KR100734433B1 - Fe-Based Bulk Nano-eutectic Alloys With High Strength and Good Ductility - Google Patents

Fe-Based Bulk Nano-eutectic Alloys With High Strength and Good Ductility Download PDF

Info

Publication number
KR100734433B1
KR100734433B1 KR1020050067298A KR20050067298A KR100734433B1 KR 100734433 B1 KR100734433 B1 KR 100734433B1 KR 1020050067298 A KR1020050067298 A KR 1020050067298A KR 20050067298 A KR20050067298 A KR 20050067298A KR 100734433 B1 KR100734433 B1 KR 100734433B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
alloy
iron
high strength
bulk
ductility
Prior art date
Application number
KR1020050067298A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20070013001A (en
Inventor
김도향
박진만
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020050067298A priority Critical patent/KR100734433B1/en
Publication of KR20070013001A publication Critical patent/KR20070013001A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100734433B1 publication Critical patent/KR100734433B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium

Abstract

본 발명에 따르면, 일반식 FeaMxBy으로 표시되며, 여기서 M은 전이금속으로서 Ti, Zr, Hf, Nb 및 Ta에서 선택된 적어도 1종이며, 또한, a, x, y는 각각 Fe, M 및 B의 원자%를 의미하고, 73≤a≤95, 4≤x≤26, 1≤y≤10의 범위의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 고강도, 고연성을 가지는 철기 벌크 나노공정 합금이 제공되며, 이러한 본 발명의 철기 벌크형 나노공정 합금은 높은 강도, 내마모성, 내부식성을 지니고 있기 때문에 고강도 내마모 부품, 구조용 재료, 용접 및 코팅 재료 등에 사용될 수 있다.According to the invention, represented by the general formula Fe a M x B y , wherein M is at least one selected from Ti, Zr, Hf, Nb and Ta as transition metals, and a, x, y are each Fe, A high-strength, high-ductility iron-based bulk nanoprocess alloy is provided, which means atomic percent of M and B, and has values in the range of 73 ≦ a ≦ 95, 4 ≦ x ≦ 26, and 1 ≦ y ≦ 10. Since the iron-based bulk nano-process alloy of the present invention has high strength, wear resistance, and corrosion resistance, it can be used for high strength wear resistant parts, structural materials, welding and coating materials, and the like.

철기 나노공정 합금, 전이금속, 붕소Iron-based nanoprocess alloys, transition metals, boron

Description

고강도, 고연성을 가지는 철기 벌크 나노공정 합금{Fe-Based Bulk Nano-eutectic Alloys With High Strength and Good Ductility}Fe-Based Bulk Nano-eutectic Alloys With High Strength and Good Ductility}

도 1은 철-전이금속(M)-붕소 합금의 조성범위를 나타낸 의삼원계 조성도(Quasi-ternary composition diagram)이다.1 is a quasi-ternary composition diagram showing a composition range of an iron-transition metal (M) -boron alloy.

도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 Fe83Ti7Zr6B4 합금의 주사전자현미경(Scanning electron microscopy) 및 투과전자현미경(Transmission electron microscopy) 미세조직 사진이고, 도 2c는 이 합금의 투과전자현미경 회절패턴 사진이다.2A and 2B are scanning electron microscopy and transmission electron microscopy microstructure photographs of the Fe 83 Ti 7 Zr 6 B 4 alloy of the present invention, respectively, and FIG. 2C is transmission electrons of the alloy. It is a microscope diffraction pattern photograph.

도 3은 본 발명의 Fe83Ti7Zr6B4 합금의 압축시험에서 얻은 응력-변형률 곡선(Compressive stress strain curve)이다.3 is a compressive stress strain curve obtained in the compression test of the Fe 83 Ti 7 Zr 6 B 4 alloy of the present invention.

본 발명은 고강도, 고연성을 가지는 철기 벌크 나노공정 합금에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일반적인 주조 방법을 통하여 얻어진 벌크 합금에서 공정상간의 층상간격의 크기가 수십에서 수백 나노미터에 이르며, 1-3 GPa 정도에 이르는 매우 높은 강도와 2-20% 정도의 우수한 연성을 나타내는 고강도, 고연성의 벌크형 철기 나노공정 합금에 관한 것이다.The present invention relates to a high-strength, high ductility iron-based bulk nano-process alloy, more specifically, in the bulk alloy obtained through the general casting method size of the interlaminar spacing between the process range from tens to hundreds of nanometers, 1-3 It relates to a high strength, high ductility bulk iron-based nanoprocess alloy that exhibits very high strength up to GPa and excellent ductility of about 2-20%.

