shape was restored .

또한, 형상 기억능(다시 말해서, 형상 기억 효과)의 측정은 각 시편에 일정한 표면 변형(Surface strain)을 가한 후 끓는 물에 침적할 때 표면 변형이 얼마나 회복되는지의 정도를 가지고 정량화하였으며 이를 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.The shape memory effect (ie, shape memory effect) was measured by applying a constant surface strain to each specimen and then quantifying the extent of surface deformation when the specimen was immersed in boiling water. (2) " (2) "

Figure pat00002
Figure pat00002

여기에서, ε는 표면 변형(Surface strain), t는 시편의 두께, 및 R은 시편의 변형시 곡률 반경을 의미한다.Where ε is the surface strain, t is the thickness of the specimen, and R is the radius of curvature at the time of deformation of the specimen.

이때, 시편의 두께 t는 0.5mm로 고정되어 있으므로 각 시편은 2%의 표면 변형을 가지기 위해서 R=12.5mm 의 곡률 반경을 가지게 되고 이것을 위하여 Ø 25mm의 환봉을 기준으로 같은 곡률을 가지게끔 액체 질소 침적 후 변형을 하였으며, 그 후 끓는 물에 침적하여 형상이 회복된 후의 곡률을 측정하여 표면 변형을 계산한 후 이를 바탕으로 형상 회복률을 계산하였다.At this time, since the thickness t of the specimen is fixed at 0.5 mm, each specimen has a curvature radius of R = 12.5 mm in order to have a surface strain of 2%. For this purpose, liquid nitrogen After the immersion, the deformations were made. After that, the curvature was measured after immersing in boiling water to recover the shape, and the surface deformation was calculated and then the shape recovery rate was calculated.

도 11은 Sample 1 내지 Sample 5의 형상 기억능 테스트 결과에 대한 참고도이며, 도 11에 도시된 바와 같이 Sample 1, Sample 2, 및 Sample 5의 경우 우수한 형상 기억 효과를 나타내었으나, Sample 3 및 Sample 4의 경우 아무런 형상 기억 효과 없이 변형된 모습을 그대로 유지한 것을 확인할 수 있다.FIG. 11 is a reference view of the shape memory test results of Sample 1 to Sample 5. As shown in FIG. 11, Sample 1, Sample 2, and Sample 5 exhibited excellent shape memory effect. Sample 3 and Sample 4, it can be confirmed that the deformed shape is maintained without any shape memory effect.

또한, Sample 1 내지 Sample 5의 형상 기억 회복률을 아래의 표 3과 같이 나타낼 수 있다.In addition, the shape memory recovery rates of Sample 1 to Sample 5 can be expressed as shown in Table 3 below.

Sample 1Sample 1 Sample 2Sample 2 Sample 3Sample 3 Sample 4Sample 4 Sample 5Sample 5 회복률Recovery rate 100%100% 100%100% 0%0% 0%0% 0%0%

도 12 내지 도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 미세조직 분석 결과에 대한 참고도이다.12 to 14 are reference views of microstructure analysis results of a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금과 같은 구리-알루미늄-망간(Cu-Al-Mn)계 소재의 형상 기억 합금의 경우 β영역이 존재하는 고온에서 ?칭을 통한 급냉으로 마르텐 사이트를 변태시킴으로써 형상기억효과를 얻을 수 있게 되며, 이에 따라 ?칭 전후의 미세조직을 비교하기 위하여 sample 1 내지 sample 5를 부식액(50DI-water + 50HNO)으로 5초간 에칭시킨 후 광학 현미경에서 200배의 배율로 관찰하였다.In the case of a shape memory alloy of a copper-aluminum-manganese (Cu-Al-Mn) material such as a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention, In order to compare the microstructure before and after etching, sample 1 to sample 5 were etched with a corrosion solution (50DI-water + 50HNO) for 5 seconds and then observed under optical microscope for 200 And observed at a magnification of twice.

도 12에 도시된 바와 같이 Sample 1 내지 Sample 5의 원소재 조직사진의 경우 sample1의 경우는 조대한 α상이 주종을 이루는 반면 sample2 내지 sample5는 α상 +β상이 혼재되어 있음을 알 수 있다.As shown in FIG. 12, in the case of Sample 1 to Sample 5, the coarse α-phase is a main species in the case of the sample 1, whereas the α-phase + β-phase is present in the sample 2 to the sample 5.

도 13은 Sample 1 내지 Sample 5를 900°C에서 30분간 유지 후 물로 급냉한 상태의 미세 조직 사진이며, 도 14에 도시된 바와 같이 Sample 1, Sample2 ,Sample 4, Sample 5의 조직사진은 침상조직으로 이루어진 마르텐사이트(α‘)가 생성된 것을 알 수 있다. Fig. 13 is a microstructure photograph of Sample 1 to Sample 5 in the state of being maintained at 900 ° C for 30 minutes and quenched with water. As shown in Fig. 14, the tissue photographs of Sample 1, Sample 2, Sample 4, Of the martensite (? ') Is produced.

그러나, Sample 3의 경우에는 침상조직으로 보이는 마르텐사이트가 소량 관찰될 뿐이며, 이에 따라 Sample 3의 경우 형상기억효과가 거의 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다.However, in the case of Sample 3, only a small amount of martensite appearing as acicular texture is observed, and thus Sample 3 shows almost no shape memory effect.

