KR20090115471A - Ｅｃａｅ 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치및 방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은, 중심선을 기준으로 대칭 구조를 가지며 폭 크기가 커지거나 작아지도록 꺾어져 튜브형 압출 소재의 결정립을 미세화하는 채널을 갖는 성형다이와; 튜브형 압출 소재를 가압수단을 이용해 성형다이의 일측에서 채널을 따라 강제 가압시키는 압출 플런저와; 성형다이의 채널과 비교하여 튜브형 압출 소재의 두께 차이만큼의 작은 폭 크기로 형성되고, 성형다이의 타측에 고정되어 채널을 따라 배치되되 채널과의 사이에 튜브형 압출 소재의 두께에 해당하는 간극을 갖도록 배치되는 고정 플런저를 포함하며, 압출 플런저에 의해 가압되는 튜브형 압출 소재가 성형다이의 채널과 고정 플런저 사이를 따라 강제 이동하되, 두께의 변화 없이 변형 이동함에 따라 튜브형 압출 소재의 결정립을 미세화시킬 수 있다.

결정립 미세화, 튜브, ECAE

Description

ＥＣＡＥ 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치 및 방법{Method and apparatus for the grain refinement of tube-shaped metal material using the ECAE process}

이 발명은 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치 및 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 기존의 구속 강전단 변형법(ECAP, equal channel angular pressing)의 국부적인 불균일 미세조직의 문제점을 해결함과 더불어 튜브형 압출품에 적용하여 실제 제품 생산에 적용할 수 있는 ECAE(Equal Channel Angular Extrusion) 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래의 압연, 압출 등의 가공법은 여러 재료의 물리적, 기계적 물성치를 향상시키면서 구조적으로도 변경을 가하기 위하여 사용되어 왔다. 특히, 열간가공은 주조 인고트(ingot)와 관련되어 연신율과 강도를 높이고 결함을 제거하는 일반적인 방법으로 사용되어 왔다. 그리고, 단조, 압연, 압출과 같은 통상적인 금속 가공법 역시 원하는 재료의 기계적 성질을 향상시키고 결함을 제거하는 목적으로 사용되어 왔다. 이러한 공정들은 원하는 재료를 최초의 단면적 보다 수배로 감소시키는 것으로서, 예를 들어 알루미늄 합금의 경우 상급의 품질을 보장하기 위해서는 초기의 인고트와 최종 제품과의 단면 감축비가 50 대 1 이상이 되어야 한다. 또한, 통상적인 금속 가공 공정은 종종 가공물의 심각한 조직적 불균일성 문제를 야기하기도 하여 가공물에서 불균일 가공에 의한 많은 스크랩(scrap)이 발생한다.

국내 특허등록 제0397266호에 언급된 바와 같이, 최근에는 일정 단면적(equal cross section area)으로 이루어진 채널을 통과시켜 원하는 재료를 압출 가공하는 방법인 구속 강전단 변형법(ECAP, equal channel angular pressing)이 알려진 바 있다. 이러한 구속 강전단 변형법은 미국 특허 제5,400,633호, 제5,600,989호, 제5,904,062호 및 제6,209,379호에서도 알 수 있듯이, 가상 정수압 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 가공기술로서, 단면적의 감소가 없기 때문에 대용량 재료의 가공이 가능하여 널리 이용되고 있는 실정이다.

그런데, 구속 강전단 변형법(ECAP) 기술은 변형률이 최대가 되는 90°각도로 연결된 L자형 채널을 사용하여 압출하는 과정에서 벽면과 재료의 마찰문제 및 90°로 이루어진 연결부의 곡률로 인해 재료의 유동이 균일하게 이루어지지 않고 있다. 즉, 압출 가공시 재료가 L자형의 안쪽부분에서는 바로 90°로 회전하고 변형이 되지만, 바깥쪽 만곡부분에서는 채널과의 마찰력으로 인해 전단변형이 억제되기 때문 에 전단변형이 거의 일어나지 않는 것으로 실험적으로 나타나고 있다(금속학회지, 37권 4호 1999 p441-447, 구속전단 가공법에서 전단변형 특성 참조).

