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Aug 09, 2023

금속에 페달을 얹고 이동 중인 기타 재료

최근 고분자, 금속, 복합재료의 발전이 가속화되고 있습니다.

폴리머, 금속 및 복합재의 최근 발전으로 인해 제조 업계는 예상치 못한 방향으로 과감하게 나아가고 있습니다.

인간은 수천 년 전부터 금속을 유용한 형태로 바꾸기 시작했는데, 처음에는 구리와 금, 그 다음에는 청동, 그 다음에는 철과 강철을 사용했습니다. 폴리머는 100년 남짓한 훨씬 짧은 역사를 가지고 있지만 그 이후로 금속 폴리머만큼 중요해졌습니다.

그 다음에는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)과 금속 매트릭스 복합재 등 재료 진화에 새로 등장한 것들이 있는데, 이들은 강도와 ​​강성, 상대적으로 낮은 무게, "조정 가능성"으로 인해 최근 몇 년간 점점 더 인기를 끌고 있습니다. 다양한 응용 분야에 적합합니다.

재료 스펙트럼 전반에 걸쳐 혁신이 계속되어 강도, 내구성 및 성형성을 향상시키는 동시에 무게를 줄이고 지속 가능성을 향상시키기 위해 응용 분야별 특성을 갖춘 고급 제제의 다양한 혼합을 생성합니다. 많은 의심이 있었던 것은 아니지만 현대 재료 개발은 정말로 과학입니다.

아이러니하게도 이 소재 산업에서 가장 확고한 기업 중 하나인 철강이 적어도 자동차 세계에서는 다시 한 번 선두를 달리고 있습니다. 그 이유는 초고장력강(AHSS)과 초고장력강(UHSS)이 무게와 환경적 이점 덕분에 많은 자동차와 트럭 설계에서 운전석을 차지하고 있기 때문입니다.

미국 철강 연구소(AISI)에 따르면 소위 3세대 철강은 "다른 어떤 자동차 소재보다 차량의 구조적 무게를 최대 25%까지 줄이고 총 수명 주기 CO2 배출량을 최대 15%까지 줄일 수 있습니다"라고 합니다. , 워싱턴 DC

AISI의 자동차 프로그램 담당 부사장인 Chris Kristock은 철강 산업이 이러한 고강도 강철을 개발하는 과정에서 여러 단계를 경험했다고 언급했습니다. "우리 중 일부는 차체 패널이 무거운 탄소-망간 합금으로 만들어진 사실상 파괴할 수 없는 50년대의 Checker Cab을 기억할 것입니다."라고 그는 말했습니다. "그때는 두꺼운 소재를 사용해 강도를 높였는데, 이는 요즘에는 찾아볼 수 없는 방식입니다."

더 얇은 금속을 향한 첫 번째 단계는 콜럼븀, 티타늄, 바나듐 및 유사한 합금 원소를 첨가하는 것이었습니다. 이 모두는 우수한 연성을 유지하면서 강도를 높이는 역할을 합니다. 그러나 모든 개선이 순전히 금속공학적인 것만은 아닙니다. 자동차 제조업체들은 곧 약간 더 많은 양의 탄소와 망간(및 약간의 붕소)을 함유한 강철을 성형 중에 1,800°F(982°C)로 가열한 다음 다이에 있는 동안 담금질하는 핫 스탬핑 공정을 개발했습니다. 이 프로세스를 통해 강력하고 고품질의 부품이 생산되었지만 자동차 제조업체는 그 이상을 원했습니다.

Kristock은 Gen3 강철이 본질적으로 이중상이며 기계적 특성을 크게 향상시키는 페라이트-마르텐사이트 미세 구조를 가지고 있다고 설명했습니다.

"전통적인 저탄소강은 약 210메가파스칼(MPa), 즉 30,000psi의 항복 강도를 가지고 있습니다."라고 그는 말했습니다. "그러나 철강 제조업체는 800 MPa 범위의 항복 강도와 1,180 MPa의 관련 인장 강도로 냉간 압연할 수 있는 상업용 합금을 유통하기 시작했으며 일부 핫 스탬핑 등급은 최대 1400 MPa 또는 최대 1400 MPa의 완제품에서 항복 강도 수준을 달성할 수 있습니다. 인장 강도가 최대 1500MPa에 달하는 연강의 7배입니다. 그러나 아직 끝나지 않았습니다. 강도 수준이 10배인 강철이 곧 출시될 예정입니다."

서두에서 언급했듯이 인간은 수천 년 동안 강철을 만들어 왔습니다. 그럼 무엇이 바뀌었나요? 새로 발견된 합금 원소로 인해 이러한 엄청난 개선이 이루어졌습니까? 아니면 완전히 다른 제조 방법으로 인해 발생한 것입니까?

대답은 둘 다 아니라고 Kristock은 설명했습니다. "첨단 공정 제어와 다양한 기술 개선 덕분에 우리는 제강 중에 진행되는 열 처리를 더 잘 조작할 수 있게 되었습니다."라고 그는 말했습니다. "우리는 강도와 연성의 전통적인 관계를 깨뜨리는 방식으로 강철을 가열하고 냉각할 수 있습니다."