KR760000570B1 - 금속의 내부조직을 기계적으로 미리 조정하는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

금속의 내부조직을 기계적으로 미리 조정하는 방법

본 발명은 금속의 내부조직을 기계적으로 미리 조정하는 방법에 관한 것이다.

오스테나이트 상태에서 마르텐사이트 상태로 가역적인 변환을 할 수 있는 능력을 지닌 합금과 같은 금속 조성물들은 이미 알려져 있으며 이들 가운데 어떤 것들은 열에 의한 회복이 가능한 물질로 될 수 있다.

이러한 합금들은 미국특허 3,012,882, ㄷ,174,851, 3,351,463, 3,567,523, 3,753,700 및 3,759,552, 벨지엄 특허 703,649, 영국특허 1,315,652, 1,315,653, 1,346,046 및 1,346,047등에서 소개되었으며, 위의 네개의 영국특허는 풀머연구소 명의로 되어 있는데, 이들은 ＂풀머특허＂로서 알려져 있다. 이들 특허에서 소개된 것들은 본 발명에서 모두 참조되었다.

합금들은 공통적으로 고온상태(오스테나이트상태)로부터 저온상태(마르텐사이트상태)로 냉각되는 과정에서 전단변태(Shear transformation)가 이루어지는 특성을 가지고 있다. 이러한 합금으로 된 물질이 그 마르텐사이트 상태에 있을 때 변형되었다면 이 변형상태는 그대로 유지된다. 만일 이 물질을 오스테나이트 상태의 온도까지 가열하면 그것은 변형되지 않았던 상태로 돌아가려는 성향을 나타낸다. 한 상태에서 다른 상태로의 변환은 특정 온도 범위에서 일어난다.

냉각과정에서 마르텐사이트 상태가 형성되기 시작하는 온도를 Ms라 하고 이 과정이 완결되었을 때의 온도를 Mf라고 표시하기로 한다. 마찬가지로 오스테나이트 상태로의 변환이 시작될 때와 완결될 때의 온도를 각각 As,Af로 표시하기로 한다. 일반적으로 Mf는 As보다 낮으며, Ms는 Af보다 낮은 온도이다. 합금의 조성과 열 역학적인 성질에 따라 Ms는 As와 같거나 혹은 낮거나 높다.

한 상태로부터 다른 상태로의 변환은 위에서 말한 변형의 반전 이외에도 그 물질의 물리적 특성 예를 들면 변환이 일어나는 중에 비정상적인 값을 보여 주는 비저항등을 측정함으로서 추적할 수 있다. 만일 비저항 대온도의 그래프나 스트레인 대온도의 그래프를 그리면 Ms, Mf, As, Af에서 다시 Ms에 이르는 선은 이력곡선이라 불리는 곡선을 형성한다. 많은 물질들에서 Ms와 As는 거의 같은 온도이다. 열회복 능력이나 형태기억 특성을 가진 특히 유익한 합금은 미국특허 3,174,851의 티니(TINI)합금이다. 변형된 합금제품이 원상태로 들어가는 온도는 영국특허 1,202,404와 미국특허 3,753,700에서 소개된 바와같이 합금의 조성에 달려 있다. 즉 원상태로의 회복은 실내온도 이하에서나 또는 이상에서 일어날 수 있다.

열에 의한 회복이 가능한 합금을 사용하는 어떤 상업제품에 있어서는 다음에는 이유 때문에 As가 Ms보다 높은 온도인 것이 바람직하다. 합금으로 된 많은 제품은 변형된 상태, 즉 마르텐사이트 상태로 소비자에게 제공된다. 예를들면 1,327,441와 1,327,442에서 소개된 수력기기의 커플링(coupling)은 변형된 상태(신장된 상태)에서 판매되고 있다. 실사용자는 이 커플링을 수도관의 끝과 같은 서로 접합될 부분에 설치하고 온도를 높이게 된다. 온도가 오스테나이트 변형 범위에 도달하면 커플링은 원상태로 돌아가서 접합될 부분에 수축상태로 있게 된다. 커플링은 사용중에 오스테나이트 상태로 머물러 있는 거싱 필요하기 때문에(예를들면 마르텐사이트 변형 도중의 스트레스 이완을 피하고, 또한 오스테나이트의 역학적 특성이 우수하기 때문에)제품의 사용중에 항상 오스테나이트 상태로 유지되도록 하기 위하여 제품의 Ms는 사용중에 도달할 수 있는 온도보다 낮도록 선택된다. 이런 까닭에 그런 제품은 변형 후 실지로 사용될때까지 액화질소 같은 것 속에 보관해야 하는 것이다. 그러나 만일 오스테나이트 상태로 변형 가능한 모든 마르텐사이트 상태에서 오스테나이트 상태로의 연속적인 S자형 변형이 시작되는 온도를 의미하는 As를 어느 한 가열과정에서 Ms를 높이지 않고서 일시적으로 올린다면 신장된 커플링은 보다 높고 또한 더욱 편리한 온도로 유지될 수 있다.

