KR820001567B1 - 금속조성물의 오스테나이트에이징 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

금속조성물의 오스테나이트에이징 방법

제1 및 1도는 구리, 아연 및 실리콘으로 구성된 열 전처리된 합금들에 대한 에이징 효과를 나타낸다.

제2a,2b 및 2c도는 구리, 알루미늄 및 아연으로 구성된 열 전처리된 합금들에 대한 에이징 효과를 보여준다.

본 발명은 가역적인 오스테나이트-마르텐사이트 변환을 하는 금속 조성물에 관한 것이다. 오스테나이트 상태로 부터 마르텐사이트 상태로 가역적인 변환을 할 수 있는 성질을 가진 것으로 알려진 금속 조성물에는 비합금의 금속들도 포함되지만 일반적으로 합금들이 위와 같은 성질을 가장 잘 보여주고 있다. 그러한 합금으로서는 미국특허 제3,012,882호, 제3,174,851호, 제3,351,463호, 제3,567,523호, 제3,753,700호, 및 제3,759,552호, 벨기에특허 제703,649호, 영국특허 제1,315,652호, 제1,315,653호, 제1,346,046호 및 제1,346,047호 등에 밝혀져 있는 것들을 들 수 있다. 상기 4개의 영국 특허는 풀머연구소의 이름으로 된 것이다. 상기의 특허들은 본 발명에서 모두 참고 되었다.

또한 앞서와 같은 성질을 가진 합금은 미항공우주국의 간행물 SP 5110의 "기억을 가진 55-니티놀-합금, 기타"(미정부 인쇄국, 워싱톤 1972), N. Nakamishi등의 Scripta Metallurgica 5,443-440 (페르가몬 출판사 1971)에서도 밝혀져 있으며 이들은 모두 본 발명에서 참고되고 있다.

이들 합금이나 기타의 합금은 공통적으로 고온상태(오스테나이트)에서 저온상태(마르텐사이트)로 냉각될 때 전단 변환을 하는 성질을 가지고 있다. 이러한 합금으로 만든 제품이 마르텐사이트 상태에 있을 때 변형되면 그 변형이 그대로 유지된다. 이것을 그의 오스테나이트 상태의 온도로 되돌아 가도록 가열시키면 변형되기 이전의 상태로 되돌아갈 것이다. 이와같은 한 상태에서의 다른 상태로의 변환은 어떤 온도범위에 걸쳐서 일어난다.

냉각시킴에 따라 마르텐사이트 상대가 형성되기 시작하는 온도는 Ms로 표시하고 이 과정이 완료되는 온도는 Mf라 표시하는데 이들 온도는 각각 1분당 100℃ 정도의 샘플온도의 빠른 변화속도에서 이루어지는 것이다. 마찬가지로 오스테나이트 상태로의 변환의 시작 및 종료온도는 각각 As 및 Af로 표시한다.

대체적으로 Mf는 As보다 낮은 온도이며, Ms는 Af보다 낮다. 그리고 Ms는 As와 같거나 혹은 그보다 낮거나 높을 수 있는데 이는 주어진 합금의 조성 및 열 역학적인 내력에 따라 좌우된다.

한 상태로부터 다른 상태로의 변환은 상기와 같은 변환의 반전 이외에 물질의 여러 물리적 성질, 예를 들면 그 물질의 전기저항을 측정함으로써 추적될 수 있는데, 주어진 물질의 전기저항은 변환이 일어날 때 비정상적인 값을 나타낸다. 만일 전기 저항과 온도, 또는 스트레인과 온도사이의 관계를 그래프로 그리면 Ms, Mf, As, Af점을 거쳐 점으로 되돌아오도록 각 점을 연결한 곡선은 이력곡선이라 불리는 루프를 형성한다.

Ms와 As는 많은 물질에 있어서 대체적으로 동일 온도이다. 열회복성이나 형태 기억능력을 가진 한가지 특히 유용한 합금에는 미국특허 제 3,174,851호에 나타난 금속간화합물 TiNi가 있다. 변형된 합금이 원래의 형태로 되돌아가는 온도는 영국특허 제1,202,104호, 미국특허 제3,753,700호에서 밝혀진 바와같이 합금의 조성에 따라 다르다. 즉, 원래형태로의 회복은 실온에서나 실온이하, 또는 그 이상의 온도에서 일어날 수 있다.

열회복성 합금을 사용한 어떤 제품에 있어서는 As온도가 Ms온도 보다 높은 것이 바람직한데 그 이유는 아래와 같다. 즉 그러한 합금으로 이루어진 많은 제품들은 변형된 상태에서, 즉 마르텐사이트 상태로 수요자들에게 공급된다.