그로 인해, 압출 가공 재료에 국부적인 변형률의 차이가 발생하고, 이러한 국부적인 변형률의 차이는 실제 재료를 가공할 경우 재료의 불균일성으로 인하여 강도, 미세조직, 연신율의 차이 등 많은 문제점을 유발시킬 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 수회 이상 반복 통과시키면서 압출방향을 90° 또는 180° 단위로 변경하여 계속적으로 바꿈으로써 보완하고 있으나, 통상의 ECAP 기술로는 최소한 4회 이상 통과시켜야 원하는 미세조직이 생성된다. 그러나, 통상 상온보다 높은 온도에서 이루어지는 압출공정과 그 다음의 압출공정 사이에서 압출 가공 재료가 공기에 노출되기 때문에, 압출 가공 재료의 표면에 급속도로 산화물이 도포되는 문제가 발생한다.

또한, 기존의 L자형의 경우에는 안쪽과 바깥쪽 부분의 마찰력 차이로 인해 바깥쪽 만곡 부분은 마찰저항이 심하여 재료변형이 잘 이루어지지 않는 반면에, 안쪽은 상대적으로 마찰력이 적기 때문에 변형이 수월하다. 그 결과 압출소재의 전면부는 구속을 받지 않는 개방된 상태이므로, 바깥쪽 만곡 부분은 마찰력이 상대적으로 크고 중간부분은 마찰력이 상대적으로 작기 때문에, 압출소재의 전면부가 초기의 형상대로 편평한 것이 아니라 중간부분이 돌출된 형상을 이루게 된다. 이러한 현상은 많은 실험적 연구에서 나타나고 있다(금속학회지, 37권 4호 1999 p441-447, 구속전단 가공법에서 전단변형 특성).

또한, 돌출된 전면부는 변형률이 불균일한 관계로 종종 절단하여 제거해야 하고, 나머지 재료는 90° 단위로 방향을 변경하여 다시 L자형 채널에 통과시켜야 하는 번거로움이 있다. 또한, 전면부가 개방된 상태에서의 압출은 전단 압출과정에 영향을 미친다. 특히, 티타늄재와 같이 변형 중에 연화되는 재료(flow softening)의 경우에는 전단변형이 지속적이면서 국부적으로 발생하여 전단 띠(shear band)가 생성되기 때문에 전단 파단(shear fracture)을 일으킨다(Metallugical Transaction A 30A 1999 p2473-2481, Hot working of Ti-6Al-4V via equal channel angular extrusion 참조).

따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 모든 튜브형 압출품 전 영역에서 두께의 변화 없이 동시에 균일한 전단변형을 유도하여 재료의 미세화로 인한 연성 및 강도를 향상시킬 수 있는 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 이 발명은 압출부위의 마찰력 차이와 압출소재 전면부의 불구속 상태로 인한 압출소재 전면부의 돌출문제와 전단 띠로 인해 국부적인 불균일 미세조직이 발생하는 것을 방지함으로써, 재료의 미세화로 인한 연성 및 강도 등 기계적 성질을 크게 향상시킬 수 있는 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치 및 방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.

또한, 이 발명은 압출저항이 적어 소용량의 장치로 경제적인 이익과 상품성을 향상시킬 수 있는 튜브형 소재를 개발하는 데 다른 목적이 있다.

이 발명은, 중심선을 기준으로 대칭 구조를 가지며 폭 크기가 커지거나 작아지도록 꺾어져 튜브형 압출 소재의 결정립을 미세화하는 채널을 갖는 성형다이와; 튜브형 압출 소재를 가압수단을 이용해 성형다이의 일측에서 채널을 따라 강제 가압시키는 압출 플런저와; 성형다이의 채널과 비교하여 튜브형 압출 소재의 두께 차이만큼의 작은 폭 크기로 형성되고, 성형다이의 타측에 고정되어 채널을 따라 배치 되되 채널과의 사이에 튜브형 압출 소재의 두께에 해당하는 간극을 갖도록 배치되는 고정 플런저를 포함하며, 압출 플런저에 의해 가압되는 튜브형 압출 소재가 성형다이의 채널과 고정 플런저 사이를 따라 강제 이동하되, 두께의 변화 없이 변형 이동함에 따라 튜브형 압출 소재의 결정립을 미세화시키는 것을 특징으로 한다.

