Co 미량 첨가에 따른 Ti-15Zr 합금의 미세조직 제어 및 기계적 특성 향상 = Microstructural Refinement and Strength-Ductility Optimization in Ti-15Zr Alloys via Cobalt Microalloying

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 SPD 공정 없이 미량 합금원소 첨가를 통해 Ti-15Zr 합금의 강도와 연성을 동시에 향상시키고자 하였다. β 안정화 효과와 높은 Q-value를 지닌 코발트를 미량 첨가 원소로 선정하였으며 Co 함량 변화가 미세조직 및 기계적 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 합금은 플라즈마 아크 용해로 제조 후, 균질화 열처리 및 열간, 냉간압연을 거쳐 판재로 가공하였다. 이후 OM, SEM, EBSD, TEM, XRD 분석과 인장시험을 통해 조직과 기계적 특성을 평가하였다. 인장 시험 결과, Co 함량 증가에 따라 강도는 향상되었으며, 연신율은 1 wt.% Co까지는 우수하게 유지되었으나 2 wt.% Co에서 급격히 감소하였다. EBSD 분석에 따르면 1Co 합금은 미세하고 등방성의 α상을 형성하였으며, TD 방향으로 basal texture가 약화되어 prismatic slip 활성에 유리한 결정학적 조건을 보였다. 또한 균일한 KAM 분포와 TEM에서의 균일한 전위 구조로부터 균일한 변형이 이루어졌음을 확인하였다. 반면, 2Co 합금은 높은 전위 밀도와 평면 전위 밴드가 관찰되어 국부 변형 집중이 두드러졌다. 따라서 1 wt.% Co 첨가가 Ti-15Zr 합금의 강도-연성 균형을 최적화하는 조건임을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study explored the effect of minor Co additions on Ti-15Zr alloys processed by homogenization and rolling. Co addition refined the β grains and promoted equiaxed α-phase formation via solute-drag effects. Strength increased with Co content, while ductility was retained up to 1 wt.% Co. The 1Co alloy showed the best strength-ductility balance, whereas 2Co exhibited strain localization and reduced elongation. EBSD and TEM confirmed that 1Co developed a refined, isotropic α-structure with weakened basal texture and uniform dislocation distribution, promoting prismatic slip and homogeneous deformation. Dislocation hardening was the dominant strengthening
mechanism, with 1 wt.% Co identified as the optimal composition for balanced mechanical performance.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 2 장 이론적 배경 3
• 2.1 생체 및 구조용 타이타늄 합금 3
• 2.1.1 타이타늄 합금의 분류 4
• 2.1.2 생체용 타이타늄 합금의 요구 조건 5
• 2.1.3 Ti-Zr계 합금의 연구 동향 6
• 2.1.4 Ti-15Zr 합금의 특성 7
• 2.2 HCP 금속의 변형 거동 8
• 2.2.1 HCP 결정 구조와 슬립 시스템 8
• 2.2.2 집합조직 9
• 2.2.3 변형 국부화 10
• 2.3 금속의 강화 기구 12
• 2.3.1 고용 강화 12
• 2.3.2 결정립 미세화 효과 13
• 2.3.3 전위 강화 14
• 2.3.4 석출 강화 15
• 2.4 재결정 및 결정립 성장 제어 15
• 2.4.1 Solute Drag 효과 16
• 제 3 장 실험 방법 17
• 3.1 합금 준비 18
• 3.2 열간 및 냉간 압연 19
• 3.3 미세조직 분석 20
• 3.4 기계적 특성 평가 22
• 제 4 장 결과 및 고찰 23
• 4.1 초기 미세조직 24
• 4.2 열간 및 냉간 압연 후 미세조직 27
• 4.2.1 XRD 분석 27
• 4.2.2 미세조직 분석 30
• 4.3 기계적 특성 평가 32
• 4.3.1 파단면 분석 35
• 4.4 변형 거동 및 미세조직-특성 상관관계 38
• 4.4.1 집합조직 및 슬립 거동 분석 39
• 4.4.2 국부 변형 및 변형 분포 분석 (KAM) 43
• 4.4.3 전위 조직 분석 (TEM) 45
• 4.4.4 불균일 미세조직 형성 기구 및 파괴 메커니즘 47
• 4.5 강화 기구 분석 49
• 제 5 장 결론 50
• 참고문헌 52
• ABSTRACT 60