적층 결함 에너지

Stacking-fault energy

SFE(Stacking-Fault Energy)는 매우 작은 규모의 재료 특성이다.면적당 에너지 단위로 γ으로SFE 표기한다.

적층 단층은 밀접하게 포장된 결정 구조에서 원자 평면의 정상적인 적층 시퀀스를 방해하는 것이다.이러한 방해는 일정한 쌓이는 결함에너지를 전달한다.쌓기 단층의 폭은 한 손에는 두 부분 탈구 사이의 반발력과 다른 한 손에는 쌓기 단층의 표면 장력으로 인한 매력적인 힘 사이의 균형에 따른 결과물이다.따라서 평형 폭은 적층 결함 에너지에 의해 부분적으로 결정된다.SFE가 높을 때 완전 탈구가 두 부분으로 분리되는 것은 정력적으로 불리하며 탈구 활공 또는 교차 미끄러짐으로 인해 재료가 변형될 수 있다.낮은 SFE 재료는 더 넓은 적층 결함을 보이고 교차 미끄러짐이 더 어렵다.SFE는 결정에서 교차 슬립면 위로 미끄러지는 탈구의 능력을 수정한다.SFE가 낮으면 물질 내 탈구의 이동성이 감소한다.[1]

재료 브래스 스테인리스 스틸 Ag (은색) Au SI (실리콘) 니(니켈) Cu (커퍼) Mg (마그네슘) 알(알루미늄)
SFE(mJ m−2) <10[2] <10[2] 25[2] 75[2] >42 90 [2][3] 70[4] -78[5] 125 [6] 160-250 [7][2]

고장 쌓기 및 고장 에너지 쌓기

쌓기 결함은 결정에서 원자의 평면 쌓기 시퀀스의 불규칙함이며, FCC 금속에서 정상 쌓기 시퀀스는 ABCABC 등이지만 쌓기 결함이 도입되면 정상 쌓기 시퀀스에 ABCABC와 같은 불규칙성을 도입할 수 있다.이러한 불규칙성은 적층 결함 에너지라고 불리는 특정 에너지를 운반한다.

고장 에너지 쌓기에 미치는 영향

아연 합금 함량과 함께 SFE가 빠르게 감소하는 방법을 보여주는 그래프.가져간 데이터.[8][9]
알루미늄 합금 함량에 따라 SFE가 빠르게 감소하는 방법을 보여주는 그래프.가져간 데이터.[8][10][11]

적층 단층 에너지는 특히 염기 금속, 합금 금속, 합금 금속의 비율, 발란스 대 원자 비율 등 몇 가지 주요 요인에 의해 크게 영향을 받는다.[12]

합금 요소가 SFE에 미치는 영향

합금 원소를 첨가하면 대부분의 금속의 SFE가 현저히 감소한다는 것은 오래 전부터 확립되어 왔다.[10]어떤 요소와 얼마나 추가되는가는 물질의 SFE에 극적으로 영향을 미친다.오른쪽 그림은 구리의 SFE가 아연과 알루미늄이라는 두 가지 다른 합금 원소를 첨가하면서 어떻게 하강하는지를 보여준다.두 경우 모두 합금 함량이 증가함에 따라 황동물의 SFE가 감소한다.그러나 Cu-Al 합금의 SFE는 더 빠르게 감소하고 최소치에 도달한다.

e/a 비율

물질의 SFE에 상당한 영향을 미치고 합금 함량과 매우 상호 관련성이 높은 또 다른 요인은 전자/a 비율 또는 원자에 대한 발란스 전자의 비율이다.쏜튼은[12] 1962년 몇 Cu 기반 합금에 대한 전자/a 비율 대 SFE를 플로팅하여 이것을 보여주었다.그는 발란스-전자 대 원자 비율이 합금 요소가 변경되더라도 단층 에너지를 쌓을 수 있는 좋은 예측 변수라는 것을 발견했다.이것은 오른쪽의 그래프를 직접적으로 지원한다.아연은 더 무거운 원소로 발란스 전자가 두 개밖에 없는 반면 알루미늄은 가볍고 발란스 전자가 세 개 있다.따라서 알루미늄의 각 중량 퍼센트는 아연보다 Cu 기반 합금의 SFE에 훨씬 더 큰 영향을 미친다.