이 발명의 채널은 성형다이의 진입구에 뚫어진 진입채널과, 진입채널의 폭 크기보다 점점 작아지거나 커지되 중심선을 기준으로 대칭 구조로 점점 작아지거나 커지는 경사각을 갖도록 구성되어 진입채널을 통해 공급된 튜브형 압출 소재의 결정립 미세화를 유도하는 전단변형채널과, 전단변형채널로부터 경사각(θ)으로 꺾어져 진입채널과 평행한 방향으로 튜브형 압출 소재를 배출토록 하는 배출채널을 포함할 수 있다.

이 발명의 압출 플런저는 진입채널과 고정 플런저 사이를 따라 이동 가능하도록 튜브형 압출 소재와 동일한 폭방향 단면을 가질 수도 있다.

이 발명의 채널은 진입채널보다 배출채널의 폭방향의 직경이 줄어들어 최종 제품의 직경이 줄어들거나, 배출채널의 직경이 진입채널보다 커져서 최종 제품의 직경이 커지거나, 진입채널과 배출채널의 직경이 동일하여 튜브형 압출 소재의 초기 직경과 최종 제품의 직경이 동일할 수도 있다.

이 발명의 채널은 초기 진입채널과 최종 배출채널 사이에 존재하는 전단변형채널이 다양한 직경으로 다단계로 구성될 수 있다.

또한, 이 발명은 성형다이의 채널, 압출 플런저 및 고정 플런저가 그 폭방향 단면이 원형 튜브 또는 다각형 튜브 형태일 수도 있다.

이 발명은 상기와 같이 구성된 결정립 미세화 장치를 이용한 ECAE 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 방법으로서, 성형다이의 진입구로 뚫어지는 진입채널로 튜브형 압출 소재를 공급하는 공급단계와, 진입채널에 끼워지는 압출 플런저가 가압수단에 의해 튜브형 압출 소재를 강제 가압시키는 가압단계와, 강제 가압에 따라 튜브형 압출 소재가 진입채널과 경사각(θ)으로 경사진 전단변형채널 쪽으로 이동함에 따라 결정립이 미세화되도록 변형시키는 제1 결정립 미세화 단계와, 압출 플런저의 계속되는 가압 작용으로 전단변형채널로부터 경사각(θ)으로 경사진 배출채널 쪽으로 이동함에 따라 결정립이 미세화되도록 변형시키는 제2 결정립 미세화 단계, 및 제1, 제2 결정립 미세화 단계에서 변형 완료된 튜브형 압출 소재를 배출채널로 배출시키는 최종 제품 획득 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 발명은 모든 튜브형 압출품 전 영역에서 두께의 변화 없이 동시에 균일한 전단변형을 유도하여 재료의 미세화로 인한 연성 및 강도를 향상시킬 수 있다.

또한, 이 발명은 압출부위의 마찰력 차이와 압출소재 전면부의 불구속 상태로 인한 압출소재 전면부의 돌출문제와 전단 띠로 인해 국부적인 불균일 미세조직이 발생하는 것을 방지함으로써, 재료의 미세화로 인한 연성 및 강도 등 기계적 성질을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 이 발명은 압출저항이 적어 소용량의 장치로 경제적인 이익과 상품성을 향상시킬 수 있는 튜브형 소재의 개발이 가능하다.

또한, 이 발명은 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 합금 등 주물재의 소성 가공성 향상, 구조용 재료의 조직 미세화, 취성 재료의 연성화 및 분말합금의 압밀(compaction), 반응고 성형법의 하나인 SIMA(Strain Induced Melt Activated)을 위한 전처리 공정 등에 유용하게 적용될 수 있으므로 최종 제품의 재료적 특성의 향상에 특히 유용하다.

아래에서, 이 발명에 따른 ECAE 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치 및 방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 이 발명의 한 실시예에 따른 ECAE 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치의 개념도로서, (a)는 부분 단면 사시도이고, (b)는 단면도이며, (c)는 (b)의 교차각 부분을 확대한 확대도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 결정립 미세화 장치(100)는 중심선을 기준으로 대칭 구조를 가지며 폭 크기가 커지거나 작아지도록 꺾어져 튜브형 압출 소재의 결정립을 미세화하는 채널을 갖는 성형다이(110)와, 튜브형 압출 소재(200)를 가압수단을 이용해 성형다이(110)의 일측에서 채널을 따라 강제 가압시키는 압출 플런저(120)와, 성형다이(110)의 채널과 비교하여 튜브형 압출 소재(200)의 두께 차이만큼의 작은 폭 크기로 형성되고 성형다이(110)의 타측에 고정되어 채널을 따라 배치되는 고정 플런저(130)로 구성된다. 즉, 이 실시예의 결정립 미세화 장치(100)는 압출 플런저(120)에 의해 가압되는 튜브형 압출 소재(200) 가 성형다이(110)의 채널과 고정 플런저(130) 사이를 따라 강제 이동하되, 두께의 변화 없이 변형 이동함에 따라 튜브형 압출 소재(200)의 결정립 미세화가 가능하다.

