마이크로/나노 비파괴평가 기술(Ⅰ) : 표면 및 표면직하 검사

김정석(Chungseok Kim),박익근(Ik-Keun Park) 한국비파괴검사학회 2012 한국비파괴검사학회지 Vol.32 No.2

본 논문은 널리 사용되고 있는 표면 미세조직 검사 기술과 표면 및 표면직하의 평가가 가능한 마이크로/나노 비파괴평가 기술을 소개한다. 일반적으로 재료 표면에서의 마이크로/나노 결함과 조직 상태는 벌크재료의 기계적, 물리적, 화학적 특성에 크게 영향을 주게 된다. 표면 미세조직 검사 기술은 이러한 재료의 결함과 조직특성을 신뢰도 높게 평가하는 기술이다. 각 검사기술의 원리와 특징, 응용분야와 개발 등을 소개하였다. 따라서 비파괴산업에서 마이크로/나노 비파괴평가의 적용과 기술 개발이 폭넓게 가능할 것으로 판단된다. The present paper reviews the widely used surface microstructural investigation technique and micro/nano nondestructive evaluation(NDE) technique which is able to evaluate the surface and subsurface. In general, the micro/nano defects and microstructural state of surface have great influence on the mechanical, physical, and chemical properties of bulk materials. The investigation technique of surface microstructure is possible to evaluate the defects and microstructural state with high reliability. The various applications and developments of each inspection technique have been introduced. Consequently, it is thought that the technique developments and applications of micro/nano NDE in nondestructive industries are extensively possible hereafter.

Evaluation of Microscopic Degradation of Copper and Copper Alloy by Electrical Resistivity Measurement

Chungseok Kim(김정석),Seunghoon Nahm(남승훈),Changyoung Hyun(현창용) 한국비파괴검사학회 2010 한국비파괴검사학회지 Vol.30 No.5

본 연구에서는 전류 4단자 전위차법을 이용한 전기비저항을 측정하여 반복피로손상을 받은 구리와 구리합금의 미시적 열화를 평가하였다. 서로 매우 다른 적층결함 에너지를 갖는 구리(Cu)와 구리합금(Cu-35Zn)에 대해 반복피로손상을 가하고 이들 재료에서 발달한 전위구조와 전기비저항 간의 관계를 연구하고자 하였다. Cu는 전위셀 하부구조를 형성하였지만, Cu-35Zn 합금은 피로사이클에 따라서 전위밀도는 증가하고 평면배열의 전위구조를 형성하였다. 전기비저항은 두 재료 모두에서 피로변형 초기 단계에서 급격하게 증가하였다. 더욱이, 피로시험 후 구리는 약 7 % 그리고 구리 합금은 약 6.5 % 변하였다. 이러한 일관적인 결과들로부터, 반복적인 피로에 의해 발달한 전위 셀구조는 평면배열의 전위구조보다도 전기비저항에 매우 민감한 것으로 판단된다. In the present study, the microscopic degradation of copper and copper alloy subjected to cyclic deformation has been evaluated by the electrical resistivity measurement using the DC four terminal potential method. The copper (Cu) and copper alloy (Cu-35Zn), whose stacking fault energy is much different each other, were cyclically deformed to investigate the response of the electrical resistivity to different dislocation substructures. Dislocation cell substructure was developed in the Cu, while the planar array of dislocation structure was developed in the Cu-35Zn alloy increasing dislocation density with fatigue cycles. The electrical resistivity increased rapidly in the initial stage of fatigue deformation in both materials. Moreover, after the fatigue test it increased by about 7 % for the Cu and 6.5 % for the Cu-35Zn alloy, respectively. From these consistent results, it may be concluded that the dislocation cell structure responds to the electrical resistivity more sensitively than the planar array dislocation structure evolved during cyclic fatigue.

Cu와 Cu-Zn 합금의 저주기피로 동안 발달한 미세조직 평가를 위한 비파괴기술

김정석(Chungseok Kim),장경영(Kyung-Young Jhang),현창용(Changyoung Hyun) 한국비파괴검사학회 2011 한국비파괴검사학회지 Vol.31 No.1