도 14는 Sample 1 내지 Sample 5를 900°C에서 30분간 유지 후 얼음물에서 ?칭한 후 다시 한번 액체 질소에서 시편의 온도를 내린 상태의 미세 조직 사진이며, 도 14에 도시된 바와 같이 침상조직을 가지는 마르텐 사이트가 잘 나타난 것을 확인할 수 있고, Sample 1, Sample 2, 및 Sample 5의 마르텐사 이트는 아주 얇은 형상을 가지는 마르텐사이트의 모양을 나타내고 앞서 실험한 형상 기억 회복능도 우수하게 나타난 것을 확인할 수 있다.14 is a microstructure photograph of Sample 1 to Sample 5 maintained at 900 ° C for 30 minutes and then cooled in ice water and then cooled again in liquid nitrogen. The martensite of sample 1, sample 2, and sample 5 exhibited a very thin shape of martensite and the shape memory recovery ability of the sample was also excellent .

그러나, Sample 3의 경우 마르텐사이트가 생성되지 않은 것을 알 수 있는데, 이는 시편에서 마르텐사이트가 생성되지 않았기 때문에 형상기억효과가 나타나지 않은 것으로 판단할 수 있다.However, in Sample 3, it can be seen that no martensite was formed. This means that martensite was not formed in the sample, and therefore it can be judged that the shape memory effect does not appear.

또한, Sample 4의 경우 Sample 1, Sample 2, 및 Sample 5와는 다르게 침상의 폭이 큰 마르텐 사이트 조직이 형성된 것을 알 수 있는데, 이는 앞서 실험한 형상기억회복률과 관련해 보았을 때 Sample 1, Sample 2, Sample 5의 시편에서 형상기억 효과가 우수한 것으로 보아 Sample 1, Sample 2, 및 Sample 5에서 관찰되는 형태의 마르텐사이트가 만들어졌을 경우에 형상기억효과가 우수한 것을 확인할 수 있다.In addition, Sample 4, Sample 2, and Sample 5 show that a martensite structure having a large needle bed is formed, which is similar to Sample 1, Sample 2, and Sample 5 5 shows that the shape memory effect is superior to that of Sample 1, Sample 2, and Sample 5, indicating that the shape memory effect is excellent when martensite is formed in the shape observed in Sample 1, Sample 2, and Sample 5.

도 15 내지 도 17은 엑스선 형광 분석기(XRD)에 의한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 상 분석 결과에 대한 참고도이다.FIGS. 15 to 17 are reference views of phase analysis results of a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention by an X-ray fluorescence analyzer (XRD).

여기에서, XRD 실험 조건은 2θ의 구간을 20~80°로 정한 뒤 Cu 타겟의 X-ray를 사용하여 상분석을 실시하였다.Here, the XRD test conditions were set at 20 to 80 ° in the 2θ section, and the phase analysis was performed using the Cu target X-ray.

도 15는 Sample 1 내지 Sample 5를 열처리하기 전 원소재 상태에서의 XRD 측정 결과에 대한 그래프이며, 도 15에 도시된 바와 같이 Sample 1 내지 Sample 5 중 특이하게 다른 Peak 값을 가지는 시편은 없는 것을 확인할 수 있다.FIG. 15 is a graph showing XRD measurement results in the raw material state before the heat treatment of Sample 1 to Sample 5, and it is confirmed that there is no specimen having a different peak value among Sample 1 to Sample 5 as shown in FIG. .

도 16은 앞서 설명한 XRD 실험 조건을 유지한 상태에서 Sample 1 내지 Sample 5를 900°C에서 15분간 유지 후 상온의 물에서 급냉 및 ?칭한 상태에서의 XRD 측정 결과에 대한 그래프이며, 도 16에 도시된 바와 같이 Sample 1, Sample 2, 및 Sample 5의 Peak가 동일하게 관찰되었으며(이때, 측정된 Peak의 경우 {110}β이 가장 강하게 측정되었고 다른 Peak은 측정되지 않았다.) Sample 3 및 Sample 4의 경우에는 β의 Peak이 하나도 발견되지 않고(다시 말해서, 도 16과 동일한 Peak들을 가짐) 열처리 후에도 아무런 변화가 없이, 모두 α‘상의 마르텐사이트 상이 발견되었다. 16 is a graph showing the results of XRD measurement in a state where Sample 1 to Sample 5 are maintained at 900 ° C for 15 minutes in a state where the above-described XRD experimental conditions are maintained and quenched and quenched in water at room temperature, The peaks of Sample 1, Sample 2 and Sample 5 were equally observed (at this time, {110} β was the strongest and the other peaks were not measured for the measured peaks). Sample 3 and Sample 4 , No martensite phase of? 'Phase was found, without any change in the peak of? (That is, with peaks similar to those of FIG. 16) and no change even after the heat treatment.

도 17은 앞서 설명한 XRD 실험 조건을 유지한 상태에서 Sample 1 내지 Sample 5를 Ms, Mf 온도보다 더욱 낮추기 위하여 액체질소에 침적한 상태에서의 XRD 측정 결과에 대한 그래프이며, 도 17에 도시된 바와 같이 형상기억효과가 우수하게 나타난 Sample 1, Sample 2, Sample 5를 먼저 비교하게 되면 물에서 ?칭한 시편의 경우 β영역의 Peak밖에 발견되지 않았지만 액체질소에 침적시켜 마르텐사이트를 만들어주자 {111}α의 Peak이 Sample 1, Sample 2, Sample 5에서 모두 발견되었으며, 이는 물에서 ?칭하였을 때 발견되는 β상이 시편의 조직에서 모상으로 존재하며 액체질소에서 침적하여 α‘상의 마르텐사이트가 생성되어 이러한 Peak이 관찰된 것으로 사료되고, 이때의 α’상 Peak의 Intensity가 클수록 마르텐사이트의 생성이 많은 것으로 관찰된다. 17 is a graph showing the results of XRD measurement in a state of being immersed in liquid nitrogen in order to further lower the Ms and Mf temperatures of Sample 1 to Sample 5 while maintaining the above-described XRD experimental conditions. As shown in FIG. 17, Sample 1, Sample 2, and Sample 5, which exhibit excellent shape memory effect, are first compared with those of water. In the case of the water sample, only the peak of the β region was found, but when martensite was formed by immersion in liquid nitrogen, Peak was found in Sample 1, Sample 2, and Sample 5, and the β-phase found in water was found as the parent phase in the texture of the specimen and was deposited in liquid nitrogen to form martensite of α ' It is observed that the larger the intensity of α 'phase peak is, the more martensite is generated.

