덴드라이트의 뜻
줄기에서 가지가 규칙적으로 뻗은 나무 모양의 결정. 입방정 금속에서는 줄기도 가지도 <100> 방향으로 뻗으며, 합금 주물의 대부분은 이 형태로 응고한다.
일본어 명칭: デンドライト
‘덴드라이트’ 관련 연습 문제는 4개 분야에 11문제가 있습니다(응고와 주조 조직, 상태도와 지렛대 법칙, 재료의 가공과 접합 등).
이 용어의 분야: 응고와 주조 조직
덴드라이트 연습 문제에 도전
Cu-Ni 합금을 실제 주조처럼 빠르게 냉각하여 응고시켰을 때, 덴드라이트(수지상정) 중심부의 조성으로 옳은 것은 무엇인가?
- A합금의 평균 조성보다 Ni이 풍부하다
- B합금의 평균 조성보다 Cu가 풍부하고, 바깥쪽일수록 Ni이 풍부하다
- C고상 내 확산이 충분히 빠르므로 항상 평균 조성과 같다
정답과 해설 보기
정답: A. 합금의 평균 조성보다 Ni이 풍부하다
응고 초기에 정출하는 고상은 고온 쪽 연결선 끝의 조성이므로 Ni이 풍부합니다. 냉각이 빠르면 고상 속의 확산이 따라가지 못하고, 나중에 응고하는 바깥쪽일수록 Cu가 풍부한 층이 겹쳐서, 덴드라이트의 중심에서 바깥쪽으로 조성이 변하는 편석(유심 조직, 코어링)이 남습니다. 그래서 중심부는 평균 조성보다 Ni이 풍부합니다. 고상 내 확산은 액상보다 훨씬 느리므로, 평형 조성이 된다고는 할 수 없습니다. 마지막에 응고한 부분은 융점이 낮아 재가열할 때 국부적으로 녹을 우려가 있으므로, 균질화 풀림으로 편석을 줄입니다.
FCC나 BCC의 입방정 금속에서 덴드라이트가 성장할 때, 줄기와 가지가 뻗는 결정 방위와 그것이 주물의 주상정에 미치는 영향에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- A줄기와 가지는 서로 직교하는 <100> 방향으로 뻗으며, <100>이 열 흐름과 반대 방향에 가까운 결정립이 다른 결정립을 앞질러 남으므로, 주상정은 <100> 집합 조직을 가진다
- B줄기와 가지는 조밀 방향인 <110>으로 뻗고 슬립 방향과 같은 방향으로 성장하므로, 주상정은 변형하기 쉬운 <110> 집합 조직을 가진다
- C줄기와 가지는 조밀면의 법선인 <111>로 뻗으며, 주형 벽에 평행한 방향의 결정립이 우선하여 남으므로, 주상정은 벽에 평행한 <111> 집합 조직을 가진다
정답과 해설 보기
정답: A. 줄기와 가지는 서로 직교하는 <100> 방향으로 뻗으며, <100>이 열 흐름과 반대 방향에 가까운 결정립이 다른 결정립을 앞질러 남으므로, 주상정은 <100> 집합 조직을 가진다
입방정 금속의 덴드라이트는 줄기와 가지 모두 <100> 방향으로 뻗으며, 서로 직교하는 가지를 가집니다. 계면 에너지나 원자가 붙는 정도의 약간의 이방성 때문에 <100>이 가장 빨리 뻗는 방향이 되기 때문입니다. 주형 벽에 생긴 방위가 제각각인 칠정 가운데, <100>이 열 흐름과 반대 방향(주형 벽에 수직)에 가까운 결정립이 먼저 나아가, 비스듬한 결정립의 앞을 막고 앞지릅니다. 이 경쟁 성장의 결과, 주상정은 성장 방향으로 <100>이 정렬된 집합 조직을 가집니다. <110>은 FCC의 슬립 방향, <111>은 FCC 조밀면 {111}의 법선이며, 어느 쪽도 덴드라이트의 성장 방향이 아닙니다. HCP 금속에서는 성장 방향이 기저면 안의 방향 등이 됩니다.
해설 속의 ‘덴드라이트’
냉각이 빠르면 고상 속의 확산이 따라가지 못하고, 나중에 응고하는 바깥쪽일수록 Cu가 풍부한 층이 겹쳐서, 덴드라이트의 중심에서 바깥쪽으로 조성이 변하는 편석(유심 조직, 코어링)이 남습니다.