본 출원과 동시에 출원된 ＂열처리 방법＂제하의 또 하나의 출원에는 어느 한 가열 사이클에서 어떤 금속 조성물의 As를 높일 수 있는 방법이 소개되어 있다. 이 방법에서는 우성 오스테나이트 상태로 존재하는 조성물의 온도를 그의 Mf온도 이하로 낮춘다. 다음에 그것이 오스테나이트 상태로 존재하는 온도, 즉 Af온도 이상으로 그 조성물을 가열한다. 그러나 마르텐사이트에서 오스테나이트에의 변질은 그 가열속도가 ＂완만＂하면 일어나지 않는다. 이때에 완만이라는 가열 속도는 별도 동시 출원서 내에서 상세히 소개되어 있다. 그 속도는 금속 조성물의 성질에 따라 변할 수 있는 것이지만 그 출원의 소개에 따르면 용이하게 결정할 수 있는 것이다.

완만한 가열이 끝나고 이어 빠른 속도로 다시 가열시킨 다음에 그 조성물을 냉각시키면 그것은 완만한 가열이 끝난 온도에 도달할 때까지는 마르텐사이트에서 오스테나이트에서 변질을 개시하지 않는다.

더욱 중요한 것은 제룸이 합금으로 만들어진 것이고 완만한 가열이 종료되기 전이나 이후에 마르텐사이트 상태에서 변형된 것이라면 완만한 가열이 종료된 온도에 도달하기 전 까지는 이전의 오스테나이트 상태로 되돌아가지는 않을 것이다.

이 과정은 ＂열처리의 조건＂이라고 말한다.

또한 이와 동시에 출원된 또 하나의 출원에서 마르텐사이트 오스테나이트 가역적 완복변질성을 상실하려는 경향이 있는 어떤 금속물질, 예를들면 Ms가 0℃ 또는 그 이상인 어떤 물질에서 특히 잘 일어나는 이런 경향을 억제시킬 수 있는 방법이 소개되어 있다. 이 방법은 그 물질을 상승시킨 온도, 특히 50-150C(이때 그것은 마르텐사이트로 변질하기 이전의 오스테나이트 상태로 있다)에 유지함으로서 숙성(aging)시키는 것이다.

이 가역적인 변질성의 상실을 억제시키는 데 소요되는 시간과 숙성 온도는 합금의 성질 여하에 따라서 달라지지마는 등 출원의 내용을 참조 하면 용이하게 결정할 수 있다.

이런 발명의 결과로서 열처리 방법에 의해 마르텐사이트-오스테나이트 사이의 가역적 변질성향의 저하와 As온도가 상승된 합금으로 부터 유익한 열환원 제품을 만드는 것이 가능하게 되었다.

그러나 합금의 As온도를 올리기 위한 이들 발명의 많은 이점에도 불구하고 조절된 완만가열을 가능케 하는 장치를 사용할 필요성이 있다. 그뿐만 아니라 최적 완만 가열속도를 결정하기 위해서 앞서 지적한 그런 금속이 아닌 다름 금속에 대해서 예비조사를 할 필요성이 있다. 그리고 또한 환원을 피하는데 필요한 완만가열 속도는 원하는 As를 얻기 위하여 너무 긴 전처리 기간을 요할 수도 있다. 따라서 이들 제약들은 받지 않는 마르텐사이트와 오스테나이트사이의 가역적 변질능력을 가진 금속 조성물에 상승된 As를 부여하는 방법을 사용하는 것이 유리할 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 최소한 하나의 가열 사이클에서 오스테나이트와 마르텐사이트 사이의 가역적 변질을 수행하는 금속 조성물에 상승된 As를 부여하는 방법을 제공하려는 것이다. 아울러 본 발명에는 그러한 상승된 As를 갖는 새로운 금속 조성물들이 소개되어 있다.

본 발명은 오스테나이트와 마르텐사이트 상태 사이에 가역적 변환을 일으킬 수 있는 금속 조성물에 상승된 As를 부여해 주는 개선된 방법을 제공하여 주고 있다. 이 방법은 그 과정이 끝난 뒤에도 유지될 수 있는 최소한의 변형을 일으키게 하기에 충분한 시간동안 정상적인 Ms보다 높은 온도에서 그 변형된 형태로 조성물을 유지시키는 것이다. 유지되는 변형량은 그 조성물이 유지되는 온도와 시간의 함수이다. 이방법은 ＂역학적 전처리＂로 불릴 수 있다.

주어진 합금에 대한 유지시간은 일상 경험에 의해서 결정될 수 있다. 일반적으로 목적하는 효과를억기 위한 최소한의 유지시간은 그의 유지온도에 따라 좌우되는 것이지만 실례를 들어보면 200℃에서 10초, 100℃에서 10분, 또는 실내온도에서 1시간 정도이다.

본 발명에서 다루고 있는 금속으로 만든 제품은 오스테나이트 상태에 있는 동안에 변형시킬 수 있다. 그러나 보통 이럴 때에는 막대한 힘이 소요된다. 따라서 조성물이 Ms-Mf범위내, 혹은 가까이의 더욱 유리한 조건하에 있을 때 조성물을 변형시키는 것이 좋으며 Ms보다 높은 원하는 온도로 제한시키면서 그의 온도를 올려주는 것이 좋다.

