KR20010044765A - Production method of grain refinement of difficult-to-work materials using double equal channel angular processing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 난가공재의 압출 가공방법에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 2중 구속 강전단 변형법에 의한 결정립 미세화 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for extruding a hard workpiece. More specifically, the present invention relates to a method for producing grain refinement by a double constrained steel shear deformation method.
종래의 압연, 압출 등의 가공법은 여러 재료의 물리적·기계적 물성치를 향상시키면서 구조적으로도 변경을 가하기 위하여 사용되어 왔다. 특히 열간 가공은 주조 인고트와 관련되어 연신율과 강도를 높이고 결함을 제거하는 일반적인 방법으로 사용되어 왔다. 단조, 압연, 압출과 같은 통상적인 금속 가공법 역시 원하는 재료의 기계적 성질을 향상시키고 결함을 제거하는 목적으로 사용되어 왔다. 이러한 공정들은 원하는 재료를 최초의 단면적이 수배로 감소시키는 것으로, 예를 들어 알루미늄 합금의 상급의 품질을 보장하기 위해서는 초기의 인고트와 최종 제품과의 단면 감축비가 50대 1 이상이 된다. 또한 통상적인 금속 가공공정은 종종 가공물의 심각한 조직적 불균일성 문제를 야기하기도 하여 가공물에서 불균일 가공에 의한 많은 스크랩(scrap)이 발생한다.Conventional processing methods such as rolling and extrusion have been used to make structural changes while improving physical and mechanical properties of various materials. In particular, hot working has been used as a general method for increasing the elongation and strength and eliminating defects associated with casting ingots. Conventional metalworking methods such as forging, rolling and extrusion have also been used for the purpose of improving the mechanical properties of the desired material and removing defects. These processes reduce the original material by several times the original cross-sectional area. For example, in order to ensure the higher quality of aluminum alloys, the cross section reduction ratio between the initial ingot and the final product is more than 50: 1. In addition, conventional metalworking processes often cause serious organizational non-uniformity issues in the workpiece, resulting in a large amount of scrap from the workpiece.
최근에는 일정 단면적(equal cross section area)으로 이루어진 채널을 통과시켜 원하는 재료를 압출가공하는 방법으로 최근 개발된 구속 강전단 변형법(ECAP, equal channel angular processing)은 의정수압 상태(pseudo-hydrostatic state)에서 재료에 심한 전단변형(severe shear deformation)을 가한 후 적절한 열처리를 통하여 재료의 결정입자 크기를 마이크론(micron) 미만의 미세입자로 변화시켜 재료의 연성 및 강도를 향상시킬 수 있는 새로운 가공기술로 단면적의 감소가 없기 때문에 대용량 재료의 가공이 가능하다.Recently, the ECAP (equal channel angular processing), which is a method of extruding a desired material through a channel having a constant cross section area, has recently been developed in a pseudo-hydrostatic state. A new processing technology that improves the ductility and strength of materials by subjecting the material to severe shear deformation and then changing the crystal grain size of the material to less than microns through appropriate heat treatment. Since there is no reduction of the material, it is possible to process large-capacity materials.
