초가소성

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재료 과학에서 초가소성(supercastability)은 고체 결정성 물질이 통상적인 한계점을 훨씬 넘어 변형되는 상태를 말합니다. 보통 인장 변형 시 약 600%가 넘습니다.이러한 상태는 보통 높은 상동 온도에서 달성됩니다.슈퍼 플라스틱 재료의 예로는 미세한 금속과 세라믹이 있습니다.실리카 유리("몰텐 유리") 및 폴리머와 같은 다른 비결정성 물질(아모르퍼스)도 비슷하게 변형되지만, 결정성이 아니기 때문에 슈퍼 플라스틱이라고 불리지 않습니다. 그 변형은 종종 뉴턴 유체라고 불립니다.초소성 변형 재료는 ^[1]골절로 이어지는 "목"(국소적 좁아짐)을 형성하지 않고 매우 균일한 방식으로 얇아집니다.또, 조기 골절의 또 다른 원인인 미세공극의 형성을 ^{[citation needed]}억제한다.

금속 및 세라믹에서 슈퍼 플라스틱이 되기 위한 요건은 입자 경계를 고정하고 초소성 변형에 필요한 2상 고온에서 미세 입자 구조를 유지하는 역할을 하는 미세 입자 크기(약 20마이크로미터 미만) 및 열적으로 안정된 입자의 미세 분산을 포함한다.이러한 매개변수를 충족하는 재료는 여전히 변형률 민감도(재료에 대한 응력이 변형률 변화에 반응하는 방법의 측정치)가 0.3 이상이어야 슈퍼 플라스틱으로 간주됩니다.

금속의 초가소성 메커니즘은 아직 논의 중인데, 많은 사람들은 그것이 원자 확산과 곡물의 서로 미끄러지는 것에 의존한다고 믿고 있다.또한 금속이 상변환 주위를 순환하면 내부 응력이 생성되어 초소성 거동이 발생합니다.최근에는 거친 입자 구조를 가진 철 알루미늄화물에서도 고온의 초소성 거동이 관찰되었습니다.이는 회복과 동적 ^[2]재결정 때문이라고 주장되고 있습니다.

초가소성은 초탄성과 혼동해서는 안 된다.

초소성형 장점

이 프로세스는 설계 및 생산 측면 모두에서 다양한 중요한 이점을 제공합니다.우선, 한 번의 작업으로 단일 시트에서 이중 곡률 및 부드러운 윤곽을 가진 구성 요소를 형성할 수 있으며, 뛰어난 치수 정확도와 표면 마감으로, 냉간 성형 기술과 관련된 "스프링 백"이 없습니다.단일 표면 공구만 사용되기 때문에 리드 타임이 짧고 다양한 시트 합금 두께를 동일한 공구로 테스트할 수 있기 때문에 프로토타이핑이 빠르고 쉽습니다.

성형 기술

이러한 장점을 활용하기 위해 현재 세 가지 성형 기술이 사용되고 있습니다.선택하는 방법은 크기, 모양 및 합금 특성과 같은 설계 및 성능 기준에 따라 달라집니다.

캐비티 형성

가열된 유압 프레스 안에 흑연 코팅 블랭크를 넣는다.그런 다음 공기압을 사용하여 시트를 몰드에 밀착시킵니다.처음에 블랭크를 다이캐비티에 접촉시켜 블랭크/다이 계면 마찰에 의한 형성 프로세스를 방해한다.따라서 접촉 영역은 단일 벌지를 여러 벌지로 분할하고 자유 벌지 프로세스를 거칩니다.이 절차를 통해 비교적 정확한 외부 등고선을 가진 부품을 생산할 수 있습니다.이 성형 공정은 표면이 매끄럽고 볼록한 부품의 제조에 적합합니다.

버블 형성

가열된 수컷 주형을 포함하는 '트레이' 위에 흑연 코팅 블랭크를 클램프합니다.기압에 의해 금속이 몰드에 밀착됩니다.이것과 암컷 성형 공정의 차이점은 앞서 말한 바와 같이 몰드는 수컷이고 금속은 돌출된 형태 위에 강제된다는 것입니다.주형을 형성하는 암컷은 암컷이고 금속은 ^{[citation needed]}캐비티에 강제로 들어갑니다.공구는 2개의 압력 챔버와 선형으로 이동 가능한 카운터 펀치로 구성됩니다.캐비티 성형 기술과 마찬가지로 공정 시작 시 단단히 조여진 블랭크가 가스 ^{[citation needed]}압력에 의해 부풀어 오른다.