나노구조 결정립 금속은 수~수십 마이크로 크기의 결정립으로 구성된 다결정립(Polycrystalline) 금속에 비해 많은 분율의 입계부피를 가지고 있다. 즉 결정립계 혹은 표면에 존재하는 원자의 분율이 상대적으로 많아져서 기존의 재료에서 얻을 수 없는 고강도, 높은 내마모성, 우수한 부식저항성, 뛰어난 수소저장능력, 높은 비열 및 전기저항 등 독특하고 흥미로운 물리적 특성을 보인다. 특히 많은 미세, 극미세 결정립 재료에서 결정립 크기를 작게 함에 따라 나타나는 강화 현상은 소위 Hall-Petch 기구에 의한 것으로 알려져 있다. 즉 입계에서 전위(Dislocation)의 축적이 소성 흐름에 저항성을 높이는 주요 기구가 된다. Nanostructured grain metals have a higher proportion of grain volume than polycrystalline metals composed of grains of several to several tens of microns. In other words, the fraction of atoms present in the grain boundary or surface is relatively high, showing unique and interesting physical properties such as high strength, high abrasion resistance, excellent corrosion resistance, excellent hydrogen storage ability, high specific heat and electrical resistance, which are not obtained from conventional materials. Especially in many fine and ultrafine grain materials, the strengthening phenomenon caused by the small grain size is known to be caused by the so-called Hall-Petch mechanism. That is, accumulation of dislocations at grain boundaries becomes a major mechanism for increasing resistance to plastic flow.

미합중국 특허 제5,626,691호에 의하면, 타이타늄기 벌크 나노 결정립합금은 냉각속도를 조절하거나 열처리함에 따라 일반적인 타이타늄기 합금 강도의 약 2배에 해당하는 1200~2500 MPa 에 이르는 고강도를 가지는 나노 결정립 합금이 개발되었다. 그러나, 나노 결정립을 가지는 벌크재료가 실용화된 경우는 많지 않으며, 예를 들면, 열처리형 알루미늄 합금 등 나노미터 크기의 석출물을 이용한 석출강화 합금이나 안정한 산화물 입자(나노 분말)를 금속기지에 분산시킨 분산강화 합금 정도가 이에 속한다.According to U.S. Patent No. 5,626,691, a nano-grain alloy having a high strength of 1200 to 2500 MPa, which is about twice the strength of a typical titanium-based alloy, has been developed as the titanium-based bulk nanocrystal alloy is controlled or heat treated. . However, in many cases, bulk materials having nanocrystal grains have not been put to practical use. For example, dispersions obtained by dispersing precipitation-reinforced alloys and stable oxide particles (nano powders) using nanometer-sized precipitates, such as heat-treated aluminum alloys, on metal bases Reinforcing alloys fall into this category.

일반적인 철강재료의 경우 철을 함유한 광석이 지구상에 풍부히 존재하고, 비교적 저렴하게 선광, 정련, 합금화, 가공될 수 있으며, 광범위한 기계적, 물리적 성질을 가지고 있어 실제 산업전반에 걸쳐 가장 널리 연구되며 사용되고 있으며, 특히, 구조용 재료로서 중요한 위치를 차지하고 있다. 그러나, 이런 우수한 특성에도 불구하고 비철재료, 고분자, 세라믹 재료 등 타 신소재의 출현과 도전으로 현재 사용되고 있는 철강재료에 비해 특성과 기능성이 보다 향상된 혁신적인 개념의 철강재료 개발이 여전히 필요하였다. In general steel materials, ore containing iron is abundant on the earth, can be beneficiated, refined, alloyed and processed relatively inexpensively, and has a wide range of mechanical and physical properties. In particular, it occupies an important position as a structural material. However, in spite of these excellent characteristics, the development and innovative concept of steel materials with improved characteristics and functionality is still needed due to the emergence and challenge of other new materials such as nonferrous materials, polymers and ceramic materials.