그러나, 상기의 ECAP 기술은 변형률이 최대가 되는 90°각도로 연결된 L자형 채널을 사용하여 압출하는 과정에서 벽면과 재료의 마찰문제 및 90°로 이루어진 연결부의 곡률로 재료의 유동이 균일하게 이루어지지 않고 있다. 즉, 압출 가공시 재료가 L자형의 안쪽 부분은 바로 90°로 회전하며 변형을 하지만 바깥쪽 만곡부분은 채널과의 마찰력으로 전단변형이 억제됨으로서 전단변형이 거의 일어나지 않는 것이 실험적으로 나타나고 있다(금속학회지, 37권 4호 1999 p441-447, 구속전단 가공법에서 전단변형 특성). 이 경우 국부적인 변형률 차이는 실제 재료를 가공할 경우 재료의 불균일성으로 인하여 강도, 미세조직, 연신율의 차이 등 많은 문제점을 야기시킬 수 있다. 이와 같은 여러 문제점을 해결하기 위하여 반복 가공간에 방향을 90° 단위로 변경하여 여러 차례 바꿈으로 해서 보완되고 있는 실정이다. 상기의 ECAP 기술은 최소한 4회를 통과시켜야 원하는 미세조직이 생성된다. 또한 상기의 ECAP 기술은 L자형의 경우 안쪽부분과 바깥쪽 부분의 마찰력 차이로 바깥쪽 만곡부분은 마찰저항이 심하여 재료의 변형이 잘 이루어지지 않는 반면에 안쪽 부분은 상대적으로 마찰력이 적은 관계로 변형이 수월하다. 그 결과 압출소재의 전면부는 구속을 받지 않는 개방된 상태이므로, 바깥쪽 만곡부분은 마찰력이 상대적으로 크고 중간부분은 마찰력이 상대적으로 적기 때문에 압출소재의 전면부가 원래의 형상대로 편평한 것이 아니라 중간부분이 돌출된 형상을 이루게 된다. 도 3은 순수 알루미늄을 상온에서 단조해석용으로 전세계적으로 가장 많이 사용되고 있는 소프트웨어인 DEFORM을 사용하여 해석한 도면이며, 이 그림에서도 압출소재의 전면부가 돌출된 것을 알 수 있으며 이와 같은 현상은 많은 실험적 연구에서 나타나고 있다(금속학회지, 37권 4호 1999 p441-447, 구속전단 가공법에서 전단변형 특성). 이러한 돌출된 전면부는 도 3에서 보듯이 전단 변형을 많이 받지 않고 변형률이 불균일한 관계로 문제점이 있으며, 단면적이 일정하지 않은 관계로 종종 절단하여 제거하고 나머지 재료를 90° 단위로 방향을 변경하여 다시 L자형 채널에 통과시켜야 하는 번거로움이 있다. 또한 전면부의 개방된 상태에서의 압출은 전단 압출과정에 영향을 미쳐 특히 티타늄재와 같이 변형 중에 연화되는 재료(flow softening)의 경우 전단변형이 지속적이며 국부적으로 발생하여 전단 띠(shear band)가 생성되므로 전단 파단(shear fracture)을 일으킨다(Metallugical Transaction A 30A 1999 p2473-2481, Hot working of Ti-6Al-4V via equal channel angular extrusion). 이와 같은 문제를 방지하기 위하여 배압(back pressure)을 이용하는 것이 효과적인 방법중의 하나이다. 일반적으로 정수압 상태가 대단히 높아도 정수압만으로는 재료가 파괴되지 않는다고 알려져 있다. 그러므로 배압이 없을 때에 비해 배압작용시 압출소재에 의정수압(pseudo-hydrostatic state)이 가해져 압출소재의 전단에 의한 파괴를 방지할 수 있다.However, in the ECAP technology, the material flow is not uniform due to the friction between the wall and the material and the curvature of the joint formed at 90 ° during the extrusion process using an L-shaped channel connected at 90 ° angles to maximize the strain. It is not. In other words, during the extrusion process, the material is deformed while the inner part of the L-shape is rotated by 90 °, but the shear curve is suppressed by the frictional force with the channel. P441-447, Shear Strain Characteristics in Constrained Shear Processing). In this case, the local strain difference may cause many problems such as difference in strength, microstructure, and elongation due to the nonuniformity of the material when the actual material is processed. In order to solve these various problems, the situation is being supplemented by changing the direction in units of 90 ° between repeated machining. The ECAP technique requires at least four passes to produce the desired microstructure. In addition, in the case of the L-shaped, the ECAP technology has a frictional resistance difference between the inner part and the outer part, so that the outer curved part has a high frictional resistance, so that the deformation of the material is difficult. This is easy. As a result, the front part of the extruded material is open without being constrained, so the outer curved part has a relatively high frictional force and the middle part has a relatively low frictional force. A protruding shape is achieved. 