단층 에너지가 변형과 질감에 미치는 영향

금속의 두 가지 주요한 변형 방법은 미끄러짐과 트윈닝이다.슬립은 슬립면 내의 나사 또는 가장자리 탈구 중 하나의 글라이드 탈구에 의해 발생한다.슬립은 단연코 가장 흔한 메커니즘이다.트윈닝은 덜 흔하지만 어떤 상황에서는 쉽게 발생한다.

트윈닝은 변형을 수용하기에 충분한 슬립 시스템이 없거나 재료의 SFE가 매우 낮은 경우에 발생한다.쌍둥이는 구리 합금처럼 낮은 SFE 금속이 많지만 알루미늄과 같은 높은 SFE 금속에서는 거의 볼 수 없다.[13][8][10][11][14]

큰 균주를 파쇄하지 않고 수용하려면 최소 5개의 독립적이고 능동적인 슬립 시스템이 있어야 한다.크로스 슬립이 자주 발생하고 특정 다른 기준을 충족할 경우 큰 변형을 수용하기 위해 3개의 독립된 슬립 시스템만 필요한 경우가 있다.[15][16]

상위 및 하위 SFE 재료의 변형 메커니즘이 다르기 때문에 서로 다른 질감을 개발한다.

하이 SFE 소재

높은 SFE 재료는 완전히 탈구되어 활공하여 변형된다.쌓는 결함이 없기 때문에 나사 탈구는 교차 미끄러질 수 있다.스몰맨은 알루미늄(1964)과 같은 높은 SFE 재료에 대한 낮은 스트레스 하에서 크로스 슬립이 발생한다는 것을 발견했다.이것은 큰 변형을 겪기 위해 세 개의 다른 활성 슬립 시스템이 필요하기 때문에 금속의 추가적인 연성을 제공한다.[15][16]수정의 방향이 이상적이지 않을 때도 그렇다.

따라서 높은 SFE 재료는 교차 미끄러짐으로 인한 큰 변형을 수용하기 위해 방향을 변경할 필요가 없다.변형 중에 알갱이가 움직이면서 약간의 방향 전환과 질감 발달이 일어날 것이다.큰 변형으로 인한 교차 미끄러짐도 일부 곡물 회전을 유발한다.[17]그러나 높은 SFE 재료에서 곡물의 이러한 방향 조정은 낮은 SFE 재료에서보다 훨씬 덜 보편적이다.

낮은 SFE 재료

낮은 SFE 재료는 쌍둥이를 이루고 부분 탈구를 만든다.나사 탈구 대신 부분 형태.존재하는 나사는 높은 응력에서도 적층 결함을 교차할 수 없다.[17]교차 미끄럼이 없어 큰 변형이 발생하려면 5개 이상의 미끄럼 시스템이 활성화되어야 한다.<111>과 <100> 방향 모두 각각 6개와 8개의 서로 다른 슬립 시스템이 있다.이러한 방향 중 하나 근처에 하중을 가하지 않으면 5개의 슬립 시스템이 활성화될 수 있다.이 경우 큰 변종을 수용하기 위한 다른 메커니즘도 마련되어야 한다.

낮은 SFE 소재도 경색 시 쌍방향.변형 트윈닝이 정기적인 전단 변형과 결합되면, 낟알은 결국 보다 선호하는 방향으로 정렬된다.[15][18]많은 다른 알갱이들이 정렬하면 매우 비등방성적인 질감이 만들어진다.

메모들

  1. ^ A. Kelly와 K. M. Knowles, Crystalography and Crystal Defects, John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, 2012년 2번째 Edn, Ch. 9 페이지 269–304.
  2. ^ a b c d e f Hertzberg, Richard W.; Vinci, Richard P.; Hertzberg, Jason L. (2013). Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials. John Wiley & Sons, Inc. p. 80. ISBN 978-0-470-52780-1.
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