역학적으로 전처리된 제품은 금속도로 가열되면 최소한 부분적으로 나마 그의 원래의 모양으로 회복되게 된다.

오스테나이트 상태에 있는 금속제품에 어떤 힘이나 압력을 가하면, 즉 굽히거나 신장하기 위한 압력을 가하면, 오스테나이트의 일부가 마르텐사이트로 변질하는 방식으로 그 제품에 스트레인이 생기게 된다.

외부로부터의 압력이 제거될 때에 소멸하는 이 스트레인은 ＂가탄성 스트레인＂(Pseudoelastic strain)이라고 불리는데 그것은 이 스트레인이 압력에 비례하는 변화를 보여주지 않는다는 점에서 보통의 신축성 물질이 나타내는 효과와는 다르기 때문이다.

외부로부터 가해진 압력에 의해 이루어진 마르텐사이트에 의해 변질은 신축성 있게 오스테나이트 상태로 복귀사기 때문에 스트레인은 소멸한다.

일반적으로 압력에 의하여 유도되는 마르텐사이트의 형성이 일어날 수 있는 최대 온도가 존재한다. 금속의 조성에 따라 변하는 이 온도는 여기서 Md라고 지칭하였다.

압력에 의해 유도된 가탄성 마르텐사이트와 오스테나이트의 가역적 변질성은 저온의 안정한 마르텐사이트 상태에서 변형된 금속 조성물이 마르텐사이트가 오스테나이트로 되돌아 가는 온도 범위까지 가열될 경우 그의 원상태로 복귀할 때에 볼 수 있는 형태 기억 효과와 표면상으로는 동일한 현상이다.

이 현상과 가탄성으로 이루어진 마르텐사이트와 관련된 현상간의 주요한 차이는 후자에 있어서는 마르텐사이트의 형성이 압력부분에서 국부적이며, 또한 마르텐사이트에서 오스테나이트에의 변질 및 그 반대 현상이 동일 온도의 것이라는 것이다.

이 후자의 이유때문에 가역적인 가탄성 스트레인은 이론적으로 흥미는 있지만, 금속 조성물을 그의 Mf이하에서 변형시키고 스트레인을 회복할 때까지 그 온도로 유지시켜서 얻은 열로 회복 가능한 스트레인이 실제 이용되었을 때 그 자체가 가능한 현실적인 응용이 되지는 않는다. 그러나 위에서 지적했듯이 이 후자의 공정에서는 금속을 As이하의 비교적 낮은 온도로 유지시킴으로써 오스테나이트로의 변형이 정상적으로 시작되는 온도(As)로 되어 주위 온도에서도 원 상태로 회복되지 않고서 샘플을 충분히 처리할 수있게 되지 않으면 원할때까지 원상 회복을 억제시킬 필요가 있다.

이것을 가능케 하는 본 발명 이외의 유일한 방법은 앞서 말했던 ＂열전처리＂방법이다.

아울러 본 발명에서는 변형된 금속제품이 오스테나이트의 원형으로 회복하는 것을 주어진 조성의 금속제품에 따른 회복온도인 As이상의 온도에 이를 때 까지 억제시키는 또 다른 새로운 방법을 제공하고 있다. 이 방법은 대상물품을 원형태로부터 변형시켜서 그것을 그 변형된 상태에서 Md이하, Ms이상의 온도로 외부 압력이 제거되어도 원래 스트레인의 최소한 일부분만이라도 잔류시키는데에 충분할 만한 시간 동안 유지하는 것이다.

다음에 그 샘플을 열전처리에 의해 더 이상의 As의 상승을 억제하는, 우선적으로는 100℃/ min이나 그 이상의 속도로 빨리 가열시키면 앞에서 잔류된 스트레인의 최소한 일부분정도는 원상회복하게 된다. 따라서 본 발명은 또한 특정한 조성과 연관된 As-Af 범위에 비해 보다 상승된 As-Af범위를 가진, 열에 의해 회복이 가능한 금속 조성물을 제공하려는 것이다.

일반적으로 말해서 본 발명의 방법은 오스테나이트-마르텐사이트간의 가역적 변질을 나타내는 여러 금속조성물들에 적용할 수 있다. 그것은 합금, 특히 전자 화합물을 이루는 합금에 특히 적합하다.

우선적인 전자 혼합물은 구조적으로 유사성이 있는 정방형 입체면(예 :β놋쇠)을 위한 흄-로터리(Hume-Rothery)방식에 따르는 혼합물이거나 또는 2개의 원자에 대해 3가의 전자비율을 갖는 전자혼합물이다(AS.M 금속편람 제1권 제8판(1961) 4페이지 참조).

적합한 합금 가운데에는 β상 합금, 즉 β-놋쇠에서 볼 수 있는 중심 입체형의 β-합금을 형성하는 구리아연합금 또는 구리알루미늄 합금에 의해 대표되는 합금들을 들 수 있다.