3 is a diagram of pure aluminum is analyzed using DEFORM, the world's most widely used software for forging analysis at room temperature, and in this figure, it can be seen that the front part of the extruded material protrudes. (4), p. 44-447, Journal of Metallurgical Society, Vol. This protruded front part has a problem because it is not subjected to a lot of shear deformation as shown in FIG. 3 and the strain is uneven, and because the cross-sectional area is not constant, it is often cut and removed, and the remaining material is changed by 90 ° again. There is a hassle to pass through the L-channel. In addition, the extrusion in the open state of the front part affects the shear extrusion process, especially in the case of flow softening such as titanium material, the shear deformation is continuously and locally generated, so that a shear band is generated. Shear fracture (Metallugical Transaction A 30A 1999 p2473-2481, Hot working of Ti-6Al-4V via equal channel angular extrusion). In order to prevent such a problem, using back pressure is one of the effective methods. In general, even if the hydrostatic pressure is very high, it is known that the hydrostatic pressure alone does not destroy the material. Therefore, the pseudo-hydrostatic state is applied to the extruded material during the back pressure operation when there is no back pressure, thereby preventing the fracture of the extruded material by shearing.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 L자형 채널의 바깥쪽 만곡부분에서의 많은 마찰력을 줄여서 동일한 단면적을 갖는 2개의 채널을 45°로 연결하여 재료가 동일 단면적상의 모든 미세요소가 단면적의 변화없이 바로 45°로 동시에 균일하게 전단변형을 일으키게 한다. 또한 압출부위의 마찰력 차이와 압출소재 전면부의 불구속 상태로 인한 압출소재 전면부의 돌출 문제와 전단띠가 생겨 결과적으로 국부적인 불균일 미세조직이 발생하게 되는데 이를 해결하기 위하여 배압(back pressure)를 가하여서 재료의 미세화로 인한 연성 및 강도 등 기계적 성질을 크게 향상시키는 제조방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to reduce the frictional force in the outer curved portion of the L-shaped channel to connect the two channels having the same cross-sectional area at 45 ° to the same material All microelements in the cross-sectional area cause shear deformation uniformly at the same time to 45 ° without changing the cross-sectional area. In addition, due to the difference in frictional force of the extruded part and the inconsistent state of the extruded material, a protruding problem of the front part of the extruded material and a shear band are generated, resulting in a local uneven microstructure. It is to provide a manufacturing method for greatly improving the mechanical properties, such as ductility and strength due to the miniaturization of.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 2중 구속 강전단 변형법에 의한 결정립 미세화 제조방법은 난가공재를 의정수압 상태에서 45°각도의 연속적인 2중 구속 강전단변형에 의해 소재를 더욱 균일하게 변형시킴으로서 재료가 미세화되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the method for producing grain refinement by the double constrained steel shear deformation method of the present invention makes the material more uniform by continuous double constrained steel shear deformation of 45 ° angle in the hydrostatic pressure condition. It is characterized in that the material is refined by deformation.