그러나, 형상기억효과가 나타나지 않은 Sample 3, Sample 4의 경우에는 도 16 및 도 17의 그래프와 비슷한 Peak들이 측정되었다.However, in Sample 3 and Sample 4 in which the shape memory effect was not observed, peaks similar to those in FIGS. 16 and 17 were measured.

이와 같이, XRD 측정결과 으로 α' 상과 β 상의 Peak이 동시에 측정되었을 경우에 형상기억효과가 우수하게 나타나는 것을 확인할 수있다.As described above, it can be confirmed that the shape memory effect is excellent when the peak of? 'Phase and the peak of? Phase are simultaneously measured by XRD measurement.

도 18 내지 도 26은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금에 대한 열처리에 따른 형상 기억능 테스트에 대한 참고도이다.18 to 26 are reference views for a shape memory test according to a heat treatment for a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention.

여기에서, Sample 1 내지 Sample 5 중 앞서 설명한 다수의 테스트 결과에 따라 형상 기억 효과가 우수하게 나타나는 것으로 파악되는 Sample 1, Sample 2 및 Sample 5를 대상으로 열처리에 따른 형상 기억능 테스트를 실시하였으며, 열처리 공정은 도 18에 도시된 바와 같이 열처리 온도와 유지시간에 따른 변화를 확인하기 위해 유지온도는 800°C 및 900°C를 적용하였고 유지시간은 1시간 및 3시간을 채택하였으며 이에 따라 용체화처리 900°C 및 유지시간 1시간(도 18의 (a)), 용체화처리 900°C 및 유지시간 3시간(도 18의 (b)), 용체화처리 800°C 및 유지시간 1시간(도 18의 (c)), 및 용체화처리 800°C 및 유지시간 3시간(도 18의 (d))의 4가지 열처리 조건에서 Sample 1, Sample 2, 및 Sample 5의 형상기억능 테스트를 수행한다.Here, Sample 1, Sample 2 and Sample 5, which are recognized as having excellent shape memory effect according to the above-mentioned test results among Sample 1 to Sample 5, were subjected to a shape memory ability test by heat treatment, As shown in FIG. 18, in order to confirm the change with the heat treatment temperature and the holding time, the holding temperature was 800 ° C and 900 ° C, and the holding time was 1 hour and 3 hours, (Fig. 18 (a)), a solution treatment at 900 ° C and a holding time of 3 hours (Fig. 18 (b)), a solution treatment at 800 ° C and a holding time of 1 hour 18, (c)), and the solution heat treatment at 800 ° C and the holding time for 3 hours (FIG. 18 (d)), the shape memory test of Sample 1, Sample 2, .

도 19는 각 열처리 조건에서의 Sample 1의 형상기억능 테스트 결과에 대한 참고도, 도 20은 각 열처리 조건에서의 Sample 2의 형상기억능 테스트 결과에 대한 참고도, 및 도 21은 각 열처리 조건에서의 Sample 5의 형상기억능 테스트 결과에 대한 참고도이며, Sample 1, Sample 2, 및 Sample 5의 형상 기억 회복률은 아래의 표 4와 같이 나타낼 수 있다.FIG. 19 is a reference diagram of the shape memory test result of Sample 1 under each heat treatment condition, FIG. 20 is a reference diagram of the shape memory ability test result of Sample 2 under each heat treatment condition, and FIG. And the shape memory retention rates of Sample 1, Sample 2, and Sample 5 are shown in Table 4 below.

(a)(a) (b)(b) (c) (c) (d)(d) Sample 1Sample 1 100%100% 88.1%88.1% 86.85%86.85% 91.4%91.4% Sample 2Sample 2 100%100% 86.85%86.85% 88.1%88.1% 82.15%82.15% Sample 5Sample 5 90%90% 87.5%87.5% 82.15%82.15% 87.2%87.2%

상기와 같은 결과에 대하여 도 19 내지 도 21을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 Sample 1의 경우 각 열처리 조건에 대하여 모두 80% 이상의 우수한 형상회복능을 보였고, Sample 2의 경우 각 열처리 조건에 대하여 모두 80% 이상의 우수한 형상회복능을 보였으며, Sample 5의 경우에도 각 열처리 조건에 대하여 모두 80% 이상의 우수한 형상회복능을 보이는 것을 확인할 수 있다.19 to 21, Sample 1 exhibited excellent shape recovery performance of 80% or more for each of the heat treatment conditions. In Sample 2, all of the heat treatment conditions were 80 %. In Sample 5, it was confirmed that all of the heat treatment conditions showed excellent shape recovery ability by 80% or more.