최근 미국, 일본 등 기술 선진국을 중심으로 대규모의 연구개발 투자가 이루어지고 있는 나노기술의 연구결과를 보면, 기존 재료의 성능한계를 극복하는 우수한 특성을 나타내는 것을 알 수 있으며, 이러한 사실은, 나노기술을 철강재료 분야에 활용할 수 있다면 구조용 재료로서 활용성을 더욱 확대시킬 수 있음을 시사해 주고 있다. 실제로, 논문 Nanostruct. Mater, Vol. 5, No. 2, pp. 127-134에 의하면 일반적인 마이크로미터 크기의 결정립을 가진 철에 비해 나노크기의 결정립을 가진 철은 3-6배에 이르는 높은 강도를 나타내는 것으로 알려져 있다. 또한, 논문 Nature, Vol. 419, No. 31, pp. 912-915에서 높은 강도뿐만 아니라 우수한 연성을 가질 수 있는 나노구조 금속이 얻어졌다고 발표하고 있다. The recent research results of nanotechnology, which has been invested in large-scale R & D centers in advanced countries such as the United States and Japan, show excellent characteristics that overcome the performance limits of existing materials. If it can be used in the field of steel materials suggests that it can be further expanded as a structural material. In fact, the paper Nanostruct. Mater, Vol. 5, No. 2, pp. According to 127-134, iron with nano-size grains is known to exhibit three to six times higher strength than iron with grains of micrometer size. In addition, the paper Nature, Vol. 419, No. 31, pp. In 912-915 it is reported that nanostructured metals have been obtained which can have not only high strength but also good ductility.

한편, 나노크기의 미세조직을 얻기 위한 방법으로는 ECAP(Equal Chanel Angular Processing), ARB(Accumulated Roll Bonding), Ball Milling 등의 강가공(Severe Plastic Deformation, SPD)을 행하거나 제 2상 석출 및 나노 클러스터 입자 분산과 같이 석출제어 기술을 이용한다. 또한, 제어압연과 냉각제어기술이 조합된 가공열처리를 행하거나 전기도금법(Electrodeposition), 급속응고법, 비정질의 결정화법 등을 통하여도 제조할 수 있다. On the other hand, methods for obtaining nano-sized microstructures include Severe Plastic Deformation (SPD) such as Equal Chanel Angular Processing (ECAP), Accumulated Roll Bonding (ARB), Ball Milling, or precipitation of second phase and nano Precipitation control techniques are used, such as cluster particle dispersion. In addition, it can also be produced by processing heat treatment combined with control rolling and cooling control techniques, or by electroplating, rapid solidification, amorphous crystallization.

그러나, 이러한 제조공정을 통해 벌크형의 구조용 재료를 제조하는 것은 어려울 뿐 아니라 공정 또한 매우 복잡하다. 즉, 기존의 나노 입자 및 결정립 합금을 벌크 형태로 제조하는 데는 1)많은 잔류 기공(porosity)의 형성, 2)벌크형태로의 제조의 곤란성, 3)길고 복잡한 여러 단계의 후공정 처리 등의 문제점이 있어서 폭넓은 공업적 적용을 위해서는 실용 가능한 벌크형 나노재료의 개발의 필요성이 여전히 요구되고 있다. However, it is not only difficult to manufacture bulk structural materials through such a manufacturing process, but also the process is very complicated. In other words, the production of conventional nanoparticles and grain alloys in bulk form has problems such as 1) the formation of many residual porosity, 2) the difficulty of manufacturing them in bulk form, and 3) the long and complicated post-processing process. Therefore, there is still a need for the development of a practical bulk nanomaterial for a wide range of industrial applications.

따라서, 본 발명의 목적은 종래의 길고 복잡한 후공정 처리 없이 일반 주조법으로도 벌크 형태의 나노 크기의 미세구조를 가지는 합금의 제조가 가능하여 공업적 적용을 용이하게 할 뿐 아니라 탁월한 강도와 우수한 연성을 가지는 새로운 철기 벌크 나노결정립 합금을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to produce an alloy having a nanostructure of the nanostructures of the bulk type even in the general casting method without the conventional long and complicated post-processing, thereby facilitating industrial application as well as excellent strength and excellent ductility. Eggplant is to provide a new iron-based bulk nanocrystalline alloy.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면, 일반식 FeaMxBy으로 표시되며, 여기서 M은 전이금속으로서 Ti, Zr, Hf, Nb 및 Ta에서 선택된 적어도 1종이며, 또한, a, x, y는 각각 Fe, M 및 B의 원자%를 의미하고, 각각 73≤a≤95, 4≤x≤26, 1≤y≤10의 범위의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 고강도, 고연성을 가지는 철기 벌크 나노공정 합금이 제공된다.In order to achieve the above object, according to the present invention, represented by the general formula Fe a M x B y , wherein M is at least one selected from Ti, Zr, Hf, Nb and Ta as the transition metal, and a , x, y means atomic% of Fe, M and B, respectively, and has a value in the range of 73≤a≤95, 4≤x≤26, 1≤y≤10, respectively An iron-based bulk nanoprocess alloy is provided.

