초소성 재료와 응용범위

1. 초소성(Superplasticity)이란

재료가 네킹(necking)을 일으키지 않고 엿모양으로 균일하게 늘어나는 현상을 초소성(超塑性, superplasticity)이라 한다. 또한 고온에서 플라스틱과 같은 성형성을 갖는 금속으로 초소성 영역에서는 매우 낮은 유동응력으로 우수한 연성을 갖고 있다.
이 초소성 상태가 재료의 미세균일조직(평균결정립경이 10m이하)의 미시적 제어와 높은 온도(절대온도 표시로 융점의 절반이상)와 적절한 변형속도 등의 역학적 조건이 주어진 경우에 발현된다.
금속을 변형시키는 온도․속도를 적당히 선택함으로써 보통의 몇 십배에서 몇 천배의 연성(초소성)을 나타내는 합금으로서 물엿처럼 늘어나 형태를 만들기 쉬우므로 복잡한 형상의 것을 만들 수 있다. 초소성 합금에는 결정을 미세화하여 만드는 미세립 초소성합금과 결정구조의 변화를 이용하여 만드는 변태 초소성 합금이 있다. 실용합금으로는 아연․22％알루미늄합금 등 미세립형이 많고, 초소성 니켈기합금은 주로 모양이 복잡한 터빈의 동익(動翼, moving blade) 등의 제조에 쓰인다.

초소성 재료의 대표적인 특징으로는 수 백% 이상의 커다란 균일신장과 낮은 변형유동응력, 커다란 변형속도감수성 (m＞0.3, m: 변형속도감수성지수) 등이다.
초소성 가공 기술은 초소성 재료가 가지는 높은 성형성을 공업적으로 이용한 생산 공정으로 복잡한 형태의 구조부품이 많이 사용되는 항공 산업을 비롯하여 다양한 산업에 적용되고 있는 첨단 성형 기술이다.

2. 초소성의 종류

⑴ 미세결정입 초소성 ; 합금의 결정입을 대단히 가늘게(직경 5㎛ 이하)하고, 그 합금의 용융점의 1/2이상의 고온에서 최적한 스트레인 속도로 인장하면 큰 변형이 생긴다.

[K: 상수 m : 변형률 속도 감도지수(m]0.3) : 변형률 속도]

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