In order to clarify the relationship between the extent of the distortion from the ideal structure and the nature of ordering (type, degree), a rigid hard sphere model for the M18R martensite structure of Cu-Zn-Al alloys is developed by introducing the modified Bragg-Williams-Gorski type order parameters. The ideally close-packed 9R or 18R structures are produced from the disordered or $DO_3$ ordered parent phases, while the modified 9R and 18R structures are produced from the B2 ordered and $L2_1$ ordered parent phases, respectively. The extent of the distortion in the close-packed plane increases with increasing degree of B2 order or with decreasing degree of $L2_1$ order.
Experimentally determined splitting parameter, $ρ(=sin^2θ_(2,0,2)-sin^2 θ_{(1,2,2)})$, for stabilized 18R martensite of Cu-(22.4, 22.9)Zn-5.15Al-0.58Zr alloys which were subjected to different thermal treatment from the results of a Xray diffraction was obtained. According to our theoretical consideration, because the distance between ($\overline{1}\,2\,\delta$) and ($2\,0\,\delta$) are a parameter of the monoclinic distortion, the amounts of splittings of two pairs of diffraction peaks $\{(\overline{1}\,2\,2),(2\,0\,2)\}$ and $\{(1\,2\,10),(\overline{2}\,0\,10)\}$ for 18R martensite phase varied with s-parameter, i.e., the type and degree of ordering. In direct quenched specimen, the distance between the ($\overline{1}\,2\,2$) and ($2\,0\,2$) peaks decreases initially with increasing temperature by increasing the degree of the $L2_1$ order with nnn order component. On the contrary, the re-separation of the two peaks took place at higher temperatures by the change of $L2_1$ type of order to B2 order.
The increase in the degree of B2 and $L2_1$ ordering by step-quenching is not only considerably larger than that in the directly quenched state but also much larger than that of the parent $\beta$ phase, quenched and subsequently aged. In this case, $\rho$ increases with holding duration at different step-quenching temperature. Because the degree of ordering in the $L2_1$ parent phase increases with holding time, the direction of the variation in $\rho$ and degree of ordering contradict each other. From TEM work it is found that the B2 ordering is also increased, and it is resulted in the effect of the variation of B2 ordering overwhelmed that of $L2_1$ ordering Tempering in the matrensitic state gradually destroyed the long range order, and the value of $\rho$ decreased as the holding time exceeds the critical value.
Cu-(23.4, 23.9)Zn-5.15Al-0.58Zr alloys ($M_s < RT$) after aging at 180℃~ 350℃ were studied using TEM in order to study aging effects in the parent phase. Growth of APDs (Antiphase Domains) was observed during aging at 180℃. The NNAPD (Nearest Neighbor APD) grows much faster from 0,15 to 0.5㎛ in 23 hours than the NNNAPD (Next Nearest Neighbor APD) while the size of the latter increases slowly and remains less than 0.09㎛ after 96 hours. Plate-shaped α_1 bainite phases which have a random but parallel planar fine structure formed during isothermal aging at 200℃. From the analysis of the selected area diffraction pattern, it was concluded that the α_1 plates at the early stage of transformation at 180℃ possess a monoclinic modified 18R (M18R) LPSO (Long Period Stacking Order) structure. The continuity of NNNAPDs in both the $α_1$ and β phases suggests that the NNAPD in $α_1$ plates was originally part of the β NNAPD structure.
The effects of miciroalloying additions(0.3Ti, 0.3Ti-0.2Mn, and 0.3Ti-0. 6Zr) to a β Cu-13Al-3Ni shape memory alloy on the tensile properties, fatigue properties, shpe recovery capacity and microstructure were investigated. It wsa found that the tensile propeties ($σ_t,$σ_f$ and $ε_f$) lie roughly on a straight line according to a Hall-Petch relationship. The highest fracture stress (903MPa) and fracture strain (8.6%) were obtained in the Cu-13.4Al-3.05Ni-0. 24Ti-0.63Zr alloy. Fractography revealed a change from the intergranular to the transgranular fracture mode. Grain boundary crackin was markedly suppressed by the microalloying additions and the fracture mode also changed from brittle to ductile with decreasing grain size of the β phase. Low cycle fatigue experiments showed that Ti-Zr added Cu-Al-Ni alloys obeyed the CoffinManson law, but had lower slopes of log (plastic strain) versus log (cycles to failure) than conventional materials. Cyclic hardening occurred at both the pseudoelastic and the martensitic alloys and the martensitic state display better fatigue resistance than the pseudoelastic state. The martensite of the investigated alloys consisted of internally faulted M18R and internally twinned N2H type structures.
Cu-Zn-Al 합금에 있어서, 이상 구조로 부터 변형된 양과 규칙화의 종류및 그 정도 사이의 관계를 규명하기 위해서 변형된 Bragg-Williams-Gorski 형태의 order parameter 를 도입하여 M18R 마르텐사이트 구조에 대한 Rigid Hard Sphere Model을 전개하였다. 이상적인 조밀 구조는 불규칙 또는 $DO_3$ 규칙화된 모상으로 부터 생기는 반면에 modified 9R과 18R 구조는 B2 또는 $L2_1$ 규칙화된 모상으로 부터 각각 얻어 진다는 것을 제안하였다. B2 규칙화 정도가 증가함에 따라 혹은 $L2_1$ 규칙화 정도가 감소할수록 조밀면에서의 변형된 양은 증가한다는 것을 수학적으로 계산하였다.