성형다이(110)는 중심선을 기준으로 대칭 구조를 가지며 폭 크기가 커지거나 작아지는 채널을 갖는다. 여기서, 채널은 성형다이(110)의 진입구에 뚫어진 진입채널(111)과, 진입채널(111)의 폭 크기보다 점점 작아지되 중심선을 기준으로 대칭 구조로 점점 작아지는 경사각(θ)을 갖도록 구성되어 진입채널(111)을 통해 공급된 튜브형 압출 소재(200)의 결정립 미세화를 유도하는 전단변형채널(112)과, 전단변형채널(112)로부터 상기 경사각(θ)으로 꺾어져 진입채널(111)과 평행한 방향으로 튜브형 압출 소재(200)를 배출토록 하는 배출채널(113)로 구성된다. 여기서, 경사각(θ)은 135°가 바람직하지만, 90° ~ 180°인 경우에도 가능하다.

압출 플런저(120)는 튜브형 압출 소재(200)를 가압수단을 이용해 성형다이(110)의 일측에서 진입채널(111)을 따라 강제 가압시키는 것으로서, 튜브형 압출 소재(200)와 동일한 폭방향 단면을 갖는다. 즉, 압출 플런저(120)는 튜브형 압출 소재(200)를 성형다이(110)의 채널과 고정 플런저(130) 사이를 따라 강제 가압 이동시키되, 압출 플런저(120) 또한 성형다이(110)의 채널과 고정 플런저(130) 사이를 따라 이동 가능하도록, 튜브형 압출 소재(200)와 동일한 폭방향 단면을 갖는다.

고정 플런저(130)는 성형다이(110)의 채널과 대응하는 형태를 갖는 것으로서, 튜브형 압출 소재(200)의 두께 차이만큼의 작은 폭 크기로 성형다이(110)의 진입채널(111), 전단변형채널(112) 및 배출채널(113)에 대응하는 형태를 갖는다. 또 한, 고정 플런저(130)는 성형다이(110)의 타측에 고정되어 채널을 따라 배치되되, 채널(111, 112, 113)과 고정 플런저(130)의 외측면 사이에 튜브형 압출 소재(200)의 두께에 해당하는 간극을 갖도록 배치된다.

이 실시예의 도 1에서는 튜브형 압출 소재(200)로 원형 튜브를 이용할 경우의 결정립 미세화 장치의 구성관계에 대해 설명하였으나, 다각형 형태의 튜브형 압출 소재를 이용할 경우에는 그 형상에 맞도록 결정립 미세화 장치를 구성하면 된다. 즉, 이 발명의 결정립 미세화 장치는 원형을 비롯한 다각형 형태의 튜브형 압출 소재에 모두 적용 가능하다.

도 2는 이 발명의 한 실시예에 따른 ECAE 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 방법의 순서도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 결정립 미세화 방법은, 성형다이(110)의 진입구로 뚫어지는 진입채널(111)로 튜브형 압출 소재(200)를 공급하는 공급단계(S210)와, 진입채널(111)에 끼워지는 압출 플런저(120)가 가압수단에 의해 튜브형 압출 소재(200)를 강제 가압시키는 가압단계(S220)와, 강제 가압에 따라 튜브형 압출 소재(200)가 진입채널(111)과 경사각(θ)으로 경사진 전단변형채널(112) 쪽으로 이동함에 따라 결정립이 미세화되도록 변형시키는 제1 결정립 미세화 단계(S230)와, 압출 플런저(120)의 계속되는 가압 작용으로 전단변형채널(112)로부터 상기 경사각(θ)으로 경사진 배출채널(113) 쪽으로 이동함에 따라 결정립이 미세화되도록 변형시키는 제2 결정립 미세화 단계(S240)와, 제1, 제2 결정립 미세화 단계(S230, S240)에서 변형 완료된 튜브형 압출 소재(200)를 배출채널(113)로 배출시키는 최종 제품(200a) 획득 단계(250)로 구성된다.

