고강도 알루미늄 합금은 높은 강도로 압출공정에서 높은 압출 압력과 낮은 압출비 때문에 그 사용에 어려움을 겪고 있으며, 반용융압출 방법을 도입하여 고강도 알루미늄 합금의 압출성을 향상시킬 수 있다. 또한 반용융 압출에서는 압출용 잉곳을 목적한 액상을 가지는 고/액 공존 온도까지 재가열하여 압출을 수행하는 방법으로서 재가열에 의한 잉곳 내부의 액상에 의한 유동응력의 감소로 낮은 압출압력에서도 압출공정을 수행할 수 있는 장점이 있다. 이러한 반용융 압출을 위한 압출용 잉곳은 구상의 미세한 결정립을 가지는 반응고 잉곳을 사용하게 되는데, 일반적으로 이러한 반응고 잉곳은 금속의 응고 중에 기계적 혹은 전자기적 방법으로 성장하는 수지상정을 절단하여 구형의 미세조직을 가지도록 하는 교반법이 적용되고 있다. 하지만 기계적 교반의 경우 고융점 금속에 대한 적용이 어렵고, 교반중의 용탕의 오염이 발생하기 쉬운 단점이 있으며, 전자기적 교반의 경우 ...
고강도 알루미늄 합금은 높은 강도로 압출공정에서 높은 압출 압력과 낮은 압출비 때문에 그 사용에 어려움을 겪고 있으며, 반용융압출 방법을 도입하여 고강도 알루미늄 합금의 압출성을 향상시킬 수 있다. 또한 반용융 압출에서는 압출용 잉곳을 목적한 액상을 가지는 고/액 공존 온도까지 재가열하여 압출을 수행하는 방법으로서 재가열에 의한 잉곳 내부의 액상에 의한 유동응력의 감소로 낮은 압출압력에서도 압출공정을 수행할 수 있는 장점이 있다. 이러한 반용융 압출을 위한 압출용 잉곳은 구상의 미세한 결정립을 가지는 반응고 잉곳을 사용하게 되는데, 일반적으로 이러한 반응고 잉곳은 금속의 응고 중에 기계적 혹은 전자기적 방법으로 성장하는 수지상정을 절단하여 구형의 미세조직을 가지도록 하는 교반법이 적용되고 있다. 하지만 기계적 교반의 경우 고융점 금속에 대한 적용이 어렵고, 교반중의 용탕의 오염이 발생하기 쉬운 단점이 있으며, 전자기적 교반의 경우 재현성과 우수한 미세조직을 가질 수 있지만, 교반 장치의 추가 설비와 전력 소모 등으로 반응고 잉곳의 제조 원가를 상승시키게 되고, 결과적으로 반용융 압출재의 제조 원가를 상승시키는 주요 원인이 되고 있다. 따라서 본 연구에서는 비교적 간단하고 추가 설비의 제약이 없이 반응고 금속을 제조하기 위하여 냉각판법을 적용하고자 하였다. 이 방법은 용융 금속을 냉각판에 흘려줌으로써 미세하고 구형의 결정립을 가지게 하는 방법이다. 하지만 냉각판법을 이용한 반응고 금속 제조에 있어, 종래에는 냉각판을 이용하여 여러 종류의 대상 합금에 대하여 제조 조건을 설정하였으나, 최적 제조 조건에 대한 재현성을 확보하는데 어려움이 있어 왔다. 따라서 본 연구에서는 Al-Zn-Mg 합금을 이용하여 반용융 압출법에 의한 압출성을 향상시키고자 하였고, 반용융압출 빌렛의 제조를 위해 무교반법인 경사냉각판법을 적용하고자 하였다. 본 논문에서는 반응고 금속 제조 조건 최적화와 이를 이용한 반용융 압출성으로 나누어진다. 4.1절에서 경사냉각판법으로 반응고 금속을 제조하는데 있어 재현성을 확보하기 위하여 공정변수들에 대한 통계학적 기법을 적용하여 건전한 반응고 금속을 제조하는 조건을 설정하고자 하였다. 