이하, 본 발명의 구체적인 구성 및 작용을 첨부도면을 참조하여 실시 예에 따라 상세히 설명한다.Hereinafter, the specific configuration and operation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제조방법에 대한 순서도이고,1 is a flow chart for the manufacturing method of the present invention,
도 2는 본 발명의 구성도이고,2 is a block diagram of the present invention,
도 3은 기존 발명에 대한 수치해석을 이용한 압출 변형상태를 도시한 형상도이고,3 is a diagram showing a state of extrusion deformation using a numerical analysis for the existing invention,
도 4는 본 발명의 작용 및 효과를 나타내는 상세도이다.4 is a detailed view showing the operation and effects of the present invention.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1 : 제1 채널이 설치되어 있는 외통 2 : 중간 채널이 설치되어 있는 외통1: Outer cylinder in which the first channel is installed 2: Outer cylinder in which the intermediate channel is installed
3 : 제2 채널이 설치되어 있는 외통 4 : 압출소재3: outer cylinder in which the second channel is installed 4: extruded material
5 : 주압출 플런저 6 : 배압용 플런저5: main extrusion plunger 6: back pressure plunger
7 : 테이퍼 가공된 채널 입구7: tapered channel inlet
도 1은 본 발명의 제조방법에 대한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 구성도이고, 도 3은 기존 발명에 대한 수치해석을 이용한 압출 변형상태를 도시한 형상도이고, 도 4는 본 발명의 작용 및 효과를 나타내는 상세도이다.1 is a flow chart of the manufacturing method of the present invention, Figure 2 is a block diagram of the present invention, Figure 3 is a diagram showing the extrusion deformation state using a numerical analysis for the existing invention, Figure 4 is a view of the present invention It is a detailed view which shows action and an effect.
도 1, 2 및 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 의한 난가공재의 2중 구속 강전단 변형법에 의한 결정립 미세화 제조장치는 제1 채널이 설치되어 있는 외통(1); 중간 채널이 설치되어 있는 외통(2); 제2 채널이 설치되어 있는 외통(3); 압출소재(4); 주압출 플런저(plunger)(5); 배압용 플런저(6); 테이퍼 가공된 채널 입구(7)로 구성되어진다.As shown in Figs. 1, 2 and 4, the apparatus for producing grain refinement by the double constrained steel shear deformation method of a difficult-working material according to an embodiment of the present invention has an outer cylinder 1 provided with a first channel. ; An outer cylinder 2 in which an intermediate channel is installed; An outer cylinder 3 provided with a second channel; Extrusion material (4); A main extrusion plunger 5; A back pressure plunger 6; It consists of a tapered channel inlet 7.
상기 제1 채널이 설치되어 있는 외통(1)은 제1 채널의 단면이 원 혹은 정사각형 모양이고, 채널 입구는 압출소재(4)의 삽입이 용이하도록 5~10°범위에서 테이퍼 가공된 채널 입구(7)이다. 상기 테이퍼 가공된 채널 입구(7)는 제2 채널을 통해 나온 압출소재(4)를 또 다시 압출가공시 끝 부분의 연삭과정이 없이도 삽입이 용이하도록 한 것이다.The outer cylinder 1 in which the first channel is installed has a circular or square cross section of the first channel, and the channel inlet is tapered at an inlet of 5 to 10 ° to facilitate insertion of the extruded material 4. 7). The tapered channel inlet (7) is to facilitate the insertion of the extrusion material (4) through the second channel again without the grinding process of the end portion during the extrusion process.
상기 중간 채널이 설치되어 있는 외통(2)은 중간채널이 상단에서 볼 경우에 즉 평면도 상에서 상기 제1 채널과 동일한 형상 및 치수의 단면으로 형성되고, 상기 제1 채널 및 제2 채널과 45° 경사지게 구성된다.The outer cylinder 2 in which the intermediate channel is installed is formed in the cross section of the same shape and dimensions as the first channel when the intermediate channel is viewed from the top, and is inclined at 45 ° with the first channel and the second channel. It is composed.
상기 제2 채널이 설치되어 있는 외통(3)은 제2 채널이 상기 제1 채널및 중간 채널과 같은 단면으로 형성되어 진다. 상기 제1 채널(1)과 제2 채널(3)은 서로 평행하게 구성한다.In the outer cylinder 3 in which the second channel is installed, the second channel is formed in the same cross section as the first channel and the intermediate channel. The first channel 1 and the second channel 3 are configured parallel to each other.
