집합조직제어 및 초기조직 균질화를 이용한 탄탈륨과 구리의 평면등방성 판재 제조 공정 연구
A Study on Manufacturing Processes for Plane Isotropic Tantalum and Copper Plate by Control of Texture and Initial Microstructure
- 발행기관 강릉원주대학교 일반대학원
- 지도교수 정효태
- 발행년도 2015
- 학위수여년월 2015. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 신소재공학과
- 원문페이지 129
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/kangnung/000000006928
- 본문언어 한국어
초록/요약
금속재료는 단결정이 아닌 다결정 집합체로, 제조공정을 거치며 결정들이 특정한 방향으로 모여 재료의 특성을 나타내는 반면, 극히 드물게 재료 내의 결정방향이 완전히 무질서하게 배치되는 경우도 존재한다. 이 경우를 가리켜 이방성이 없는 등방성재료라고 말하고, 집합조직이나 결정학적인 우선방위가 없다고 정의하며 이 때 측정되는 집합조직을 Random Texture라고 부른다. Random Texture를 가진 등방성 재료는 모든 방향에서 물리적 성질이 같아, 비등방성재료의 경우에 비하여 모든 방향으로의 성형성이 우수해진다. 2001년 M.Y. Huh의 알루미늄 판재를 이용한 실험에서 이 사실을 증명하였다. 이 연구는 Random Texture를 지닌 등방성 재료의 필요성을 제시하고, FEM 시뮬레이션을 통하여 새로운 공정을 제안하며, 이 새로운 공정을 적용시킨 소재들에 대한 위치별 분석 결과를 게재하였다. 연구에서 사용된 재료는 구리와 탄탈륨이다. 구리는 철강보다 약간 높은 밀도(8.96g/cm3)와 1357K의 융점을 가진 면심입방정(Face Centered Cubic, FCC)금속으로 우수한 전기적 특성과 연성 특성을 가져, 이미 많은 분야에서 사용되어 지는 금속 중 하나인 반면 탄탈륨은 높은 밀도(16.7g/cm3)와 고융점(3269K)의 체심입방정(Body Centered Cubic, BCC) 금속으로 판재의 가공이 쉬운 소재로 알려져 있으나, 주로 전기적인 성질을 활용하는 분야에서 미세조직이나 집합조직의 제어없이 매우 불균질한 상태로 사용되어, 딮드로잉 소재로서 탄탈륨을 이용하려면 미세조직과 집합조직의 제어를 필요로하는 소재이기도 하다. 또한 제안된 공정으로 초기조직을 균질화 시킨 탄탈륨 각재에 대하여 판재성형을 위한 압연 및 열처리 공정을 거쳐 최종적으로 얻어진 판재에 대한 미세조직과 변형/재결정 집합조직의 변화를 분석하여 딮드로잉용 소재로서의 적합성을 해석하였다.
more목차
목 차
I. 서론 1
II. 이론적 배경 3
1. 금속의 가공 3
1) 단조 3
(1) 변형 모양에 따른 단조의 분류 3
(2) 단조품의 결함 4
2) 압연 4
(1) 압연기 4
(2) 압연제품의 결함 5
2. 유한요소해석 6
3. 집합조직 7
1) 집합조직의 기본 개념 7
2) 밀러지수 8
3) 집합조직의 측정 9
(1) X선 회절법 9
① 슐츠반사법 11
② 투과법 13
(2) 중성자 산란법 14
(3) 후방산란전자회절(EBSD) 14
4) 집합조직의 표현 17
(1) 극점도와 역극점도 17
(2) 방위분포함수(ODF) 17
III. 실험방법 20
1. 탄탈륨의 불균질성 해석을 위한 시편의 위치 지정과 시편의 채취 20
2. 단조 공정 설계를 위한 구리(Cu)와 탄탈륨(Ta)의 FEM 시뮬레이션 22
3. MADF-IPH 공정을 적용한 구리와 탄탈륨 시료의 분석 24