도 22는 Sample 1의 각 열처리 조건에 따른 미세 조직 사진이며, 도 22에 도시된 바와 같이 Sample 1의 경우 각 열처리 조건에서 마르텐사이트(α'상) 조직이 잘 생성되었음을 확인할 수 있고, β상의 결정립크기는 동일온도에서 유지시간을 늘릴 경우에는 큰 차이를 보이지 않으나 유지온도를 증가시키면 동일 유지시간에서 결정립의 크기가 커짐을 확인할 수 있다.22 shows the microstructure according to the respective heat treatment conditions of Sample 1. As shown in FIG. 22, it can be confirmed that martensite (α 'phase) texture was well formed under each heat treatment condition in Sample 1, When the holding time was increased at the same temperature, there was no significant difference, but when the holding temperature was increased, the grain size increased at the same holding time.

도 23은 Sample 2의 각 열처리 조건에 따른 미세 조직 사진 및 도 24는 각 열처리 조건 중 앞서 설명한 (c) 조건 및 (d) 조건에서의 Sample 2의 확대 조직사진이다.Fig. 23 is a photograph of microstructure according to each heat treatment condition of Sample 2, and Fig. 24 is an enlarged structure photograph of Sample 2 under the conditions (c) and (d) described above among the respective heat treatment conditions.

도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이 900℃에서 열처리한 시편에서는 sample 1과 같이 α' 마르텐사이트 상이 주로 관찰되지만, 800℃에서 열처리한 (c)와 (d)의 조직사진에서는 구상의 α상이 보이고 사이사이에 α' 마르텐사이트 상이 관찰되는데 이는 sample 2의 조성이 800℃부근에서 α + β의 2가지의 영역에 존재하였다가 급냉된 상태에서 초정 α상과 β상이 변태된 α' 마르텐사이트로 존재하기 때문이다.As shown in FIG. 23 and FIG. 24, in the sample heat-treated at 900 ° C., α 'martensite phase was mainly observed as in sample 1. However, in the photographs (c) and (d) The α 'martensite phase is observed between α and β phases. This is because the composition of sample 2 exists in two regions of α + β near 800 ℃, It is because it exists.

도 25는 sample 5의 각 열처리 조건에 따른 미세 조직 사진 및 도 26은 각 열처리 조건 중 앞서 설명한 (d) 조건에서의 sample 5의 확대 조직사진이다.Fig. 25 is a photograph of a microstructure according to each heat treatment condition of sample 5, and Fig. 26 is an enlarged structure photograph of sample 5 under the condition (d) described above among the respective heat treatment conditions.

도 25 및 도 26에 도시된 바와 같이 sample 5의 경우 900℃에서는 모두 α' 마르텐사이트를 보여주고 있는데 이는 sample 5의 조성이 900℃에서 β 단상 영역에 있음을 확인할 수 있고, 800℃에서 1시간 가열상태에서는 대부분 α' 마르텐사이트이지만 군데군데 α상이 보이다가 유지시간이 3시간으로 늘어나면 α상의 분율이 더 커짐을 알 수 있다.As shown in FIG. 25 and FIG. 26, sample 5 shows α 'martensite at 900 ° C., which indicates that the composition of sample 5 is in the β single phase region at 900 ° C., It can be seen that the α phase fraction is larger when the holding time is increased to 3 hours while the α phase is mostly observed in the heated state, though it is mostly α 'martensite.

또한, sample 5의 조직을 확대하여 살펴보게 되면 α‘ 마르텐사이트를 확실하게 확인할 수 잇으며, 그 사이에 구형이 모양으로 α상이 관찰되는 것을 확인할 수 있다.Further, when the structure of the sample 5 is enlarged and examined, it can be confirmed that α 'martensite can be reliably confirmed, and an α phase is observed in a spherical shape therebetween.

도 27은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 가공 방향에 따른 형상 기억능 테스트에 대한 참고도이다.FIG. 27 is a reference view for a shape memory capability test according to a processing direction of a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention. FIG.

여기에서, 가공방향이 형상기억능에 미치는 영향을 조사하기 위하여 Sample 1, Sample 2, 및 Sample 5의 조성에 대해서 1㎜ 두께로 열간압연한 판재형 시험재를 압연방향인 종단면과 압연방향과 수직인 횡단면으로 절단하였고, 각 시편은 폭 1㎝ x 4㎝로 절단하여 900℃의 전기로에서 30분간 유지하여 ?칭한 후 액체질소에서 원형으로 곡률을 주고 상온의 물에 넣어 형상회복능을 확인하였으며, 가공방향에 따른 형상 기억능을 분석하였다. In order to investigate the influence of the machining direction on the shape memory performance, a plate test material hot-rolled to a thickness of 1 mm with respect to the composition of Sample 1, Sample 2, and Sample 5 was cut in a longitudinal direction perpendicular to the rolling direction Each specimen was cut into a width of 1 cm x 4 cm and maintained in an electric furnace at 900 ° C for 30 minutes. The specimen was curved in a liquid form in liquid nitrogen, And the shape memory ability according to the direction was analyzed.

이때, 도 27의 (a)는 sample 1의 가공 방향에 따른 형상 기억능 테스트 결과에 대한 참고도, 도 27의 (b)는 sample 2의 가공 방향에 따른 형상 기억능 테스트 결과에 대한 참고도, 및 도 27의 (c)는 sample 5의 가공 방향에 따른 형상 기억능 테스트 결과에 대한 참고도이며, 각 형상 기억능 테스트 결과에 대한 참고도에서 4개의 시편은 각각 왼쪽부터 순서대로 형상기억효과를 확인하기 전 시편, 시편에 표면 변형(Surface strain)을 주어 변형한 시편, 시편의 압연방향과 동일한 방향인 횡방향 시편의 형상기억효과를 확인한 시편, 및 압연방향과 수직을 이루는 종방향 시편의 형상기억효과 확인 후의 시편을 의미한다.27 (a) is a reference view of the shape memory ability test result according to the machining direction of the sample 1, FIG. 27 (b) is a reference view of the shape memory ability test result according to the machining direction of the sample 2, FIG. 27 (c) is a reference view of the shape memory capability test result according to the processing direction of sample 5, and in the reference diagram for each shape memory ability test result, the four specimens have shape memory effect Before confirming, the specimens were subjected to surface strain on the specimen, and the deformed specimens. Specimens confirmed the shape memory effect of the specimen in the same direction as the rolling direction of the specimen, and the shape of the specimen perpendicular to the rolling direction Means the specimen after confirmation of memory effect.