예를 들면 영국특허 제1,327,441호와 제1,327,442호(미국특허출원 852,722호 및 51,809호)에서 밝혀진 바와 같이 수력기기의 커플링 장치는 변형된 상태(즉 신장된 상태)로 수요자에게 팔리고 있다. 수요자는 이 신장된 커플링장치를 (수도관의 말단부 같은)연결된 기기 부분에 끼워 넣고서 그 커플링장치의 온도를 올린다. 온도가 오스테나이트 변환에는 이름에 따라 그 커플링장치는 원래의 형태로 돌아가기 시작하며 연결시킬 부분에서 오그라들게 된다. 사용중에 커플링장치가 그의 오스테나이트상태로 유지될 필요가 있기 때문에(예를 들면 마르텐 사이트 변환중에 일어나는 스트레스 이완을 피하고, 또한 오스테나이트 상태에서의 역학적인 성질이 보다 우수하기 때문에) 물질의 Ms를 낮게 잡아서 그 Ms온도가 사용도중에 물질이 다다를 수 있는 최저온도 이하로 되도록 한다. 이로써 회복후에 사용도중에는 그 물질을 항상 오스테나이트 상태로 유지될 것이다. 이런 비유로써 제품을 변형시킨 후에는 실지로 사용될때까지 액체 질소같은 것에 담아두어야 하는 것이다. 그러나 만일 스트레인과 온도의 그래프에 도시된 바와 같이 오스테나이트 변환가능할 모든 마르텐사이트의 오스테나이트 상태로의 연속적인 S자형변환의 시작을 의미하는 As를 그의 Ms를 올리지 않고 단지일시적으로 한번의 가열동안에 상승시킬 수 있다면 신장된 커플링은 더 높고 보다 편리한 온도에서 유지될 수 있다. 이 방법의 잇점은 명백하다. 즉 이를테면 합금의 As가 회복이 일어나지 않고 상온에서 커플링을 다룰 수 있기에 충분할 만큼 상승될 수 있다면 변형된 후 액체질소중에 보관되어야 하는 열 회복성 커플링의 저장과 연관된 문제점들 및 그에 따른 비용등의 문제들을 피할 수 있을 것이다.

본 발명과 동시에 출원된 또 하나의 미국출원번호 550,847호 "열처리방법"에서 본 발명자들은 어떤 금속조성물의 As가 한 가열과정동안에 상승될 수 있는 방법을 소개하였다. 이 방법에서는 우선 그 조성물의 온도를 그의 오스테나이트 상태의 온도로부터 그의 Mf온도 이하로 하강시킨다. 다음에 그 조성물을 전체가 오스테나이트 상태로 존재하는 온도, 즉 Af온도 이상으로 가열시킨다. 그러나 마르텐사이트로부터 오스테나이트로의 변환은 가열속도가 완만하면 일어나지 않는다. "완만" 가열속도에 대해서는 상기의 동시 출원된 발명에 상세히 서술되어 있다. 즉, 이 현상은 금속 조성물의 성질에 따라 좌우되지만 이 분야에 기술을 가진 사람에게는 쉽게 인지될 수 있는 것이다.

만일 완만한 가열이 완료된 뒤에 그 조성물을 냉각시키고 빠른 속도로 가열시키면 완만 가열이 종료된 온도에 도달될 때까지는 마르텐 사이트에서 오스테나이트의 변환이 일어나지 않는다. 더욱 중요한 것은 만일 제품이 조성물로 만들어진 것이고 또 그 제품이 완만가열이 끝나기 이전이나 이후에 마르텐사이트 상태에서 변형된 것이라면 그것이 완만가열이 중지된 때의 온도에 도달하기까지는 오스테나이트 상태로 있었던 당시의 형태로 되돌아가지 않는다.

본 발명에서는 이 방법을 "열 전처리"라고 칭하고 있다. 다른 미국특허출원 550,555의 "역학적전처리방법"(지금은 미국특허 제4,036,669호)에서는 금속 조성물의 As온도를 상승시킬 수 있는 또 하나의 방법이 소개되어 있다. 그 방법은 조성물을 정상적인 As-Af 온도 범위이상의 온도에서 외력이 제거될 때에도 변형된 부분이 유지되도록 하는데 충분한 시간동안 변형된 상태로 유지시키는 것으로 구성된다. 유지되는 변형의 양은 그 조성물이 유지되는 온도와 유지단계 지속시간의 함수이다.

조성물은 오스테나이트 상태에서 변형될 수 있으나, 이에는 매우 큰 힘이 소요된다. 따라서 조성물을 더욱 용이하게 변형시킬 수 있는 온도 범위 즉 Ms-Mf 범위나 그 이하에서 변형시켜서 가압상태에서 위하는 유지온도로 그 온도를 올리는 것이 좋다.