본 발명자들은, 철기 벌크형 나노공정 합금의 설계에 있어, 철과 2원계 공정반응을 가지는 합금계(Fe-Ti, Fe-Zr, Fe-Hf, Fe-Nb, Fe-Ta)를 선택하고, 여기에 액상의 응고시 핵생성 및 성장을 지연하는 역할을 하는 것으로 알려진 붕소(B)를 첨가하여 3원계 이상의 다원계 합금에서 나노 크기의 층상구조의 공정조직(Eutectic lamellar structure)을 얻을 수 있는 합금들을 기본 합금계로 선택하였다.In the design of the iron-based bulk nano-process alloy, the present inventors select an alloy system (Fe-Ti, Fe-Zr, Fe-Hf, Fe-Nb, Fe-Ta) having a binary process reaction with iron, Alloys capable of obtaining nanoscale layered lamellar structures in ternary or multi-component alloys by adding boron (B), which is known to retard nucleation and growth during liquid phase solidification, The base alloy was selected.

본 발명은 상기 식에서 a가 95 원자% 초과하거나, x가 26 원자% 초과, 4 원자% 미만이면 공정조성의 영역을 벗어나게 되어 층상구조의 공정조직을 얻는데 어려움이 있어 부적절하다. 또한, 상기 식에서 붕소의 함량은 그 첨가범위를 초과하게 되면 비정질 상(Amorphous phase)이 형성되어 벌크형 나노 결정립 합금의 형성에 적합하지 않고, 또한 1원자% 미만으로 첨가되면 나노결정립 합금을 벌크형상으로 얻기 곤란하다.In the above formula, when a is greater than 95 atomic%, or x is greater than 26 atomic% and less than 4 atomic%, it is out of the range of process composition, which makes it difficult to obtain a process structure having a layered structure. In addition, in the above formula, the boron content is not suitable for the formation of an amorphous phase (Amorphous phase) when the content exceeds the addition range, and also when added in less than 1 atomic%, the nanocrystalline alloy in the bulk form Difficult to obtain

한편, 이러한 본 발명의 기본 합금계에 철(Fe) 또는 전이금속(M)과 전율 고용체를 형성하는 합금원소를 추가로 첨가하면 나노 크기의 공정구조의 기지 내에 α-Fe상 또는 중간상 화합물(Intermetallic compound)을 초정상으로 형성시켜 연성의 향상을 도모하는 것이 가능하다.On the other hand, if the addition of the alloying element to form the electrolytic solid solution with iron (Fe) or transition metal (M) to the base alloy system of the present invention, α-Fe or intermediate phase compound (Intermetallic) in the base of the nano-sized process structure It is possible to improve the ductility by forming a compound in a supernormal state.

이에 관하여 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에 의해 얻어진 벌크형 나노 결정립 합금기지에 추가적인 원소를 첨가하여 ㎛크기의 제 2상을 포함하는 복합재를 제조하는 것이 가능하다. 즉, 전이금속(M)과 전율 고용체를 형성하는 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)을 소량(1~5 원자%)으로 첨가하거나, 철(Fe)과 전율 고용체를 형성하고 α-Fe상을 안정화시키는 원소인 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni)을 소량(1~5 원자%)으로 첨가함으로써 공정조성을 벗어나게 하여 초정상을 우선 형성하게 함으로써 연성을 증가시키는 것이 가능하다. 이때, 첨가원소를 5 원 자% 초과 첨가할 경우, 형성된 초정상이 성장하거나 조직의 조대화가 진행되어 원하는 특성을 얻을 수 없고, 1원자% 미만인 경우 실질적으로 첨가효과를 기대하기 어렵다.In more detail with respect to this, it is possible to produce a composite including the second phase of the micrometer size by adding an additional element to the bulk nanocrystalline alloy base obtained by the present invention. That is, vanadium (V), molybdenum (Mo), and tungsten (W) are added in small amounts (1 to 5 atomic%) to form a transition metal (M) and a solid solution, or iron and a solid solution are formed. By adding chromium (Cr), cobalt (Co), and nickel (Ni) in small amounts (1 to 5 atomic%), which stabilizes the α-Fe phase, the ductility is increased by deviating from the process composition and forming an initial phase first. It is possible. At this time, when the addition element is added in excess of 5 atomic%, the formed super-phase grows or the coarsening of the tissue is not able to obtain the desired characteristics, if less than 1 atomic% it is difficult to substantially expect the addition effect.

이상으로부터, 본 발명에 의하면 일반 주조법에 의해 in-situ로 수십에서 수백 나노 크기의 공정 층상구조를 얻는 것이 가능하며 이렇게 얻어진 철기 벌크 나노공정 합금은 일반 철강재료에 비해 3-5배에 이르는 높은 강도와 우수한 연성을 나타낸다.From the above, according to the present invention, it is possible to obtain a process layer structure of tens to hundreds of nanoscales in-situ by the general casting method, and the obtained iron-based bulk nanoprocessing alloy has a high strength of 3-5 times higher than that of general steel materials. And excellent ductility.