이 실시예는 1개의 튜브형 압출 소재(200)가 상기와 같은 단계를 거쳐 최종 성형품으로 완성되지만, 최종 성형품으로 완성되기까지 압출 플런저(120)가 튜브형 압출 소재(200)의 상단에 밀착되는 것이 아니라, 다른 튜브형 압출 소재가 결정립 미세화 단계가 진행 중인 튜브형 압출 소재(200)의 상부에 위치하여 압출 플런저(120)의 강제 가압력을 전달함으로써 완성된다.

이 실시예의 결정립 미세화 장치(100)는 채널(111, 112, 113)과 고정 플런저(130)의 외측면 사이에 튜브형 압출 소재(200)의 두께에 해당하는 간극을 갖도록 구성하고, 그 곳에 튜브형 압출 소재(200)를 통과시켜 압출함에 따라, 튜브형 압출 소재(200)가 두께의 변화 없이 단순한 전단변형에 의해 심하게 변형을 일으켜 재료가 미세화 됨으로써 재료의 연신율 및 강도를 크게 향상시키는 뛰어난 효과가 있다. 또한, 이 실시예의 결정립 미세화 장치(100)는 튜브형 압출 소재(200)의 결정립을 미세화시킴으로써 기계적 성능을 향상시키면서 동시에 원하는 제품의 형상(튜브)으로 성형이 가능하므로 매우 유용하게 이용할 수가 있다.

또한, 이 실시예의 결정립 미세화 장치(100)는 상기와 동일한 방법으로 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 합금 등 주물재의 소성 가공성 향상, 구조용 재료의 조직 미세화 등에 유용하게 적용될 수 있으므로, 최종 제품의 재료적 특성의 향상에 특히 유용하다.

실험예

상기에서 언급한 이 실시예에 따른 특징을 좀 더 구체적으로 설명하기 위해 실험한 결과에 대해 설명한다.

도 3은 이 발명의 ECAE 공정에 따른 튜브형 소재의 진행상의 형상을 나타낸 것으로서, (a)는 초기의 실제 사진과 단면도이고, (b)는 공정 진행 중의 형상을 나타낸 단면도이며, (c)는 최종 성형물의 실제 사진과 단면도이다. 그리고, 도 4는 이 발명에 따른 장치 및 소재의 실제 사진으로서, (a)는 결정립 미세화 장치의 사진이고, (b)는 초기의 소재 형상이며, (c)는 성형 후의 최종 소재 형상이다.

먼저, 도 4의 (a)와 같은 성형다이(410), 압출 플런저(420) 및 고정 플런저(430)로 구성된 결정립 미세화 장치(400)를 가지고 알루미늄 제품(Al1050)에 대한 실험을 실시하였다. 여기서, 결정립 미세화 장치(400)는 상기에서 설명한 장치(100)와 동일하게 구성된다. 그리고, 실험을 위해 제공된 튜브형 압출 소재(500)는 그 치수가 길이 : 70mm, 외경 : 40mm, 두께 : 3mm를 갖는다[도 3의 (a), 도 4의 (b)]. 실험은 도 2의 단계에 따라 진행되어 도 3 및 도 4의 (c)와 같이, 길이 : 77mm, 외경 : 36mm, 두께 : 3mm인 최종 제품(500a)을 얻었다.

도 5는 이 발명에 따른 ECAE 공정을 통해 얻어지는 최종 튜브 형상의 직경을 변화시키는 공정 개념도로서, (a)는 초기 소재의 직경보다 최종 제품의 직경이 줄어드는 공정 개념도이고, (b)는 초기 소재의 직경보다 최종 제품의 직경이 늘어나는 공정 개념도이며, (c)는 초기 소재의 직경과 최종 제품의 직경이 동일해지도록 하는 공정 개념도이다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 이 발명은 (a)와 같이 초기 소재의 직경보다 최종 제품의 직경이 줄어들거나, (b)와 같이 초기 소재의 직경보다 최종 제품의 직경이 늘어나거나, (c)와 같이 초기 소재의 직경과 최종 제품의 직경이 동일해지도록 하는 장치 및 방법 개념에 모두 적용 가능하다.