공정의 두 번째 단계에서는 이전 성형 방향에 압력을 가함으로써 펀치 표면 위에 재료가 형성됩니다.공정 조건에 의해 발생하는 재료 사용이 우수하기 때문에 캐비티 성형에 비해 초기 두께가 작은 블랭크를 사용할 수 있습니다.따라서 버블 성형 기술은 성형 깊이가 ^{[citation needed]}높은 부품에 특히 적합합니다.

다이어프램 형성

가열 프레스 중에 흑연 코팅 블랭크를 넣는다.기압은 수컷 금형이 버블의 하부에 밀어넣어 초기 인상을 남기기 전에 금속을 버블 모양으로 만드는 데 사용됩니다.그런 다음 다른 방향에서 공기압을 사용하여 수컷 몰드 주위에 최종 금속을 형성합니다.이 공정은 슈퍼 플라스틱 변형률이 낮기 때문에 사이클 타임이 길다.또한 제품은 입자가 작기 때문에 크리프 성능이 저하되고 일부 합금에는 캐비테이션 다공성이 발생할 수 있습니다.그러나 표면 질감은 일반적으로 양호합니다.전용 툴링을 사용할 경우 다이와 기계 비용이 많이 듭니다.이 공정의 주요 장점은 한 번의 작업으로 크고 복잡한 구성요소를 생산하는 데 사용할 수 있다는 것입니다.이는 질량을 낮추고 조립 작업의 필요성을 피하는 데 유용하며, 항공우주 제품의 특별한 장점입니다.예를 들어 다이어프램 형성법(DFM)을 사용하여 변형 시 특정 합금 매트릭스 복합체에 발생하는 인장류 응력을 저감할 수 있다.

알루미늄 및 알루미늄 기반 합금

초소성 성형(SPF) 알루미늄 합금은 470~520°C로 가열할 때 고장 없이 원래 크기의 몇 배까지 늘릴 수 있습니다.나중에 SUPRAL로 알려진 지르코늄을 함유한 이 희석 합금은 열간 변형 초기 단계에서 시트에 심하게 냉간 가공되어 일반적으로 4-5μm의 미세한 안정적인 입자 크기로 동적으로 결정되었습니다.또한 슈퍼 플라스틱 성형 기술은 부품 수와 조립 요건을 줄여 제작 및 조립 비용을 획기적으로 절감하는 그물형 가공 기술이다.SPF 기술을 사용하면 노즈 콘 및 노즈 배럴 조립체와 같은 많은 항공기 조립품에 대해 50%의 제조 비용 절감을 달성할 수 있을 것으로 예상되었습니다.그 외, 중량 삭감, 수천 개의 고정 장치의 제거, 복잡한 기능의 제거, 부품수의 대폭적인 삭감이 있습니다.슈퍼 플라스틱 Al-Cu 합금의 돌파구는 1969년 Stowell, Watts 및 Grimes에 의해 만들어졌습니다. 이때 여러 희박한 알루미늄 합금 중 첫 번째(Al-6% Cu-0.5%Zr)가 슈퍼 플라스틱으로 만들어졌으며, 특수 주조 기술을 사용한 용액에 비교적 높은 수준의 지르코늄을 도입하여 극단을 생성했습니다.아주 좋다Zral은₃ 침전한다.

상업용 합금

일부 상업용 합금은 초가소성을 개발하기 위해 열기계적으로 가공되었다.Al 7000 시리즈 합금, Al-Li 합금, Al 기반 금속 매트릭스 복합 재료 및 기계 합금 재료에 대한 주요 노력이 이루어졌습니다.