(실시예)(Example)

표 1, 2, 3에 주어진 각 조성의 합금을 아크 용해법에 의해 제조한 뒤, 석영 튜브(Quartz tube)에서 재용해하여 약 1 mm 지름의 노즐을 통하여 캐비티(Cavity)를 갖는 구리몰드에 주입하여 지름 1 mm, 길이 45-50 mm크기를 갖는 벌크형 나노공정 합금을 제조하였다.Alloys of each composition given in Tables 1, 2, and 3 were prepared by the arc melting method, re-dissolved in a quartz tube and injected into a copper mold having a cavity through a nozzle having a diameter of about 1 mm. A bulk nanoprocess alloy having a diameter of 1 mm and a length of 45-50 mm was prepared.

본 발명에 따른 철-전이금속-붕소 합금의 조성범위 일예를 도 1의 의삼원계 조성도(Quasi-ternary composition diagram)에 각각 나타내었다. 도 1의 의삼원계 조성도에는 철, (질코늄+타이타늄), 붕소의 조성을 표시하였다.One example of the composition range of the iron-transition metal-boron alloy according to the present invention is shown in the quasi-ternary composition diagram of FIG. 1. In the ternary composition diagram of FIG. 1, the compositions of iron, (zirconium + titanium), and boron are shown.

구리몰드 주조법에 의해서 제조된 시료는 주사전자현미경 분석을 행한 결과, 수십에서 수백 나노미터 크기의 층상구조의 공정조직을 가지는 미세조직을 나타낸다는 사실을 확인하였고, 또한, 투과전자현미경 분석을 행한 결과, 층상구조의 공정상은 BCC 구조를 가지는 α-Fe상과 HCP 또는 FCC 구조를 갖는 Fe2Ti, Fe2Zr상으로 구성된다는 것도 확인하였다.As a result of scanning electron microscopic analysis, it was confirmed that the sample prepared by the copper mold casting method showed microstructures having a layered process structure of several tens to hundreds of nanometers. It was also confirmed that the process phase of the layered structure was composed of an α-Fe phase having a BCC structure and a Fe 2 Ti, Fe 2 Zr phase having an HCP or FCC structure.

이러한 사실은 표 1의 시료번호 19의 합금(Fe83Ti7Zr6B4)의 주사전자현미경 및 투과전자현미경 사진을 도시한 도 2a 내지 도 2c에 의해서도 알 수 있다.This fact can also be seen from FIGS. 2A to 2C which show scanning electron microscope and transmission electron micrographs of the alloy of sample No. 19 of Table 1 (Fe 83 Ti 7 Zr 6 B 4 ).

아울러, 표 1의 시료번호 19의 합금은 압축시험에서 얻은 응력-변형률 곡선을 나타낸 도 3에서도 알 수 있는 바와 같이, 각각 920 Kg/mm2, 3090 MPa에 이르는 높은 강도와 최대 6%에 이르는 우수한 연신율을 나타내었다. In addition, the alloy of Sample No. 19 of Table 1 shows a high strength of 920 Kg / mm 2 , 3090 MPa and a maximum of 6% as shown in FIG. Elongation is shown.

한편, 표 2 및 표 3은 본 발명의 합금조성인 시료번호 19의 시료를 기초로 하여, 여기서 철(Fe) 또는 전이금속(M)과 전율 고용체를 이루는 원소를 추가로 첨가한 경우에 강도와 연성을 나타낸 것으로, 강도와 경도는 다소 감소하고 있으나, 연성은 시료번호 19(연성 6%)에 비해 향상된 것(연성 6%∼10%)을 알 수 있다. 이러한 이유는, 앞에서도 설명한 바와 같이, 추가로 첨가되는 금속원소에 의해 층상공정조직의 기지내에 또 다른 중간상 화합물이 초정상으로 형성되기 때문인 것으로 예상된다.On the other hand, Table 2 and Table 3, based on the sample of the sample No. 19 of the alloy composition of the present invention, where the addition of the iron (Fe) or transition metal (M) and the element that forms the electrolytic solid solution and the strength and It shows the ductility, the strength and hardness is somewhat reduced, but it can be seen that the ductility is improved compared to the sample number 19 (6% ductility) (6% to 10% ductility). It is expected that this reason is because, as described above, another mesophase compound is formed in the base of the layered process structure by the additional metal element.