"열전처리"와 비교하여 이 방법은 "역학적 전처리"라 통칭되고 있다. 이런 식으로 전처리된 제품은 금속 가열시키면 유지되었던 스트레인의 일부를 회복하게 된다.

이들 발견의 결과 상승된 As 온도를 가진 열회복 제품을 만들 수 있게 되었지만, 마르텐사이트로 변형된 금속 조성물은 As-Af 온도 범위로 가열되면 오스테나이트로 되돌아가는 능력의 전부 또는 일부를 상실하려는 경향을 나타낸다. 또 다른 경우에 있어서는 금속조성물들의 As온도를 상승시키기 위한 열 전처리나 역학적 전처리 고정에 잘 순응하지 않는다. 따라서 이들 바람직스러운 성질들의 상실을 억제하는 방법을 이용할 수 있으면 매우 큰 이익이 될 것이다.

본 발명은 금속조성물의 마르텐사이트-오스테나이트간의 가역 변환성의 상실을 억제하는 방법을 제공하려는 것이며, 또한 금속 조성물이 그의 As온도를 상승시키는 방법에 더 잘 순응되게 하는 방법을 제공하려는 것이다. 본 발명에서는 나아가 마르텐사이트와 오스테나이트간의 가역성이 상실 되려는 경향이 감소된 금속조성물 및 상승된 Af을 부여하는 방법에 더 잘 순응하는 금속조성물을 제공하고 있다.

이상과 같은 목적들을 이루기 위해 본 발명에서 다루고 있는 방법은 제품을 오스테나이트 상태도의 전환이 요구되는 마르텐사이트 상태로 변환시키지 이전에 그 제품이 오스트나이트 상태로 존재하는 온도에서 그 제품을 유지하는 것으로 되어 있는데, 이때 상실되지 않는다면 전처리되는 그 제품의 능력이 향상될 수 있는 가역성의 상실의 적어도 일부를 억제하기에 충분한 시간동안 그 제품의 As로 온도가 오르도록 제품이 전처리 되기도 한다.

상기와 같은 목적을 달성하는데 필요한 유지 시간은 그 조성과 유지 온도에 따라서 좌우된다. 보통 요구되는 유지시간은 온도가 상승함에 따라서 줄어든다. 본 발명에 따른 방법은 "에이징"(Aging)이라고 칭할 수 있으며, 그렇게 처리된 조성물을 "에이지"되었다고 칭할 수 있다.

본 발명은 온도의 변화에 따라서 마르텐사이트 상태와 오스테나이트 상태간을 가역변화하는 능력을 가진 금속조성물에 있어서 마르텐사이트상태와 오스테나이트 상태간의 가역성의 상실을 억제하는 방법을 제공하고 있다. 금속조성물을 본 발명에 따른 공정으로 처리하면 그 금속의 오스테나이트 상태에서 마르텐 사이트 상태로의 변환 능력이 향상된다. 위에서 언급된 가역성의 상실은 몇가지 방법으로 나타난다. 즉, 어떤 경우에는 Mf이하의 온도로 냉각된 금속 조성물은 그의 As-Af 범위로 가열될 경우 오스테나이트로 완전하게 회복되지 못하거나 또는 부분적으로 밖에 회복되지 못한다. 따라서 금속 조성물이 마르텐사이트 상태에 있는 동안에 어떤 변형을 가했을 경우 그 조상물이 회복이 일어날 수 있는 조건하에서 가열될 때에도 그 변형의 적어도 일부는 회복되지 못한다.

금속조성물이 마르텐사이트로 전환된 후 금속 가열되어 오스테나이트로의 가역 변환을 행할 경우에도 금속 조성물은 그 전처리 과정에서 가역성이 이미 상실된 상태이기 때문에 그의 As 온도로 상승시키려 할 때도 열이나 역학적 전처리에 순응하려 하지 않는다.

본 발명에 따른 공정은 금속 조성물을 그것이 오스테나이트 상태로 존재하는 온도에서 앞에서 언급한 가역성의 상실을 최소한 일부분 억제 시키기에 충분한 시간 동안 유지시킴으로써 상기와 같은 조건들을 없애는데 이용될 수 있음이 밝혀졌다. 이 공정을 본 발명에서는 "에이징"이라 칭하고 있으며, 따라서 본 발명에서는 마르텐사이트와 오스테나이트 상태간의 가역성을 상실하려는 경향이 감소된 "에이지된" 합금을 제공하고 있다. 그러한 합금들은 열회복성이 부여되고 보다 훌륭한 열 및 역학적전 처리를 수행하는 개량된 합금들이다.

