L-PBF로 제조된 탄소 첨가 Fe50Mn30Co10Cr10 MPEA 합금의 미세조직 및 기계적 상온·극저온 기계적 특성

초록

Fe50Mn30Co10Cr10 MPEA(Multi Principal Element Alloys)은 γ(FCC) 및 ε(HCP) 상으로 구성된 이중상 미세구조를 통해 강도-연성 트레이드 오프를 극복한 소재로 보고되었다. 또한, 극저온에서 강도와 연성의 탁월한 조합으로 인해 극저온 응용 분야의 유망한 구조 재료로 꼽힌다. 최근 극대화된 기계적 특성이 지속적으로 요구됨에 따라 탄소와 같은 틈새 원소를 추가하는 등의 합금설계가 이뤄지고 있으며, Fe50Mn30Co10Cr10 MPEA 또한 C, N 등의 interstitial elements를 통해 항복 및 인장 강도의 향상이 이뤄짐이 여러 연구를 통해 보고되었다. 본 연구에서는 향상된 기계적 특성을 위해 C, V, Ti, Mo를 소량 첨가하여 설계된 Fe50Mn30Co10Cr10 MPEA를 Laser Powder Bed Fusion(이하 L-PBF) 공정으로 제조하였으며, 적층 제조된 Fe50Mn30Co10Cr10 MPEA, 탄소 첨가 Fe50Mn30Co10Cr10 MPEA(이하 MPEA, C-MPEA)의 미세구조 및 기계적 특성(77K, 298K)에 대해 조사하였다. SEM-EBSD를 통해 초기 미세조직 형성과 FCC 및 HCP 상분율을 조사하였으며, BD 면을 기준으로 MPEA의 경우 35.6% FCC와 63.4% HCP, C-MPEA의 경우 48.2% FCC, 51.8% HCP 비율을 나타냈다. 인장 시험 결과, MPEA의 경우 77K, 298K에서 각각 1135.2MPa, 757.7MPa의 UTS를 나타냈으며, 27.0%, 31.3% EL을 나타냈다. C-MPEA의 경우 1239.8MPa, 771.5MPa UTS, 33.7%, 40.1% EL을 보였다. 상기 결과를 바탕으로 L-PBF 공정으로 제조된 탄소 첨가 Fe50Mn30Co10Cr10 MPEA의 미세구조와 상온 및 극저온 기계적 특성에 대한 탄소 첨가의 영향을 토의하고자 하였다.