본 발명에 의한 나노공정 합금은 급속응고법, 금형주조법, 고압주조법 등 다양한 방법에 의하여 제조할 수 있으며, 바람직하기로는 일반주조법에 의하여 in-situ로 본 발명의 나노 결정립 합금을 벌크상태로 제조할 수 있다. Nano-process alloy according to the present invention can be prepared by a variety of methods, such as rapid solidification method, mold casting method, high pressure casting method, preferably in-situ by the general casting method can be prepared in the nano-crystalline alloy of the present invention in bulk state. have.

일반적으로 결정립이 미세해 질수록 강도는 증가하므로 나노 결정립 합금의 개발은 고강도를 필요로 하는 구조용 재료로서 매우 유익하다. 아울러 일반주조법으로 벌크형태의 나노크기의 결정립을 용이하게 얻을 수 있기 때문에 실용화에 유 익하다는 것을 시사한다. In general, as the grain size becomes finer, the strength increases, so the development of the nano grain alloy is very beneficial as a structural material requiring high strength. In addition, it is suggested that the general casting method is useful for commercialization because it is easy to obtain the nano-size grains of the bulk form.

시료 번호Sample number 합금 조성Alloy composition 경도 (Kg/mm2)Hardness (Kg / mm 2 ) 강도 (MPa)Strength (MPa) 연성 (%)Ductility (%) 1One Fe73Ti26B1 Fe 73 Ti 26 B 1 611611 23672367 22 22 Fe83Ti16B1 Fe 83 Ti 16 B 1 605605 23602360 44 33 Fe89Ti10B1 Fe 89 Ti 10 B 1 342342 11271127 1717 44 Fe73Ti22B5 Fe 73 Ti 22 B 5 830830 27362736 22 55 Fe78Ti17B5 Fe 78 Ti 17 B 5 709709 24092409 22 66 Fe83Ti13B4 Fe 83 Ti 13 B 4 457457 16801680 1010 77 Fe85Ti10B5 Fe 85 Ti 10 B 5 435435 14851485 1616 88 Fe88Ti7B5 Fe 88 Ti 7 B 5 435435 14211421 1515 99 Fe80Ti10B10 Fe 80 Ti 10 B 10 430430 15801580 1212 1010 Fe95Nb4B1 Fe 95 Nb 4 B 1 307307 10201020 2020 1111 Fe87Nb12B1 Fe 87 Nb 12 B 1 644644 21002100 55 1212 Fe86Nb4B10 Fe 86 Nb 4 B 10 650650 22342234 22 1313 Fe89Zr10B1 Fe 89 Zr 10 B 1 736736 24102410 44 1414 Fe87Ti7Zr2B4 Fe 87 Ti 7 Zr 2 B 4 562562 18341834 1010 1515 Fe85Ti7Zr4B4 Fe 85 Ti 7 Zr 4 B 4 610610 19311931 88 1616 Fe81Ti7Zr8B4 Fe 81 Ti 7 Zr 8 B 4 642642 20072007 55 1717 Fe77Ti13Zr6B4 Fe 77 Ti 13 Zr 6 B 4 665665 21852185 33 1818 Fe80Ti10Zr6B4 Fe 80 Ti 10 Zr 6 B 4 776776 25482548 33 1919 Fe83Ti7Zr6B4 Fe 83 Ti 7 Zr 6 B 4 920920 30903090 66

시료 번호Sample number 합금 조성Alloy composition 경도 (Kg/mm2)Hardness (Kg / mm 2 ) 강도 (MPa)Strength (MPa) 연성 (%)Ductility (%) 2020 Fe83Ti6Zr4B4Mo3 Fe 83 Ti 6 Zr 4 B 4 Mo 3 572572 19081908 77 2121 Fe83Ti6Zr4B4W3 Fe 83 Ti 6 Zr 4 B 4 W 3 655655 23312331 1010 2222 Fe83Ti6Zr4B4V3 Fe 83 Ti 6 Zr 4 B 4 V 3 551551 17531753 66

시료 번호Sample number 합금 조성Alloy composition 경도 (Kg/mm2)Hardness (Kg / mm 2 ) 강도 (MPa)Strength (MPa) 연성 (%)Ductility (%) 2323 Fe80Ti7Zr6B4Cr3 Fe 80 Ti 7 Zr 6 B 4 Cr 3 794794 25172517 77 2424 Fe80Ti7Zr6B4Co3 Fe 80 Ti 7 Zr 6 B 4 Co 3 916916 30133013 66 2525 Fe80Ti7Zr6B4Ni3 Fe 80 Ti 7 Zr 6 B 4 Ni 3 682682 21262126 99

본 발명에 따르면 표 1, 2, 3에 있어서 높은 강도 및 우수한 연성을 가진 벌크 나노 크기의 결정립을 갖는 합금은 이러한 관점에서 특히 주목을 할 필요가 있다.According to the present invention, alloys having bulk nano-sized grains with high strength and excellent ductility in Tables 1, 2 and 3 deserve particular attention in this respect.