본 연구에서는 Cu와 Cu-Zn 합금의 저주기 피로 동안 발달한 전위 하부조직의 변화를 비파괴적으로 구분하고 평가하고자 하였다. 비파괴시험으로 초음파속도, 전기비저항 그리고 양성자소멸시간을 측정하였다. 서로 다른 적층결함 에너지를 갖는 Cu와 Cu-Zn에 대해 반복피로시험을 수행하고 이들 재료에서의 전위거동과 비파괴평가 파라미터와의 상관성을 연구하였다. Cu는 전위셀 하부구조를 형성하였지만, Cu-Zn 합금은 피로 사이클에 따라서 전위밀도는 증가하고 단지 평면배열의 전위구조를 형성하였다. 상온에서의 반복적인 피로에 의해 발달한 격자결함인 전위와 공공으로 인해 초음파속도의 감소, 전기비저항의 증가 그리고 양성자 소멸시간이 증가하였다. 비파괴평가파라미터의 지속적인 변화를 보이는 평면배열의 전위구조를 갖는 Cu-Zn에서와 달리, Cu에서는 전위셀구조가 발달하면서 더 이상의 큰 변화를 보이지 않았다. The object of this study is to evaluate and discriminate nondestructively the dislocation substructures of Cu and Cu-Zn alloy subjected to the low-cycle-fatigue. The ultrasonic wave velocity, electrical resistivity and positron annhilation lifetime(PAL) were measured to the nondestructive testing. Cyclic fatigue test of Cu and Cu-Zn alloy with much different stacking fault energies was conducted and the correlations between dislocation behavior and nondestructive parameters were studied. Dislocation cell substructure was developed in Cu, while planar array of dislocation structure was developed in Cu-35Zn alloy only increasing dislocation density with fatigue cycles. Decrease in ultrasonic wave velocity, increase in electrical resistivity and PAL were shown because of the development of lattice defects, dislocations and vacancies, by cyclic fatigue at room temperature. In contrast to Cu-Zn alloy of the planar-array dislocation substructure showing continuous changes in the nondestructive parameters, it does not make any noticeable changes in the nondestructive parameters after the evolution of dislocation cell substructure in Cu.

페라이트기 11Cr 저탄소강의 자기적 특성에 대한 고온 장시간 시효열화 효과

김정석(Chungseok Kim),류권상(Kwon-Sang Ryu) 한국비파괴검사학회 2016 한국비파괴검사학회지 Vol.36 No.5

페라이트기 11Cr 저탄소강의 자기적 특성에 대한 고온 장시간 시효열화의 영향에 대해서 연구하였다. 장시간 시효시간이 증가함에 따라서 자기이력곡선으로부터 구한 보자력, 자기이력손실은 감소하였고 이들은 시효시간에 대해 2차 지수함수 관계를 나타내었다. 비커스 경도 역시 시효시간의 증가에 따라서 감소하여 기계적 물성의 연화를 나타내었다. 미세조직적 분석으로 주사전자현미경, 후방산란전자 및 X-선 회절시험을 수행하였다. 입계에서는 Cr23C6 석출물의 급격한 성장과 입내의 래스 경계부에서 Laves (Fe₂W)상이 발달하였다. 조대한 석출물들로 인해 장시간 시효열화에 따라서 고용원소의 고갈과 래스 하부조직이 소멸되었다. 이는 자기적 물성과 기계적 물성의 연화현상과 밀접한 관련을 갖게 된다. The effect of long-term aging degradation on magnetic properties of ferritic 11Cr low-carbon steel was investigated. Coercivity and hysteresis loss measured from the hysteresis loops decreased with long-term aging time and showed that the relation was well fitted by a second order exponential function. Vickers hardness also decreased with aging time and resulted in mechanical softening. In addition, the microstructural evolution was observed by the scanning electron microscopy, backscattered electron image and X-ray diffraction. The Cr23C6 precipitates along grain boundary grew fast and Laves (Fe₂W) phase on martensitic lath boundaries in interior grains was developed. The solid solution atoms depleted in matrix and lath subgrains recovered owing to precipitate coarsening with long-term aging degradation. There was a close relation with softening of magnetic and mechanical properties.

가속도 신호를 이용한 실시간 연속체 구조물 변형 평가 기술 개발

김헌영(Heonyoung Kim),최현선(Hyunseon Choi),김형규(Hyeonggyu Kim),이진혁(Jinhyuk Lee),공원식(Wonsik Kong),김정석(Chungseok kim) 한국비파괴검사학회 2022 한국비파괴검사학회 춘계학술대회 초록집 Vol.2022 No.5

생체의료용 임플란트 소재를 위한 Zr-7Si-xSn 합금설계

김민석 ( Minsuk Kim ),김정석 ( Chungseok Kim ) 한국열처리공학회 2022 熱處理工學會誌 Vol.35 No.1

The metallic implant materials are widely used in biomedical industries due to their specific mechanical strenth, corrosion registance, and superior biocompatability. These metallic materials, however, suffer from the stress-shielding effect and the generation of artifacts in the magnetic resonance imaging exam. In the present study, we develope a Zr-based alloys for the biomedical implant materials with low elastic modulus and low magnetic susceptibility. The Zr-7Si-xSn alloys were fabricated by an arc melting process. The elastic modulus was 24~31 GPa of the zirconium-based alloy. The average magnetic susceptibility value of the Zr-7Si-xSn alloy was 1.25 × 10^-8cm³g^-1. The average I_corr value of the Zr-7Si-xSn alloy was 0.2 μA/cm². The Sn added zirconium alloy, Zr-7Si-xSn, is very interested and attractive as a biomaterial that reduces the stress-shielding effect caused by the difference of elastic modulus between human bone and metallic implant. (Received January 14, 2022; Revised January 19, 2022; Accepted January 20, 2022)