이런 것 중에는 구리아연이나 구리 알루미늄등 합금을 들 수 있는데 그 속에서 주석과 알루미늄은 최소한 부분적으로 서로 치환될 수 있고 또한 그런것 자체를 실리콘 주석, 망간 또는 이들의 혼합물 같은 다른 합금들로 대치할 수 있다. 이런 류에 속하는 몇몇 합금은 앞서 지적했던 또 하나의 별도 동시 출원속에서 상세히 언급되었다. 바람직한 합금으로서는 구리를 60-85Wt% 함유하고 망간 및 그의 혼합물과 실리콘과 조합된 아연 및 알루미늄을 적량 함유하는 것들이 있다. 실예로서는 중량비 40%의 아연, 0-5%의 실리콘, 14%의 알미늄 및 0-15%의 망간으로 구성된 합금을 들 수 있다. 3차, 4차, 혹은 그 이상의 구리 착화합물 합금도 쓰일 수 있다. 이런 범주에 속하는 많은 합금들은 아래에서 상세하게 설명되어 있다.

그러나 본 발명에 따른 실시방법은 이런 설명된 분야에만 국한되는 것은 아니다. 예를들면 본 발명의 방법을 구리 이외의 금속에 입각한 합금에 적용할 수도 있는 것이다.

이런 형의 합금은 이미 알려져 있는 방법에 의해서 β-상으로 얻을 수 있다. 보통 β-상합금은 그것이 안정한 β-상태를 유지 하는 높은 온도로부터 그 보다 안정하지 못한 β-상태로 유지되는 온도로 급냉시킴으로서 얻을 수 있다. 만일 냉각속도가 너무 낮으면 제2상의 합금이 형성될 것이고 그런 합금은 가역적인 오스테나이트-마르텐사이트 변화를 일으키지 못하게 된다.

그러나 상당한 부분이 β상에 속하는 합금, 즉 70%이상의 β상의 순수한 β상 구조와 같은 유용한 성질을 상당히 보유하고 있다.

만일 합금을 Ms온도 이하로 급냉시키면, 열에 의한 회복능력은 상실된다. 따라서 합금을 알파(α)상형태가 생기지 않는 속도로 Ms이상의 온도까지만 급냉시키는 것이 바람직하다. 0℃이하의 Ms를 가진 합금에 대해서는 20℃정도의 냉각온도가 바람직하다. 이는 20℃의 물속에서 합금을 냉각시키는 방법으로 행한다.

실험에 사용된 합금은 열회수 후에 원하는 꼴로 미리 형태를 다듬어 놓았다. 물질이 어떤 형상으로 되어 그로부터 열회수가 요구되는 변형, 즉 궁극적으로는 열에 대해 불안정한 상태로의 변형은 Md이하의 온도에서 우선적으로 이루어진다.

실예로서, 그런 변형은 대상물이 오스테나이트 상태에 있는 동안에 이루어지며 대상물에 가해지는 최초의 스트레인은 ＂가탄성＂형태인데 이는 그의 급속한 이완결과 앞서 언급한 동일온도 회복을 하는 변형을 초래하기 때문이다.

그럼에도 불구하고 대상물을 적절한 시간동안 변형된 상태로 둠으로서 최소한 일부의 원래의 ＂가탄성＂ 스트레인은 외부로부터의 압력이 제거된 후에도 유지되는 스트레인으로 전환될 것이다.

원래의 ＂가탄성＂스트레인의 유지되지 않은 부분은 ＂스프링 백＂이라고 불리울 수 있다.

잔류하는 스트레인을 회복하기 위하여 앞서 말한 바와같이 오스테나이트의 변화가 일어나는 온도범위내에서 샘플을 급속도로 가열한다. 회복되지 않은 잔류 스트레인 부분은 ＂회복 불능한 스트레인이＂라고 불린다. 이런 경우는 마르텐사이트-오스테나이트 변환에서 결코 드물에 일어나는 것이 아니다. 스트레인을 회복하기 위해서 필요한 가열속도는 앞서 설명한 것과 같은 ＂열 전처리＂효과를 회피하기 위하여 충분히 ＂빠른속도＂라야만 한다. 왜냐하면 만일 느린속도로 가열된다면 회복은 일어나지 않기 때문이다.

적당한 속도는 합금의 성질에 따라 달라지므로 모든 합금에 대해서 ＂완만＂ 또는 ＂급속＂으로써 가열의 절대적인 속도치를 정할 수 없다. 그러나 이런 조건의 중요성은 앞서의 설명이나 ＂열전처리＂에 관한 별도의 특허 신청에서 미루어 보아도 분명하다. 이런 자료들을 이용하면 빠른 속도로 규정지을 수 있는 가열속도는 쉽게 알 수 있다.

