이중 그라디언트와 상변태

2024

대한금속·재료학회

추계학술대회

김래언

POSTECH

철강학과

이중 그라디언트 구조와 펼쳐지는 형태의 상변태를

통한 우수한 기계적 물성 달성

김래언, 구강희, 안성열, 채호병, 백열, 우완측, 문종언, 김형섭

Research field

Heterogeneous materials

Alloy design

Additive manufacturing

Functionaliy

김래언 (Rae Eon Kim)

Present  Ph.D. candidate, GIFT, POSTECH
 
2023      M.S. GIFT, POSTECH
 
2021      B.S. Mechanical Engieering, POSTECH

introduction

연구 계획 및 미세조직

Result & Discussion

Conclusion

1

2

3

4

연구 배경

시험 결과 및 메커니즘

결론

연구 배경

■ 헤테로 구조

[1]

[2]

[3]

[1] R.O. Ritchie et. al., Prog. Mater. Sci. 88 (2017) 467-498

[2] B. Li et al., Rare Metals 41 (2022) 4015-4026.

[3] Weiming Ji et al., Prog. Mater. Sci. 140 (2023) 101194

자연 재료

많은 자연 재료가 균일하지 않은 (헤테로한) 미세구조를 지님

금속 구조 재료의 그라디언트 구조화 → 우수한 기계적 물성

그라디언트 구조

연구 배경

■ 헤테로 구조들의 예시

Hetero-lamella

Laminated

Harmonic

DP steel

Prex

[1] R.O. Ritchie et. al., Prog. Mater. Sci. 88 (2017) 467-498

[2] Y. Zhu et al., Mater. Res. Lett. 5 (2017) 527-532.

[3] Weiming Ji et al., Prog. Mater. Sci. 140 (2023) 101194

연구 배경

■ 헤테로 구조의 시너지 효과

헤테로 구조의 추가적인 강화효과, HDI hardening

Rule of Mixture보다 우수한 물성 획득 가능

[1] Lei lu et. al., J Mater Sci Technol. 103 (2022) 67-72

[2] H.S. Kim et al., J. Mater. Res. Technol. 20 (2022) 128-138

ᅟ

IF

연구 배경

■ 헤테로 구조의 데미지 발생

Laminated structure

Stress 
concentration

계면에서 응력 집중과 데미지 발생 → 조기 파단 유도

데미지 효과

연구 배경

■ 새로운 컨셉의 헤테로 구조 제시

시너지 효과

Deformation

Interface migration 전략

Compete

연구 계획

■ 연구 목표

[1] Y.T Choi et al, Mater. Sci. Eng. A (2024)

■ 연구 진행

계면 이동 가능한 
헤테로 구조화

우수한
강도-연성 동시 획득

*Base 재료:  Fe63.5(CoNi)26.5Cr10  

As-rolled

As-annealed

Laser-treated

초기 미세조직

마르텐사이트
(BCC)

재결정
(FCC)

역변태
(FCC)

As-rolled

Laser-treated

As-annealed

IPF

Phase

GND

기계적 물성

기존 비교재 대비, U.El 14% 와 YS 134% 동시 향상  

EBSD 분석

TRIP이 표면에서 중심부로 점진적으로 확산

Laser-treated

As-annealed

■ 변형 미세조직

Insitu-Neutron diffraction

■ Insitu-Neutron diffraction

표면-중심 간의 일정하지 않은 미세조직
 
정확한 TRIP 거동 확인을 위해 Insitu-ND를 진행

Insitu-Neutron diffraction

Laser-treated에서 단계적인 TRIP 거동을 보여줌

표면 TRIP

재결정 영역 TRIP

TRIP효과를 넓은 Stress-level에서도 유지

역변태 영역

TRIP

재결정-역변태

TRIP

■ Insitu-ND 결과

결론

헤테로 구조의
두 가지 특성

Insitu-ND를 통한
TRIP 거동 분석

확산하는 형태의 TRIP 거동 설계
 
Insitu-ND를 통해 전반적인 변형 거동 파악

Interface migration 
전략

감사합니다

Published in Acta Materialia

부록

Thermocalc

TRIP에 영향을 주는 요인

Grain size

Dislocation

Texture

Apparanet SFE:
12.4 mJ/mol

Apparanet SFE:
13.7 mJ/mol

Apparanet SFE:
14.7 mJ/mol

LUR curve

Micro DIC

Hardness variation