차세대 임플란트용 생체재료를 위한 지르코늄기 3원계 합금설계

김민석(Minsuk Kim),김정석(Chungseok Kim) 한국기계가공학회 2019 한국기계가공학회 춘추계학술대회 논문집 Vol.2019 No.4

냉간 가공한 TWIP강의 기계적 물성에 미치는 열처리 공정 영향

김신영(Sinyoung Kim),김정석(ChungSeok Kim) 한국기계가공학회 2023 한국기계가공학회지 Vol.22 No.8

Mn-Mo-Ni 저합금강의 기계적 연화에 미치는 장시간 열처리 영향

김민석 ( Minsuk Kim ),김정석 ( Chungseok Kim ) 한국열처리공학회 2021 熱處理工學會誌 Vol.34 No.6

In the present study, we investigate the effects of long-term heat treatment at elevated temperatures on the mechanical softening of the Mn-Mo-Ni low-alloy steel. The influence of long-term heat treatment on microstructure and mechanical strength was evaluated. To simulate the long-term material degradation, heat treatment test was interrupted at several stages up to 10,000 hours in an electric furnace. The Mn-Mo-Ni low-alloy steel shows a typical bainitic phase, which consists of a well-developed lath substructure with fine precipitates along the lath boundaries. However, these fine precipitates were redissolved into the matrix with long-term heat treatment, and then the lath substructures were recovered. Consequently, ultimate tensile strength and yield strength decreased during long-term heat treatment showing a mechanical softening phenomenon. (Received October 19, 2021; Revised October 25, 2021; Accepted October 29, 2021)

인공시효된 Al6061-T6의 초음파 비선형 특성 평가

김종범(Jongbeom Kim),이경준(KyoungJun Lee),장경영(Kyung-Young Jhang),김정석(ChungSeok Kim) 한국비파괴검사학회 2014 한국비파괴검사학회지 Vol.34 No.3

초음파 비선형 특성은 일반적으로 재료 내부를 전파한 초음파의 기본주파수 및 2차 고조파 성분 크기에 의해 결정되는 비선형 파라미터 β로 측정되며, 재료의 미세한 변질을 평가하는데 효과적인 인자로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 인공시효된 Al6061-T6의 열처리 시간에 따른 초음파 비선형 특성을 평가하였다. 초음파가 시편을 투과하여 수신되는 신호를 분석하여 비선형 파라미터 β를 구하였고, 비선형 파라미터 측정 후 마이크로 비커스 경도를 측정하였다. 비선형 파라미터 측정 결과로부터 열처리 시간에 따른 재료 내 미세 구조적인 변화를 추정하였으며, 경도 측정 결과로부터 이러한 추정이 합당함을 증명하였다. 측정 결과 비선형 파라미터는 석출거동 메커니즘에 의한 재료 미세조직 변화와 매우 밀접한 상관관계를 나타냈다. 이로 부터 초음파 비선형 파라미터를 이용하여 인공시효에 의한 재료 내 미세구조 및 상태 변화를 초음파 비선형 파라미터로 평가할 수 있음을 확인하였다. Generally, the nonlinearity of ultrasonic waves is measured using a nonlinear parameter β, which is defined as the ratio of the second harmonic’s magnitude to the power of the fundamental frequency component after the ultrasonic wave propagates through a material. Nonlinear parameter β is recognized as an effective parameter for evaluating material degradation. In this paper, we evaluated the nonlinear parameter of Al6061-T6 which had been subjected to an artificial aging heat treatment. The measurement was using the transmitted signal obtained from contact-type transducers. After the ultrasonic test, a micro Vickers hardness test was conducted. From the result of the ultrasonic nonlinear parameter, the microstructural changes resulting from the heat treatment were estimated and the hardness test proved that these estimates were reasonable. Experimental results showed a correlation between the ultrasonic nonlinear parameter and microstructural changes produced by precipitation behavior in the material. These results suggest that the evaluation of mechanical properties using ultrasonic nonlinear parameter β can be used to monitor variations in the mechanical hardness of aluminum alloys in response to an artificial aging heat-treatment.