상기 주압출 플런저(plunger)(5)와 배압용 플런저(6)은 단면형상이 상기 채널들의 단면형상과 동일하게 형성되며, 이는 제품의 형상에 따라 변경이 가능하다.The main extrusion plunger 5 and the back pressure plunger 6 have the same cross-sectional shape as the cross-sectional shape of the channels, which can be changed according to the shape of the product.
상기 외통(1,2,3)은 직사각형의 형태로 형성되며 일체 혹은 분리해서 조립할 수 있으며, 부가적으로 히터를 장착하여 정해진 온도를 가하여 압출할 수도 있으며, 이때 온도는 압출가공의 대상재료에 따라 달라진다. 즉 상기 외통(1,2,3)은 내부에 히터를 장치하든지 혹은 외부에 챔버를 장착하여 재료에 따라 온도를 증가시켜 원하는 기계적 특성이 나오도록 할 수 있다. 일반적으로 재료에 따라 일정 횟수만큼 통과시킨 후 그대로 사용하든지 혹은 열처리로 조직을 미세화 시킬수 있으나, 매회의 압출에 의한 배출후에 적절한 열처리도 재료에 따라 가능하다. 압출가공시 윤활유는 MoS2나 흑연계통을 사용한다.The outer cylinder (1, 2, 3) is formed in a rectangular shape and can be integrally or separately assembled, and additionally may be extruded by applying a predetermined temperature by mounting a heater, wherein the temperature is depending on the material of the extrusion process Different. That is, the outer cylinders 1, 2 and 3 may be equipped with a heater inside or a chamber mounted outside to increase the temperature depending on the material so that the desired mechanical properties may be obtained. In general, it can be used as it is after passing a predetermined number of times depending on the material, or the structure can be refined by heat treatment, but appropriate heat treatment is also possible depending on the material after discharge by each extrusion. Lubricant is used for extrusion process using MoS2 or graphite system.
다음에, 상기와 같이 구성되어 있는 본 발명의 일 실시 예인 난가공재의 2중 구속 강전단 변형법에 의한 결정립 미세화 제조방법은 압출소재 공급단계(10)와; 제1 변형단계(20)와; 이동단계(30)와; 제2 변형단계(40)와; 배출단계(50)로 이루어지며 아래에 그 작용을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Next, a method for producing grain refinement by the double constrained steel shear deformation method of a hardworking material which is an embodiment of the present invention configured as described above comprises: an extrusion material supplying step 10; A first modification step 20; A moving step 30; A second modification step 40; The discharge step 50 is made and will be described in detail with reference to the operation below.
압출소재 공급단계(10)는 압출소재(4)가 주압출 플런저(5)에 의해 제1 채널내로 밀어 넣어지는 단계로, 압출소재(4) 혹은 일정량의 덩어리를 제1 채널에 삽입하고, 주압출 플런저(5)로 그 재료에 원하는 깊이 만큼 하중을 가하여 재료를 소성 변형시키며 채널 내에서 이동시킨다. 상기 주압출 플런저(5)는 유압으로 작동되는 것이 일반적이나 재료에 따라 공압, 혹은 스크루 잭과 같은 형태로 작동이 가능하다. 주압출 플런저(5)의 속도는 압출소재(4)의 변형률에 영향을 별로 미치지 않으며, 주압출 플런저(5)에 연결된 실린더 펌프의 토출 용량에 좌우된다.The extruded material supplying step 10 is a step in which the extruded material 4 is pushed into the first channel by the main extrusion plunger 5, inserting the extruded material 4 or a certain amount of mass into the first channel, An extruded plunger 5 is applied to the material to the desired depth to plastically deform the material and move it in the channel. The main extrusion plunger 5 is generally hydraulically operated, but can be operated in the form of pneumatic or screw jack depending on the material. The speed of the main extrusion plunger 5 does not significantly affect the strain of the extruded material 4 and depends on the discharge capacity of the cylinder pump connected to the main extrusion plunger 5.