1) MADF-IPH 공정 24
2) MADF-IPH 공정을 통하여 제조된 시편의 절단방법 26
4. MADF-IPH 공정을 거친 40mm 탄탈륨 각재에 대한 압연과 열처리 27
1) MADF-IPH 공정을 거친 40mm 탄탈륨 각재에 대한 열처리 27
2) MADF-IPH 공정을 거친 탄탈륨에 대한 50% 자유단조 형상 28
3) MADF-IPH 공정을 거친 탄탈륨 각재에 대한 압연 29
4) MADF-IPH 공정과 압연을 거친 탄탈륨 판재에 대한 열처리 31
5. 90mm 탄탈륨 각재에 대한 MADF-IPH 공정 및 열처리 시편 32
1) 90mm 탄탈륨 각재의 MADF-IPH 공정 32
2) MADF-IPH 공정이 적용된 탄탈륨 각재의 Free-Forging 후 열처리 32
3) 90mm 탄탈륨 각재의 압연 32
4) 최종 열처리 온도 조건 33
5) EFP-라이너 34
6. 탄탈륨 및 구리 시료에 대한 측정 조건 35
1) 탄탈륨의 미세조직 및 경도 측정 조건 35
2) X-선 회절장치를 이용한 시료의 분석 방법 및 시편 준비 35
3) X-선 회절 장치의 Target이 시료에 끼치는 영향 36
4) FE-SEM 장비를 이용한 EBSD 측정 조건 38
(1) 탄탈륨 시편의 준비 38
(2) EBSD 측정 조건 38
IV. 실험 결과 및 고찰 40
1. 탄탈륨의 불균질성 해석 40
1) 미세조직과 경도를 통한 탄탈륨의 불균질성 해석 40
2) X선 회절장치를 통한 탄탈륨의 불균질성 해석 42
(1) 2Theta scan 결과 42
(2) 집합조직 측정 결과 42
2. 초기조직 균질화 공정 예측을 위한 구리(Cu)와 탄탈륨(Ta)의 FEM 시뮬레이션 45
1) 다축단조 45
2) 반복전단단조 I 45
3) 반복전단단조 II 46
4) 새로운 다축단조공정 46
3. MADF-IPH 공정을 적용한 구리와 탄탈륨 시료의 분석 결과 및 해석 48
1) MADF-IPH 공정을 적용한 구리에 대한 미세조직 및 집합조직 분석 결과 48
(1) MADF-IPH 공정이 적용되지 않은 Original 시편의 분석 48
(2) MADF-IPH 공정 횟수에 따른 미세조직과 집합조직의 결과 비교 50
2) MADF-IPH 공정을 적용한 열처리 구리에 대한 미세조직 및 집합조직 분석 결과 61
(1) 475℃ 1시간 열처리 구리에 대한 미세조직 및 집합조직 분석 결과 61
(2) MADF-IPH 공정 횟수에 따른 미세조직과 집합조직의 결과 비교 62
3) MADF-IPH 공정을 적용한 탄탈륨에 대한 미세조직 및 집합조직 분석 결과 72
4. MADF-IPH 공정을 거친 40mm 탄탈륨 각재에 대한 압연과 열처리 시료의 분석 결과 및 해석 81
1) MADF-IPH 공정을 거친 40mm 탄탈륨 각재에 대한 열처리 시료 분석 81
2) MADF-IPH 공정을 거친 40mm 탄탈륨 각재에 대한 50% 자유단조 시료의 분석 89
3) MADF-IPH 공정을 거친 탄탈륨 각재에 대한 압연 시료 분석 92
4) MADF-IPH 공정과 압연을 거친 탄탈륨 판재에 대한 열처리 시료의 분석 100
5. 90mm 탄탈륨 각재에 대한 MADF-IPH 공정 및 열처리 시편의 분석 결과 및 해석 108
1) 90mm 탄탈륨 각재의 MADF-IPH 공정 시료의 분석 108
2) MADF-IPH 공정이 적용된 탄탈륨 각재의 자유단조 후 열처리 시료의 분석 109
3) 90mm 탄탈륨 각재의 압연 시료 분석 112
4) 최종 열처리 조건에 따른 시료의 EBSD 분석 115
5) EFP 성형재 제작 공정에 따른 시료에 대한 EBSD 분석 123
V. 결론 129