도 27에 도시된 바와 같이 가공방향에 따른 형상기억회복율은 횡·종단면 모두 80%이상으로 만족할만한 결과를 나타내지만 원상태로의 가장 근접한 회복경향성을 나타내는 횡단면으로의 가공이 가장 좋은 결과를 보이는 것을 확인할 수 있다.As shown in Fig. 27, the shape memory recovery ratio according to the machining direction shows satisfactory results of 80% or more in both the lateral and longitudinal profiles, but it is confirmed that the machining to the cross section showing the closest recovery tendency to the original state shows the best result .

도 28은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 형상 기억 합금의 한계 변형율 테스트에 대한 참고 그래프이다.28 is a reference graph for a critical strain test of a shape memory alloy according to a preferred embodiment of the present invention.

여기에서, 형상 기억능 특성 평가를 위한 최대 변형율을 구하기 위하여 sample 1 내지 sample 5 중 앞선 테스트에서 형상 기억 효과가 입증된 sample 1, sample 2, 및 sample 5 를 앞서 설명한 형상 기억능 측정 방법과 같이 액체질소를 침적시키는 열처리를 수행한 후 꺼내어 원형으로 성형 후 끓는 물에 집어넣었을 때 회복되는 시편의 곡률을 측정하는 방식으로 표면 변형이 몇 퍼센트까지 회복되는지를 테스트하였으며, 표면 변형을 3.2% 까지 변화를 주기 위하여 각 sample 별로 0.3mm, 0.5mm, 및 0.8mm의 세 가지 두께를 갖는 시편을 만든 후 직경 25mm의 봉재를 감싸듯이 성형한 상태에서 한계 변형율 테스트를 실시하였다.Here, in order to obtain the maximum strain rate for evaluation of the shape memory ability, sample 1, sample 2, and sample 5, which have proven shape memory effect in sample 1 to sample 5, Tests were conducted to determine the percentage of surface deformation recovered by measuring the curvature of the recovered specimen when it was subjected to nitrogen heat treatment, taken out, molded into a circular shape, and put into boiling water. The surface deformation was varied up to 3.2% The specimens with three thicknesses of 0.3 mm, 0.5 mm, and 0.8 mm were prepared for each sample, and then subjected to the critical strain test under the condition that a rod of 25 mm diameter was encapsulated.

또한, 보다 큰 표면 변형율에 대한 테스트의 경우 각 sample을 원형으로 성형하기가 힘든 관계로 인장시험기를 사용하여 시행하였는데, 다시 말해서 각 sample에 6%의 및 8%의 변형율을 갖도록 변형을 가한 후 힘을 제거한 상태에서 꺼내어 끓는 물에 집어넣고 표점 거리를 측정하는 방식으로 각 sample이 최종적으로 어느정도 회복되는지를 측정하였다.In addition, in the case of a test for a larger surface strain rate, it was difficult to mold each sample into a circular shape, and it was performed using a tensile tester. In other words, the strain was applied to each sample to have a strain of 6% and 8% Was taken out, put in boiling water, and the gauge distance was measured to determine the degree to which each sample was finally restored.

이때, 시편에 변형을 가할 때에는 표점거리 50 mm의 strain gage를 장착하여 측정하였으며 cross head speed는 12mm/min였으며, 각 Sample의 두께에 따른 형상기억 회복률 측정 결과는 아래의 표 5와 같이 나타낼 수 있다.At this time, when strain was applied to the specimen, a strain gage with a gauge length of 50 mm was mounted, the cross head speed was 12 mm / min, and the results of the shape memory recovery rate according to the thickness of each sample can be shown in Table 5 below .

변형율
Sample Number
Strain rate
Sample Number
1.2%1.2% 2.0%2.0% 3.2%3.2%
Sample 1Sample 1 98.1%98.1% 96.1%96.1% 88.8%88.8% Sample 2Sample 2 96.9%96.9% 98.0%98.0% 91.1%91.1% Sample 5Sample 5 97.2%97.2% 96.0%96.0% 92.6%92.6%

상기 표 5와 같이 각 시편의 두께에 따른 표면 변형율의 경우 0.3mm일 때 1.2%의, 0.5mm일 때 2.0%, 및 0.8mm일 때 3.25%를 가지게 되며, 모든 sample에 대하여 인가한 표면 변형 강도가 커짐에 따라 형상 회복율이 약간 떨어짐을 알 수 있고, 현 조건에서는 모두 90 % 이상의 우수한 형상기억효과를 보이는 것을 확인할 수 있다.As shown in Table 5, the surface strain according to the thickness of each specimen is 1.2% at 0.3 mm, 2.0% at 0.5 mm, and 3.25% at 0.8 mm, It can be seen that the shape recovery rate is slightly lowered as the volume ratio increases, and that the excellent shape memory effect is 90% or more at all under the present conditions.