알루미늄 합금 복합 재료

알루미늄 합금과 그 복합 재료는 자동차 산업에서 광범위하게 사용되고 있습니다.상온에서 복합 재료는 보통 성분 합금에 비해 강도가 높습니다.고온에서 SiO, SiN₃₄, SiC와 같은₂ 입자 또는 수염으로 보강된 알루미늄 합금은 700% 이상의 인장 신장을 가질 수 있습니다.복합 재료는 종종 미세 입자 크기와 ^[3]보강재의 양호한 분산을 보장하기 위해 분말 야금법에 의해 제작됩니다.최적의 초소성 변형을 가능하게 하는 입자는 통상 0.5~1μm로 기존의 초소성 요건보다 작다.변형률 감도 m은 다른 초소성 재료와 마찬가지로 0.3 이상 크기 때문에 국소 네킹 현상에 대한 내성이 우수합니다.6061 시리즈 및 2024 시리즈와 같은 일부 알루미늄 합금 복합 재료에서는 변형률 초소성이 높은 것으로 나타났으며, 이는 다른 초소성 ^[4]재료보다 변형률 조건이 훨씬 높습니다.이러한 특성은 알루미늄 합금 복합 재료를 슈퍼 플라스틱 성형에 적합하게 만듭니다. 전체 공정을 단시간에 완료할 수 있어 시간과 에너지를 절약할 수 있기 때문입니다.

알루미늄 합금 복합재 변형 메커니즘

알루미늄 합금 복합 재료에서 가장 일반적인 변형 메커니즘은 입자 경계 슬라이딩(GBS)이며,^[5] 변형에 대응하기 위해 원자/전위 확산이 수반되는 경우가 많습니다.GBS 메커니즘 모델은 변형률 감도를 0.3으로 예측하며, 이는 대부분의 슈퍼 플라스틱 알루미늄 합금 복합 재료와 일치합니다.입자 경계 슬라이딩은 비교적 높은 온도에서 매우 미세한 입자의 회전 또는 이동을 필요로 합니다.따라서 입경의 정제 및 고온에서의 입자의 생장 방지가 중요하다.

고온에서는 부분 액체가 매트릭스에 나타나기 때문에 매우 높은 온도(융점 부근)는 또 다른 메커니즘인 계면 슬라이딩과 관련이 있다고도 합니다.액체의 점도는 인접한 입자 경계의 미끄럼을 수용하는 주요 역할을 합니다.2상 보강의 추가에 의한 캐비테이션 및 응력 집중은 액상의 흐름에 의해 억제된다.그러나 액체가 너무 많으면 공극이 생겨 재료의 안정성이 저하됩니다.따라서 초기 녹는점에 가깝지만 너무 많이 초과하지 않는 온도가 최적의 온도인 경우가 많습니다.부분 용융으로 인해 파단 표면에 필라멘트가 형성될 수 있으며, 이는 주사 전자 ^[6]현미경으로 관찰할 수 있습니다.보강재의 형태와 화학은 또한 일부 복합 재료의 초가소성에 영향을 미친다.그러나 그 ^[7]영향을 예측하기 위한 단일 기준은 아직 제안되지 않았다.

초가소성 개선방법

알루미늄 합금 복합 재료의 초소성 변형을 최적화하기 위해 다음과 같은 몇 가지 방법이 제안되었습니다.

1. 증원군의 분산이 양호합니다.이는 상온 성능에도 중요합니다.
2. 매트릭스의 입자 크기를 미세화합니다.미세화는 높은 온도에서 서로 미끄러질 수 있는 더 많은 입자를 만들어 입자의 경계 슬라이딩 메커니즘을 용이하게 합니다.이는 또한 보다 높은 최적 변형률을 의미합니다.미세 입자 크기의 재료에서 변형률 증가 추세가 관찰되었습니다.등채널 각압과 같은 심한 소성 변형으로 초미세 입자 재료를 ^[8]얻을 수 있는 것으로 보고되었습니다.
3. 온도와 스트레인 레이트를 적절히 선택한다.일부 복합 재료는 용해 가까이에서 가열되어야 하며, 이는 다른 복합 재료에 역효과를 미칠 수 있습니다.

티타늄 및 티타늄계 합금

항공우주 산업에서 Ti–6Al–4V와 같은 티타늄 합금은 특정 고온 강도뿐만 아니라 다수의 합금이 초소성 거동을 보이기 때문에 항공우주 분야에서 광범위하게 사용됩니다.슈퍼플라스틱 시트 서모포밍은 특히 복잡한 형상의 생산을 위한 표준 가공 경로로 확인되었으며 슈퍼플라스틱 성형(SPF)에 적합합니다.그러나 이러한 합금의 경우 바나듐을 첨가하면 비용이 상당히 많이 들기 때문에 합금 첨가 비용이 저렴한 초소성 티타늄 합금을 개발할 필요가 있습니다.Ti-Al-Mn 합금은 그러한 후보 물질일 수 있습니다.이 합금은 주변 및 주변 온도에서 균일한 후 변형이 현저합니다.

