γ기지 Ti-Al계 금속간 화합물의 α→γ 및 α→$α_2$ 변태속도에 관한 연구

Abstract

감마기지 2상 (알파+감마)Ti-Al 합금에서 알파->감마 변태의 운동역학 및 모드는 합금의 조성은 물론 냉각속도에 민감하게 의존한다. 서냉과 중간냉각속도에서 라멜라 반응이 우세한 반면, 빠른 냉각속도에서는 매시브 변태가 지배적이다. 극단적으로 빠른 냉각 속도에서는 알파->감마 반응이 억제되어 미변태영역으로 남게 된다. 컴퓨터로 인터페이스된 in situ 실시간 고속의 비저항-온도-시간 측정시스템을 제작하였다. 본 논문은 Ti-(45.5-47.5)Al 및 Ti-47.5Al-0.1B (at.%) 조성의 합금에서 냉각속도의 변화에 따른 알파->감마 연속냉각변태를 보고하였다. 본 장비는 서냉 (0.2도씨/초)에서 급냉 (10,000도씨/초)에 이르는 광범위한 냉각속도를 제어하고 모니터할수 있도록 각기 다른 3가지 제어 방법, 즉, 서냉에서는 PID 제어, 중간냉각에서는 전류제어, 급냉에서는 헬리움 가스압력의 제어를 이용하였다. 연속냉각중의 변태온도는 비저항-온도-시간 곡선의 미분으로 얻어졌다. 이들 결과들은 미세조직의 관찰을 통하여 상관관계을 규명하였다. Ti-47.5Al 및 Ti-46.5Al 합금에서는 두개의 독립적인 알파->감마 변태모드들 (라멜라와 매시브)이 존재하고 중간 냉각속도에o}U} 서로 경쟁하게 된다. 이와 대조적으로 Ti-45.5Al 합금에서는 오직 라멜라만의 변태모드가 존재하고, 냉각속도가 감소함에 따라서 매끄러운 하나의 C-곡선의 모양을 형성하게 된다. 모든 합금에서 냉각속도가 빨라짐에 따라서 라멜라는 두께가 미세해지고 길이가 짧아지게 된다. 두 변태모드 사이의 천이 냉각속도는 약 50도씨/초이다. 냉각속도에 따라서 라멜라 반응의 시작온도는 알파-천이온도보다 약 70-110도씨 낮고, 매시브 반응은 $T_o$(알파/감마) 선보다 약 30-230도씨 낮은 온도에서 시작한다. 알파->알파_2 규칙화 반응 시작온도는 냉각속도에 상관없이 거의 일정하고 대략 1050도씨로 측정되었다. 이 온도는 알파/알파$_2$ 확장 $T_o$ 선의 예측온도와 거의 유사하다. Ti-47.5Al-0.1B 합금에서는 냉각속도가 증가함에 따라서 두개의 독립적이고 경쟁하는 알파->감마 변태모드가 존재한다. 이 모드들의 천이 냉각속도는 약 100도씨/초이고 Ti-47.5Al에 비해서는 더 빠른 냉각속도로 확장되었다. 이것은 매시브와 라멜라와의 경쟁에서 라멜라 변태가 보론의 첨가로 선호된다는 것을 나타낸다. 그러나 천이 냉각속도 이상에서 즉 대부분 매시브가 존재하는 영역에서는 매시브 변태의 시작온도와 피크온도가 Ti-47.5Al 보다 높게 나타나는 반면에 변태완료 온도는 그 보다 낮게 나타난다. 이것은 보론의 첨가가 라멜라의 핵생성을 촉진할 뿐만 아니라 매시브의 핵생성과 성장에도 관련이 있다는 것을 나타낸다.