Cu-(22.4, 22.9)Zn-5.15Al-0.58Zr 합금을 각기 다른 열처리 과정을 거쳐 생성시킨 안정화된 18R 마르텐사이트 구조를 X-ray 회절시험으로 분석한 결과 splitting parameter, $ρ(=sin^2θ_(202)-sin^2theta_{(\overline{1}22)})$를 실험적으로 구할 수 있었다. 이론적 계산 결과에 따르면, $(\overline{1}\,2\,\delta)$ 과 $(2\,0\,\delta)$의 두 회절 peak 사이의 거리가 monoclinic distortion 의 parameter 가 되기 때문에 18R 마르텐사이트의 두 쌍의 회절 peak, {($\overline{1}$ 2 2), (2 0 2)}와 {(1 2 10), ($\overline{2}$ 0 10)}, 의 splitting 양은 규칙화 형태와 정도에 따라 변하게 된다. 직접 소입시킨 시편의 경우 두 쌍의 peak, ($\overline{1}$ 2 2) 와 (2 0 2) 사이의 거리는 초기에는 온도가 증가함에 따라 감소하였는데, 이는 $L2_1$ 규칙화 양이 증가함으로 감소한 결과로 사료된다. 이와는 대조적으로 온도가 계속 증가함에 따라 두 peak 의 분리 현상이 일어났는데, 이는 $L2_1$ 규칙화가 B2 규칙화로 변했기 때문으로 사료된다.
계단 소입시켰을 경우의 B2 와 $L2_1$ 규칙화 정도는 직접 소입시켰을 경우와 소입 후 시효시킨 모상의 규칙화 정도 보다 큰 것으로 관찰되었다. 계단 소입시킨 경우 각각의 다른 소입 온도에서 유지 시간에 따라 $\rho$ 값이 증가하였다. 유지 시간이 지남에 따라 $L2_1$ 규칙화 정도가 증가하므로 이는 직접 소입시킨 경우와 반대의 결과이다. TEM 관찰로 부터 계단 소입시킨 경우 B2 규칙화 정도도 증가함이 관찰되었고, 이 결과 $\rho$값의 증가는 B2 규칙화 정도의 변화 효과가 $L2_1$ 규칙화 정도의 변화 효과를 상쇄한 결과로 사료된다. 마르텐사이트를 tempering 하면 장주기 규칙화가 점차적으로 소멸되고, 이로 인해 $\rho$ 값은 점차적으로 가소함이 관찰되었다.
Cu-(23.4, 23.9)Zn-5.15Al-0.58Zr ($M_s < RT$) 합금을 180℃에서 350℃의 온도 범위에서 시효시킨 후 TEM을 이용하여 모상의 시효 효과를 관찰하였다. 180℃ 에서 시효시킨 결과 APD(Antiphase Domain) 의 성장이 관찰되었다. NNAPD(Nearest Neighbor APD)는 23 시간 동안 0.15㎛ 에서 0.5 ㎛ 으로 성장하여 96 시간 동안에 0.09㎛ 로 성장한 NNNAPD(Next Nearest Neighbor APD) 보다 더 빠른 성장 속도를 보여주었다. 200㎛ 에서 등온 시효시킨 결과 불규칙하나 평행한 평면의 미세 구조를 갖는 판상의 $α_1$ 베이나이트가 형성되었다. Selected area diffraction pattern 으로 부터 이 상은 18R LPSO(Long Period Stacking Order) 구조를 갖는다는 것을 알 수 있었다. $α_1$ 상의 NNAPD 와 β 상의 NNAPD 의 연속성으로 부터 $α_1$ 상의 NNAPD 는 β 상의 NNAPD 로 부터 유래함을 알 수 있었다. $β$ Cu-13Al-3Ni 형상기억 합금에서 미량 합금 원소가 인장 성질, 피로 성질, 형상기억 회복능에 미치는 영향을 조사하였다. 인장 성질($σ_t$, $σ_f$ and $ε_f$)은 Hall-Petch 관계식에 따라 직선 관계를 유지함을 알 수 있었다. Cu-13.4Al-3.05Ni-0.24Ti-0.63Zr 합금이 가장 우수한 파괴 응력 (903MPa) 과 파괴 연신율 (8.6%) 을 나타내었다. 파괴 단면을 조사한 결과 미량 합금 원소 첨가로 결정립이 미세하게 됨에 따라 입계 파괴에서 입내 파괴 양상으로 변함을 알 수 있었다. 즉, 미량 합금 원소 첨가로 결정립계 균열이 억제되어, 파괴 양상이 β 상의 결정립이 미세하게 됨에 따라 취성 파괴에서 연성 파괴로 변하였다. 가장 우수한 인장 성질을 보인 Ti-Zr 첨가된 합금을 이용하여 저주기 피로 시험 결과 Coffin-Manson 법칙을 만족함을 알 수 있었고, 기울기 β 는 일반적인 재료보다 낮은 값을 나타내었다. 의탄성 상태나 마르텐사이트 상태 모두 cyclic hardening 을 나타내었고, 마르텐사이트 상태가 의탄성 상태 보다 피로 저항성이 우수함을 알 수 있었다. 조사된 Cu-Al-Ni 형상기억 합금의 마르텐사이트 구조는 internally faulted M18R 과 internally twinned N2H 의 혼합 조직으로 이루어졌다.