아울러 본 발명은 에이징 어떤 시간과 온도한계 내에서 주의 깊게 조절함으로써 회복성이 감소되더라도 어떤 합금들의 열이나 역학적 전처리에 대한 순응성을 향상시켜주는 방법을 제공하고 있다. 가장 적절한 에이징 조건은 이 분야에 숙련된 자의 개략적인 실험에 의해서 발견될 수 있다. 다만 실시예에서 예시한 바와 같이 이를 금속 조성물들에 있어서 에이징 시간이 너무 짧거나 온도가 너무 낮으며 앞서 지적한 바와 같이 불충분한 가역성이 부여되며, 또한 에이징 시간이 너무 길거나 또는 온도가 너무 높으면 전반적인 가역성은 향상될 지언정 유용한 가역성은 불충분하게 된다.

본 발명에 따른 방법은 오스테나이트-마르텐사이트간의 가역변환을 일으키는 금속 조성물에 널리 적용될 수 있다. 특히 합금, 또는 전자 결합을 형성하는 합금에 적절하게 적용된다.

이러한 형태의 화합물들은 열 및 역학적 전처리를 위한 앞서 참조로 든 출원들에 밝혀져 있는 것들이다. 일반적인 전자 결합화합물들은 구조적으로 중추부를 가진 정방형 입체 모양으로 형성된 흄-로터리(Hume-Rothery) 표시에 따르는 것들, (즉 β-놋쇠), 또는 원자 두개에 전자가 3인 비율의 전자결합화합물들이다.

이들에 대해서는 A.S.M. Metals Handbook, 제1권, 8판(1981)의 4페이지를 참조할 수 있다.

적절한 합금중에는 β상 합금이 포함되는데 이들 가운데 구리-아연 또는 구리 -알루미늄 합금이 대표적이다.

이들은 중추부를 갖는 정방형의 β합금을 형성한다. 이러한 합금가운데는 구리와 아연 또는 구리, 그리고 아연과 알루미늄이 적어도 부분적으로 상호 대치될 수 있고 그 자체가 부분적으로 실리콘, 주석, 망간, 또는 이들의 혼합물과 같은 다른 합금원소들도 대치될 수 있는 알루미늄합금들이 있다. 이들 범위에 속하는 합금들은 앞서 언급했던 열 및 역학적 전처리 공정에 관한 별도의 출원에 상세하게 설명되어 있다.

일반적인 합금에는 60-85중량%의 구리에 아연이 여러가지 함량으로 혼합된 합금 및 실리콘, 망간, 또는 이들의 혼합물과 조합된 알루미늄 합금으로서 예를 들면 아연 0-40중량%, 실리콘 0-5중량%, 알루미늄 0-14중량%, 그리고 망간 0-14중량% 함유된 중추부를 가진 정방형 구조의 합금들이다. 구리의 3차 및 4차 합금도 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 어떤 범위에 속하는 몇가지 특별한 합금을 소상하게 설명하고 있다. 그러나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예에만 국한되지 않는다는 것을 이해하여야 할 것이다. 예를 들자면 구리 이외의 금속을 주로 한 합금에도 본 발명에 따른 방법을 적응시킬 수 있는 것이다.

이런 형태의 합금은 이 분야에서 종사하는 사람들에게는 널리 알려져 있는 방법에 의해 β상으로 얻어진다. 보통이 β상합금은 그것의 일부가 안전한 β상으로 존재하는 상승된 온도로부터 그것이 덜 안정한 β상으로 존재하는 온도로 급냉시켜 얻어진다. 만일 급냉 속도가 느리면 제2의 상이 형성되어 오스테나이트-마르텐사이트간의 가역변환을 일으키지 않게 된다.

그러나 최소한 실질적으로 β상인 합금, 즉 70% β이상의 합금은 순수한 β상 구조와 동일한 유용한 성질들을 여전히 지니게 된다.

위에서 언급한 바와 같이 본 발명의 방법에서는 금속 조성물을 그것이 오스테나이트 상태로 존재하는 온도에서 마르텐사이트와 오스테나이트 상태로 존재하는 온도에서 마르텐사이트와 오스테나이트간의 가역성의 상실을 막는데 충분한 시간 동안 유지시킨다. 본 발명의 가장 명백한 잇점은 열에 대해서 안정한 상태로부터 열에 대해서 불안정한 상태로 변환될 경우 그 금속 조성물이 원래 지니는 스트레인 대부분 회복하는 금속 조성물의 제공에 있다.

가역성의 상실을 막는데 필요한 소요시간은 합금의 종류와 그 유지온도에 따라서 달라진다. 에이징 과정에 대한 순응은 이들 변수들에 의하여 영향을 받기 때문에 모든 조성물에 있어서 최선의 효과를 달성하는데 필요한 소요시간과 적합한 온도에 대한 한계를 분명히 규정한다는 것은 불가능하다. 그렇지만 최적의 조건은 이 분야에 익숙한 자들이면 쉽게 정할 수 있다.

