고속 변형 하에서의 단결정 및 다결정재의 변형 거동에 관한 실험적 연구

Abstract

단결정 및 다결정 재료의 소성 거동은 주로 각각의 개별 결정에 의한 거동이 주된 변형 메커니즘으로 알려져 있다. 이때 각 결정의 거동은 결정학적 방위로 인한 이방성 및 이웃한 결정 간의 방위 차이로부터 기인한 변형이 주된 메커니즘이다. 또한, 초기 결정학적인 분포와 변형 후 집합조직의 발달은 미세 구조 발전과 기계적 물성에 영향을 미친다. 이러한 이유로 단결정 및 다결정 재료의 여러 가지 변형 실험 및 유한요소해석을 통한 해석과 결정의 개별적인 변형과 결정 간의 상호작용에 대한 연구는 결정질 재료의 변형 거동에 대한 이해를 넓힐 수 있다. 본 연구에서는 변형률 속도가 단결정 및 다결정질 재료의 변형 거동에 미치는 영향을 연구하기 위하여 Split Hopkinson Tensile Bar(SHTB) 장비를 이용하여 고속변형 인장실험을 수행하였다. SHPB 실험방법은 103~104/s 범위의 고변형률 속도에서 변형을 수행할 수 있는 시험 기법이다. 재료의 변형 전후 미세 조직 및 집합 조직을 분석하기 위하여 광학 현미경 및 Electro Backscattered Diffraction(EBSD) 분석을 수행하였다. 또한, 변형 중 발생하는 슬립계를 확인하기 위하여 시편 표면의 슬립 Trace를 광학 현미경으로 관찰하였다. 또한, 정적 및 동적 인장 변형 중 단결정 및 다결정 재료의 미세 조직 및 집합 조직의 발전과 관련된 미세 조직의 영향을 파악하기 위하여 최근 개발된 전위 밀도(Dislocation density)에 기반한 결정 소성 모델을 이용한 유한요소법도 수행하였다. 본 연구는 다결정재의 고속변형 하에서의 인장 거동을 최초로 분석한 것으로 동적 인장 변형 하에서의 변형 거동과 결정립 간의 상호 작용에 대한 영향을 분석하는데 큰 도움이 될 것으로 판단된다.

Plastic behaviour of single crystalline and multi-crystalline material was primarily in known as variant behavior is the main mechanism by each individual decision. It is known that, in this regime, deformation behavior of the structural material is significantly dependent on the intrinsic crystallographic orientation and interactions among different grains. In this study, we have performed both experiments and CPFEM to characterize the constitutive response of f.c.c.(Face-centered-cubic) crystalline materials. dislocation density based crystal plasticity model have been used to elucidate the deformation mechanism of the crystalline materials with limited number of grains. Single and Multi-crystal specimens have been measured by EBSD. and deformed under high strain rate tensile deformation. We used the SHTB(Split Hopkinson Tensile Bar) for high strain rate tensile test. finially compare simulation result with experimental data, e.g. EBSD(Crystallographic orientation), after high strain tensile deformation. Several discussions are presented for the deformation behavior of crystalline materials and predictive capabilities of the dislocation density based CPFEM. and dislocation based crystal plasticity model agree well with dynamic tensile test result.