6061 알루미늄의 연성에서 취성으로의 전이 온도는 얼마입니까?

극저온 환경에서 작동하는 응용 분야에 사용할 재료를 고려할 때 금속의 DBTT(연성-취성 전이 온도)를 이해하는 것이 중요합니다. 실온에서 더 연성인 일부 금속은 저온에서 부서지기 쉽습니다. 결과적으로 골절이 발생하고 구조가 실패할 수 있습니다. 예를 들어, 타이타닉호의 건조에 사용된 저탄소강의 DBTT는 불과 -4°F의 환경에서 배가 침몰하는 데 기여했을 수 있습니다.

그러나 DBTT는 알루미늄 6061을 포함한 모든 금속에 적용할 수 있습니까? 아래에서 DBTT에 대해 자세히 알아보고 실제로 6061 알루미늄의 연성에서 취성으로의 전이 온도가 없는 이유를 살펴보겠습니다.

연성에서 취성으로의 전이 온도 이해

DBTT는 연성 단계에서 취성 단계로 들어가는 재료의 온도를 나타냅니다. 이 시점에서 재료는 골절이 발생하지 않고는 더 이상 하중을 견딜 수 없습니다.

순수한 금속은 일정한 전이 온도를 갖는 경향이 있지만 합금에서는 이 전이 온도가 고유하게 정의되어 있으며 유한한 범위에서 발생할 수 있습니다.

이와 관련하여 샤르피 V-노치 시험으로도 알려진 샤르피 충격 시험은 재료의 인성을 결정하기 위해 수행됩니다. 그러나 놀랍게도 알루미늄에는 DBTT가 없습니다.

6061 알루미늄의 연성에서 취성으로의 전이 온도

알루미늄은 면심입방체(FCC) 구조를 가지고 있습니다. 면심 입방체 재료는 연성에서 취성으로의 전이가 없습니다. 그들은 항상 부서지기 쉬운 상태를 유지하는 경향이 있습니다.

왜요? 이를 위해서는 재료의 슬립 시스템을 이해해야 합니다. 금속은 슬립 시스템이라고도 하는 가장 조밀하게 패킹된 슬립 평면에서 가장 조밀하게 패킹된 방향을 따라 변형됩니다. 슬립의 전위는 모서리 원자가 큐브의 중심으로 점프할 때 발생합니다.

아래 그림과 같이 BCC 및 FCC 재료의 단위 셀을 살펴보겠습니다.

<나> 대체 텍스트:FCC 대 BCC 격자 구조 

링크

두 구조 모두 동일한 수의 슬립 시스템(12)을 가지고 있습니다. 그러나 BCC와 달리 FCC는 각 슬립 시스템에 속하는 비행기를 빽빽하게 포장하고 있습니다.

고온에서 FCC와 BCC 구조는 모두 이동 전위를 가지므로 파손 없이 소성 변형을 겪을 수 있습니다. 그러나 저온에서는 BCC 구조에서 전위를 활성화하기 위해 일정량의 열 에너지가 필요하지만 FCC에서는 주변 온도와 무관하게 전위가 발생합니다. 그 결과 FCC는 저온에서도 연성을 유지하고 DBTT 현상을 나타내지 않습니다.

이것이 6061 알루미늄의 연성에서 취성으로의 전이 온도에 관한 데이터를 찾을 수 없는 이유입니다.

독특한 저온 알루미늄 적용

다른 금속과 달리 알루미늄은 금속의 FCC 구조 덕분에 저온에서 연성과 인성이 더 뛰어납니다. 이 독특한 특성은 -40°F에 쉽게 도달하는 북반구의 해양 설치에 이점이 됩니다.

5000 및 6000 시리즈 알루미늄 합금은 파괴 시험에 대한 재료의 품질 관리 시험을 위한 노치 인장 강도와 인장 항복 강도 사이의 비율인 높은 노치 항복비로 인해 극저온 응용 분야에 가장 적합한 것으로 간주됩니다.

그러나 모든 알루미늄 합금이 저온에서 동일하게 작용하는 것은 아닙니다. 예를 들어, 6061의 강도는 온도가 감소함에 따라 증가하지만 5456 알루미늄의 경우 거의 일정하게 유지됩니다.

더 명확하게 하기 위해 아래 그래프는 다양한 알루미늄 합금에 대한 4K(ksi) 힘에서의 인장 항복 강도를 보여줍니다.

<나> 일부 산업에서는 원하는 작업 조건을 달성하기 위해 저온 유체를 사용합니다. 이와 관련하여 알루미늄으로 구성된 장비 및 설비는 -320.8°F에서도 탁월한 강도와 연성을 제공할 수 있습니다.

아래 표에는 광범위한 극저온에서 사용되는 다양한 등급의 알루미늄이 나와 있습니다.

6061 알루미늄의 연성에서 취성으로의 전이 온도가 없다는 것은 극저온 응용 분야에서 작업하는 산업에 유리하지만 부드러운 특성은 기계 작업자에게 어려운 과제입니다. 합금의 낮은 융점으로 인해 도구 가장자리 주변에 끈적끈적한 물질이 쌓일 수 있습니다.

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