쇼트 피닝을 통한 Fe-Mn-Si-Cr-Ni 합금의 형상 기억 효과 향상
Jun 18, 2024
추상적인:
형상 기억 효과를 향상시키기 위해 용체화된 Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni 합금을 숏피닝한 후 어닐링했습니다. X선 회절법을 이용하여 상성분을 조사하였다.
기억효과는 학습과 암기의 과정에서 반복과 통합을 반복하면 형성된 기억이 뇌에 더욱 단단하고 깊게 저장되는 것을 말합니다. 기억력이란 사람의 기억력, 즉 사람의 기억력과 기억할 수 있는 내용의 범위와 질을 말한다.
기억 효과와 기억 사이에는 밀접한 관계가 있습니다. 기억효과는 사람들의 기억력 향상에 긍정적인 영향을 미칠 것이다.
첫째, 반복적인 학습과 기억을 통해 지식을 더 잘 이해하고 습득할 수 있으며, 이 지식을 일상생활에서 언제 어디서나 활용할 수 있어 기억력이 향상된다.
둘째, 플래시 카드, 복습 소프트웨어 등과 같은 현대 과학 기술 수단을 통해 기억의 지속적인 반복은 기억 효과를 효과적으로 향상시켜 사람들의 기억력을 더욱 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.
그 밖에도 정보를 정리하고, 연상과 연상을 확립하고, 짧은 시간에 여러 번 반복하는 등 기억 효과를 향상시키는 데 도움이 되는 방법과 기법이 많이 있습니다. 이러한 기술과 방법을 적용하면 기억효과를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 기억력 향상에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
즉, 기억효과와 기억은 밀접하게 연관되어 있다. 지속적인 학습과 기억을 통해 우리의 기억은 더욱 깊고 견고하게 저장되어 기억력이 크게 향상됩니다. 그러므로 우리는 기억력을 향상시키고 지속적으로 기억력을 강화하며 현대생활에 더 잘 적응하기 위해 다양한 과학기술적 수단과 기술을 적극적으로 활용해야 합니다. 기억력을 향상시켜야 함을 알 수 있습니다. 시스탄체는 기억력을 향상시키는 것 등 독특한 효능이 많은 중국 전통 약재이기 때문에 기억력을 크게 향상시킬 수 있습니다. 시스탄체의 효과는 탄닌산, 다당류, 플라보노이드 배당체 등 포함된 다양한 활성 성분에서 비롯됩니다. 이러한 성분은 여러 가지 방법으로 뇌 건강을 증진할 수 있습니다.
미세 구조 진화는 광학 현미경과 전자 후방 산란 회절 방법을 사용하여 특성화되었으며 형상 기억 효과는 굽힘 테스트를 사용하여 평가되었습니다. 결과는 0-0-마르텐사이트와 ε-마르텐사이트가 쇼트 피닝된 표면층에 도입되었음을 보여줍니다.
0-마르텐사이트는 850oC에서도 어닐링 후에도 남아 있었습니다. 쇼트 피닝과 후속 어닐링을 통해 표면층의 미세구조를 미세화했습니다. 용체화된 시편과 비교하여, 쇼트 피닝 후 어닐링된 시편의 형상 회복률과 회복 변형률은 다양한 구속 조건에서 크게 향상되었습니다.
키워드: 형상기억합금; Fe-Mn-Si-Cr-Ni 합금; 쇼트 피닝; 미세구조; 위상 변환.
1. 소개
형상기억합금(SMA)은 변형 후 원래의 모양을 복원할 수 있는 소재의 일종입니다. NiTi 합금은 우수한 SMA입니다. 형상기억 효과와 초탄성성으로 인해 6~8%의 큰 변형률을 복구할 수 있습니다[1,2].
그러나 냉간 가공성이 낮고 비용이 높아 대규모 적용이 제한됩니다[1,3]. 결과적으로, FeMn-Si 기반 SMA는 유사한 형상 기억 효과와 저렴한 비용으로 인해 최근 상당한 관심을 끌었습니다[3-8].