제1 변형단계(20)는 제1 채널에서 45°경사진 중간 채널로 이동하며 전단변형하는 단계로, 제1 채널에서 중간 채널로 압출소재(4)가 압출될 때 단순 전단에 의해 전단 변형률이 약 100%가 된다.The first deformation step 20 is a step of shear deformation by moving from the first channel to the intermediate channel inclined at 45 °. When the extruded material 4 is extruded from the first channel to the intermediate channel, the shear strain is reduced by simple shear. It is about 100%.
이동단계(30)는 압출소재(4)가 중간 채널내에서 연속적인 주압출 플런저(5)의 이동으로 변형률의 변화없이 압출되며 이동하는 단계이다.The moving step 30 is a step in which the extruded material 4 is extruded and moved without changing the strain rate by the continuous movement of the main extrusion plunger 5 in the intermediate channel.
제2 변형단계(40)는 중간 채널에서 45° 경사진 제2 채널로 이동하며 전단변형하는 단계로, 중간 채널을 통과한 압출소재(4)가 다시 한번 제2 채널에 진입하면서 또 다시 약 100%의 전단 변형률을 일으키게 된다. 압출소재(4)가 제2채널 입구를 지나면서 배압용 플런저(6)가 압출소재(4)에 배압을 작용시켜 압철소재 전면부의 돌출을 억제하며 압출소재 잔여부분에서의 균일한 전단변형을 돕는다.The second deforming step 40 is a step of shear deformation by moving from the intermediate channel to the second channel inclined at 45 °. The extruded material 4 having passed through the intermediate channel once again enters the second channel and is about 100 again. A shear strain of% will occur. As the extruded material 4 passes through the inlet of the second channel, the back pressure plunger 6 applies back pressure to the extruded material 4 to suppress the protrusion of the front surface of the pressed steel material and to help uniform shear deformation in the remainder of the extruded material. .
배출단계(50)는 제1 채널에서 연속적인 압출소재(4)의 공급으로 압출소재(4)가 압출되어 배출되는 단계이다.The discharging step 50 is a step in which the extruded material 4 is extruded and discharged by a continuous supply of the extruded material 4 in the first channel.
상기와 같은 과정은 계속 반복될 수 있다. 처음 삽입한 압출소재(4)가 중간 채널을 거쳐 제2 채널을 최종 통과하여 나오면, 각도를 90°회전하여 다시 삽입하여 계속 반복한다. 되도록 방향은 90°단위로 골고루 변형을 시키는 것이 바람직하며 재료에 따라 회전각도를 변경할 수 있다.The above process can be repeated continuously. When the first inserted extruded material (4) is finally passed through the second channel through the intermediate channel, the angle is rotated by 90 ° to be inserted again and repeated. Preferably, the direction should be equally deformed in units of 90 °, and the rotation angle can be changed depending on the material.
압출소재(4)가 제2 채널을 통과한 후 재료에 따라 열처리하여, 다시 압출 공정을 반복할 수도 있으며, 2∼3회 압출 후에 최종적으로 열처리 할 수 있는 열처리 공정을 추가할 수도 있다.After the extruded material 4 passes through the second channel, the extruded material may be heat-treated according to the material, and the extrusion process may be repeated again, and a heat treatment process may be added to finally heat-treat after 2-3 extrusion.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 재료가 제1 채널에서 중간 채널을 통과시 또는 중간 채널에서 제2 채널로 통과시 받는 전단 변형률은 다음과 같이 간단히 해석이 가능하다.As shown in FIG. 4, the shear strain that the material receives when passing through the intermediate channel in the first channel or from the intermediate channel to the second channel can be simply interpreted as follows.
