강소성변형 (Severe Plastic Deformation)

한 줄 정의: 시편의 전체적인 형상 변화 없이 매우 큰 소성 변형을 반복적으로 가하여 결정립을 나노 내지 초미세 크기로 미세화하는 가공 방법군을 통칭하는 용어입니다.

쉽게 풀면

강소성변형은 금속을 일반적인 압연이나 인발로는 도달할 수 없을 만큼 극단적으로 많이 변형시켜서 내부 결정립을 아주 잘게 부수는 가공 방법들을 통틀어 부르는 말입니다. 밀가루 반죽을 계속해서 접고 미는 것을 반복하면 반죽 속 결이 점점 촘촘해지는 것처럼, 강소성변형도 같은 재료에 변형을 반복해서 누적시켜 결정립을 나노미터에서 서브마이크론 수준까지 잘게 만듭니다. 대표적인 방법으로 등통로각압축가공이나 고압비틀림(HPT) 등이 있습니다.

왜 중요한가

강소성변형은 합금 조성을 바꾸지 않고도 결정립 미세화만으로 강도를 크게 높일 수 있는 방법이어서, 고강도 경량 소재 개발 분야에서 중요하게 다뤄집니다. 결정립이 미세할수록 강도가 높아진다는 홀-페치 관계와 밀접하게 연관되어 연구가 이루어집니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"Severe plastic deformation techniques such as ECAP and HPT have been widely used to produce ultrafine-grained metals."

등통로각압축가공이나 고압비틀림과 같은 강소성변형 기법이 초미세 결정립 금속을 만드는 데 널리 사용되어 왔다는 뜻으로, 강소성변형 기법을 개괄적으로 소개하는 문장입니다.

"After severe plastic deformation, the yield strength increased substantially due to grain refinement strengthening."

강소성변형 후 결정립 미세화 강화 효과로 항복 강도가 크게 증가했다는 의미로, 강소성변형과 강도 향상의 관계를 설명하는 문장입니다.

조금 더 깊게 보면

강소성변형은 일반적으로 큰 변형량이 누적되면서 전위 밀도가 크게 증가하고, 이 전위들이 재배열되어 아결정립 경계를 형성한 뒤 점차 고경각 결정립계로 발전하는 과정을 거치는 것으로 이해됩니다. 강소성변형으로 얻어진 초미세 결정립 소재는 대체로 높은 강도를 나타내지만, 연신율이 함께 저하되는 경향이 보고되기도 합니다.

주의할 점

강소성변형으로 얻은 초미세 결정립 조직은 고온에 노출되면 결정립 성장이 일어나 강화 효과가 쉽게 사라질 수 있으므로, 열적 안정성을 함께 고려해야 합니다.