도 28은 Sample 1에 대한 인장시험에 의한 형상기억 한계 변형율 측정 결과 그래프로서, 인장 시편의 표점거리가 50mm일 때 3mm의 변형량, 6%의 연신율을 시편에 가해준 후 인장시험기의 하중을 제거하여 시편의 형상이 돌아오는 것을 확인한 결과 도 28에 도시된 바와 같이 441N/mm²만큼의 하중에서 시편에 가해준 하중을 제거하였을 때 시편에 가해진 변형량이 점점 줄어들어 처음과 거의 동일한 변형량을 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 동일한 방법으로 sample2 및 sample5에 대해서 변형 6%, 8%를 주어 인장 변형후 응력을 제거한 상태에서의 잔류 변형량 및 가열 후 잔류 변형량을 아래의 표 6과 같이 나타낼 수 있다. 28 is a graph showing the result of measurement of the shape memory limit strain rate by the tensile test for Sample 1. As shown in FIG. 28, when a tensile specimen has a gauge length of 50 mm, a deformation amount of 3 mm and an elongation of 6% As shown in FIG. 28, when the load applied to the specimen was removed at a load of 441 N / mm 2, the amount of deformation applied to the specimen was gradually reduced, , And 6% and 8% for sample 2 and sample 5, respectively, in the same manner. The residual strain after the tensile strain is removed and the residual strain after heating are shown in Table 6 below.

Sample
Number
Sample
Number
StrainStrain 인장시험전
(mm)
Before tensile test
(mm)
최대 인장
(mm)
Maximum Seal
(mm)
인장시험후
(mm)
After tensile test
(mm)
가열 후
(mm)
After heating
(mm)
형상회복율
(%)
Shape recovery rate
(%)
Sample 1Sample 1 6%6% 5050 5353 51.051.0 50.050.0 100100 8%8% 5050 5454 50.450.4 50.450.4 9090 Sample 2Sample 2 6%6% 5050 5353 51.251.2 50.550.5 83.383.3 8%8% 5050 5454 52.052.0 51.051.0 7575 Sample 5Sample 5 6%6% 5050 5353 50.350.3 50.050.0 100100 8%8% 5050 5454 50.550.5 50.350.3 92.592.5

도 29 내지 도 32는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 초탄성 특성 테스트 결과에 대한 참고 그래프이다.29 to 32 are reference graphs for the result of superelasticity property test of a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention.

여기에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 형상 기억 합금의 초탄성 특성 테스트를 위해 반복 인장 시험을 실시하였으며, 상기 시험 방법의 경우 인장 시편에 표점 거리를 50mm로 설정한 후 1.5mm, 즉 3%만큼 Strain을 가한 후 인장 시험기에서 하중을 제거하였을 때 시편에 남아있는 Strain을 측정하는 것을 반복하는 방식으로 수행하였다.In order to test the superelastic characteristics of the shape memory alloy according to the preferred embodiment of the present invention, a repeated tensile test was performed. In the case of the above test method, after setting the gauge distance to 50 mm in the tensile specimen, And the strain remaining in the specimen was measured repeatedly when the load was removed from the tensile tester.

도 29는 Sample 1에 대한 반복 인장시험 결과 그래프이며, 도 29에 도시된 바와 같이 응력제거시 초기 탄성영역에서의 기울기와 동일하게 변형이 제거되지 않고 훨씬 많은 변형량이 제거됨을 확인할 수 있는데, 이와 같이 추가적으로 변형이 제거되는 부분은 초타성 효과에 의한 것이며 전체 변형이 증가함에 따라 회복되는 변형양도 증가함을 확인할 수 있다.29 is a graph showing the result of repeated tensile test on Sample 1. As shown in FIG. 29, it can be seen that deformation is not removed as much as the slope in the initial elastic region at the time of stress relief, and much deformation is removed. In addition, the part where the deformation is removed is due to the incipient effect, and the amount of deformation to be recovered increases as the total deformation increases.

도 30은 Sample 2에 대한 반복 인장시험 결과 그래프 및 도 31은 Sample 5에 대한 반복 인장시험 결과 그래프이며, 도 30 및 도 31에 도시된 바와 같이 sample 2의 경우 sample1과 비교시 회복 변형율이 훨씬 적은 반면에 sample 5의 경우sample 1 보다는 적으나 sample 2 보다는 훨씬 큰것을 확인할 수 있다.FIG. 30 is a graph of a repeated tensile test result for Sample 2, and FIG. 31 is a graph of a repeated tensile test result for Sample 5. As shown in FIGS. 30 and 31, On the other hand, sample 5 is smaller than sample 1 but larger than sample 2.

도 32는 각 Sample의 초탄성 효과에 대한 비교 그래프이며, 시편에 하중을 가해주었을 때의 연신율을 εA라 칭하고, 시편에 하중을 제거하였을 때의 연신율을 εP라고 하면, 도 33의 그래프에서 y축인 PE strain은 아래의 식과 같이 나타낼 수 있다.Figure 32 is a comparison graph of the superelastic effect of each Sample, the elongation at the time given away by applying a load to the specimen ε A d refers, the elongation at the time when removing the load on the specimen Speaking ε P, in the graph of FIG. 33 The y-axis PE strain can be expressed as the following equation.

Figure pat00003
Figure pat00003

도 32에 도시된 그래프를 확인해보면 우선 Sample 1과 Sample 5의 경우 거의 동일한 εPE값을 가지는 것을 알 수 있으나, 그 중에서도 Sample 1의 εPE값이 약간 높아 초탄성 효과는 Sample 1이 가장 우수하게 나타나는 것을 알 수 있다.It can be seen from the graph shown in FIG. 32 that Sample 1 and Sample 5 have almost the same ε PE value. Among them, ε PE of Sample 1 is slightly higher, so that the superelastic effect is most excellent in Sample 1 Can be seen.