채널의 각 단면적이 동일한 관계로 비압축성 물질로 표면 마찰력계수가 없다고 가정하면 면적 ABCD로 구성된 일정량의 재료가 주압출 플런저(5)에 의해 동일한 수준(level)으로 압축된다면 점 A, B, C, D는 각각 D, C, E, F로 이동할 것이고, 그러므로 동일선상에 있는 모든 입자는 동일하게 변형됨으로서 전단 변형률이 공정중에 전체적으로 균일하게 되어 기존의 ECAP에서의 국부적인 불균일 미세조직 문제를 해결할 수 있다. 또한 전단 변형률의 정의에 의해 두 채널의 각도가 45°인 관계로 제1채널에서 45° 기울어져 연결된 중간채널로 통과시 각도 45° 에 의해 DG=GF이므로 전단변형률은 다음과 같이 1이 된다.Assuming that there is no surface frictional coefficient of incompressible material with each cross-sectional area of the channel being equal, if a certain amount of material consisting of the area ABCD is compressed to the same level by the main extrusion plunger 5 points A, B, C, D Will move to D, C, E, and F, respectively, so that all collinear particles will be deformed equally so that the shear strain becomes uniform throughout the process, thereby solving the problem of local non-uniform microstructure in the existing ECAP. In addition, because the angle of the two channels is 45 ° by the definition of the shear strain, DG = GF due to the angle 45 ° when passing through the connected intermediate channel at an inclination of 45 ° in the first channel, so that the shear strain becomes 1 as follows.
tan= tan 45°=1 (= GF/DG)tan = tan 45 ° = 1 ( = GF / DG)
전단변형률 1은 von Mises 이론에 근거한 유효전단 변형률(equivalent strain)로 환산하면이다. 한편, 중간채널을 통과한 재료가 다시 45°의 기울기로 제2 채널을 통과시 또 다시 전단 변형률이 100%로 변형이 이루어져서 제1 채널을 거쳐, 최종 제2채널을 통과하면 총 200%의 전단변형률에 해당하는 유효변형률가 115% 발생한다.Shear strain 1 is the equivalent shear strain based on von Mises theory. In terms of to be. On the other hand, when the material passing through the intermediate channel passes through the second channel at a slope of 45 ° again, the shear strain is deformed to 100%, and passes through the first channel and through the final second channel. Effective strain corresponding to strain Occurs 115%.
상기 채널은 동일한 단면적을 갖는 2개의 채널을 45°로 연결하여 이루어짐으로써 기존 ECAP의 90° 연결시보다 국부적인 바깥쪽 만곡부분과 안쪽부분의 마찰력 차이를 감소시키게 되고, 이에 따라 압출소재 전면부의 돌출문제 또한 감소하게 되며, 전단띠 발생 또한 억제시키게 된다.The channel is made by connecting two channels having the same cross-sectional area at 45 °, thereby reducing the difference in frictional force between the local outer curved portion and the inner portion than the 90 ° connection of the conventional ECAP, thereby protruding the front part of the extruded material. Problems will also be reduced and shear bands will also be suppressed.
또한 압출소재를 1회 통과시 기존의 ECAP에서는 1회의 변형이 이루어지나 본 발명에서는 바깥쪽 만곡부분과 안쪽부분이 각각 2회 변형되므로 균질한 미세조직을 얻을 수 있다.In addition, once the extruded material is passed once, the conventional ECAP is made once, but in the present invention, since the outer curved portion and the inner portion are each deformed twice, a homogeneous microstructure can be obtained.
본 발명에서는 특히 배압을 가함으로써 압출소재 전면부의 돌출문제와 전단띠 발생을 억제시키게 된다.In the present invention, in particular, by applying back pressure, it is possible to suppress the problem of protrusion of the front part of the extruded material and the generation of the shear band.
