슬립(재료과학)

Slip (materials science)
슬립 메커니즘의 개략도 보기

재료 과학에서 미끄러짐은 결정학적 평면과 방향을 따라 다른 부분에 비해 결정체의 한 부분이 크게 변위되는 것이다.[1] 미끄러짐은 면적당 가장 많은 수의 원자를 포함하고 있는 면인 밀접하게 포장된 면(길이당 대부분의 원자)에서 이탈의 통로로 발생한다. 밀접하게 포장된 평면은 미끄러지거나 활공하는 평면으로 알려져 있다. 슬립 시스템은 탈구 운동이 쉽게 발생하고 플라스틱 변형으로 이어질 수 있는 대칭적으로 동일한 슬립 평면 세트와 관련 슬립 방향 패밀리를 설명한다. 미끄러짐의 크기와 방향은 버거 벡터로 표현된다.

외력은 결정 격자의 일부가 서로를 따라 활공하게 만들어 재료의 기하학적 구조를 변화시킨다. 슬립을 시작하려면 임계 해결 전단 응력이 필요하다.[2]

슬립 시스템

면 중심 큐빅 크리스털

FCC 자료의 단위 셀.
FCC 자료에서 폐쇄 포장 슬립면의 격자 구성. 화살표는 이 탈구 활공 시스템에서 버거스 벡터를 나타낸다.

면 중심 입방체(fcc) 결정체는 촘촘히 포장된 평면을 따라 발생한다. 구체적으로 슬립면은 타입 {111}, 방향은 타입 <110>이다. 오른쪽의 도표에서 특정 평면과 방향은 각각 (111)과 [110]이다.

슬립 평면 유형과 방향 유형의 순열을 고려할 때, FCC 결정에는 12개의 슬립 시스템이 있다.[3] FCC 격자에서 버거 벡터(b)의 표준은 다음 방정식을 사용하여 계산할 수 있다.[4]

[4]

여기서 a는 단위 셀의 격자 상수다.

보디 중심 큐빅 크리스털

BCC 재료의 단위 셀.
BCC 재료에서 슬립면의 격자 구성. 화살표는 이 탈구 활공 시스템에서 버거스 벡터를 나타낸다.

신체 중심 입방체(BCc) 결정의 슬립은 최단 버거 벡터 평면을 따라 발생하지만, FCC와 달리 BCc 결정 구조에는 실제로 근접 포장된 평면이 없다. 따라서 BCc의 슬립 시스템은 열을 활성화해야 한다.

일부 BCc 재료(예: α-Fe)는 최대 48개의 슬립 시스템을 포함할 수 있다. 유형 {110}의 슬립 평면이 6개 있는데, 각각 2개의 <111> 방향(12계통)이 있다. 각각 하나의 <111> 방향을 가진 24개의 {123}면과 12개의 {112}면이 있다(총 48개의 시스템 36개). 가능한 슬립 시스템의 수가 FCC 결정보다 BCC 결정에서 훨씬 더 높지만 격자 마찰 응력이 증가하여 연성이 반드시 더 높은 것은 아니다.[3] {123} 및 {112} 평면은 활성화 에너지가 {110}과(와) 정확히 동일하지는 않지만, 에너지가 매우 근접하여 모든 면에서 동일한 것으로 취급할 수 있다. 오른쪽의 다이어그램에서 특정 슬립면과 방향은 각각 (110)과 [111]이다.[4]

[4]

육각형 근접 포장 결정체

육각형 근접 포장(hcp) 금속의 슬립은 BCc 및 FCC 결정 구조에서보다 훨씬 제한적이다. 보통 hcp 결정 구조는 <1120> 방향을 따라 빽빽하게 채워진 기저부 {0001} 평면에서 미끄러짐을 허용한다. 다른 슬립 평면의 활성화는 다양한 매개변수(예: c/a 비율)에 따라 결정된다. 기저면에는 2개의 독립된 슬립 시스템이 있기 때문에 임의의 플라스틱 변형을 위해서는 추가적인 슬립 또는 트윈 시스템이 활성화되어야 한다. 이것은 일반적으로 훨씬 더 높은 분해된 전단 응력을 필요로 하며 일부 hcp 다결정체의 부서지기 쉬운 동작을 야기할 수 있다. 그러나 순수 티타늄과 같은 다른 hcp 물질은 다량의 연성을 보인다.[5]

카드뮴, 아연, 마그네슘, 티타늄, 베릴륨은 {0001}에 슬립면이 있고 슬립 방향은 <1120>이다. 이것은 방향에 따라 총 3개의 슬립 시스템을 만든다. 다른 조합도 가능하다.[6]

결정에는 슬립 에지 탈구와 나사 탈구를 유도할 수 있는 두 가지 유형의 탈구가 있다. 가장자리 탈구는 버거 벡터의 방향이 탈구선과 수직인 반면, 나사 탈구는 버거 벡터의 방향이 탈구선과 평행하게 된다. 탈구의 유형은 주로 적용된 스트레스, 온도 및 기타 요인의 방향에 따라 결정된다. 나사 이탈은 다른 슬립면이 버거 벡터의 방향을 포함할 경우 한 평면에서 다른 평면으로 쉽게 미끄러질 수 있다.[2]

참고 항목

참조

  1. ^ Jastrzebski, D. Nature and Properties of Engineering Materials (Wiley International ed.).
  2. ^ a b , 헐 D, 베이컨, D.J(2001); "탈골 소개", 4차 개정 ISBN 0-7506-4681-0
  3. ^ a b Soboyejo, Wole O. (2003). "7.8 Crystal Structure and Dislocation Motion". Mechanical properties of engineered materials. Marcel Dekker. ISBN 0-8247-8900-8. OCLC 300921090.
  4. ^ a b c d Van Vliet, Krystyn J. (2006); " 3.032 재료의 기계적 동작" 2009-09-17 웨이백 머신에 보관
  5. ^ Orozco-Caballero, Alberto; Li, Feng; Esqué-de los Ojos, Daniel; Atkinson, Michael D.; Quinta da Fonseca, João (2018). "On the ductility of alpha titanium: The effect of temperature and deformation mode". Acta Materialia. 149: 1–10. doi:10.1016/j.actamat.2018.02.022. ISSN 1359-6454.
  6. ^ 캘리스터, 윌리엄 D. 주니어(2007); "재료 과학 및 엔지니어링: 소개", ISBN 0-471-73696-1

외부 링크