β상 합금의 경우 그 에이징 온도는 β상으로부터 오스테나이트 -마르텐사이트간의 가역 변환을 하지 않는 상으로 뚜렷한 변환을 보이지 않는 온도이어야 한다.

여러가지 함량으로의 아연, 알루미늄, 실리콘, 망간 및 이들의 혼합물을 함유하는 앞서 언급한 바와 같은 구리의 β상 합금에 대해서는 2Ms를 실온이 하로 하고, 에이징을 50°-125℃에서 5분-3,4시간 동안 유지하는 것이 적합하다. 그러나 보다 고온이나 저온, 또는 보다 장시간이나 단시간 동안의 에이징이 유리할 수도 있다.

다른 금속 조성물에 있어서는 시간과 온도는 그때그때 달라지지만 그 최적 조건들은 대표적인 샘플에서 일어나는 마르텐사이트-오스테나이트간의 가역 변환의 양을 비교함으로써 쉽게 결정지을 수 있다.

예로서 샘플을 급속 가열시킴으로써 회복되는 스트레인의 양을 측정함으로써 최적 조건들을 결정 지을 수 있다.

실시예들을 통해서 본 발명을 구체적으로 살피기로 한다.

실시예 1

구리-아연-실리콘, 또는 구리-아연-알루미늄 시스템에서 여러 금속 조성물들의 본 발명에 의한 에이징 방법에 대한 반응과 열전처리에 대한 효과를 비교하는 일련의 실험을 수행하였다. 이때 합금 샘플은 비율이 각각 다른 구리, 아연, 실리콘 또는 알루미늄을 함유하는 용융물로부터 주조하였다.

그 주조물은 뜨거운 상태에서 박편으로 감겨져서 규격이 대략 37㎜×3㎜×0.75㎜인 견본들로 나뉘어졌다.

모든 견본들은 고온에 도달될 때까지 가열되고, β상으로 된 물속에 넣어서 급냉시켰으며, 견본증 반은 100℃에서 10분 동안 에이징시켰고, 나머지는 에이징시키지 않았다. 모든 견본은 -79℃에서 굽혀서 바깥쪽의 섬유 스트레인이 6%가 되게끔 변형시켰다. 변형시킨 후 견본을 풀고서 스트레인이 유지되어 있는 가를 측정하였다. 다음에 에이징과 에이징 되지 않은 견본들을 다음과 같은 세가지 방법 중 한 방법으로 가열시켰다.

(1) 40℃의 액체 속에 담그어서 급속히 가열시킨 후 실온으로 냉각시켜서 스트레인의 회복 정도를 측정 뒤 200℃의 액체중에서 급속히 가열한 후 다시 실온까지 낮추어서 스트레인의 회복이 추가로 얼마나 이루어졌는지 측정한다.

(2) 1분간 0.25℃의 속도로 -79℃에서 +40℃까지 서서히 가열한 후 실온으로 낮추고 스트레인의 회복 정도를 측정한 뒤 200℃의 액체에 담구어서 급속 가열한 후 실온으로 냉각시켜서 스트레인의 회복이 추가로 얼마나 이루어 졌는지 측정한다.

(3) 제(2)의 방법과 동일하나 다만 완만 가열속도를 24분에 대해 1℃로 한다.

회복온도 범위의 조절을 위하여 시험된 각 조성물의 대응도수는 완만 가열된 견본에 대해 40℃이상에서 일어나는 회복의 백분비에서 급속 가열 견본에 대해 40℃이상에서 일어나는 회복의 백분비를 빼고 이를 5%로 나누어 얻어지며 식으로 쓰면 다음과 같다.

본 발명에서의 사용에 특히 적절한 금속 조성물을 도면에 따라 자세히 설명하기로 한다.

제1a 및 1b 또는 대응도수를 조성물에 대하여 분포도 형식으로 나타낸 것으로 일정한 대응도수 부분의 축은 일반적으로 동형 변환온도에 평행하여 낮은 변환온도의 조성물은 윗쪽의 왼편에 있고 고온변환 온도의 조성물은 하부에 오른쪽에 표시되어 있다.

제1도에 나타난 최적 부분은 1.8-2.7%의 실리콘, 66.2-67.5%의 구리, 나머지 아연(29.80-32.0%)의 범위에서 나타난다.

제1a 및 1b도를 비교하여 보면 100℃에서 10분간 에이징시키면 동일한 중앙지점에서 최적 부분이 확대됨을 알 수 있다.

