Language
Country/Area
No result found
왜 일부 금속은 변형에 저항합니까? Cottrell 대기의 신비를 밝혀내십시오!
재료 과학에서 코트렐 분위기라는 개념은 1949년에 A. H. 코트렐과 B. A. 빌비가 붕소, 탄소 또는 질소와 같은 간극 원자에 의해 특정 금속의 전위가 고정되는 방식을 설명하기 위해 처음 제안했습니다. 이러한 현상은 철이나 니켈과 같이 작은 불순물 원자가 존재하는 체심입방(BCC) 구조와 면심입방(FCC) 구조를 갖는 물질에서 발생합니다. 이러한 간극 원자는 격자를 약간 왜곡시키고 그 주위에 잔류 응력장을 생성합니다. 이 응력장은 간극 원자가 전위 방향으로 확산됨에 따라 완화되며, 따라서 원자가 전위 핵심으로 확산된 후에도 오랫동안 머물러 코트렐 분위기를 형성합니다.
이러한 간극 원자의 수집은 전위의 추가 이동을 방해하는 동시에 전위의 에너지를 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 따라서 전위는 Cottrell 분위기에 의해 "고정"됩니다.
코트렐 분위기는 재료의 기계적 거동에도 중요한 영향을 미칩니다. 전위의 고정은 실온에서 전위가 쉽게 해제되지 않는다는 것을 의미하며, 따라서 응력-변형률 선도에서 상부 항복점이 관찰됩니다. 이러한 상부 항복점 이후에는 스테이플형 전위가 Frank-Read 소스가 되어, 자유롭게 움직일 수 있는 새로운 고정되지 않은 전위를 생성하여 재료의 변형을 더욱 가소성 있게 발생시킵니다. 일정 기간의 노화 처리 후, 원자가 전위 중심부로 재확산되면서 상부 항복점이 회복됩니다. 따라서 코트렐 분위기는 뤼더스대를 형성하기도 하는데, 이는 심층 연신이나 대형 시트 제조 시 제조 장애물이 됩니다.
코트렐 분위기의 효과를 없애기 위해 일부 특수강은 모든 침입형 원자를 제거합니다. 갭프리 강철과 같은 이러한 강철은 탈탄소화되며, 소량의 티타늄을 첨가하여 질소를 제거합니다.
연구에 따르면, 코트렐 분위기와 이로 인한 점성 저항은 고온 변형에 중요한 요인이며, 이로 인해 전위 운동이 더 어려워진다고 합니다.
코트렐 분위기가 높은 동등 온도에서 물질의 거동에 미치는 영향도 매우 중요합니다. 재료가 크리프 조건을 겪을 때, 코트렐 분위기에 수반되는 전위 이동이 저항을 발생시키고, 이로 인해 소성 변형 과정이 느려집니다. 이 항력 F_drag는 특정 조건에서 다음과 같이 표현될 수 있습니다.
F_drag = (kTΩ) / (vD_sol) ∫ (J⋅J/c)dA
여기서 D_sol은 기본 물질 내 용질 원자의 확산성이고, Ω는 원자 부피, v는 전위 속도, J는 확산 플럭스 밀도, c는 용질 농도입니다. 코트렐 분위기의 존재와 점성 저항의 영향은 중간 응력 하에서 고온 변형 과정에서 중요한 것으로 입증되었으며, 또한 거듭제곱 법칙의 저하 범주에서 자리를 차지했습니다.
비슷한 현상
코트렐 대기는 보편적인 효과이지만, 조건이 더 특수한 경우에도 비슷한 관련 메커니즘이 발생합니다. 예를 들어, 스즈키 효과는 용질 분자가 적층 결함 쪽으로 분리되는 형태로 나타납니다. 면심입방 시스템에서 전위가 두 개의 부분 전위로 분리되면 두 부분 사이에 육각형의 밀집된 적층 결함이 형성됩니다. H. 스즈키는 이 경계에서 용질 원자의 농도가 체적의 농도와 다를 것이라고 예측했으며, 따라서 이 용질 원자의 장을 통과하면 코트렐 대기의 효과와 유사하게 전위 운동에 대한 저항이 향상될 것이라고 예측했습니다.
또한, Snoek 효과는 응력이 가해질 때 α-Fe 격자에서 간극 용질 원자의 단거리 이동으로 인해 발생하는 내부 마찰과 관련이 있습니다. 이 효과는 Porter 또는 기타 합금 재료에서도 두드러지며 재료의 강도와 인성.
미래 탐사를 위한 재료와 가능성
코트렐 분위기는 금속이나 반도체 소재(예: 실리콘 결정)와 같은 소재에서 전위를 나타내는데, 이 현상은 금속의 변형 저항성과 그 응용 분야에 매우 중요합니다. 앞으로 재료 거동에 대한 심도 있는 연구를 통해 새로운 재료 설계에 코트렐 분위기를 응용할 수 있는 잠재력을 모색하고, 재료 특성을 최적화하기 위해 훨씬 더 진보된 합금을 개발할 수 있습니다.
미래의 재료 과학은 Cottrell 분위기에 대한 지식을 어떻게 활용하여 금속의 특성과 인성을 개선할 것인가?