만일 변형된 상태에서 충분히 오래도록 유지되면 모든 원래의 스트레인은 외부 압력이 제거된 후에도 잔류하게 된다. 어떤 주어진 온도에서 상당한 잔류 스트레인을 가지기에 필요한 시간의 길이는 합금의 조성과 열역학적 처리여하에 따라 달라진다. 대체적으로 말하자면, 어떤 주어진 합금에 있어 필요한 유지시간의 길이는 유지온도의 상승에 따라서 줄어든다. 그렇지만 유지온도가 잔류 스트레인 부분의 회복불능에 이르기까지 지나치게 높게 유지된다면 부작용이 일어날 가능성이 있다. 그러나 ＂역학적 전처리＂는 200℃정도로 높은 온도에서 수행되어 왔다.

본 설명에서 유지온도와, 가압시간의 최적상태는 합금에 따라 다르기는 하나 항상 정확히 규명할 수 있는 것이다.

최적 조건에서 본 발명에 따른 방법으로 처리함으로서 10%에 이르는 열회수 가능한 스트레인을 얻을 수 있다.

＂열전처리＂의 경우에 있어서 As_E라고 표시되는 상승된 As온도는 완만한 가열이 끝날 때의 온도와 비슷하다.

그러나, 이는 본 발명의 ＂역학적 전처리＂방법의 경우는 아니다. 그것은 유지온도 이하, 또는 그이상의 온도일 수 있다. 전반적으로 유지시간이 길어짐에 따라 증가한다.

어떤 임의의 합금에 대한 실험에서 원하는 As의 상승점을 얻는데 필요한 전체조건들을 결정할 수 있다.

역학적 전처리 후에 주위온도에 방지해두면 어느 정도의 회수 가능성의 손실을 초래할 수는 있어도 상승된 As온도에는 영향을 미치지 않는다. 앞서도 지적했듯이 본 발명의 실시예에서 대상물은 오스테나이트상태에서 원형태를 변형시키는데 그 때에는 그 대상물에 주어진 시초의 스트레인 ＂가탄성＂으로 간주할 수있는 조건이 유지된다. 그러나 본 발명에서의 사용에 적절한 금속 혼합은 그 온도가 Ms-Mf범위에서나 또는 그 이하에서 서서히 낮추어짐에 따라 용이하게 변형시킬 수 있다.

따라서 본 발명의 범위내에서는 변형을 쉽게 하기 위해 대상물의 온도를 Ms-Mf범위 이하로 낮추어 그것을 변형시키고 다음에 그를 변형된 상태로 유지시키면서 가열하고 그 동안데 유지온도는 정상적인 As-Af범위 이상의 온도에 이르러 요구하는 시간동안 유지시킨다.

＂열 전처리＂ 공정과 대조적인 상태에서 상승된 유지온도에 도달하기 위한 가열속도는 ＂완만＂할 필요가 없는 바 그것은 앞서도 설명한 바와 같이 변형의 회복이 강제적인 방법에 의해 방해되기 때문이다.

그러나 상승된 온도에 도달하기 위하여 가열속도를 완만하게 조절함으로써 어떤 면에서는 다소의 이점도 발생한다. 그중 한가지 잇점은 대상물이 환원하려고 시도함에 따라 급속한 가열중에 강제장치에 대해 가해지는 힘으로 야기되는 대상물에 대한 파손이 최소 한도로 줄어든다는 것이다.

왜냐하면 회복의 시작과 더불어 일어나는 압력은 실질적으로 소멸되기 때문이다. 또 하나의 잇점은 순수한 열 및 역학적 전처리에 대해 부분적으로만 적합한 이 방법으로 합금을 사전 처리한다는 것이 가능한다는 것이다. 압력으로 야기된 마르텐사이트가 부 1부분적으로 향상된다는 사실에 비추어 대상물을 역학적 전처리 방법으로 상승된 As에 접근시켰다가 정상적인 Ms이하까지 냉각시켜서 재차 As로 상승시키면서 변형시키는 것도 또한 본 발명의 범위내의 것이다.

두번째의 As는 열전처리에 의해서 역학적 전처리에 의해 유도된 As 온도보다 낮은 온도에까지 내려가게할 수 있다.

가압 수단은 유지온도에서 제거될 수 있지만 제거에 앞서 부가적으로 변형된 대상물을 저온도로 냉각시키는 추가적 처리로서 두가지의 이점이 발생한다. 첫째의 이점은 Ms-Mf 범위나 그 이하까지 냉각시킴으로서 부가 압력방법을 해제하는 데 필요한 일을 덜게 된다는 것이다.

둘째의 이점은 대상물을 유지온도로부터 저온까지 외부압력하에 냉각시킴으로서 열 회복가능한 스트레인의 추가적 증가를 대상물에 부가할 수 있다는 것이다. 외부압력 장치가 해제된 후 이 스트레인의 증가는 가압수단이 제거되는 온도와 유지온도에 의해 결정되는 온도 간격 이상으로 ＂급속＂가열하는 동안에 보통 회복된다.

이런 추가적 스트레인 증가는 그 자체의 As온도를 가지고 있다. 다른 말로 표현하면 대상물은 역학적 전처리에 의해 부가된 As(그리고 제 2As)보다 낮은 제1As를 가진다. 그 결과 두 단계에서의 열 회복을 기할 수 있게 된다.