또한, Sample 2의 경우 Sample 1, Sample 5와는 달리 처음 3% 연신율을 주었을 때부터 εPE의 값이 작았고 계속 Strain을 주었을 때 계속 하여 εPE의 값이 줄어들어 초탄성 효과가 우수하게 나타나지 않은 것을 알 수 있다. In addition, unlike Sample 1 and Sample 5, Sample 2 showed that the value of ε PE was small from the initial 3% elongation, and that when the strain was continuously applied, the value of ε PE decreased, indicating that the superelastic effect did not appear to be excellent .

또한, sample 1과 sample5의 경우 초탄성 한계는 대략 2.8 % 정도로 수렴함을 알 수 있으며 sample2의 경우에는 2.5 %가 최대값으로 측정되는 것을 확인할 수 있다.It can be seen that the superelastic limit converges to about 2.8% for sample 1 and sample 5, and 2.5% for sample 2 is measured as the maximum value.

도 33은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 시차 주사 열량측정법(DSC)에 의한 측정 결과에 대한 참고 그래프이다.FIG. 33 is a reference graph for a measurement result of differential scanning calorimetry (DSC) of a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention.

이때, 도 33의 각 Sample별 그래프에서 위에 보이는 그래프는 시편을 냉각하면서 얻어지는 Ms, Mf 온도를 측정한 것이고, 아래의 그래프는 온도를 승온하면서 얻어지는 As, Af 온도를 측정한 것이며, 도 33에 도시된 바와 같이 각 Sample별 DSC 측정결과 As, Af, Ms, Mf 온도가 많이 차이 나지 않고 비슷하다는 것을 확인할 수 있으며, 이는 각 Sample들의 조성이 비슷하기 때문에 이러한 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 각 Sample들의 Af 온도가 25℃이하로 형상기억효과를 테스트할 때 상온의 온도에서도 형상기억효과가 나타날 것으로 예상할 수 있게 된다.The graph shown in the graph of each sample in FIG. 33 shows Ms and Mf temperatures obtained by cooling the specimen. The graphs below show the As and Af temperatures obtained while the temperature is raised. As a result, it can be confirmed that the As, Af, Ms, and Mf temperatures of the respective samples are similar to each other with no significant difference. This shows that these samples show similar results, When the shape memory effect is tested at an Af temperature of 25 ° C or lower, it is expected that the shape memory effect will appear even at a room temperature.

또한, 각 Sample 별 As, Af, Ms, Mf 온도를 아래의 표 7과 같이 정리할 수 있다.In addition, As, Af, Ms, and Mf temperatures for each sample can be summarized as shown in Table 7 below.

Sample
Number
Sample
Number
As(°C)As (° C) Af(°C)Af (° C) Ms(°C)Ms (° C) Mf(°C)Mf (° C)
Sample 1Sample 1 14.1114.11 18.7718.77 24.5424.54 8.218.21 Sample 2Sample 2 12.5612.56 19.0019.00 23.0623.06 8.718.71 Sample 5Sample 5 13.7013.70 18.9318.93 23.5523.55 7.717.71

도 34는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금의 인장 테스트 결과에 대한 그래프이다.34 is a graph showing a tensile test result of a shape memory alloy excellent in cold workability according to a preferred embodiment of the present invention.

여기에서, 인장 테스트의 경우 형상기억효과가 우수하게 나타나는 Sample 1, Sample 2, 및 Sample 5를 대상으로 진행하였으며, 도 35에 도시된 Sample 1에 대한 인장 테스트 결과 Sample 1의 총 연신율은 6.37%이고, 파괴강도는 710N/mm²인 것을 확인할 수 있으며, Sample 1, Sample 2, 및 Sample 5에 대한 인장 시험 결과를 아래의 표 8과 같이 나타낼 수 있다.Here, Sample 1, Sample 2, and Sample 5 exhibiting excellent shape memory effect in the case of tensile test were subjected to a tensile test on Sample 1 shown in FIG. 35, and the total elongation of Sample 1 was found to be 6.37% , The breaking strength is 710 N / mm 2, and the tensile test results for Sample 1, Sample 2, and Sample 5 are shown in Table 8 below.

Sample NumberSample Number 최대 연신율(%)Maximum elongation (%) 파괴강도(N/mm2)Breaking strength (N / mm 2 ) Sample 1Sample 1 6.376.37 710710 Sample 2Sample 2 6.326.32 317317 Sample 5Sample 5 7.887.88 548548

본 발명의 냉간 가공성이 우수한 형상 기업 합금의 경우 구리-알루미늄-망간계 소재로 형성되며, 구리 81 내지 82.5 중량비, 알루미늄 7.5 내지 8.5 중량비, 및 망간 9 내지 11 중량비를 포함함으로써 종래에 주로 사용되던 니티놀 등의 형상 기억 합금 소재와 비교시에 냉간 가공성이 크게 개선되어 마이크로 튜브, 박판, 또는 세선 등의 미세 단면 형상을 갖는 제품 제작이 가능하므로 활용도가 크게 향상되고 이에 따른 시장성을 담보할 수 있게 된다.The shaped alloy of the present invention has excellent cold workability and is formed of a copper-aluminum-manganese-based material and contains copper in an amount of 81 to 82.5 parts by weight, aluminum in an amount of 7.5 to 8.5 parts by weight, and manganese in a proportion of 9 to 11 parts by weight, It is possible to manufacture a product having a microstructure such as a microtube, a thin plate, or a fine wire, so that the utilization can be greatly improved and the marketability can be secured accordingly.