Ti-Al-Mn(OT4-1) 합금

Ti-Al-Mn(OT4-1) 합금은 일반적으로 비용, 인건비 및 장비 집약적인 기존 경로를 통해 형성되어 항공 엔진 구성품 및 기타 항공우주 애플리케이션에 사용되고 있습니다.Ti-Al-Mn 합금은 항공 우주 응용 분야의 후보 물질입니다.그러나 슈퍼 플라스틱 형성 거동에 대한 정보는 거의 또는 전혀 없습니다.본 연구에서는 합금의 고온 초소성 벌지 성형법을 연구하여 초소성 성형 능력을 입증하였다.

부풀어오르는 과정

금속판의 가스압 팽창은 중요한 성형 방법이 되었다.팽출공정이 진행됨에 따라 시트재의 현저한 박육이 명백해진다.공정 설계자가 초기 블랭크 두께를 선택하는 데 유용한 성형 시간과 관련하여 돔 높이를 구하기 위해 많은 연구가 수행되었으며 성형 후 돔에서 균일하지 않은 두께를 선택하였습니다.

도입 사례

Ti-Al-Mn(OT4-1) 합금은 1mm 두께의 냉연 시트 형태로 제공되었습니다.합금의 화학적 조성입니다.35톤의 유압 프레스기가 반구의 초소성 팽대부 형성에 사용되었습니다.성형 전 다이 어셈블리의 불활성 가스 플러싱뿐만 아니라 필요한 경우 역압력 구성 요소를 성형할 수 있도록 배관 시스템을 사용하여 다이셋업을 제작 및 조립했다.필요한 모든 부착물을 갖춘 벌지 성형에 사용된 초소성 성형 설정의 개략도 및 SPF용 상단(왼쪽)과 하단(오른쪽) 다이 사진.

합금 시트에서 직경 118mm의 원형 시트(공백)를 잘라내고 절단면을 연마하여 버를 제거했습니다.블랭크를 주사위에 놓고 상단 챔버를 접촉시켰다.용광로가 설정 온도로 켜졌다.설정된 온도에 도달하면 필요한 블랭크 홀더 압력에 영향을 미치기 위해 상단 챔버가 더 내려갑니다.열 평형을 위해 약 10분이 허용되었다.아르곤 가스 실린더는 설정된 압력으로 점차 개방되었다.이와 동시에 다이의 하단에 장착된 LVDT(Linear Variable Differential Transform)를 시트 팽대부를 기록하도록 설정했다.LVDT가 45mm(하단 다이의 반경)에 도달하면 가스 압력이 중지되고 용해로가 꺼졌습니다.다이 세트의 온도가 600°C로 떨어졌을 때 성형된 구성 요소를 꺼냈습니다.이 단계에서는 컴포넌트를 쉽게 분리할 수 있습니다.1098, 1123, 1148, 1173, 1198 및 1223K(825, 850, 875, 900, 925 및 950°C)의 온도에서 0.2, 0.4, 0.6 및 0.87MPa의 압력을 형성할 때 반구의 초소성 팽창 성형 작업이 수행되었다.벌지 성형 공정이 진행됨에 따라 시트재의 현저한 박육이 명백해진다.초음파 기법을 사용하여 성형된 부품의 프로파일에서 두께 분포를 측정했습니다.성분은 두께 분포, 두께 변형 및 솎아내기 계수로 분석되었습니다.입자 성장, 입자 신장, 캐비테이션 등의 측면에서 미세구조를 분석하기 위해 성형성분에 대한 변형 후 미세구조 연구를 수행하였다.

결과 및 토론

그림 8은 2차원 입경 14μm의 수용물질의 미세구조이다.^{[clarification needed]}압연 시트의 세로 방향과 가로 방향 모두에서 선형 절편법을 사용하여 입자 크기를 측정하였다.

1098, 1123, 1148, 1173, 1198, 1223K의 온도와 0.2, 0.4, 0.6, 0.8MPa의 아르곤 가스 형성 압력에서 반구의 초소성 형성에 성공하였으며, 반구의 완전한 형성을 위해 최대 250분의 제한 시간이 주어졌다.250분의 컷오프 시간은 실제적인 이유로 주어졌습니다.그림 9는 블랭크(시료) 및 벌지 성형 부품(온도 1,123K, 형성 가스 압력 0.6MPa)의 포토그래프를 나타내고 있다.