어떤 금속 조성물은 오스테나이트 상태에서 즉 잔류전압의 높은 부분이 열환원인 상태에서 장시간 두어지면 열 및 역학적 전처리에 더욱 잘 반응한다. 본 출원과 동시에 출원되는 ＂금속 합성물의 오스테나이트 에이징(aging)＂속에서 이것은 상세히 설명되어 있다. 그러나 만일 역학적 전처리 조건이 동일하다면 에이징하지 않은 대상물에 부가된 As 온도는 같은 조성의 대상물을 에이징 시켰을 때보다 때로는 높다.

아연, 알루미늄, 실리콘, 망간 및 그의 조합물들을 포함하는 구리의 베타 상 합금들로서 실내온도 이하의 Ms온도를 가질 때 에이징은 50°~125℃에서 5분 내지 3-4시간동안 행하는 것이 최적이다. 다른 합성물에 있어서 최적결과를 유발시키는 시간과 온도는 그 물질에 따라 달라지지마는 다른 조건하에서 에이징 시킨 동일 합성물에 의해서 얻어진 열 회복 가능한 스트레인의 량을 비교함으로서 용이하게 확정될 수 있게 된다.

대상물의 최종 용도에 따라 그의 회복되거나 회복 가능한 형태가 결정된다. 전처리된 대상물에 가해진 변형력은 굽히는 힘, 휘는 힘 가압 및 신장력등 다양한 형태일 수 있으며, 또한 기타 적합한 외부압력 수단을 쓸수 있다. 이런 식으로 L형으로부터 I형으로 회복하는 또는 그 반대로 회복하는 물질을 얻을 수 있는 것이다. 구멍이 있는 물질, 특히 그 직경이 커지거나 수축되는 실린더 형의 물질은 본 발명에 의한 방법으로 용이하게 얻을 수 있다.

역학적 전처리가 압력 부위에서 이루어지기 때문에 대상물질의 어떤 부분만을 전처리하는 것이 가능하다.

이것은 일련의 변형을 다른 온도에서 원상 회복할 수 있는 물질이 되게 한다.

다음의 실시예들은 본 발명을 구체적으로 나타내주고 있다.

[실시예 1]

64.6%의 구리, 34.4%의 아연, 1.0%의 실리콘(중량비)를 포함하는 규격 38mm×5mm×0.75mm인 놋쇠판을 800℃에서 베타 처리한 후 물로 급냉시킨다.

이 처리후 Ms는 2℃였으며, 그 놋쇠편은 실내온도에서 가탄성이었다. 즉, As와 Af가 실온 이하였다.

이 놋쇠편을 실내 온도에서 환형으로 굽혀서 한시간동안 그 상태로 있도록 조여둔다. 조임을 풀었더니 환은 굽혀진 상태로 있었다.

이것을 200℃로 가열 했더니 놋쇠편을 다시 곧곧한 훤 상태로 회복되었다.

[실시예 2]

구리 70%, 아연 26% 알루미늄 4%(중량비)의 함량으로 만들어진 직경 0.9mm, 길이 14cm인 선을 700℃에서 3분간 배타 처리한 후 물로 급냉시켰더니 그 선은 실온에서 가탄성이었고, -3℃의 Ms를 가졌다.

이 선을 외부 스트레인이 4.3%가 되도록 굽힌후 실온에서 이 상태로 조여두었다. 가끔씩 조임을 풀고 유지된 스트레인을 측정한 다음 다시 조여 두었다. 증가된 유지 스트레인은 다음과 같다.

마지막 측정후 이 굽힌 선을 200℃의 기름속에 넣었더니 즉각 곧게 펴졌다. 이 실시예는 지속시간의 연장이 유지되는 스트레인에 미치는 효과를 보여주고 있다.

다음에 열거한 조성을 가진 두께 0.76mm의 합금판으로부터 샘플을 오려냈다. 그 샘플을 800℃에서 베타 처리하고 물로 급냉시켰다. 모든 샘플은 그 낮은 Ms 온도가 의미하는 바와같이 실내 온도에서 가탄성 이었다. 샘플들을 굽혀서 실온에서 바깥 스트레인이 4.25%되도록 굽힌 상태로 조임을 가했다. 이들 샘플과 조임 장치는 200℃의 기름속에 72시간동안 담겨있다. 그후 이들 조임된 샘플들은 실온으로 냉각되었다. 그후 샘플들을 조임장치로부터 해제시켰으나, 탄력적 원상 복귀는 없었다.

다음에 샘플들은 급속도로 가열시켰다. 열에 의해 원상회복이 가능한 스트레인과 그러한 회복이 일어난 온도 범위는 아래 표에 예시되었다.

이 실시예로부터 합금에 부가시킨 As 온도는 전처리가 이루어지는 온도와는 무관하다는 것을 알 수 있다.

[실시예 4]

역학적인 전처리가 성공적이기 위해서는 여건을 달리한 여러차례의 시험을 한다는 것이 중요하므로 몇가지의 변수들을 동시에 시험해 볼수 있는 실험이 이루어졌다. 다섯가지의 변수들이 각 두 단계에서 실험되었는데 그 변수들은 아래와 같다.

