TWIP 강의 바우싱거 효과와 변형경화 효과에 미치는 전변형의 영향

Abstract

자동차 경량화와 성형성을 만족시키기 위한 기존 철강 제품을 경량합금, Dual phase 강, TWIP(TWinning-Induced Plasticity) 및 TRIP(TRansformation-Induced Plasticity) 강들로 대체하고 있다. 이 중 TWIP강은 높은 인장 강도와 큰 연성의 우수한 조합으로 인해서 최근 많은 분야에서 광범위하게 연구되고 있다. TWIP강판을 제작할 때 코일형태로 제작과 평탄화 공정으로 인해 바우싱거(Bauschinger) 효과가 발생하게 된다. 바우싱거 효과는 기존의 강재가 가지고 있는 항복강도보다 낮은 항복점에서 소성변형이 일어나는 현상이다. TWIP강을 제품으로 성형할 시 스프링백(Spring back)을 예측하여 금형을 수정하여 제품을 생산한다. 스프링백 현상은 재료에 변형을 가했을 때 다시 원래의 방향으로 탄성변형영역만큼 돌아가는 현상이다. 또한 스프링백 현상은 후방응력(Back stress)과 관련 있으며, 이러한 후방응력은 Forward변형 시 유동응력에 저항하지만 reverse변형시 소성변형에 도움이 되며 바우싱거 효과로 인한 응력차이에 영향을 미친다. 바우싱거 효과로 인해 낮은 항복점에서 소성변형이 일어나면 스프링백의 양이 변화되어 정밀한 수치예측이 어려워 불량품이 만들어진다. 그래서 스프링백을 정확히 이해하기 위해서는 바우싱거 효과까지 같이 고려를 해야 한다. TWIP강은 소성변형 시 파단까지 쌍정이 연속으로 생성된다. 쌍정은 전위의 이동을 방해하는 역할을 하기 때문에 바우싱거 효과를 고려할 때 전위밀도와 함께 쌍정도 같이 고려해야 한다. 본 연구에서는 인장-압축-인장 시험을 통하여 다양한 전변형(인장-압축, 압축-인장, 인장-압축-인장)에 관한 바우싱거 효과와 변형경화 효과를 분석하고자 하였다. 3가지의 바우싱거 인자(Bauschinger parameter)를 사용하여 바우싱거 효과와 변형경화 효과를 정량화했다. 또한 EBSD (Electron backscatter diffraction)분석을 통해 전위의 이동과 쌍정의 형성을 관찰하였다. 연구의 결과에서 EBSD분석을 통해 쌍정은 전위의 이동을 방해하는 역할을 하였다. 또한 초기 쌍정의 형성은 바우싱거 효과의 증가에 도움을 주는 것을 3가지 Bauschinger parameter를 통해 알 수 있었다. 하지만 변형이 많이 진행되었을 때 쌍정과 전위밀도 모두 많이 증가하였다. 이 때 전위들 간에 서로 엉키는 현상으로 인해 바우싱거 효과는 감소하고 변형경화 효과가 증가하였다. 쌍정은 이러한 전위의 이동을 방해하는 역할로써 변형경화 효과의 증가에 영향을 미쳤다.