Cu-Ni 합금을 실제 주조처럼 빠르게 냉각하여 응고시켰을 때, 덴드라이트(수지상정) 중심부의 조성으로 옳…입방정 금속의 덴드라이트는 줄기와 가지 모두 <100> 방향으로 뻗으며, 서로 직교하는 가지를 가집니다.
FCC나 BCC의 입방정 금속에서 덴드라이트가 성장할 때, 줄기와 가지가 뻗는 결정 방위와 그것이 주물의 …미시 편석은 k < 1인 용질이 덴드라이트 중심에서 묽고 덴드라이트 사이에서 진해지는 농도 불균일로, 그 크기는 암 간격인 수십 µm 정도입니다.
주물이나 주괴의 편석에는 덴드라이트 가지 사이 크기에서 일어나는 미시 편석과, 주괴 전체 크기에서 일어나는…열간 단조에서는 조대한 주상정이나 덴드라이트로 된 주조 조직이 큰 변형과 재결정으로 파괴되어, 미세한 등축 결정립이 됩니다.
같은 형상의 탄소강 부품을 주조로 만든 경우와 열간 단조로 만든 경우를 비교하면, 일반적으로 단조품 쪽이 …계면을 명시적으로 추적할 필요가 없으므로 수지상정의 성장, 결정립 성장, 석출물의 조대화 등 형상이 복잡하게 변하는 조직을 계산할 수 있습니다.
페이즈 필드법에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
‘덴드라이트’ 관련 문제(11문제)
- Cu-Ni 합금을 실제 주조처럼 빠르게 냉각하여 응고시켰을 때, 덴드라이트(수지상정) 중심부의 조성으로 옳은 것은 무엇인가?
- FCC나 BCC의 입방정 금속에서 덴드라이트가 성장할 때, 줄기와 가지가 뻗는 결정 방위와 그것이 주물의 주상정에 미치는 영향에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 주물이나 주괴의 편석에는 덴드라이트 가지 사이 크기에서 일어나는 미시 편석과, 주괴 전체 크기에서 일어나는 거시 편석이 있다. 둘의 차이로 옳은 것은 무엇인가?
- 같은 형상의 탄소강 부품을 주조로 만든 경우와 열간 단조로 만든 경우를 비교하면, 일반적으로 단조품 쪽이 인성이나 피로 강도가 우수하다. 그 이유로 옳은 것은 무엇인가?
- 페이즈 필드법에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 합금의 응고에서 고액 계면의 고상과 액상의 용질 농도 비 k = Cs/CL을 평형 분배 계수라고 한다. Al-Cu 합금과 같이 k가 약 0.17인 경우에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 조성적 과냉이 일어나지 않고 평평한 계면으로 응고하는 조건은 G/V ≥ ΔT₀/D_L로 나타낸다(G는 계면의 액상 쪽 온도 기울기, V는 성장 속도, D_L은 액상 중 용질의 확산 계수, ΔT₀ = mC₀(1 − k)/k는 응고 온도 범위). Al-2.0 wt%Cu 합금(액상선 기울기의 크기 m = 3.4 K/wt%, k = 0.17, D_L = 3.0×10⁻⁹ m²/s)을 V = 1.0×10⁻⁵ m/s로 성장시킬 때, 평평한 계면을 유지하는 데 필요한 최소 온도 기울기에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 합금의 응고에서 온도 기울기 G와 성장 속도 V를 바꾸었을 때 고액 계면의 형태와 조직의 미세함에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 알루미늄 합금 주물의 2차 덴드라이트 암 간격 λ₂와 냉각 속도 Ṫ 사이에 λ₂ = A·Ṫ^(−1/3)의 관계가 있다고 하자. 냉각 속도 1.0 K/s인 부분에서 λ₂ = 50 µm였다. 냉각 속도 125 K/s인 부분의 λ₂에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- Al-4.0 wt%Cu 합금을 응고시킨다. 샤일 식을 따르며(평형 분배 계수 k = 0.17로 일정), 남은 액상의 농도는 CL = C₀(1 − fs)^(k−1)로 올라간다고 하자. 액상이 공정 조성인 33.2 wt%Cu에 도달했을 때 남아 있는 액상의 분율(이것이 비평형 공정 조직이 된다)에 가장 가까운 것은 무엇인가? 또한 평형 상태도에서 이 조성은 α상의 최대 고용 한도(5.65 wt%) 범위 안에 있다.
- 주괴의 주상정 영역을 줄이고 중심부의 등축정 영역을 넓혀 결정립을 미세하게 하는 방법의 조합으로 옳은 것은 무엇인가?