이 실험에서는 네가지의 합금의 사용되었다.

샘플은 상기 혼합물을 공기 속에서 용해시켜 캐스틴한 후 0.76mm판으로 말아서 만들었다. 이 판으로부터 부분을 잘라내고 575℃-650℃에서 5분간 가열시켜 베타 처리시킨다. 모든 샘플은 -60℃로 냉각시켜 형태를 변형시키고 그것을 굽혀서 4.53-7.1%로 압력을 가하면서 가압장치속에 유지시켰다. 샘플과 가압장치는 -50℃-125℃에서 유액 속에 담겨져서 15-150분간 유지되었다. 다음에 샘플과 가압장치는 -80℃로 급냉시켜서 해제하고 잔류압력을 측정하였다.

가압되지 않는 샘플은 욕조속에 넣어 0℃로 유지시킨후 다시 잔류압력을 측정하였다. 이 과정은 20℃, 50℃, 100℃ 200℃ 및 400℃에서 반복되었다. 그렇게하여 측정한 결과를 분석하여 주 효력이 정도와 각종 실험이 시행된 한계에 대한 상호작용을 규명할 수 있었다.

50℃ 이상의 온도 범위에서 열환원을 일으키는 스트레인을 성취의 척도로 하였다.

통계적인 분석결과 압력의 주 효력이 평균 1.95%로, 유지 온도는 평균 1.65%로 나타남이 밝혀졌다.

기타의 다른 주요효과와 상호작용은 이 실험에서는 뚜렷이 나타나지 않았다.

이 실험에서 최상의 조건은 유지온도 125℃에서 7.1%압력이었다. 이것은 50℃ 이상에서 평균 3.81%의 열환원 압력을 주었다.

[실시예 5]

구리 64%, 아연 35%, 실리콘 1%(중량%)으로 된 합금을 조사한바, 이 합금의 Ms 온도는 -40℃였다.

샘플을 860℃에서 5분간 베타 처리하여 20℃의 물로 급냉각시킨후 50℃에서 베타형으로 여러시간 간격에 걸쳐 에이징 시켰다. 그후 가압장치에 끼운 다음(보통 온도에서 5분 동안)샘플을 -65℃에서 냉각시켜 8%탄력에서 형태를 변형시켰다. 변형된 후 수축이 일어나지 않도록 가압장치에 넣었다. 그리고 이때 샘플에는 경우에 따라서는 즉각적인 팽창을 할수 있는 여유를 두었다. 압력이 가해진 샘플을 40℃에서 물 속에 담구어서 Mf온도이하로 재냉각시키기 전에 시간간격을 여러가지고 하여 그 온도로 유지시켰다.

견본은 변형후의 원형에 비해서 약간 팽창하였으마, 냉각동안 외부압력은 없어졌다. 외부 압력은 ＂전처리 상태＂에서 견본이 600℃의로 속에서 가열되는 동안 자연스럽게 열환원 될 수 있도록 제거되었다.

As 온도와 열환원 압력은 변형 이전의 50℃에서의 에이징 시간과 외부 압력하의 40℃에서의 에이징시간등 두가지의 주요 변수의 함수로 측정되었다.

기계적인 전처리 결과는 표 1에 제시하였다. 50℃에서의 각 에이징 시간에 있어 어떤 견본 -65℃에서 변형된 후 급가열되었다. 이때에는 As 온도에서의 기계적 전처리 효과가 비교되었다.

표 1은 제2 As 온도가 40℃에서의 유지시간이 증가함에 따라서 상승되는 모습을 뚜렷이 보여주고 있다.

많은 경우 이때의 온도는 40℃를 초과하였다. 한편 전 열환원성 압력(제1As에서 Af까지)은 40℃에서 유지시간이 증대함에 비해 감소되었는데, 이 환원력의 상실은 제2As와 Af사이에서의 열환원 열환원 압력부분에서 주로 일어났다.

[표 1]

베타 단계에서 50℃에서의 에이징 시간을 증대시키면 전반적인 열환원성 압력(HRS)을 증가시키나 제 2As 온도의 증대에는 약간의 효력 밖에 미치지 못한다.

실내온도에서의 저장 효과도 또한 검토되었다. 기계적 전처리 후 견본을 냉각시키고 압력장치를 해제하였다.

급속도로 직접 가열하는 것 대신에 견본이 실내 온도로 더워지도록 방지되었고 그 온도에서 견본을 3주간 저장하였다 : 저장 후 견본을 실험대에 올려놓고 실내 온도로부터 직접 Af온도 이상으로 가열시켰다.

실예로써 한 견본은 50℃에서 1주간 에이징 되었으며, 또 40℃에서 16시간동안 가열장치 속에 유지시켰다. 압력장치를 해제한 후 Mf로부터 직접 가열하였을 때의 열환원 효과는 74%였다. 이 효과는 2일후 57.4%로 떨어졌으며, 1주간 후 47.8%로 떨어졌고, 또한 3주 뒤에는 20℃에서 4.64%로 떨어졌다.

