인장 변형이 순수금속의 열확산계수 변화에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

재료가 기계적인 에너지를 받으면 변형이 발생되며, 이 변형으로 인하여 재료의 내부구조가 변하게 된다. 이러한 변화는 또한 역학물성이나 열물성의 변화를 가져오게 된다. 본 논문에서는 재료의 역학물성 변화에 따른 열물성 변화를 측정하여 인장 변형에 따른 열확산계수의 상관관계를 연구하였다. 역학물성 변화에 따른 열물성을 측정하기 위하여 순도가 99.9%이상의 구리, 텅스텐 그리고 티타늄을 사용하였다. 각각의 재료는 인장실험에 적합한 시편으로 제작되고, 만능 시험기를 사용하여 인장실험을 수행하였다. 인장실험은 각 시편에 대해 최대 인장강도까지 일정 변형률로 증가시키면서 인장하였고, 각각의 인장 시편에서 2개의 사각시편을 취득하였다. 열물성 측정을 위하여 비접촉식 열물성 계측방법 중 광열효과를 이용한 방법을 사용하여 열확산계수를 정량적으로 구하였다. 가열빔으로 Ar^(+) 레이저를 단속빔으로써 사용하였으며 이에 대한 시편의 주기적인 변형은 He-Ne 레이저로써 검사하였다. 실험은 가열빔과 검사빔의 상대위치를 반경방향으로 변화시키면서 위상차를 측정하였으며 고정된 위치에서 열확산길이를 최적으로 맞춘 후 위상차를 측정하였다. 실험에 사용된 시편중에서 탄성의 성질이 큰 텅스텐을 이용하여 인장에 대한 변화가 없을때에 열확산계수의 변화가 없음을 확인하였고, 구리와 티타늄의 인장변형에 따르는 열확산계수가 특성을 파악하였다. 그 결과 구리와 티타늄은 인장변형률에 따라 열확산계수가 감소하는 특성을 나타내었다. 따라서 본 논문은 소성변형된 순수금속의 열확산계수를 광열변위법을 사용하여 측정하였으며, 인장과 열확산계수와의 상관관계를 도출하였다.