재료탄소성학 [19] Coherent boundary에서의 Particle Strengthening

2025.02.05 - [재료탄소성학] - 재료탄소성학 [18] Solid Solution Strengthening

재료탄소성학 [18] Solid Solution Strengthening

 

 

Particle Strengthening은 크게 3 종류로 나뉜다.

 

 

 이들 중, coherent Boundary에서 particle strengthening을 알아보자.

 이들의 Mechanism은 크게 4 가지이다.

 

 

Mechanism 1) Coherency Hardening

 

 이 매커니즘은 격자 변형에 의한 Hardening으로 Matrix와 Particle간의 격자 거리 차이에 의한 값이다.

 

 

 이 둘의 차이가 커지면, compression과 tension의 정도가 커져, 저항 응력이 커지고, 입자가 통과하기 어려워지는 Hardening이 발생한다

 

 

Mechanism 2) Modulus Hardening

 

 두 번쨰 매커니즘은 '탄성계수'의 차이에 의해 발생하는 hardening이다.

 

 Host와 particle 원자 사이의 탄성 계수의 차이로 응력장이 발생하며, 이들을 지나는 데 추가적인 에너지가 발생하여, 이동이 억제되는 것이다.

 

 

 

Mechanism 3) Chemical Hardening

 

 3번째는 Pentrate되어 발생하는 계면으로 인해 생기는 strengthening이다.

설명은 그림으로 대신하겠다.

 

Mechanism 4) Order Hardening

 

 

 

 이번에는 내부에 A-B-A-B 꼴로 번갈아가며 원자가 있는 경우이다. Pentrate가 된 상황에서 B-B, A-A꼴로 내부 에너지가 굉장히 불안정한 구조가 만들어지고 이들을 order하기 위한 추가적인 strengthening이 발생하는 것이다.

 

 

 이런 coherent boundary에서 r과 dislocation에 의한 shear를 견디는 stress 사이의 관계를 알아보자.

 

 

 

 

Volume Fraction이 일정하다고 가정하자.

 

r이 작을 때에는, volume fraction(f)가 일정하기 때문에 석출물 사이의 간격이 가까워지고

r이 클 때에는, 석출물 사이의 간격이 멀어진다.

 

 

이러한 상황에서, 특정 r값을 기준으로

 

r<r*일 때는 석출물의 개수는 많지만, r의 크기가 작아 전위와의 상호작용이 작다. 따라서, 임계점까지 r이 커질 수록 stress가 커지게 된다.

 

반대로, r>r*일 때는 석출물의 크기는 크지만 f가 일정하므로 이들사이의 간격이 너무 멀어 dislocation과의 상호작용이 적다. 따라서, 이들 사이의 간격을 가깝게 할수록(r을 줄일 수록) stress가 커지는 경향을 보인다.