다양한 성형 온도 및 압력에서 성공적으로 성형된 구성 요소의 성형 시간.금형 하단에 장착된 LVDT(벌지 높이/깊이 측정)의 이동으로부터 성형 속도를 추정할 수 있었습니다.표 2와 같이 초기에는 형성 속도가 빨랐다가 모든 온도 및 압력 범위에서 점차 감소하는 것으로 나타났다.특정 온도에서는 성형압력이 높아짐에 따라 성형시간이 단축되었다.마찬가지로 일정한 성형 압력에서 성형 시간은 온도가 상승함에 따라 감소합니다.

벌지 프로파일의 두께는 주변(베이스)과 극을 포함한 7개 지점에서 측정되었다.이러한 지점은 반구의 중심과 기준점 사이의 선을 기준으로 하고 극점에 도달할 때까지 15°씩 오프셋하여 선택되었다.따라서 1, 2, 3, 4, 5 지점은 그림 10과 같이 반구의 기부에 대해 각각 15°, 30°, 45°, 60° 및 75°의 각도로 기울어져 있다.두께는 초음파 기법을 사용하여 벌지 프로파일의 각 지점에서 측정되었습니다.성공적으로 형성된 각 반구 구성 요소의 두께 값.

그림 11은 서로 다른 온도에서 압력을 형성하는 함수로서 완전히 형성된 반구의 극두께를 나타낸다.특정 온도에서 성형 압력이 증가함에 따라 극 두께가 감소했습니다.연구된 모든 사례에서 극 두께는 원래 빈 두께인 1mm에서 약 0.3 - 0.4mm 범위에 있었다.

두께 ${\displaystyle \text{변형}}$ln (${\displaystyle S}$ / ${\displaystyle {S\mathrm{}}_{}}$0$$) ( \ $displaystyle { ln$} ( S / S$_$ { $0$} ) $。$$여기$서$$S { $displaystyle$S }는 국소 두께,$$ 0 { $displaystyle S$_ { $0}$은 초기 두께)는 정상적으로 성형된 모든 컴포넌트의 다른 위치에서 계산되었습니다.특정 압력의 경우 성형 온도가 높아짐에 따라 두께 변형률이 감소했습니다.그림$$ 12는 성형압력 0.6MPa로 1123K에서 성형된 부품의 경우 돔 단면을 따른 위치 함수로서 두께 변형${\displaystyle \text{ln}}$ ($S$ / ${\displaystyle S{}_{}{0\mathrm{}}_{}}$) { $displaystyle { ln}$ ( S / $S$_ { 0 )$$} 。

그 후 형성된 미세구조는 입자 크기에 큰 변화가 없다는 것을 보여주었다.그림 13은 1148K의 온도에서 형성되어 0.6MPa의 성형압력을 가진 부품의 베이스와 폴에서의 벌지 성형부품의 미세구조를 나타내고 있다.이들 미세구조는 입자 크기에 큰 변화가 없음을 보여준다.

결론

Ti-Al-Mn 합금의 고온 변형 거동과 초소성 형성 능력을 연구했다.1098~1223K의 온도 범위와 0.2~0.8MPa의 압력 범위에서 슈퍼 플라스틱 경로를 이용하여 90mm 직경의 반구를 성공적으로 형성하였다.다음과 같은 결론을 도출할 수 있다.

1. 가스 압력이나 온도가 높아지면 형성 시간이 급격히 감소하였다.형성 속도는 처음에는 높았지만 시간이 지남에 따라 점차 감소했습니다.
2. 특정 온도에서 성형 압력이 증가함에 따라 극 두께가 감소했습니다.연구된 모든 사례에서 극 두께는 원래 빈 두께 1.0mm에서 약 0.3 - 0.4mm 범위에 있었다.
3. 솎아내기 계수와 두께 변형률은 주변부에서 극성으로 이동함에 따라 증가하였다.후형성된 미세구조는 입자크기에 큰 변화가 없다.

철과 강철

주로 미세 구조 메커니즘과 밀접하게 관련된 특정 재료 매개 변수 중 일부를 가진 Fe-Mn-Al 합금의 오스테나이트강과 같은 비적격 재료에 사용됩니다.이러한 매개변수는 재료의 슈퍼 플라스틱 가능성을 나타내는 지표로 사용됩니다.재료는 600°C에서 1000°C까지의 온도 범위와 10-6에서 1s-1까지의 변형률 범위 내에서 열간 인장 시험에 제출되었습니다.변형률 민감도 매개변수(m)와 파열까지의 최대 신장(θr)을 결정할 수 있으며 열간 인장 시험에서도 구할 수 있다.