완만 가열의 종료 온도를 임의로 40℃로 보해 보면 보통의 변형범위가 40℃이상으로서 도면의 하부 오른쪽 부분에 위치하는 합금의 질을 떨어뜨리지만 그래프상의 영점이 그러한 합금들의 본 발명에 있어서 부적합성을 의미하는 것은 아니고 다만 40℃외의 온도를 전처리 온도로 선택하여야 함을 의미한다.

마찬가지로 본 도면의 상부 왼쪽에 표시한 합금들에 대해서도 그래프상의 영점은 그 합금들이 본 발명의 공정에 순응하지 않는다는 것을 반드시 의미하는 것은 아니다.

이들 경우에는 영점은 단순히 선택한 저속 가열 속도가 40℃에 도달하기 이전에 회복을 방해한 속도가 아니었음을 뜻하는 것이다. 그러나 대응속도 수가 영 이상인 합금들은 완만 가열처리에 순응한 것으로 간주되어야 하며 다른 속도로의 완만가열은보다 나온 결과를 줄 수도 있을 것이다.

40℃를 선택함으로 해서 동위 대응도수 부분이 보다 높은 변형온도부분(하부 오른쪽)으로 이동한다.

하부 오른쪽의 합금은 뒤에 언급할 데이타가 나타내는 것처럼 완만 가열공정에 순응한다.

시스템에 대한 대응도수의 결과는 분포도 형태로 제2도에 나타나 있다. 여기서도 일정한 대응도수 부분은 동형 변환부분과 평행하다. 보다 뚜렷한 최적 부분은 에이징 된 샘플(제2b도)보다는 에이징되지 않은 샘플(제2a도)에 의해 정해지고 있다.

40℃ 또는 그 이상의 정상적인 As를 가진 다섯가지의 합금 조성물들이 고온에서의 회복 범위의 이동성을 시험하기 위하여 사용되었다. 역시 여기서도 앞서와 같은 일반적인 시험방법이 사용되었지만, 이때 완만가열은 40℃에서 중지하지 않고 100℃까지 계속하였다.

제2c도에는 에이징한 견본들의 결과가 표시되어 있는데 새로운 최적 부분은 제2b도의 그것과 평행하게 위치되어 있다. 그러나 예측된 바와 같이 높은 변환온도의 조성물 쪽으로 치우쳐 있다.

회복부분은 CuZnAl에서는 유동적이지만 그 유동성은 CuZnSi에서 보다 더 제한되어 있는 것으로 보인다. CuZnAl의 에이징하지 않는 견본은 100℃까지 완만하게 가열한 결과 그들의 기억 능력을 상실하였으나 에이징한 견본은 그렇지 않았는데 이로써 에이징 처리가 고온 부분에서의 변형의 회복성을 유지시키는 데에 성공적이라는 사실을 명백하게 할 수 있다.

제1b도와 제2b도에서 선택된 에이징 시간과 조건들은 최적의 성질들을 갖는 어떤 조성물들을 이루며 또 에이징 시간과 조건을 달리하면 각기 다른 조성물들에 있어서 동일한 또는 유사한 최적성질을 가지게 함을 분명히 알 수 있다. 제1b도의 선 40,60,80과 제2b도의 선 20으로 싸인 부부은 특히 본 발명의 공정에 적합한 것들이다.

실시예 2

중량%로써 64.5%의 구리, 34.5%의 아연, 1.0%의 실리콘으로 구성된 합금의 몇가지 견본을 860℃에서 5분간 유지시킨 후 20℃의 물속에서 급냉시키고 최대 1주일동안 50℃에서 에이징시켰다.

Mf이하로 냉각시킨 후 이 견본들은 1분간 10-20℃의 속도로 재가열하였던 바, 5분 동안 에이징된 견본의 가열중에는 마르텐사이트의 β상으로의 변환을 거의 일어나지 않았으며, 45분간 에이징시간 견본에서는 약간의 변형이 일어났고 90분간 또는 그 이상 동안 에이징시간 견본은 완전히 변형되었다.

동일 합금의 다른 견본들에 같은 열처리를 하고 에이징시킨 후 -50℃에서 8%의 장력으로 변형시키고, 재가열시켰던 바 열 회복된 양은 변형시키지 않는 견본에 대한 저항성 시험에서 변환되었던 마르텐사이트의 변환량에 대략 비례하였다. 따라서 최소 45분간 에이징시키면서 본 발명에 따른 공정을 사용하면 영구적인 열 회복성을 그 합금에 부여할 수 있다.

-50℃로 냉각시키기 전에 20℃에서 5분간 에이징시킨 후 이 열환원성 스트레인은 2.30%가 되었다.

-50℃로 냉각시키기 전에 +50℃에서 45분동안 에이징시킨 후의 열회복성 스트레인은 6.20%가 되었다. 이는 에이징 시간이 길어질수록 증대하였고, 3시간 후에는 6.50%, 1주일 후에는 7.0%로 증대하였다.

