제3장 금속구조와 가공특성 I
Topic: (1) 금속재료의 구조와 변형기구
(2) 반도체와 방향성
(3) 금속재료의 응고과정
Q: 소재의 실제 전단강도, 인장강도는 이론적 강도보다
현저히 작다. 그 이유는?
200120
200200
bodycent
facecent
hcp
Hexcpack
.Topic: 순금속의 3가지 결정구조
BCC
(body-centered cubic)
FCC
(face-centered cubic)
HCP
(hexagonal close-packed)
a-Fe, V, Cr, Mo, W, b-Ti
g-Fe, Al, Ni, Cu, Au, Ag, Pb
Be, Mg, Zn, Co, a-Ti
Atoms/Unit Cell
APF
(atomic packing factor)
28181...4818216....
68.02% 74.05%
212146141.....
74.05%
Slip system
48 12
3
.Topic: 이론적 강도와 실제 강도
>>> 결함이 없는 결정구조에서 슬립면 전체에 포함된 원자들의 이동
(1) 이론적 최대전단강도
bxbx.
.
.
..
22sinmaxmax...
.
..
.
.
axGG....
원자이동에
필요한 전단응력
후크의 법칙
a
b
.
62maxGabG
..
.
.
)1(2..
.
EG전단탄성계수
(2) 이론적 인장강도
10maxE
..
(3) 금속구조의 결함
점결함(공공, 격자간 원자)
선결함(전위)
면결함(결정립계)
부피결함(기공, 개재물)
금속재료의 실제 강도가 이론적
강도보다 낮은 이유
.Topic: 다결정 금속의 변형
(1) 결정립 크기(입도)
. 핵생성률과 핵성장률에 따라 결정
. 결정립이 크면? >>> 강도, 경도 낮음. 연성 높음.
. Hall-Petch 식
. 결정립도 n (ASTM, American Society for Testing and Materials)
(N: X100 상에서 1 in.2 당 입자수)
2/1...kdYYi
)1(2..nN(2) 결정립계의 영향 >>> 전위이동 방해
(3) 이방성(anisotropy)
. 선택적 방향성(결정학적 이방성)
. 기계적 섬유화(mechanical fibering)
Grflow
Image7
>> grain flow line(단류선)
.Topic: 실리콘의 이방성
실리콘: 다이아몬드형 FCC
면밀러지수 (110), 방향밀러지수 [001]
식각 방향성: (a) 등방성 식각, (b) ODE (방향의존성 식각), (c) 수직 식각
Topic: 금속의 응고과정(1)
anim
jk44f3
Exhaust manifold repair
Series of cooling curves for the same system over a range of compositions
Series of cooling curves for the same system over a range of compositions, with time axis replaced by composition axis, resulting in phase diagram for system
Cooling curve for hypoeutectic or hypereutectic alloys
Series of cooling curves for the same system over a range of compositions, with time axis replaced by composition axis
Cooling curve for material of eutectic composition
Topic: 금속의 응고과정(2)
(1) 결정립의 생성
(2) 냉각곡선
(3) 평형상태도 Pouring%20Molten%20Metal
액상 > 핵의 생성 > 성장 > 결정립(고상)
순금속 합금
액상
고상
액상
고상
액상+고상
Grains During Solidification
FIGURE 3.12 Schematic illustration of the various stages during solidification of molten metal.
Each small square represents a unit cell. (a) Nucleation of crystals at random sites in the molten
metal. Note that the crystallographic orientation of each site is different. (b) and (c) Growth of
crystals as solidification continues. (d) Solidified metal, showing individual grains and grain
boundaries. Note the different angles at which neighboring grains meet each other. Source: After
W. Rosenhain.
forging
forming05
forming04
forming03
forming06
nut_01
주조조직과 결정립의 변형
. 잉곳단면에서 볼 수 있는 주상정 조직
. 주형벽면: 칠영역(등축 미세결정립층)
. 주상정(culumnar crystal)은 잉곳의 내부로 성장
. 기계적 섬유화로 인해 이방성
. 길이방향으로 강도 증가
. 소성변형에 따른 전위의 이동, 생성, 집적
. (결정립 내부) 전위밀도의 증가
결정립의 변형
Pouring%20Molten%20Metal
scan0001
열간가공
냉간가공
(a) 슬립라인이 보이는 결정립
(c) 4초 경과후
(e) 15분후 결정립 성장 모습 재결정 조직1
재결정 조직2
재결정 조직3
Q: 고체상태에서도 결정이 만들어지는가?
(b) 580℃에서 3초 경과후
(d) 8초후 >>> 재결정 완료
(f) 700℃에서 10분후 >>> 조대화된 결정립
재결정(recrystallization)과 결정립 성장
<33%냉간가공된 황동의 재결정과정>
>>> 핵 생성 시작
>>> 결정립 경계에서 미세
결정립 생성시작
금속구조의 요약
1.금속은 격자구조이나, 많은 결함을 내포(예: 전위)
2.결정립크기, 결정립계는 기계적 성질에 영향
3.이방성: 결정학적 이방성, 기계적 섬유화
4.반도체가공: 방향의존성 식각
5.금속의 응고과정에 따라 >> 단결정, 다결정, 결정립크기,
주조조직
6.재결정과 결정립 성장