Mn 및 Al 합금이 포함된 Fe

실험 결과 Fe-Mn-Al 합금의 초소성 거동이 약 3μm(ASTM 입도 12) 및 평균 변형률 민감도 m~0.54의 온도 범위 내에서 약 600%의 파열에서 최대 신장일 뿐 아니라 700°C~900°C의 온도 범위 내에서 발생할 가능성이 제시되었습니다.

Al 및 Ti 합금이 포함된 Fe

Fe-28Al, Fe-28Al-2Ti 및 Fe-28Al-4Ti 합금의 초소성 거동은 인장 시험, 광학 현미경 및 투과 전자 현미경을 통해 조사되었습니다.인장 시험은 약 10⁻⁵ - 10⁻²/s의 변형률 범위에서 700 – 900 °C에서 수행되었다.최대 변형률 민감도 지수 m은 0.5로 조사되었으며, 가장 큰 신장률은 620%에 달했다.입경 100~600μm의 Fe3Al 및 FeAl 합금은 기존의 미세입경 초소성 합금의 모든 변형 특성을 나타낸다.

그러나 미세 입자 크기의 초가소성 및 입자 경계 슬라이딩에 대한 일반적인 요구 조건 없이 입자가 큰 철 알루미늄화물에서 초가소성 거동이 발견되었습니다.금속학 검사 결과, 초소성 변형 시 입자가 큰 철 알루미늄화물의 평균 입경이 감소하는 것으로 나타났습니다.

세라믹스

도자기의 특성

세라믹 재료의 특성은 모든 재료와 마찬가지로 존재하는 원자의 유형, 원자 간의 결합 유형, 그리고 원자들이 함께 채워지는 방식에 의해 결정됩니다.이것은 원자 스케일 구조라고 알려져 있다.대부분의 도자기는 두 개 이상의 원소로 이루어져 있다.이것은 화합물이라고 불립니다.예를 들어, 알루미나(AlO₂₃)는 알루미늄 원자와 산소 원자로 구성된 화합물입니다.

세라믹 재료의 원자는 화학 결합에 의해 결합된다.세라믹 재료의 가장 일반적인 두 가지 화학 결합은 공유가와 이온성이다.금속의 경우 화학적 결합을 금속 결합이라고 합니다.원자의 결합은 금속보다 공유 결합과 이온 결합에서 훨씬 더 강하다.그래서 일반적으로 금속은 연성이 있고 세라믹은 부서지기 쉽습니다.세라믹 재료는 다양한 특성으로 인해 다양한 용도로 사용됩니다.일반적으로 대부분의 세라믹은 다음과 같습니다.

• 어려운
• 내마모성의
• 부서지기 쉽다
• 내화물
• 단열재
• 전기 절연체
• 비자성
• 내산화성
• 열충격에 걸리기 쉽다
• 양호한 화학적 안정성

알루미늄 기반 및 마그네슘 기반 합금에서 높은 변형률의 초소성이 관찰되었습니다.그러나 세라믹 재료의 경우 대부분의 산화물 및 질화물에 대해 초소성 변형이 낮은 변형률로 제한되며 공동이 존재하여 조기 고장을 초래합니다.여기서 우리는 사각형 산화 지르코늄, 마그네슘 알루미늄산 마그네슘 척수 및 알파 알루미나 상으로 구성된 복합 세라믹 재료가 최대 1.0초의⁻¹ 변형률로 초소성을 보인다는 것을 보여준다.또한 복합 재료는 1050% 또는 0.4s의⁻¹ 변형률을 초과하는 큰 인장 신장률을 보입니다.초소성 금속과 세라믹은 파쇄 없이 100% 이상 변형할 수 있어 고온에서 망상 형성이 가능합니다.이러한 흥미로운 재료는 주로 미세한 입자 크기로 가속되는 프로세스인 입자 경계 슬라이딩에 의해 변형됩니다.그러나 미세한 입자 크기로 시작하는 대부분의 세라믹은 고온 변형 시 급격한 입자 성장을 경험하기 때문에 연장된 슈퍼 플라스틱 성형에 적합하지 않습니다.마이너 2상(제너 핀 접속)을 사용하거나 3상 세라믹을 제작하여 같은 상에서의 입자 간 접촉을 최소화함으로써 입자 성장을 제한할 수 있습니다.미립자 3상 알루미나-몰라이트(3AlO₂₃·2SiO₂)-지르코니아에 대한 연구는 3상 중 거의 동일한 부피 분율을 가진 1500°C에서 10/sec까지 높은⁻² 초소성 변형률에 도달할 수 있음을 보여준다.이러한 높은 변형률로 인해 세라믹 초소형성형은 상업성의 영역에 포함됩니다.