도 6은 이 발명에 따른 ECAE 공정에 사용되는 다단계의 내부 전단변형채널의 다양한 형태를 적용한 공정 개념도로서, (a)는 최종 제품의 외경 크기를 줄이는 공정 개념도이고, (b)는 최종 제품의 외경을 늘리는 공정 개념도이며, (c)는 제품의 직경을 줄이거나 늘리는 공정을 반복적으로 진행하는 공정 개념도이다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 이 발명은 전단변형채널을 다단계로 구성하되, (a)와 같이 최종 제품의 외경 크기를 줄이거나, (b)와 같이 최종 제품의 외경을 늘리거나, (c)와 같이 제품의 직경을 줄이거나 늘리는 공정을 반복적으로 진행하는 장치 및 방법 개념에 모두 적용 가능하다.

도 7은 EBSD(Electron backscatter diffraction) 장치를 이용한 소재의 결정 크기를 막대그래프로 표현한 그래프로서, (a)는 도 4의 (b)의 초기 소재의 결정 크기 분포를 막대그래프로 표현한 그래프이고, (b)는 도 4의 (c)의 최종 성형물의 결정 크기 분포를 막대그래프로 표현한 그래프이다. 도 7의 측정값에서 알 수 있는 바와 같이, (a)와 같이 초기 소재의 경우에는 평균적인 결정립의 크기가 4㎛이었는데, (b)와 같이 ECAE 공정을 거친 경우에는 평균적인 결정립의 크기가 1.4㎛로 크게 줄어들었음을 알 수 있다. 즉, 이 발명에 따른 ECAE 공정을 통해 결정립의 크기를 약 3배 정도로 작게 미세화시킬 수 있다. 이러한 실험 결과는 ECAE 공정을 통해 두께가 일정한 튜브형 압출 소재의 결정립을 미세화시킴으로써, 기계적 성질이 향상됨을 보여주는 실험적 검증이라 할 수 있다.

이상에서 이 발명의 ECAE 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치 및 방법에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 이 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1은 이 발명의 한 실시예에 따른 ECAE 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치의 개념도로서, (a)는 부분 단면 사시도이고, (b)는 단면도이며, (c)는 (b)의 교차각 부분을 확대한 확대도이고,

도 2는 이 발명의 한 실시예에 따른 ECAE 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 방법의 순서도이고,

도 3은 이 발명의 ECAE 공정에 따른 튜브형 소재의 진행상의 형상을 나타낸 것으로서, (a)는 초기의 실제 사진과 단면도이고, (b)는 공정 진행 중의 형상을 나타낸 단면도이며, (c)는 최종 성형물의 실제 사진과 단면도이고,

도 4는 이 발명에 따른 장치 및 소재의 실제 사진으로서, (a)는 결정립 미세화 장치의 사진이고, (b)는 초기의 소재 형상이며, (c)는 성형 후의 최종 소재 형상이고,

도 5는 이 발명에 따른 ECAE 공정을 통해 얻어지는 최종 튜브 형상의 직경을 변화시키는 공정 개념도로서, (a)는 초기 소재의 직경보다 최종 제품의 직경이 줄어드는 공정 개념도이고, (b)는 초기 소재의 직경보다 최종 제품의 직경이 늘어나는 공정 개념도이며, (c)는 초기 소재의 직경과 최종 제품의 직경이 동일해지도록 하는 공정 개념도이고,

도 6은 이 발명에 따른 ECAE 공정에 사용되는 다단계의 내부 전단 변형 채널의 다양한 형태를 적용한 공정 개념도로서, (a)는 최종 제품의 외경 크기를 줄이는 공정 개념도이고, (b)는 최종 제품의 외경을 늘리는 공정 개념도이며, (c)는 제품 의 직경을 줄이거나 늘리는 공정을 반복적으로 진행하는 공정 개념도이며,

도 7은 EBSD 장치를 이용한 소재의 결정 크기를 막대그래프로 표현한 그래프로서, (a)는 도 4의 (b)의 초기 소재의 결정 크기 분포를 막대그래프로 표현한 그래프이고, (b)는 도 4의 (c)의 최종 성형물의 결정 크기 분포를 막대그래프로 표현한 그래프이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

100 : 결정립 미세화 장치 110 : 성형다이

111 : 진입채널 112 : 전단변형채널

113 : 배출채널 120 : 압출 플런저

130 : 고정 플런저 200 : 튜브형 압출 소재

Claims (9)