결과적으로 재료의 변형 과정중 전체단면의 조직이 균질하다. 즉 제1 채널에서 중간 채널로의 소성변형에 의한 재료의 이동시 유동의 균일성으로 가공물의 중앙과 표면이 동일한 변형률을 발생시킨다. 오직 변형이 일어나는 것은 단지 제1 채널에서 중간 채널로 바뀌는 천이면(transition plane)을 따라 단순한 전단변형이 일어나서 기존의 ECAP에서의 불균일 미세조직 문제를 해결할 수 있다는 것으로 압출소재(4)의 전체 단면에 균일한 변형률이 생성됨을 보장하는 것이다. 본 발명에서는 아주 작은 단면적(직경 10mm)이나 큰 단면적(직경 250mm)으로 이루어진 가공물의 변형에 사용될 수도 있다. 또한 취성인 고강도 알루미늄 및 티타늄 합금, 마그네슘 합금 등의 소성가공에 적절하다.As a result, the entire cross section is homogeneous during the deformation process of the material. In other words, the uniformity of flow in the movement of the material due to plastic deformation from the first channel to the intermediate channel causes the same strain in the center and the surface of the workpiece. The only deformation is that the simple shear deformation along the transition plane that changes from the first channel to the intermediate channel can solve the problem of non-uniform microstructure in the existing ECAP. To ensure that a uniform strain is produced. In the present invention, it may be used for deformation of a workpiece having a very small cross-sectional area (diameter 10 mm) or a large cross-sectional area (250 mm diameter). It is also suitable for plastic working of brittle high strength aluminum and titanium alloys and magnesium alloys.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 난가공재의 2중 구속 강전단 변형법(double equal channel angular processing)에 의한 결정립 미세화 제조방법에 의하면, 난가공재와 같은 재료를 의정수압상태에서 45°의 각도로 구성된 채널을 통과시켜 연속적인 전단변형에 의해 조직을 더욱 균질하게 미세화시켜 고강도 취성재와 같은 난가공 첨단 재료의 연신율 및 강도 등 기계적 특성을 개선하는 데 뛰어난 발명이다. 또한 배압이 작용함으로서 기존 ECAP에서의 전단 띠 형성에 의한 전단 파단 문제와 압출소재 전면부의 돌출문제를 해결할 수 있어 좀 더 균질한 미세조직을 얻을 수 있는데 뛰어난 발명이다.As described above, according to the method for producing grain refinement by the double equal channel angular processing of the workpiece of the present invention, a material such as the workpiece is formed at an angle of 45 ° in the hydrostatic pressure state. It is an excellent invention to improve the mechanical properties such as elongation and strength of hard cutting edge materials such as high strength brittle materials by making the microstructure more homogeneous by continuous shear deformation through the channel. In addition, the back pressure acts to solve the problem of shear failure due to the formation of shear bands in the existing ECAP and the problem of protrusion of the front surface of the extruded material, which is an excellent invention for obtaining a more homogeneous microstructure.
기존의 ECAP에서는 균질한 미세조직을 얻기 위하여 통상 변형률을 400%로 하기 위하여 압출소재를 1회 통과 후에 재삽입시 90° 회전시켜 삽입을 하는 방법으로 4회 이상을 압출가공해야 한다. 그러나, 본 발명에서는 기존 ECAP에서와 같은 압출공정을 거치지만 방향전환의 효과는 1회 통과시마다 2배로 되어, 결국 4회 통과시 변형률은 400%에 해당되지만 기존 ECAP에서의 방향전환 효과인 4회보다 2배 많은 8회로 되어 좀더 균질한 변형률 가공을 줄 수 있는 뛰어난 효과가 있으므로 기계 부품 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.In the existing ECAP, in order to obtain a homogeneous microstructure, the extrusion material has to be extruded four times or more by inserting the extruded material by rotating it by 90 ° when inserting the extruded material after one pass and then inserting it. However, in the present invention, the same extrusion process as in the conventional ECAP, but the effect of redirection is doubled every one pass, after 4 times the strain is equivalent to 400%, but four times the reversal effect in the existing ECAP It is a very useful invention for the machine parts industry because it has an excellent effect of giving twice more than 8 times more homogeneous strain processing.
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