최근 비교적 가볍고, 비강도가 우수한 Al 합금을 이용하여 자동차 부품, 항공 부품, 산업용 부품 등이 다양하게 개발되고 있다. 뿐만 아니라 자동차의 연비와 출력 개선을 위해 자동차의 현가장치 아래의 무게를 감소하는 것이 중요하다. 따라서 알루미늄 휠의 경량화와 고성능화를 위한 기술 개발이 진행되고 있다. 이 연구에서 사용한 Al-Si-Mg 자동차 wheel용 합금의 기계적 특성은 초정 알루미늄 cell의 형상과 크기, 2차 수지상 가지 간격, 금속간화합물과 공정 실리콘의 분포, 그리고 열처리 등에 따른 미세조직 변화에 따라서 결정 된다. 이 연구에서는 조직을 미세화하고 열처리성을 개선하기 위하여 rheo-forging의 반응고 공정으로 wheel을 제조하였다. 또한 ...
최근 비교적 가볍고, 비강도가 우수한 Al 합금을 이용하여 자동차 부품, 항공 부품, 산업용 부품 등이 다양하게 개발되고 있다. 뿐만 아니라 자동차의 연비와 출력 개선을 위해 자동차의 현가장치 아래의 무게를 감소하는 것이 중요하다. 따라서 알루미늄 휠의 경량화와 고성능화를 위한 기술 개발이 진행되고 있다. 이 연구에서 사용한 Al-Si-Mg 자동차 wheel용 합금의 기계적 특성은 초정 알루미늄 cell의 형상과 크기, 2차 수지상 가지 간격, 금속간화합물과 공정 실리콘의 분포, 그리고 열처리 등에 따른 미세조직 변화에 따라서 결정 된다. 이 연구에서는 조직을 미세화하고 열처리성을 개선하기 위하여 rheo-forging의 반응고 공정으로 wheel을 제조하였다. 또한 열처리 공정 개선을 위하여 용체화 열처리 공정없이 주조 후 급냉한 시편과 용체화 처리한 시편을 각각 재조하여 wheel의 미세조직과 시효거동 및 기계적 성질 등을 연구하였다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 응고 거동을 관찰한 결과, 초기 알루미늄 휠의 stroke 영역에서 큰 온도 반응을 보인 후 압력이 가해지면서 주입된 용탕은 상부 flange에서부터 응고가 시작된다. 이때 초기에 냉각 되었던 stroke 영역은 높은 압력과 turbulence 등으로 인하여 재 가열되고, 하부 flange 영역에서 가장 늦게 응고하는 것으로 나타났다. 미세조직 또한 DQ 시편보다 SQ 시편의 초정 조직이 더욱 미세하고 균일하였으며, 각각의 영역에 대하여 깊이 방향으로 미세조직 관찰 결과 surface에서부터 bottom위치로 점점 조대해지는 것을 관찰 할 수 있었다. 또한 인장 시험 후 파면 관찰에서 SQ 1영역과 SQ 2영역은 연성 파괴를 보이는 반면, SQ 3영역과 DQ 시편의 모든 영역에서 국부적인 취성 파괴 양상을 보이고 있다. 이에 따라 인장 특성은 SQ 시편보다 DQ 시편의 연신율이 더욱 낮게 측정되었다. 이러한 기계적 성질에 영향을 미치는 인자는 초기에는 재료의 내부에 존재하는 전위선들과 전위 루프 등에 의해 영향을 받는다. 시효시간이 증가함에 따라서 시효특성을 보이고 있으며, 특히 4시간 시효 후 DQ 시편과 SQ 시편에서 상당히 미세하고 많은 석출물들이 존재하여 경도값을 현저하게 증가시킨다. 이때 미세한 석출물의 영향에 대하여, DQ 시편에서는 미세한 실리콘 입자, 개재물, 전위 등과 AlFeMgSi 형태의 화합물들이 기계적 성질을 좌우하는 반면에, SQ 시편에서는 침상-봉상-판상 형태의 안정 Mg2Si, 미세한 실리콘 입자, AlFeSi계 화합물들과 Al(FeMn)Si계 화합물 등에 의하여 기계적 성질이 향상되는 것을 관찰 하였다. 두 시편의 미세석출물의 차이는 열분석 결과에서 보는 것처럼 DQ 시편에서 Si cluster와 Mg cluster 들의 dissolution 없이 β‘’상을 형성하였고, 안정한 β -Mg2Si 상을 형성하기 위한 에너지가 충분하지 못하여 서로 다른 석출반응을 보인다. 결과적으로 이 실험은 Al-Si-Mg 합금이 열처리 방법에 따라서 확실히 다른 특성을 가진다는 것을 알 수 있었다. 만일 Mg₂Si, Al(Fe,Mn)Si, AlFeSi 그리고 미세한 실리콘 입자들을 DQ 공정에서 형성시킴으로써 기계적 성질을 향상 시키게 된다면, 제조 공정의 간략화를 통한 생산 비용의 감소를 가질 뿐만 아니라 생산성을 증가 시키게 될 것이다.