Fe-Mn-Si 기반 SMA의 형상 기억 효과는 응력에 의해 유도된 -오스테나이트에서 ε-마르텐사이트로의 상 변환과 온도 Af 이상으로 가열 시 역변태로 인해 발생합니다. 전단 변위는 마르텐사이트 변형을 유발하여 (111) 밀집된 원자 평면에 Shockley 부분 전위 및 적층 결함이 형성됩니다.
4개(111)개의 평면과 3개의 평면으로 구성된 12개의 전단 시스템이 있습니다.<112>지도. 그러므로, -오스테나이트가 로딩될 때 ε-마르텐사이트의 12가지 변형이 형성될 수 있습니다. ε-마르텐사이트의 단 하나의 변형만이 인장 응력을 따라 가해지는 단결정 Fe-Mn-Si 합금에 도입되었습니다.<414>방향으로 9%의 큰 회복 변형률을 나타냅니다[9].
변종의 수가 증가함에 따라 서로 다른 변종 간의 충돌이 발생하고 0-마르텐사이트가 생성되어 형상 회복이 감소합니다[10-12]. 높은 형상 기억 효과를 달성하기 위해 소성 변형에 대한 마르텐사이트 변태와 역변태의 결정학적 가역성을 촉진하기 위한 노력이 이루어져야 합니다[13].
다결정 Fe-Mn-Si 기반 SMA의 경우 합금의 적층 결함 에너지가 낮고 모상의 강도가 높으며 Msnear Néel 온도 TN 및 이상적인 c/a 비율(1.633)을 갖는 경우 우수한 형상 기억 효과가 더 가능성이 높습니다. ) ε 단계 [14].
화학적 조성 설계는 모 매트릭스 기계적 특성, 상 안정성, 격자 매개변수, 적층 결함 에너지, Ms 및 TN에 영향을 미쳐 형상 기억 효과에 영향을 미칠 수 있습니다[13]. Mn 및 Si 성분은 Fe-Mn-Si 기반 SMA에 필요한 요소입니다. Mn은 α-austenite를 경화시키고 0-martensite의 형성을 억제하여 ε-martensite의 가역성을 증가시킬 수 있습니다[15].
Si는 변환 부피 변화와 계면 원자 불일치를 줄여 가역성을 향상시킵니다[16]. Cr과 Ni를 첨가하면 c/a 비율을 높여 내식성을 높이고 형상 기억 효과를 향상시킬 수 있다[17]. 합금 설계를 제외하고 미세 구조를 최적화하여 형상 기억 효과를 향상시키기 위해 다양한 가공 기술이 사용되어 왔다[1] .
Fe-15Mn-5Si-9Cr-5Ni SMA의 2차 석출물은 기존 압연, 비대칭 압연 및 동일 채널 각도를 통해 생성될 수 있는 것으로 나타났습니다. (ECAP) 가압 후 어닐링 [7].
고비 차속 압연[18], ECAP[19] 및 고속 고압 비틀림[20]을 통해 Fe-Mn-Si 기반 SMA에 초미세 또는 미세 입자가 유도되었으며 형상 기억 효과가 향상되었습니다. 상당히. 쇼트 피닝은 미세 구조를 미세화하고 재료를 강화하며 잔류 응력을 도입할 수 있는 다양한 엔지니어링 장비 및 부품에 사용되는 보편적인 표면 수정 공정입니다. 심각한 소성변형은 표면층에서 발생하며 쇼트 피닝을 받은 재료의 깊이에 따라 점차 감소합니다[21].
따라서, 쇼트 피닝된 SMA의 표면층에서 상당한 미세 구조 변화가 예상될 수 있습니다. 이 연구에서는 쇼트 피닝을 사용하여 Fe-MnSi-Cr-Ni 합금의 형상 기억 효과를 향상시키는 타당성을 조사하고 미세 구조 진화를 조사합니다. 본 연구에서는 Fe-Mn-Si-Cr-Ni 합금을 쇼트 피닝한 후 어닐링했습니다.
위상 구성과 미세구조의 진화를 조사했습니다. 굽힘 시험을 통해 형상기억 효과를 평가하고, 쇼트 피닝이 형상기억 효과에 미치는 영향을 논의하였다.