실시예 3

중량%로서 구리 66.50%, 아연 31.75%, 그리고 실리콘 1.75%로 구성된 합금의 몇가지 샘플들을 860℃에서 5분간 유지 후 20℃의 물속에서 급냉시켰다. 다음에 이들을 50℃에서 시간을 1주일까지 여러가지로 변화시켜 가면서 에이징시킨후-50℃에서 8% 변형시켰다. 20℃에서 4분후에 열회복성 스트레인은 0.1%이었다. 50℃에서 45분 후에는 0.1%로 유지되었고, 90분 후에는 겨우 0.55%로 증가되었다. 3시간 후에는 열회복성 스트레인이 0.70%로 증가되었고, 1일 후에는 1.0%, 2일 후에는 3.9%로 증가되었다. 따라서 실리콘 함량의 증가는 개선된 회복을 위한 에이징 시간의 증가를 필요로 하는 것으로 보여진다.

실시예 4

중량%로서 80.8%의 구리, 10.5%의 알루미늄, 8.7%의 망간으로된 16개의 견본 합금을 3분, 또는 6분간 800℃ 또는 900℃에서 β상 처리를 한 후 실온의 물속에서 급냉시켜 이들 중 반은 100℃에서 10분간 에이징시키고 나머지는 에이징시키지 않았다. 이들 견본을 모두 -79℃에서 굽혀서 외부의 섬유 스트레인이 6%가 되도록 변형시킨 후에 압력을 풀었다. 견본의 반응 1분간 0.25℃의 속도로 100℃까지 가열시킨 후 실온으로 냉각시켰고, 다시 200℃까지 급속 가열시켰으며, 나머지 견본은 100℃까지 금속가열시켜서 실온으로 냉각시킨 후 다시 200℃까지 금속 가열시켰다. 이때 급속가열의 속도는 1분당 100℃이상이었다.

200℃까지 급속 가열하는 동안에 회복된 스트레인과 조절된 변수들을 대비 분석한 결과는 열 전처리로써 100℃ 이상에서 일어나는 회복정도가 증가되었음을 나타냈다. 이 특별한 합금에 대해서 통계적 분석에서는 에이징이 아무런 효과가 없음을 보여주고 있다.

평균 효과 : 100℃ 이상에서 회복된 스트레인의 %

급속가열 0.39% 전처리 1.89%

이 실험은 80.49중량%의 구리, 10.5중량%의 알루미늄, 9.01중량%의 망간으로 된 합금에 대해서도 되풀이 실시되었다. 200℃까지 급속 가열시키는 동안에 회복된 스트레인과 조절된 변수들간의 대비분석 결과는 에이징과 비에이징 비전처리와 전처리간의 차이를 보여주고 있다.

평균효과 : 100℃ 이상에서 회복된 스트레인의 %

비 에이징 1.00 급속 가열 0.15 에이징 0.36 전처리 1.21

실시예 5

중량%로서 79.2%의 구리, 10.0%의 알루미늄, 그리고 10.8%의 망간으로된 합금 견본들을 5분간 550℃에서 β상 처리를 하고, 20℃의 물속에서 급냉시켰다. 이 처리의 결과 합금은 -20℃의 Ms 온도를 가졌다.

견본들을 5분간 에이징 시키거나, 또는 50℃에서 1시간 에이징시킨 후에 -30℃로 냉각시키거나 또는 에이징하지 않고 물에 급냉시킨 직후에 -30℃로 냉각시켰다. 모든 견본은 -30℃에서 장력 4%로 변형되었고 압력을 풀었다. 견본의 반은 20℃, 40℃, 100℃, 200℃의 액체속에 넣어서 급속 가열시켰던바 상당량의 스트레인이 회복되었다.

나머지 견본은 40℃까지 1분당 6℃의 속도로 천천히 가열시킨 후 -30℃까지 냉각시킨 다음에 첫번째 견본에서와 같이 급속 가열시켰다.

그 결과는 다음 표에 나타낸 바와 같다.

[표 1]

이들 견본이 변형된 직후에 급속 가열되었음을 고려하면 5분간 에이징시킨 견본과 1시간 에이징시킨 견본들은 40℃에서 회복이 완료되었으나, 에이징시키지 않는 견본에서는 40℃이상에서 대부분의 회복이 나타나기 시작했다. 우선 40℃까지 1분당 6℃의 속도로 가열시킨 견본에 있어서는 회복이 나타나지 않았고, 50℃에서 5분간 에이징시킨 견본에서도 역시 회복은 나타나지 않았다. 그러나, 냉각시킨 후 다시 급속가열시켰더니 회복은 40℃ 이상에서 나타났고, 50℃에서 1시간 에이징시킨 견본에서는 40℃까지 1분당 6℃의 속도로의 초기 가열에서 이미 회복이 완료되었음이 나타났다.