반응고 금속의 미세조직에 미치는 영향을 분산분석(Analysis of variation)을 이용하여 통계학적으로 유의한 수준을 가지는 공정변수를 선별하였고, 그 결과 미세조직에 가장 큰 영향을 미치는 공정변수는 주입온도임을 확인 할 수 있었고, 강건 제조 조건 설계 (Taguchi design) 기법을 이용하여 주입온도의 영향을 최소화 시킬 수 있는 제조 조건을 냉각판의 각도와 유지시간의 공정변수를 이용하여 최적화 하였다. 4.2절에서는 최적화된 제조 조건에서 제조된 반응고 금속을 이용하여 온도에 따른 미세조직 조대화 및 액상율을 확인하였으며, 4.3절에서는 반용융 압출에서의 최대압력와 압출용 빌렛의 온도를 확인하고자 하였다. 4.4절에서는 최적 조건에서 제조된 압출재에 대하여 일반 압출재와의 특성을 비교하고자 하였다. 반응고 빌렛을 제조하기 위한 조건에서 주입온도와 냉각판의 각도, 주입 후 유지시간이 반응고 금속의 미세조직에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 냉각판을 사용하였을 때 더 많은 초정이 고르게 생성되는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 냉각판에서 생성된 초정에 의해 유지시간이 주어짐에 따라 인접한 핵들과의 상호 반응, 고/액 계면에서의 표면 에너지 감소 효과에 의해 미세하고 Rosette 형상 결정립이 생성되는 것을 확인 할 수 있었으며, 주요한 공정변수를 제어함으로써 주입온도에 영향을 적게 받을 수 있는 조건을 도출하였다. 반용융 압출 공정에서는 10% 미만의 액상율을 가지는 온도까지 가열하여 반용융 압출을 직접압출방식으로 수행하였을 때 액상의 유출 없이 7mm/s의 압출 속도까지 압출속도를 향상 시킬 수 있었다. 하지만 보다 빠른 압출 속도 혹은 높은 빌렛 가열 조건에서는 액상의 유출이 발생하게 되어 건전한 압출재를 확보할 수 없었다. 빌렛온도 570℃, 압출속도 7mm/s 속도로 400℃인 컨테이너에서 27:1의 조건으로 반용융 압출하여 제조된 압출재의 기계적 특성은 일반압출재와 동등한 수준을 나타내었으나, 액상의 유출에 의한 기공이 관찰되었으며, 이는 연신율 감소를 가져오는 것을 알 수 있었다. 따라서 압출 후 냉각 장치 및 높은 압출비에서의 압출이 수행되어야 할 것으로 판단된다. 또한 높은 빌렛 온도로 인하여 압출 후 압출방향의 미세조직에서는 일반압출재의 연신 조직이 아닌 등축정 조직을 확인 할 수 있었으며, 이러한 특성을 적용하면 등방성 소재를 제조할 수 있을 것으로 판단된다.
고강도 알루미늄 합금은 높은 강도로 압출공정에서 높은 압출 압력과 낮은 압출비 때문에 그 사용에 어려움을 겪고 있으며, 반용융압출 방법을 도입하여 고강도 알루미늄 합금의 압출성을 향상시킬 수 있다. 또한 반용융 압출에서는 압출용 잉곳을 목적한 액상을 가지는 고/액 공존 온도까지 재가열하여 압출을 수행하는 방법으로서 재가열에 의한 잉곳 내부의 액상에 의한 유동응력의 감소로 낮은 압출압력에서도 압출공정을 수행할 수 있는 장점이 있다. 이러한 반용융 압출을 위한 압출용 잉곳은 구상의 미세한 결정립을 가지는 반응고 잉곳을 사용하게 되는데, 일반적으로 이러한 반응고 잉곳은 금속의 응고 중에 기계적 혹은 전자기적 방법으로 성장하는 수지상정을 절단하여 구형의 미세조직을 가지도록 하는 교반법이 적용되고 있다. 하지만 기계적 교반의 경우 고융점 금속에 대한 적용이 어렵고, 교반중의 용탕의 오염이 발생하기 쉬운 단점이 있으며, 전자기적 교반의 경우 재현성과 우수한 미세조직을 가질 수 있지만, 교반 장치의 추가 설비와 전력 소모 등으로 반응고 잉곳의 제조 원가를 상승시키게 되고, 결과적으로 반용융 압출재의 제조 원가를 상승시키는 주요 원인이 되고 있다. 따라서 본 연구에서는 비교적 간단하고 추가 설비의 제약이 없이 반응고 금속을 제조하기 위하여 냉각판법을 적용하고자 하였다. 