상술한 바와 같이, 본 발명의 벌크형 철기 나노 결정립 합금은 높은 강도, 내마모성, 내부식성을 지니고 있기 때문에 고강도 내마모 부품, 구조용 재료, 용접 및 코팅 재료 등에 벌크 형태의 나노 결정립 합금으로 제조되어 사용될 수 있다.As described above, since the bulk iron-based nanocrystalline alloy of the present invention has high strength, wear resistance, and corrosion resistance, the bulk iron-based nanocrystal alloy may be manufactured and used as a bulk nanocrystalline alloy in high strength wear resistant parts, structural materials, welding and coating materials, and the like. .

벌크형 나노구조 소재는 초고강도의 재료를 얻는 것이 가능할 뿐만 아니라 비강도가 높아짐으로써 경량화를 이룰 수 있고, 균일한 미세조직을 가짐으로써 내식성의 향상, 그리고 내마모성의 증가를 얻을 수 있는 장점이 있으며, 이러한 특성을 가지는 벌크나노소재의 대량 생산기술이 개발되면 자동차 및 항공산업, 우주항공, 군수산업, 나노소자용 소재로 응용이 가능하다. Bulk-type nanostructured material is not only able to obtain a material of very high strength, but also can be made lightweight by increasing the specific strength, and has the advantage of improving the corrosion resistance and the wear resistance by having a uniform microstructure. If mass production technology of bulk nano material with characteristics is developed, it can be applied to materials for automobile and aviation industry, aerospace, military industry and nano device.

벌크형 나노 구조 소재는 재료가 나노구조화 됨에 따라 나타나는 새로운 물리적, 화학적, 기계적 특성을 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라 재료를 벌크화 함에 의해 다양한 산업 재료로서 적용이 가능하므로 그 잠재성이 매우 큰 재료이다. Bulk nanostructured materials are not only able to satisfy the new physical, chemical, and mechanical properties of nanostructured materials, but also can be applied as various industrial materials by bulking the materials, which is a material with great potential.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and is not limited to the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible by those who have the same.

Claims (3)

일반식 FeaMxBy으로 표시되며, 여기서 M은 전이금속으로서 Ti, Zr, Hf, Nb 및 Ta에서 선택된 적어도 1종이며, 또한, a, x, y는 각각 Fe, M 및 B의 원자%를 의미하고, 각각 73≤a≤95, 4≤x≤26, 1≤y≤10의 범위의 값을 가지며, 미세조직이 층상구조의 공정조직으로 되는 것을 특징으로 하는 고강도, 고연성을 가지는 철기 벌크 나노공정 합금.It is represented by the general formula Fe a M x B y , wherein M is at least one member selected from Ti, Zr, Hf, Nb and Ta as transition metals, and a, x and y are atoms of Fe, M and B, respectively. %, And have values in the range of 73 ≦ a ≦ 95, 4 ≦ x ≦ 26, and 1 ≦ y ≦ 10, respectively, and have high strength and high ductility, characterized in that the microstructure becomes a layered process structure. Iron-based bulk nanoprocess alloys. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 합금에서 전이금속(M)이 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 중에서 선택된 어느 1종에 의해 1 내지 5원자%의 범위내에서 치환되는 것을 특징으로 하는 고강도, 고연성을 가지는 철기 벌크 나노공정 합금.In the alloy, the transition metal (M) is substituted by any one selected from vanadium (V), molybdenum (Mo), and tungsten (W) in a range of 1 to 5 atomic%, high strength and high ductility. The iron-based bulk nanoprocess alloy. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 합금에서 철(Fe)이, 1 내지 5원자%의 범위에서 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni) 중에서 선택된 어느 1종에 의해 치환되는 것을 특징으로 하는 고강도, 고연성을 가지는 철기 벌크 나노공정 합금.In the alloy, iron (Fe) has a high strength and high ductility, characterized in that substituted by any one selected from chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni) in the range of 1 to 5 atomic%. Iron-based bulk nanoprocess alloys.
KR1020050067298A 2005-07-25 2005-07-25 Fe-Based Bulk Nano-eutectic Alloys With High Strength and Good Ductility KR100734433B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050067298A KR100734433B1 (en) 2005-07-25 2005-07-25 Fe-Based Bulk Nano-eutectic Alloys With High Strength and Good Ductility

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050067298A KR100734433B1 (en) 2005-07-25 2005-07-25 Fe-Based Bulk Nano-eutectic Alloys With High Strength and Good Ductility