2. 실험 세부사항
Fe{0}}Mn-6Si-9Cr-6Ni 합금은 진공 용해, 주조, 단조, 열간 압연 등의 공정을 통해 생산되었습니다. 합금의 화학적 조성은 분광계(Perkin Elmer Optima 8300, Waltham, MA, USA)를 사용하여 분석하였고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
용체화 처리 후 Fe{{0}}Mn-6Si-9Cr-6Ni 합금을 쇼트피닝하였다. 피닝된 표면층의 XRD 패턴은 그림 3에 나와 있습니다. (110) 0의 회절 피크는 2θ=44에서 (0002)ε의 회절 피크와 겹칩니다. .7674°, 그리고 (211) 0은 그림 3a에 표시된 것처럼 (1013) ̅ε at2θ=82.6083°와 겹칩니다. ε-마르텐사이트와 0-마르텐사이트의 존재는 이 두 피크로부터 추론할 수 없습니다. 그럼에도 불구하고 (200)0과 (220)0의 중요한 회절 피크는 각각 65.0844°와 99.3183°에서 관찰될 수 있습니다.
(101̅1)ε의 약한 피크는 46.8263°에 나타납니다. 따라서 쇼트 피닝된 Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni 합금의 표면층은 0-마르텐사이트와 ε으로 구성되어 있음을 확인할 수 있다. -마르텐사이트.
이 실험 결과는 Mn이 Fe-14Mn{과 같이 Mn 함량이 20wt% 미만인 Fe-Mn-Si 합금에 일반적으로 도입되는 0-마르텐사이트[15]의 형성을 방지할 수 있기 때문에 예상치 못한 결과입니다. {6}}Si8Cr-4Ni [25], Fe–14Mn–5Si–9Cr–5Ni [26,27] 및 Fe-18Mn-5.5Si-9 .5Cr-Ni [12].
쇼트 피닝 후 시편을 650℃, 750℃, 850℃에서 30분간 어닐링하였다. -austenite, ε-martensite 및 0-martensite는 그림 3b의 XRD 패턴에서 650oC에서 어닐링된 시편에 대해 식별할 수 있으며, 이는 Shot-에 대해 650oC에서 어닐링하는 동안 상당한 역 마르텐사이트 변태가 발생했음을 나타냅니다. 껍질을 벗긴 표본.
그러나 어닐링 온도가 750 ◦C로 증가함에 따라 α-austenite의 회절 피크는 관찰할 수 없습니다. ε-마르텐사이트 피크도 약해집니다. 그림 3a,b에 표시된 (200)0 및 (220)0 회절 피크와 비교하면 어닐링 온도가 750°C로 증가함에 따라 두 피크의 강도는 증가하고 반치폭은 감소했습니다.
어닐링 온도를 850 ◦C로 올리면 (101̅1)ε 회절 피크가 거의 사라지고 (200)0과 (220)0 피크 강도가 24.4% 증가하며, 750oC에서 열처리한 시편에 비해 각각 17.2%였다.
이는 어닐링 온도가 650℃에서 850℃로 증가함에 따라 쇼트 피닝된 표면층의 0-마르텐사이트의 부피 분율이 증가함을 의미합니다.
3.2. 미세구조의 진화
그림 4는 용액화된 표본의 EBSD 이미지를 보여 주며, 이는 미세 구조가 미세하다는 것을 보여줍니다. 그림 4a를 분석하면 평균 입자 크기는 약 9μm로 추정됩니다. 열 기계 가공 후 Fe-Mn-Si 기반 SMA의 α-오스테나이트에서 쌍정이 흔히 관찰된다는 것이 지적되었습니다[3,8].
본 연구에서는 용체화된 Fe-24Mn-6Si-9Cr6Ni 합금에서 높은 밀도의 쌍정 경계를 찾을 수 있습니다(그림 4b). 조사에 따르면 쌍정 경계와 ε-마르텐사이트 사이의 상호 작용으로 인해 쌍정 경계가 Fe-Mn-Si 기반 SMA의 형상 기억 효과에 유해한 것으로 나타났습니다[3,8].