캐비테이션

초소성 성형법은 입자 경계 슬라이딩 중에 캐비테이션이 발생하지 않고 확산 수용 또는 전위 발생이 입자 경계 슬라이딩을 수용하는 메커니즘으로 남겨진 경우에만 작동합니다.세라믹 초소성 성형 시 적용되는 응력은 보통 20~50 MPa로 보통 단일 결정에서 전위를 발생시킬 만큼 높지 않으므로 전위 조절은 배제됩니다.그러나 이 3상 초소성 세라믹스의 특이하고 독특한 특징이 밝혀질 것이며, 이는 슈퍼 플라스틱 세라믹이 이전에 생각했던 것보다 금속과 훨씬 더 많은 공통점을 가질 수 있음을 보여준다.

이트리아 안정화 사각형 지르코니아 다결정

안정제로는 산화 이트륨을 이용한다.이 재료는 구조가 주로 사각형이다.Y-TZP는 모든 지르코니아 기반 재료 중 가장 높은 굽힘 강도를 가지고 있습니다.Y-TZP의 미세한 입자 크기는 높은 내마모성으로 인해 매우 날카로운 모서리를 달성하고 유지할 수 있는 절삭 공구에 적합합니다.이는 3-mol % Y-TZP(3Y-TZP)를 가진 최초의 진정한 다결정 세라믹으로, 현재는 세라믹 모델 시스템으로 간주되고 있습니다.미세 등급의 크기는 기계적 강도, 내식성, 충격 인성, 내열 충격성 및 매우 낮은 열 전도성을 가진 매우 밀도가 높은 비다공성 세라믹으로 이어집니다.Y-TZP는 그 특성상 마모 부품, 절삭 공구, 열 장벽 코팅에 사용됩니다.

입경

3Y-TZP의 초소성 특성은 그림 3과 같이 입자 크기에 의해 크게 영향을 받는데, 입자 크기가 커지는 동안 파괴까지의 신장률이 감소하고 흐름 강도가 증가한다.입자 크기에 대한 흐름 스트레스의 의존성에 대한 연구가 이루어졌으며, 그 결과 흐름 스트레스는 입자 크기 제곱에 따라 대략적으로 달라지는 것으로 나타났다.

$\displaystyle \propto d^{2},}$

장소:

$§$ $(\displaystyle$ \displaystyle \displays $)$는 흐름의 응력입니다.

d는 순간 입자 크기입니다.

알루미나(AlO₂₃)

알루미나는 아마도 가장 널리 사용되는 구조용 세라믹 중 하나이지만, 고온 변형 시 빠른 이방성 입자 성장으로 인해 알루미나에서 초가소성을 얻기가 어렵습니다.어느 쪽이든 간에 도핑된 미세 입자₂₃ AlO의 초가소성에 대한 여러 연구가 수행되었습니다.CrO, YO, TiO₂ 등 다양한₂₃₂₃ 도판트를 첨가함으로써 500ppm MgO 함유 AlO의₂₃ 입경을 더욱 정제할 수 있음을 입증하였다.500ppm Y 도프₂₃ AlO에서₂₃ 약 0.66μm의 입경을 얻었다.이 미세 입경 결과, AlO는₂₃ 20MPa의 ^[9]응력 하에서 1450℃에서 65%의 파열신장을 나타낸다.

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• 초소성 성형
• 고폭발 대전차

레퍼런스

참고 문헌

• Agarwal, Sumit (2006). Evaluation and Prediction of Material Response During Superplastic Forming at Various Strain Rates (Ph.D. thesis). Brown University. OCLC 549697889.
• ·초소성:Dr R H Johnson Metalurical Review No 146 1970 9 .영국 금속 협회