높은 곳에 대한 새로운 통찰력

Scientific Reports 6권, 기사 번호: 23467(2016) 이 기사 인용

1856년 액세스

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측정항목 세부정보

반고체 성형은 알루미늄 및 마그네슘 합금과 같이 융점이 낮은 몇몇 합금 시스템에서만 거친 입자의 미세 구조를 얻을 수 있다는 것이 잘 알려져 있습니다. 이 연구는 반고체 성형이 티타늄 합금 Ti62Nb12.2Fe13.6Co6.4Al5.8의 나노 구조 매트릭스와 마이크로 크기 (CoFe)Ti2 쌍정으로 구성된 새로운 이중 모드 미세 구조를 생성할 수도 있음을 제시합니다. Ti62Nb12.2Fe13.6Co6.4Al5.8 합금에서 바이모달 미세 구조를 형성하기 위해 공융 변형에 의해 유도된 반고체 소결은 다른 알려진 방법과 근본적으로 다른 접근 방식입니다. 제조된 합금은 1790MPa의 높은 항복강도와 15.5%의 소성 변형률을 나타냅니다. 새로운 아이디어는 반고체 성형을 통해 융점이 높은 합금 시스템에서 나노 입자 또는 이중 모드 미세 구조를 얻고 구조 응용 분야에서 고성능 금속 합금을 제조하는 데 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.

나노 구조 재료는 종종 실온에서 낮은 연성을 나타내며 제한된 전위 능력으로 인해 작업 경화가 매우 제한되거나 부족합니다1. 나노 구조 재료의 연성을 향상시키는 실현 가능하고 실용적인 접근 방식 중 하나는 나노 크기와 마이크론 크기 입자가 공존하는 이중 모드 미세 구조를 형성하는 것입니다. 이러한 이중 미세구조의 형성은 단일상 나노구조 재료 또는 기존의 거친 입자 재료에 비해 높은 강도와 ​​연성을 모두 갖춘 나노구조 재료를 제공할 수 있습니다3. 일반적으로 이러한 이중 미세구조는 열-기계 처리4, 분말 강화5, 재결정화 방법6 및 급속 응고7와 같은 여러 경로를 통해 얻을 수 있습니다. 특히, 바이모달 미세구조를 갖는 많은 티타늄 합금은 급속 응고에 의해 제조되었으며 고강도 및 큰 소성을 나타냅니다7,8,9,10,11,12,13. 예를 들어, Ti60Cu14Ni22Sn4Nb10 합금은 2400MPa의 강도와 14.5%7의 소성 변형률을 가지며, Ti63.375Fe34.125Sn2.5는 2650MPa의 강도와 12.5%12의 소성을 나타냅니다. 급속 응고를 통해 이봉형-미세 구조 티타늄 합금을 얻기 위한 일반적인 야금학적 특성은 고온 용융물로부터 미크론 크기의 체심 입방정(bcc) β-Ti 수상돌기의 우선적인 핵 생성 및 성장과 이어서 고밀도로 남아 있는 액체의 급속 응고입니다. 나노 구조 매트릭스를 얻기 위해 무작위로 포장된 구조.

중요한 재료 가공 기술 중 하나인 반고체 성형의 핵심 특징에는 특수한 비수지상 고체 미세 구조와 고상선 온도와 액상선 온도 사이에 위치한 적당한 성형 온도가 포함됩니다. 여러 분야에 걸쳐 통합된 일련의 반고체 성형 방법, 주조, 압출, 단조, 압연 등과의 결합이 자발적으로 개발되었습니다. 그러나 현재의 반고체 성형에는 일반적으로 반고체 합금 슬러리를 준비하기 위한 비교적 복잡한 공정이 포함되어 있으며 불행하게도 알루미늄 합금 및 마그네슘 합금과 같은 낮은 융점을 갖는 소수의 합금 시스템15에서만 거친 입자의 미세 구조를 생성할 수 있습니다. 지금까지는 녹는점이 높은 합금 시스템, 예를 들어 티타늄 합금에서는 나노결정 또는 이중 모드 미세 구조를 형성하는 것이 불가능했습니다.

이원 합금 상태 다이어그램16에 따르면, 공융 온도에서 발생한 일반적인 공융 변태는 α + β ← L로 표현될 수 있습니다. 여기서 α와 β는 두 개의 고체 성분이고 L은 액체 상태입니다. 현재 공융 변태를 기반으로 한 반고체 성형의 액상은 알루미늄 합금과 마그네슘 합금에서 상대적으로 느슨한 무작위 충전 구조를 가지고 있습니다. 이것이 현재의 반고체 성형이 나노결정질이나 이봉형 미세구조를 얻을 수 없는 이유입니다. 따라서 다음과 같은 의문이 제기됩니다. 융점이 높은 다상 합금 시스템에서 두 고체상의 우선적인 공융 반응으로 인해 발생하는 액체상이 고밀도의 무작위 충전 구조를 갖는 경우 이 액체상의 조성은 어떻게 됩니까? 응고 과정에서 나노 구조의 상/미세 구조를 형성하는 경향이 있습니까17,18? 의심할 바 없이, 이러한 액상으로 이루어진 반고체 상태는 앞서 언급한 반고체 형성의 상태와는 다르다. 급속 응고에 의한 나노구조 또는 유리질 합금의 형성에 대한 광범위한 연구(예: 참고문헌 17,18)에 의해 뒷받침되는 바와 같이, 고밀도 무작위 충전 구조를 갖는 반고체 상태는 높은 용융점을 갖는 다성분 합금 시스템에서 쉽게 얻을 수 있습니다. 가리키다. 고밀도 무작위 충전 구조를 갖는 이러한 반고체 특성은 중요할 수 있으며, 높은 융점. 이는 현재 반고체 성형의 병목 현상을 극복할 수 있습니다. 즉, 낮은 융점을 갖는 합금에서 거친 입자의 미세 구조를 생성하고 높은 용융 온도를 갖는 합금을 가공하고 새로운 미세 구조를 형성하는 능력도 향상시킬 수 있습니다.