제2As 온도는 35℃에서 항구적인 것으로 남아 있었다.

[실시예 6]

구리 63.5% 아연 35.5% 알루미늄 10%(중량%)를 함유하는 합금을 조사하였다. 이 합금의 ＂기계적 전처리를 위한 실험적 조건은 변형온도를 -50℃로 힌것 이외에는 모두가 실시예 5의것과 동일하였다. 합금은 약-25℃의 Ms온도를 지니고 있었다. 견본은 역시 50℃의 베타형에서 에이징시켰으며, 40℃에서 고정시켰다.

이 견본에 대해서는 50℃에서 3시간동안 에이징 시켰고, -50℃에서 변형시킨 후 금속 가열을 시켰더니 제1As는 -13℃로 나타났으나, 제2As는 나타나지 않았다.

HRS를 7.20%(94%효과)50℃에서 3시간 에이징시킨 후 기계적 전처리 조건을 가한 견본의 결과는 표 2에 나타나 있다.

이전의 구리, 아연, 실리콘 합금에 비해 제2As온도의 상승은 이 합금에서는 그리 높지 않다.

[표 2]

[실시예 7]

여기에서는 구리 65.76% 아연 32.25% 알루미늄 2.00%(중량%)로 구성된 합금으로서 Ms가 약 -25℃인 견본을 사용하였다.

이 합금에 대해서도 이정의 합금과 동일한 방법으로 조건을 가했으며, 변형에 앞서 50℃에서 에이징시켜서 40℃에서 기계적 전처리 조건하에 고정시켰다.

표 3은 이 합금을 50℃에서 3시간 에이징 시켰을 때의 결과응 나타내고 있다.

이 합금의 전처리를 가하지 않은 견본에 50℃로 3시간 에이징시킨후 -50℃에서 변형시켜서 급속가열을 시킨 결과는 다음과 같다.

제1As는 -35℃ 제2As는 나타나지 않았다.

HRS는 7.10(98% 효과)

표 3에 표시한 바와같이 제2As 온도는 알루미늄 1%로 된 앞서의 합금에서와 같이 많이 상승되지 않았으나, 열환원성 압력은 매우 높다.

이 견본의 알루미늄 함유 합금과 실시예 6의 합금을 실제적으로 전처리 온도까지 완만히 가열하는 동안에 열환원을 방지하는 것이 가능하지 않았듯이 열전처리에 의한 As온도의 상승효과는 기대 할 수 없었다. 같은 합금을 100℃에서 베타형으로 에이징시켜서, 40℃에서 고정시키고 50℃에서 에이징 시킨 다음 80℃서 고정시킨 결과는 표 4에 나타나 있다.

높인 에이징 온도의 전반적인 효과는 As온도의 상승을 줄이고 열환원 압력을 증대시키려는 데에 있다.

전처리 온도를 40℃로부터 80℃로 올리는 것은 As온도를 올림에 따른 에이징 온도보다도 더욱 큰 효과를 나타낸다. 표 4에서 표시한 바와 같이 유지시간을 80℃에서 10분을 5시간으로 연장시킴에 따라 전처리된 제2As를 43℃(즉 유지온도보다도 낮은온도)로 부터 상승시킨다.

열환원은 따라서 제2As온도가 증가함에 따라 상대적으로 내려간다.

[실시예 8]

구리 62.2%, 아연 37.3% 알루미늄 0.5%(중량%)의 합금으로 Ms가 -33℃인 것과, 구리 67.5%아연 29.5% 알루미늄 3.0%(중량%)의 합금으로 Ms가 -30℃인 것을 검토하였다.

이들 합금은 실시예 6과 7의 알루미늄을 포함합금을 처리한 것과 같은 방법으로 처리하였다. 50℃에서 3시간 베타형으로 에이징시킨 후 기계적 전 처리를 한 뒤 40℃에서 상이한 시간동안 고정시킨 결과는 표 5와 같다.

동일한 실험 조건하에서 제2As온도와 Af온도간의 열환원압력은 알루미늄함량이 0.5%때 보다도 3%인 때가 더욱 크다.

Claims (1)

1. 오스테나이트 상태와 마르텐사이트 상태간의 가역적인 변황을 수행할 수 있는 특성을 가진 금속 조성물의 자기 이력곡선을 팽창시키기 위해 그 조성물의 As를 정상적인 As이상으로 상승시키는 방법에 있어서, 대상물에 가압장치를 설치하여 그 대상물을 최소한 변형의 일부분이 열 환원성 스트레인으로 유지되도록 하기에 충분한 시간동안 아무런 압력도 가하지 않고 마르텐사이트의 형성이 유도되는 Ms 이상의 온도에서 유지시켜서 대상물을 원래의 형태로부터 이차적인 형태로 변환시키고, 원래 형태로의 환원이 금속 조성물의 정상적인 As 이상에서 시작되며 이때 가압장치를 해제시키는 것을 특징으로 하는 금속의 내부조직을 기계적으로 미리 조정하는 방법.