또한, 종래에 주로 사용되던 니티놀 등의 형상 기억 합금 소재와 비교시에 저비용으로 제조가 가능하므로 경제성을 담보할 수 있게 된다.In addition, compared to a shape memory alloy material such as Nitinol which has been conventionally used, it can be manufactured at low cost, thereby ensuring economic efficiency.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings . The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (2)

구리, 알루미늄, 및 망간을 포함하는 형상 기억 합금에 있어서,
구리 81 내지 82.5 중량비, 알루미늄 7.5 내지 8.5 중량비, 및 망간 9 내지 11 중량비를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금.
In a shape memory alloy comprising copper, aluminum, and manganese,
Characterized in that the alloy comprises 81 to 82.5 weight percent of copper, 7.5 to 8.5 weight percent of aluminum, and 9 to 11 weight percent of manganese.
제 1항에 있어서,
상기 구리는 무산소동, 상기 알루미늄은 순알루미늄, 및 상기 망간은 전해망간인 것을 특징으로 하는 냉간 가공성이 우수한 형상 기억 합금.
The method according to claim 1,
Wherein said copper is oxygen free copper, said aluminum is pure aluminum, and said manganese is electrolytic manganese.
KR1020130016221A 2013-02-15 2013-02-15 Shape-memory alloy having excellent cold workability KR20140102846A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130016221A KR20140102846A (en) 2013-02-15 2013-02-15 Shape-memory alloy having excellent cold workability

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130016221A KR20140102846A (en) 2013-02-15 2013-02-15 Shape-memory alloy having excellent cold workability

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140102846A true KR20140102846A (en) 2014-08-25

Family

ID=51747424

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130016221A KR20140102846A (en) 2013-02-15 2013-02-15 Shape-memory alloy having excellent cold workability

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20140102846A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180119615A (en) * 2016-03-25 2018-11-02 엔지케이 인슐레이터 엘티디 Copper alloy and manufacturing method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0762472A (en) * 1993-08-27 1995-03-07 Kiyohito Ishida Copper-based shape memory alloy having high workability and its production
JP2000169920A (en) * 1998-12-03 2000-06-20 Kiyohito Ishida Copper base alloy having shape memory characteristic and superelasticity, and its production
JP2003138330A (en) * 2001-10-31 2003-05-14 Chuo Spring Co Ltd Copper-base alloy and its manufacturing method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0762472A (en) * 1993-08-27 1995-03-07 Kiyohito Ishida Copper-based shape memory alloy having high workability and its production
JP2000169920A (en) * 1998-12-03 2000-06-20 Kiyohito Ishida Copper base alloy having shape memory characteristic and superelasticity, and its production
JP2003138330A (en) * 2001-10-31 2003-05-14 Chuo Spring Co Ltd Copper-base alloy and its manufacturing method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180119615A (en) * 2016-03-25 2018-11-02 엔지케이 인슐레이터 엘티디 Copper alloy and manufacturing method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5795030B2 (en) Expanded material made of Cu-Al-Mn alloy material with excellent stress corrosion resistance
KR101615830B1 (en) Copper alloy for electronic devices, method of manufacturing copper alloy for electronic devices, copper alloy plastic working material for electronic devices, and component for electronic devices
JP6263333B2 (en) Cu-Ti copper alloy sheet, method for producing the same, and current-carrying component
JP5567093B2 (en) Cu-Al-Mn alloy material showing stable superelasticity and method for producing the same
JP4451336B2 (en) Titanium copper and method for producing the same
KR101935987B1 (en) Copper alloy sheet, connector comprising copper alloy sheet, and method for producing copper alloy sheet
EP2612934A1 (en) Copper alloy sheet material and process for producing same
EP2772560B1 (en) Copper alloy for electronic equipment, method for producing this alloy, rolled material made of this alloy, and part made of this alloy
EP2221390A1 (en) Copper alloy material excellent in strength, bending workability and stress relaxation resistance, and method for producing the same
TWI461548B (en) Copper-nickel-silicon alloys
WO2011037127A2 (en) Nanocrystal titanium alloy and production method for same
KR102306527B1 (en) Copper-alloy production method, and copper alloy
Moghaddam et al. Kinetic grain growth, shape memory and corrosion behavior of two Cu-based shape memory alloys after thermomechanical treatment
JP5610643B2 (en) Cu-Ni-Si-based copper alloy strip and method for producing the same
JP2005530929A (en) Beta titanium compounds and their production
JP7152722B2 (en) Ti--Ni alloy, wire using the same, current-carrying actuator, temperature sensor, and method for producing Ti--Ni alloy material
EP2706125A1 (en) Copper alloy sheet material and process for producing same
Kaneko et al. Influence of texture on bendability of Cu–Ni–Si alloys
TWI737845B (en) Copper alloy wire rod and manufacturing method thereof
EP2977475A1 (en) Copper alloy for electrical and electronic equipment, copper alloy thin sheet for electrical and electronic equipment, and conductive component and terminal for electrical and electronic equipment
Rae et al. Evolution of microstructure and residual stress in hot rolled Ti-6Al-4V plates subjected to different heat treatment conditions
JP5393629B2 (en) Titanium copper and copper products, electronic parts and connectors using the same
JP2016050326A (en) Copper alloy for electronic and electric device, copper alloy thin sheet for electronic and electric device, component and terminal for electronic and electric device
KR20140102846A (en) Shape-memory alloy having excellent cold workability
EP3486340B1 (en) Aluminum alloy plastic working material and production method therefor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application