최근 비교적 가볍고, 비강도가 우수한 Al 합금을 이용하여 자동차 부품, 항공 부품, 산업용 부품 등이 다양하게 개발되고 있다. 뿐만 아니라 자동차의 연비와 출력 개선을 위해 자동차의 현가장치 아래의 무게를 감소하는 것이 중요하다. 따라서 알루미늄 휠의 경량화와 고성능화를 위한 기술 개발이 진행되고 있다. 이 연구에서 사용한 Al-Si-Mg 자동차 wheel용 합금의 기계적 특성은 초정 알루미늄 cell의 형상과 크기, 2차 수지상 가지 간격, 금속간화합물과 공정 실리콘의 분포, 그리고 열처리 등에 따른 미세조직 변화에 따라서 결정 된다. 이 연구에서는 조직을 미세화하고 열처리성을 개선하기 위하여 rheo-forging의 반응고 공정으로 wheel을 제조하였다. 또한 열처리 공정 개선을 위하여 용체화 열처리 공정없이 주조 후 급냉한 시편과 용체화 처리한 시편을 각각 재조하여 wheel의 미세조직과 시효거동 및 기계적 성질 등을 연구하였다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 응고 거동을 관찰한 결과, 초기 알루미늄 휠의 stroke 영역에서 큰 온도 반응을 보인 후 압력이 가해지면서 주입된 용탕은 상부 flange에서부터 응고가 시작된다. 이때 초기에 냉각 되었던 stroke 영역은 높은 압력과 turbulence 등으로 인하여 재 가열되고, 하부 flange 영역에서 가장 늦게 응고하는 것으로 나타났다. 미세조직 또한 DQ 시편보다 SQ 시편의 초정 조직이 더욱 미세하고 균일하였으며, 각각의 영역에 대하여 깊이 방향으로 미세조직 관찰 결과 surface에서부터 bottom위치로 점점 조대해지는 것을 관찰 할 수 있었다. 또한 인장 시험 후 파면 관찰에서 SQ 1영역과 SQ 2영역은 연성 파괴를 보이는 반면, SQ 3영역과 DQ 시편의 모든 영역에서 국부적인 취성 파괴 양상을 보이고 있다. 이에 따라 인장 특성은 SQ 시편보다 DQ 시편의 연신율이 더욱 낮게 측정되었다. 이러한 기계적 성질에 영향을 미치는 인자는 초기에는 재료의 내부에 존재하는 전위선들과 전위 루프 등에 의해 영향을 받는다. 시효시간이 증가함에 따라서 시효특성을 보이고 있으며, 특히 4시간 시효 후 DQ 시편과 SQ 시편에서 상당히 미세하고 많은 석출물들이 존재하여 경도값을 현저하게 증가시킨다. 이때 미세한 석출물의 영향에 대하여, DQ 시편에서는 미세한 실리콘 입자, 개재물, 전위 등과 AlFeMgSi 형태의 화합물들이 기계적 성질을 좌우하는 반면에, SQ 시편에서는 침상-봉상-판상 형태의 안정 Mg2Si, 미세한 실리콘 입자, AlFeSi계 화합물들과 Al(FeMn)Si계 화합물 등에 의하여 기계적 성질이 향상되는 것을 관찰 하였다. 두 시편의 미세석출물의 차이는 열분석 결과에서 보는 것처럼 DQ 시편에서 Si cluster와 Mg cluster 들의 dissolution 없이 β‘’상을 형성하였고, 안정한 β -Mg2Si 상을 형성하기 위한 에너지가 충분하지 못하여 서로 다른 석출반응을 보인다. 결과적으로 이 실험은 Al-Si-Mg 합금이 열처리 방법에 따라서 확실히 다른 특성을 가진다는 것을 알 수 있었다. 만일 Mg₂Si, Al(Fe,Mn)Si, AlFeSi 그리고 미세한 실리콘 입자들을 DQ 공정에서 형성시킴으로써 기계적 성질을 향상 시키게 된다면, 제조 공정의 간략화를 통한 생산 비용의 감소를 가질 뿐만 아니라 생산성을 증가 시키게 될 것이다.
Al-Si-Mg (A356) alloy automobile wheel was made by rheo-forging process by the semi-solid process to examine the microstructure and mechanical properties. Optical microscope (OM) and Scanning electron microscope (SEM) were performed to observe the microstructural variation and TEM was used to observ...
