전자채널링콘트라스트 기법과 전자후방산란회절을 이용한 쇼트 피닝 처리된 니켈의 저각 결정립계 이동 분석

오진수, 백승문, 김태훈, 차현우, 양철웅*

성균관대학교 신소재공학과

쇼트 피닝은 냉간가공의 한 종류로 금속의 표면에 금속 혹은 세라믹 볼을 발사해 재료의 기계적 특성을 향상시킨다. 이 방식은 비교적 간단한 공정으로 표면 부근에서 결정립의 미세화를 야기하여 스프링, 기어 등 반복적인 하중을 받는 기계에 널리 사용된다. 쇼트 피닝 처리된 재료의 실제 산업적 활용에 있어서 외부의 열에 의해 기계적 특성을 잃게 되기 때문에 재결정 거동에 대한 연구는 무척 중요하다. 특히 결정립의 미세화에 의한 아결정립계의 형성은 재결정에서 저각 결정립계의 이동에 큰 영향을 미친다.

최신의 SEM 관찰 기법인 전자채널링콘트라스트(Electron channeling contrast imaging, ECCI)와 전자후방산란회절(Electron backscatter diffraction, EBSD)은 서로 상호 보완적인 관계에 있다. 비파괴적 회절 기반의 ECCI 기법은 TEM 수준의 전위 밀도 측정이 가능하지만, 쇼트 피닝에 의한 높은 소성변형 수준에서는 이러한 측정이 어렵다. EBSD를 활용한 전위 밀도 분석은 orientation의 변화에 기반하기 때문에 총 전위 밀도 값 대신 기하적 필수 전위(Geometrically necessary dislocation) 의 밀도만 측정이 가능하다. 본 연구에선 이러한 한계를 극복하기 위해 두 기법을 활용하여 높은 소성변형 영역에서의 전위 밀도 측정을 제안하였다.

일반적으로 재결정 거동은 결정립간의 mis-orientation 각도에 의해 큰 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 이중 저각 결정립계에서의 거동을 직접 관찰하였고, 이러한 저각 결정립계의 이동에 요구되는 구동력이 임계값을 가짐을 확인했다. ECCI와 EBSD를 활용하여 높은 소성 변형 영역에서의 전위 밀도를 보정하였고 이를 통하여 변형된 영역의 축적 에너지를 정량화 하였다. 정량화된 임계 축적 에너지는 결정립간의 방위각에 의한 함수로 표현되었다.

Keywords: Electron channeling contrast imaging, electron backscatter diffraction, shot-peening, stored energy, low angle boundary migration