1. 중심선을 기준으로 대칭 구조를 가지며 폭 크기가 커지거나 작아지도록 꺾어져 튜브형 압출 소재의 결정립을 미세화하는 채널을 갖는 성형다이와;

   상기 튜브형 압출 소재를 가압수단을 이용해 상기 성형다이의 일측에서 상기 채널을 따라 강제 가압시키는 압출 플런저와;

   상기 성형다이의 상기 채널과 비교하여 상기 튜브형 압출 소재의 두께 차이만큼의 작은 폭 크기로 형성되고, 상기 성형다이의 타측에 고정되어 상기 채널을 따라 배치되되 상기 채널과의 사이에 상기 튜브형 압출 소재의 두께에 해당하는 간극을 갖도록 배치되는 고정 플런저를 포함하며,

   상기 압출 플런저에 의해 가압되는 상기 튜브형 압출 소재가 상기 성형다이의 상기 채널과 상기 고정 플런저 사이를 따라 강제 이동하되, 두께의 변화 없이 변형 이동함에 따라 상기 튜브형 압출 소재의 결정립을 미세화시키는 것을 특징으로 하는 ECAE 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 채널은 상기 성형다이의 진입구에 뚫어진 진입채널과, 상기 진입채널의 폭 크기보다 점점 작아지거나 커지되 중심선을 기준으로 대칭 구조로 점점 작아지거나 커지는 경사각을 갖도록 구성되어 상기 진입채널을 통해 공급된 상기 튜브형 압출 소재의 결정립 미세화를 유도하는 전단변형채널과, 상기 전단변형채널로부터 상기 경사각(θ)으로 꺾어져 상기 진입채널과 평행한 방향으로 상기 튜브형 압출 소재를 배출토록 하는 배출채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 ECAE 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 압출 플런저는 상기 진입채널과 상기 고정 플런저 사이를 따라 이동 가능하도록 상기 튜브형 압출 소재와 동일한 폭방향 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 ECAE 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치.
4. 청구항 2에 있어서,

   상기 채널은 상기 진입채널보다 상기 배출채널의 폭방향의 직경이 줄어들어 최종 제품의 직경이 줄어드는 것을 특징으로 하는 ECAE 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치.
5. 청구항 2에 있어서,

   상기 채널은 상기 배출채널의 직경이 상기 진입채널보다 커져서 최종 제품의 직경이 커지는 것을 특징으로 하는 ECAE 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치.
6. 청구항 2에 있어서,

   상기 채널은 상기 진입채널과 상기 배출채널의 직경이 동일하여 상기 튜브형 압출 소재의 초기 직경과 최종 제품의 직경이 동일한 것을 특징으로 하는 ECAE 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치.
7. 청구항 2에 있어서,

   상기 채널은 초기 진입채널과 최종 배출채널 사이에 존재하는 전단변형채널이 다양한 직경으로 다단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 ECAE 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 성형다이의 상기 채널, 상기 압출 플런저 및 상기 고정 플런저는 그 폭방향 단면이 원형 튜브 또는 다각형 튜브 형태인 것을 특징으로 하는 ECAE 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 장치.
9. 청구항 2 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 결정립 미세화 장치를 이용한 ECAE 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 방법으로서,

   상기 성형다이의 진입구로 뚫어지는 상기 진입채널로 상기 튜브형 압출 소재를 공급하는 공급단계와,

   상기 진입채널에 끼워지는 상기 압출 플런저가 가압수단에 의해 상기 튜브형 압출 소재를 강제 가압시키는 가압단계와,

   강제 가압에 따라 상기 튜브형 압출 소재가 상기 진입채널과 경사각(θ)으로 경사진 상기 전단변형채널 쪽으로 이동함에 따라 결정립이 미세화되도록 변형시키는 제1 결정립 미세화 단계와,

   상기 압출 플런저의 계속되는 가압 작용으로 상기 전단변형채널로부터 상기 경사각(θ)으로 경사진 상기 배출채널 쪽으로 이동함에 따라 결정립이 미세화되도록 변형시키는 제2 결정립 미세화 단계, 및

   상기 제1, 제2 결정립 미세화 단계에서 변형 완료된 상기 튜브형 압출 소재를 상기 배출채널로 배출시키는 최종 제품 획득 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 ECAE 공정을 이용한 튜브형 소재의 결정립 미세화 방법.

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