Al-Si-Mg (A356) alloy automobile wheel was made by rheo-forging process by the semi-solid process to examine the microstructure and mechanical properties. Optical microscope (OM) and Scanning electron microscope (SEM) were performed to observe the microstructural variation and TEM was used to observe the precipitates. DSC technique was carried out for ascertaining thermal properties and property of precipitation reaction. XRD analysis was used to identify the phase and measure the change of lattice parameter. Hardness test and tensile tests were utilized to evaluate the mechanical properties. The solution and aging treatment effects were compared to the DQ (direct quenched specimens) and the SQ (solution treated and quenched specimens). The results obtained in this study are described as follows; By comparing, the microstructure of DQ and SQ specimens, the microstructure of SQ specimens formed more uniform and refined structure than that of DQ specimens. It is the effect of the solution treatment. In other words, the solution treatment not only deformed the irregular primary Al shape but also changed the eutectic Si particles of the acicular and/or fibered shape to a globular shape. Also, most of the microstructure formed in DQ specimens was replaced to globular shape. In the results of the hardness and tensile tests, mechanical properties of SQ specimens had more excellent values than those of DQ specimens, and elongation of SQ specimens was approximately two times higher than DQ specimens. Fractured surfaces of both specimens have a ductile fracture for SQ specimens and a located brittle fracture for DQ specimens on the fractured surface of SQ specimens. These results are in accordance with that of the eutectic Si particles of the globular shape and are more excellent than that of the fiberous and/or acicular shape. The differences between of DQ and SQ specimens were observed from TEM and DSC analysis. According to the precipitation behavior of the Al alloys, Si, Mg and vacancy formed β'' phases after the dissolution in Al matrix. On the other hand, β'' phase was formed in the DQ specimen without dissolution and showed an endothermic peak. Therefore, necessary energy for the precipitation of Si and Mg is insufficient. As a result of this behavior, the peak of the stable β-Mg₂Si has a lower exothermic peak than that of the SQ specimen. The difference in results between the DQ and SQ specimens results was also observed from TEM observation and DSC analysis. The mechanical properties of both specimens in as-quenched state were affected by consisting of the dislocation lines and the dislocation loops. With increasing aging time, precipitation behavior of both specimens has a different tendency. The precipitates of DQ specimen having low intensity in DSC analysis have an effect on the mechanical property by containing Si inclusion, dislocation and refined Si particles while SQ specimen aged for 4 hr has an effect on the mechanical property by distributing uniformly the precipitates such as Mg₂Si, refined Si particles, AlFeSi and Al(Fe,Mn)Si etc.
Al-Si-Mg (A356) alloy automobile wheel was made by rheo-forging process by the semi-solid process to examine the microstructure and mechanical properties. Optical microscope (OM) and Scanning electron microscope (SEM) were performed to observe the microstructural variation and TEM was used to observe the precipitates. DSC technique was carried out for ascertaining thermal properties and property of precipitation reaction. XRD analysis was used to identify the phase and measure the change of lattice parameter. Hardness test and tensile tests were utilized to evaluate the mechanical properties. The solution and aging treatment effects were compared to the DQ (direct quenched specimens) and the SQ (solution treated and quenched specimens). The results obtained in this study are described as follows; By comparing, the microstructure of DQ and SQ specimens, the microstructure of SQ specimens formed more uniform and refined structure than that of DQ specimens. It is the effect of the solution treatment. In other words, the solution treatment not only deformed the irregular primary Al shape but also changed the eutectic Si particles of the acicular and/or fibered shape to a globular shape. Also, most of the microstructure formed in DQ specimens was replaced to globular shape. In the results of the hardness and tensile tests, mechanical properties of SQ specimens had more excellent values than those of DQ specimens, and elongation of SQ specimens was approximately two times higher than DQ specimens. Fractured surfaces of both specimens have a ductile fracture for SQ specimens and a located brittle fracture for DQ specimens on the fractured surface of SQ specimens. These results are in accordance with that of the eutectic Si particles of the globular shape and are more excellent than that of the fiberous and/or acicular shape. The differences between of DQ and SQ specimens were observed from TEM and DSC analysis. According to the precipitation behavior of the Al alloys, Si, Mg and vacancy formed β'' phases after the dissolution in Al matrix. On the other hand, β'' phase was formed in the DQ specimen without dissolution and showed an endothermic peak. Therefore, necessary energy for the precipitation of Si and Mg is insufficient. As a result of this behavior, the peak of the stable β-Mg₂Si has a lower exothermic peak than that of the SQ specimen. The difference in results between the DQ and SQ specimens results was also observed from TEM observation and DSC analysis. The mechanical properties of both specimens in as-quenched state were affected by consisting of the dislocation lines and the dislocation loops. With increasing aging time, precipitation behavior of both specimens has a different tendency. The precipitates of DQ specimen having low intensity in DSC analysis have an effect on the mechanical property by containing Si inclusion, dislocation and refined Si particles while SQ specimen aged for 4 hr has an effect on the mechanical property by distributing uniformly the precipitates such as Mg₂Si, refined Si particles, AlFeSi and Al(Fe,Mn)Si etc.
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