이 방법은 용융 금속을 냉각판에 흘려줌으로써 미세하고 구형의 결정립을 가지게 하는 방법이다. 하지만 냉각판법을 이용한 반응고 금속 제조에 있어, 종래에는 냉각판을 이용하여 여러 종류의 대상 합금에 대하여 제조 조건을 설정하였으나, 최적 제조 조건에 대한 재현성을 확보하는데 어려움이 있어 왔다. 따라서 본 연구에서는 Al-Zn-Mg 합금을 이용하여 반용융 압출법에 의한 압출성을 향상시키고자 하였고, 반용융압출 빌렛의 제조를 위해 무교반법인 경사냉각판법을 적용하고자 하였다. 본 논문에서는 반응고 금속 제조 조건 최적화와 이를 이용한 반용융 압출성으로 나누어진다. 4.1절에서 경사냉각판법으로 반응고 금속을 제조하는데 있어 재현성을 확보하기 위하여 공정변수들에 대한 통계학적 기법을 적용하여 건전한 반응고 금속을 제조하는 조건을 설정하고자 하였다. 반응고 금속의 미세조직에 미치는 영향을 분산분석(Analysis of variation)을 이용하여 통계학적으로 유의한 수준을 가지는 공정변수를 선별하였고, 그 결과 미세조직에 가장 큰 영향을 미치는 공정변수는 주입온도임을 확인 할 수 있었고, 강건 제조 조건 설계 (Taguchi design) 기법을 이용하여 주입온도의 영향을 최소화 시킬 수 있는 제조 조건을 냉각판의 각도와 유지시간의 공정변수를 이용하여 최적화 하였다. 4.2절에서는 최적화된 제조 조건에서 제조된 반응고 금속을 이용하여 온도에 따른 미세조직 조대화 및 액상율을 확인하였으며, 4.3절에서는 반용융 압출에서의 최대압력와 압출용 빌렛의 온도를 확인하고자 하였다. 4.4절에서는 최적 조건에서 제조된 압출재에 대하여 일반 압출재와의 특성을 비교하고자 하였다. 반응고 빌렛을 제조하기 위한 조건에서 주입온도와 냉각판의 각도, 주입 후 유지시간이 반응고 금속의 미세조직에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 냉각판을 사용하였을 때 더 많은 초정이 고르게 생성되는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 냉각판에서 생성된 초정에 의해 유지시간이 주어짐에 따라 인접한 핵들과의 상호 반응, 고/액 계면에서의 표면 에너지 감소 효과에 의해 미세하고 Rosette 형상 결정립이 생성되는 것을 확인 할 수 있었으며, 주요한 공정변수를 제어함으로써 주입온도에 영향을 적게 받을 수 있는 조건을 도출하였다. 반용융 압출 공정에서는 10% 미만의 액상율을 가지는 온도까지 가열하여 반용융 압출을 직접압출방식으로 수행하였을 때 액상의 유출 없이 7mm/s의 압출 속도까지 압출속도를 향상 시킬 수 있었다. 하지만 보다 빠른 압출 속도 혹은 높은 빌렛 가열 조건에서는 액상의 유출이 발생하게 되어 건전한 압출재를 확보할 수 없었다. 빌렛온도 570℃, 압출속도 7mm/s 속도로 400℃인 컨테이너에서 27:1의 조건으로 반용융 압출하여 제조된 압출재의 기계적 특성은 일반압출재와 동등한 수준을 나타내었으나, 액상의 유출에 의한 기공이 관찰되었으며, 이는 연신율 감소를 가져오는 것을 알 수 있었다. 따라서 압출 후 냉각 장치 및 높은 압출비에서의 압출이 수행되어야 할 것으로 판단된다. 또한 높은 빌렛 온도로 인하여 압출 후 압출방향의 미세조직에서는 일반압출재의 연신 조직이 아닌 등축정 조직을 확인 할 수 있었으며, 이러한 특성을 적용하면 등방성 소재를 제조할 수 있을 것으로 판단된다.
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