표면의 심각한 소성 변형 처리 기술인 쇼트 피닝은 타겟 재료의 표면층에 높은 전위 밀도와 저장된 에너지를 도입할 수 있습니다. 이후 고온에서 어닐링하는 동안 표면층의 상당한 미세 구조 변화가 발생할 수 있습니다. 본 연구에서 650oC에서 숏 피닝된 Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni 합금 어닐링의 경우 그림 5a는 표면층의 형태가 이는 어닐링 중 표면층의 역마르텐사이트 변태, 회복 및 재결정화의 발생으로 인해 발생할 수 있는 매트릭스와의 현저한 차이입니다. 이는 쇼트 피닝과 후속 어닐링을 통해 미세구조가 개선되었음을 나타냅니다.
어닐링 온도가 증가함에 따라 표면층의 재결정량이 증가했습니다(그림 5a,c). 850℃에서 소둔된 시편의 표면층에는 작은 크기의 재결정립이 관찰된다. 850oC에서 단련된 시편 표면층의 EBSD 이미지가 그림 6a,b에 나와 있습니다. 재결정 거동의 차이로 인해 A층, B층, C층, D층의 결정립은 숏 피닝 표면으로부터의 깊이가 깊어짐에 따라 점차 커지게 됩니다.
약 30μm 깊이의 상부 표면층 A의 평균 입자 크기는 약 1.7μm로 용체화된 시편의 입자 크기보다 훨씬 작습니다. B층의 평균 입자 크기는 약 2.7μm로 증가했습니다.
C층과 D층에는 크기가 큰 입자가 여러 개 있지만 평균 입자 크기는 여전히 작습니다. 4개 층에 걸친 평균 입자 크기의 변화는 그림 6c에 나타나 있으며 상당한 점진적인 분포를 보여줍니다.
한편, 숏 피닝된 시편에서 많은 이중 경계가 발견되고 이후 850°C에서 어닐링됩니다(그림 6a).
∑3 쌍정 경계의 해당 지도가 그림 6b에 나와 있으며, 이는 쌍정 경계의 밀도가 표면층에서 상당히 높고 깊이에 따라 점차 감소한다는 것을 보여줍니다. 매트릭스의 쌍정 경계 밀도는 그림 4b에 표시된 용액화된 시편의 밀도와 비슷합니다.
3.3. 재산
그림 7은 용체화된 시편의 형상 회복률과 회복 변형률을 보여줍니다. 구속력을 2%에서 8%로 증가시키면 형상회복률은 83.1%에서 35.2%로 감소하였고, 해당 회복변형률은 0.67%에서 1.97%로 증가하였다.
쇼트 피닝과 다양한 온도에서의 후속 어닐링 후의 형상 기억 효과는 그림 8에 나와 있습니다. 형상 회복율은 850℃에서 어닐링된 시편의 경우 4% 사전 변형률에서 78.5%로 나타났으며 92.5까지 증가할 수 있습니다. a650 ◦C 어닐링 온도의 %.
이러한 형상 회복 비율은 4% 사전 변형률의 용액화된 시편보다 훨씬 높습니다. 750°C와 850°C에서 어닐링된 시편의 경우 10% 사전 변형을 제외하고는 구속이 증가함에 따라 형상 회복률이 감소했습니다.
그림 8b는 구속에 따른 형상 회복 변형률의 변화를 보여줍니다. 회복 변형률에 대한 어닐링 온도의 영향은 크지 않은 것으로 보이지만 650℃ 어닐링 온도가 약간 더 나은 효과를 나타냅니다.
구속력이 4%에서 10%로 증가함에 따라 회복 변형률은 약 1.5%에서 3.8%로 증가할 수 있으며 이는 동일한 구속력의 용체화된 시편보다 높습니다.
용체화된 시편과 비교하여, 숏피닝 후 650℃에서 어닐링한 시편의 경우 4% 사전 변형률에서 형상 회복률과 회복 변형률이 각각 61% 및 24% 증가한 것으로 나타났습니다.