이상과 같은 관찰에서 에이징시키지 않는 견본에서는 상당한 회복이 전처리없이 40℃이상에서 일어났기 때문에 상기와 같은 실험으로써 에이징이 As온도를 낮출 수 있음을 알 수 있다.

그러나 견본이 열전처리될 때 얻어지는 열회복성 스트레인의 양은 에이징에 의해 향상된다(결과 2와 4를 비교), 에이징은 또한 열전처리에 필요한 완만 가열속도에도 영향을 준다. 그러나 5분간 50℃에서 에이징시킨 견본에 있어서 1분당 6℃의 속도는 40℃ 이전에 회복이 거의 일어나지 않았기 때문에 완만한 가열 속도였다. 그러나 50℃에서 1시간 에이징시킨 견본에 있어서는 1분당 6℃의 속도는 전처리중에 대부분의 열회복성 스트레인이 회복되었기 때문에 충분한 급속 가열속도의 범주에 속할 수 있었다. 이런 결과들의 통합적 효과는 주어진 합금에게 있어서 최적의 에이징 처리조건이 있지만 이것은 열전처리 이전에 이 분야에 기술을 가진 자이면 쉽게 정할 수 있다는 사실을 제시하여 주고 있다.

실시예 6

중량%로서 64%의 구리, 35%의 아연, 그리고 1%의 실리콘이 함유된 합금 견본이 시험되었다. 이 합금은 -40℃의 Ms온도를 가지고 있다.

견본을 860℃에서 5분간 β상 처리를 하고 20℃의 물에서 급냉시킨 후, 준안정 β상에서 각각 다른 시간동안 에이징 처리를 했다. 이는 50℃에서 실시되었다. 그후 이들 견본을 인장하중 장치에 삽입후(상온으로 약5분간) -65℃까지 냉각시켜서 장력 8%까지 변형시켰다. 변형 후 아무런 수축이 일어날 수 없도록 인장리 2에 압력을 가하였지만 일어난다면 견본의 순간적인 팽창은 자유로이 이루어질 수 있게 하였다.

가압된 견본을 40℃의 물속에 넣어서 급속 가열한 후 Mf이하로 재냉각되기 전에 각각 다른 시간동안 그 온도로 유지하였다. 견본들은 냉각 동안에 변형시킨 후의 그의 원형태에 비하여 약간 팽창하였다. 그 후 견본들에 가했던 압력을 장치로부터 해제시켜 전처리된 상태에서 600℃의 노속에서 급속재 가열될 경우 자유로이 열회복이 일어날 수 있도록 하였다.

As온도와 열회복성 스트레인은 변형시키기 전에 50℃에서 에이징시킨 시간과 가압 상태에서 40℃로 유지한 시간의 두가지 주요 변수의 함수로 측정하였다. "역학적 전처리" 결과는 표 Ⅱ에 나타내었다.

50℃에서의 각 에이징 시간 동안 어떤 견본들은 또한 -65℃에서 변형된 후에도 직접 급속가열시킴으로써 As 온도에 대한 "역학적 전처리"의 효과를 비교할 수 있게 하였다.

표 Ⅱ는 두번째 As 온도 즉, 역학적 전처리에 의해 나타난 온도가 40℃에서의 유지 시간을 증가시킴에 따라서 상승되었으며, 많은 경우 40℃를 초과하는 경향을 분명하게 보여주고 있다. 한편 총 열회복성 스트레인(즉 제1 As에서 Af로)은 40℃에서의 유지시간을 증대시킴에 따라서 감소되었고 이러한 회복성의 상실은 제2 As와 Af간의 열회복성 스트레인 부분에서 주로 나타났다. 준안정 β상에서 50℃에서의 에이징 시간을 증대시킴에 따라 전반적인 열회복성 스트레인은 향상되었으나, 제2 As온도를 감소시키는 효과는 별로 없었다.

[표 2]

Claims (1)

1. 금속조성물에 있어서 마르텐사이트 상태와 오스테나이트 상태간의 가역 변환성의 상실을 방지하기 위하여, 금속 조성물이 오스테나이트 상태에 있는 동안에 가역 변환성의 상실의 감소되기에 충분한 시간 동안 그의 Ms온도 이상의 온도에서 그 조성물을 유지시키며 이때의 유지온도는 그 금속 조성물의 오스테나이트 -마르텐사이트 간의 가역적인 변환을 하지 않고 상태로 뚜렷하게 변환되지 않는 온도로 함을 특징으로 하는 금속 조성물의 오스테나이트 에이징 방법.

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