소결 조건에 따른 오스테나이트계 316L 스테인리스 강의 비균질 미시구조와 재료거동 연구

Abstract

분말야금이란 요구되는 형상 및 특성을 고려하여 소재분말로부터 최종 제품을 완성할 수 있는 일련의 공정으로서 근사정밀정형이 가능한 장점이 있다. 이와 같은 분말야금 공정 중 특히, 소결은 최종 제품의 기계적 물성 및 미시구조에 미치는 영향이 지대하다. 분말야금에 사용될 수 있는 다양한 분말 중 스테인리스 강 분말의 경우, 기존의 벌크형 철 또는 강 제품에 비해 초기 원재료 가격은 다소 비경제적일 수 있으나, 내식성, 기계적 특성 등이 우수함에 따라 최근 구조용-기능성 부품의 원료로 그 사용 범위를 확대하는 추세이다. 한편 재료의 기계적 물성을 획득하기 위한 시험으로서 일반적인 경우, 인장시험을 기반으로 함에 반해, 기공이 포함된 재료의 에너지 흡수 성능을 평가하기 위해서 압축거동 선도가 요구된다. 본 논문은 오스테나이트계 316L 스테인리스 강의 비균질 미시구조와 재료거동에 관한 연구로서 분말야금 공정에서 가장 중요한 소결 조건별 영향 고찰과 함께 다공질 재료의 압축거동 분석을 수행하였다. 이와 관련하여 첫째, 소결 온도, 소결 분위기 및 승온 속도에 따라 총 6종류의 316L 스테인리스 강 소결체 제작, 둘째, 제작한 소결체의 미시구조 분석 및 기계적 물성 시험을 통한 성능 평가 및 셋째, 316L 스테인리스 강 소결체의 압축 탄·소성 거동과 미시구조-기계적 물성 간의 관계를 분석하는 것으로 구분할 수 있다. 본 연구를 통해 따라서 소결 조건에 따른 오스테나이트계 316L 소결체의 미시 재료적-거시 기계적 물성 간 상관관계를 실험적, 이론적으로 고찰할 수 있었으며, 다수의 기공을 포함하는 소결체를 대상으로 상대밀도의 특성이 반영된 재료의 에너지 흡수 성능을 정량적, 정성적으로 평가할 수 있었다. 아울러 소결체의 개기공 및 폐기공 분석을 통한 메커니즘 기반 특성을 고찰하였으며 이를 바탕으로 316L 스테인리스 강 소결체에 적합한 Gibson and Ashby 및 M. Avalle 모델의 재료변수를 획득하고 오스테나이트계 316L 스테인리스 강 소결체의 압축 탄·소성 거동을 예측할 수 있었다.