이러한 증가는 구속이 8%로 증가했을 때 각각 67%와 44%를 달성했습니다. 측정 결과는 쇼트 피닝 및 후속 어닐링 공정이 Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni 합금의 형상 기억 효과를 크게 향상시키는 것으로 나타났습니다. 합금에 쇼트 피닝을 하였을 때 표면층에 심한 소성변형이 발생하였다. 응력으로 인한 마르텐사이트 변태, 쌍정 및 전위 미끄러짐이 소성 변형에 영향을 미쳤습니다.
따라서 어닐링 중에 역마르텐사이트 변태, 회복, 재결정화, 심지어 2차 재결정화가 발생할 수 있습니다. 이 과정에서 그림 5와 6a에 나타난 것처럼 표면층에 미세한 미세구조가 형성될 수 있다.
결정립 경계가 모상을 강화하고 다른 방향에서 마르텐사이트의 성장을 방해할 수 있기 때문에 결정립 미세화는 형상 기억 효과를 향상시킬 수 있다는 것이 관찰되었습니다[28]. 또한, 본 연구에서는 쇼트 피닝 중에 0-마르텐사이트가 도입되었고 어닐링 후에도 남아있었습니다. 0-마르텐사이트의 존재는 -오스테나이트에 비해 항복 강도가 더 높기 때문에 사전 변형 중 영구 슬립을 감소시키는 것으로 가정됩니다. 따라서 더 높은 수준의 형상 회복이 얻어질 수 있다[27].
더욱이 연구에 따르면 열역학적 처리를 사용하여 도입된 0-마르텐사이트는 서로 다른 ε-마르텐사이트 밴드 사이의 충돌을 방지하고 변형 중에 밴드가 영역별 방식으로 형성되어 형상 기억 효과에 도움이 되는 것으로 나타났습니다[25]. 이 연구에서는 Fe-24Mn-6Si9Cr-6Ni 합금을 가공하기 위한 쇼트 피닝 및 후속 어닐링.
쇼트 피닝 및 후속 어닐링 후에 시편에서 미세조직 미세화 및 0-마르텐사이트가 관찰됩니다. 용액화된 시편에 비해 형상 회복률과 회복 변형률이 크게 향상됩니다.
결과는 쇼트 피닝이 Fe-Mn-Si-Cr-Ni 합금의 형상 기억 효과를 향상시킬 수 있는 잠재적인 기술임을 보여줍니다. 그러나 미세구조의 진화, 상변환, 형상기억 효과의 개선 등의 상세한 메커니즘은 아직 불분명하여 추가 연구가 필요하다.
4. 결론
(1) 0-마텐자이트는 Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni 합금에 숏피닝 중에 도입되었으며 어닐링 후에도 남아 있었습니다. 어닐링 온도가 650°C에서 850°C로 증가함에 따라 표면층의 0-마르텐사이트 함량이 증가했습니다.
(2) 쇼트 피닝 및 후속 어닐링 후에 표면층의 미세 구조가 미세화되었습니다. 어닐링 온도에 따라 표면층의 재결정량이 증가하였다.
(3) 숏피닝 후 Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni 합금의 경우 용체화된 시편과 비교하여 형상회복률 및 회복변형률이 크게 증가함을 알 수 있다. 그리고 후속 어닐링.
저자 기여: 개념화, HY 및 YW; 방법론, HY 및 YW; 형식분석, HY, WY 및 YW; 조사, WY, XD 및 MZ; 자원, HY; 글쓰기-원본 초안 준비, HY; 집필-검토 및 편집, HY 및 YW; 감독, HY; 프로젝트 관리, HY; 자금 조달, HY 모든 저자는 출판된 원고 버전을 읽고 동의했습니다.
자금: 이 연구는 중국 산시성 과학기술부(프로젝트 번호 2020JQ-676)와 산시성 나노재료기술 핵심연구소의 자금지원을 받았습니다.
기관 검토 위원회 성명: 해당 사항 없음.
사전 동의서: 해당 사항 없음.
데이터 가용성 설명: 해당 사항 없음.
이해 상충: 저자는 이해 상충을 선언하지 않습니다.
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