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070013001A KR20070013001A (en) 2007-01-30
KR100734433B1 true KR100734433B1 (en) 2007-07-03

Family

ID=38012895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050067298A KR100734433B1 (en) 2005-07-25 2005-07-25 Fe-Based Bulk Nano-eutectic Alloys With High Strength and Good Ductility

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100734433B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113667902B (en) * 2021-08-20 2022-05-27 中国矿业大学 High-entropy grain boundary modified iron-based multi-element nanocrystalline alloy and preparation method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6258185B1 (en) 1999-05-25 2001-07-10 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Methods of forming steel
US6261386B1 (en) 1997-06-30 2001-07-17 Wisconsin Alumni Research Foundation Nanocrystal dispersed amorphous alloys
JP2004111756A (en) 2002-09-19 2004-04-08 Mitsui Chemicals Inc Magnetic composite and magnetic composite material
KR20050010903A (en) * 2002-06-13 2005-01-28 베크텔 비더블유엑스티 아이다호, 엘엘씨 Hard metallic materials, hard metallic coatings, methods of processing metallic materials and methods of producing metallic coatings

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6261386B1 (en) 1997-06-30 2001-07-17 Wisconsin Alumni Research Foundation Nanocrystal dispersed amorphous alloys
US6258185B1 (en) 1999-05-25 2001-07-10 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Methods of forming steel
KR20050010903A (en) * 2002-06-13 2005-01-28 베크텔 비더블유엑스티 아이다호, 엘엘씨 Hard metallic materials, hard metallic coatings, methods of processing metallic materials and methods of producing metallic coatings
JP2004111756A (en) 2002-09-19 2004-04-08 Mitsui Chemicals Inc Magnetic composite and magnetic composite material

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070013001A (en) 2007-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vaidya et al. High-entropy alloys by mechanical alloying: A review
CN111051551B (en) Alloy material, product using the alloy material, and fluid machine having the product
CN113862543B (en) Method for manufacturing alloy member
Silvestre State-of-the-art review on carbon nanotube reinforced metal matrix composites
Suryanarayana et al. Nanostructured materials and nanocomposites by mechanical alloying: an overview
WO2004029313A1 (en) Nano-crystal austenitic metal bulk material having high hardness, high strength and toughness , and method for production thereof
EP2178664A1 (en) Aluminium-based duplex-aluminium material with a first phase and a second phase and method for producing said duplex-aluminium material
KR20190143164A (en) High entropy alloys with intermetallic compound precipitates for strengthening and method for manufacturing the same
Azimi et al. Optimizing consolidation behavior of Al 7068–TiC nanocomposites using Taguchi statistical analysis
Patra et al. Experimental and atomistic simulation based study of W based alloys synthesized by mechanical alloying
Wagih Effect of milling time on morphology and microstructure of Al-Mg/Al2O3 nanocomposite powder produced by mechanical alloying
Sokkalingam et al. Subtle change in the work hardening behavior of fcc materials processed by selective laser melting
Parizi et al. Trimodal hierarchical structure in the carbonaceous hybrid (GNPs+ CNTs) reinforced CoCrFeMnNi high entropy alloy to promote strength-ductility synergy
Krishna et al. A comprehensive review on advances in high entropy alloys: Fabrication and surface modification methods, properties, applications, and future prospects
WO2013058338A1 (en) Nickel-based intermetallic compound composite sintered material, and method for producing same
EP3247517A1 (en) Corrosion resistant article and methods of making
KR100734433B1 (en) Fe-Based Bulk Nano-eutectic Alloys With High Strength and Good Ductility
US10179943B2 (en) Corrosion resistant article and methods of making
JP3838803B2 (en) Composite high strength material and manufacturing method thereof
WO2005092541A1 (en) Powders of nano crystalline copper metal and nano crystalline copper alloy having high hardness and high electric conductivity, bulk material of nano crystalline copper or copper alloy having high hardness, high strength, high conductivity and high rigidity, and method for production thereof
Yin et al. Nanostructured metal coatings via cold spray
Shahid et al. Induction melting as a fabrication route for aluminum-carbon nanotubes nanocomposite
Kushwaha et al. Nanocrystalline Materials: Synthesis, Characterization, Properties, and Applications. Crystals 2021, 11, 1317
JP6952237B2 (en) Co-based alloy structure and its manufacturing method
Panda et al. Synthesis of Fe _ 3 Fe 3 Al Intermetallic Compound by Mechanical Alloying

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
N231 Notification of change of applicant
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Publication of correction
LAPS Lapse due to unpaid annual fee