그네슘 합금은 구조용 금속 재료 중 가장 가벼우며, 비강도, 비강성, 주조성, 기계가공성, 진동 및 충격 흡수능 등이 우수하여 수송기기 및 전자제품 등 폭 넓은 분야에 응용되고 있다. 현재 자동차 부품에서의 Mg 합금 적용 부품으로는 엔진 실린더 블록, 시트 프레임, 트랜스 미션 ...
그네슘 합금은 구조용 금속 재료 중 가장 가벼우며, 비강도, 비강성, 주조성, 기계가공성, 진동 및 충격 흡수능 등이 우수하여 수송기기 및 전자제품 등 폭 넓은 분야에 응용되고 있다. 현재 자동차 부품에서의 Mg 합금 적용 부품으로는 엔진 실린더 블록, 시트 프레임, 트랜스 미션하우징, 스티어링 휠 코어 등이 있다. 하지만 구동특성상 고온에서 작동되는 자동차 파워트레인 부품들은 고회전력 또한 작용 받고 있으므로, 일반 상용 마그네슘 합금인 AZ91(Mg-9Al-1Zn), AM60(Mg-65Al-Mn) 등의 Mg-Al 계 마그네슘 합금은 사용에 큰 제약을 받고 있다. 이는 Mg-Al계 마그네슘 합금들의 경우 주조성과 상온 기계적 특성은 우수하나, 고온에서 크리프 특성이 급격히 저하되는 문제점을 나타내고 있기 때문이다. 하지만 주조성 및 상온 강도 확보를 위해서는 Mg 합금에 Al 첨가는 불가결하므로, 향후 자동차 파워트레인 부품에 적용하기 위해서는 주조성을 저해하지 않는 범위에서 Al을 첨가하고, 고온에서 안정한 화합물이 형성 가능한 새로운 합금 원소 첨가(RE, Sn, Ca, Si 등)를 통해 마그네슘 합금의 크리프 저항성을 개선할 필요가 있다. 본 논문은 크게 7장으로 구성되어 있으며, 주요내용은 다음과 같다. 제 1장은 서론으로 연구배경을 통해 본 연구의 필요성을 제기하였으며, 제 2장은 마그네슘의 특징 및 환경규제에 대해 서술하고, 마그네슘 합금의 연구개발 동향에 대해 주조용 합금과 가공용 합금으로 분류하고, 내열 마그네슘 합금 설계 원리를 서술하고 있다. 제 3장은 이론적 배경에 관한 설명으로, 크리프 변형의 일반적인 기구와 전기화학 거동에 관해 서술하고 있으며, 제 4장은 본 연구에서의 실험 방법에 관해 서술하고 있다. 제 5장은 Mg-6Sn-5Al-2Si 합금의 미세조직, 기계적 및 부식 특성에 미치는 Sr 및 Zn 미량 첨가원소의 영향에 관해 서술하고 있다. 각각의 첨가원소가 조대하게 형성된 Chinese script Mg2Si 상의 형상 제어에 미치는 영향에 관해 분석하였고, 이러한 형상 제어를 통해 Mg-6Sn-5Al-2Si 합금의 기계적 및 부식 특성 변화를 고찰하였다. 제 6장은 Mg-6Sn-5Al-2Si 합금을 용체화 처리 (T4), 시효처리 (T6)함으로써 주방 상태 (as-cast) 와의 비교 분석을 통해, Mg-6Sn-5Al-2Si 합금의 열처리가 미세조직 및 상⋅고온 기계적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 실험 결과를 통해 Mg-Sn-Al-Si 계의 최대 시효 조건을 제시하였으며, 열처리에 의한 Mg-6Sn-5Al-2Si 합금의 상⋅고온에서의 기계적 특성 변화에 대해 서술하였다. 제 7장은 총괄 결론으로 본 연구의 결과를 정리하여 요약 서술하였다. 본 연구를 통해 설계한 Mg-Sn-Al-Si 계 내열 마그네슘 합금은 향후 자동차 파워트레인 부품으로의 적용이 가능할 것이라 사료되며, 미세조직 형상제어 및 마그네슘 합금의 열처리 거동에 관한 많은 정보를 제공할 것으로 기대된다.
그네슘 합금은 구조용 금속 재료 중 가장 가벼우며, 비강도, 비강성, 주조성, 기계가공성, 진동 및 충격 흡수능 등이 우수하여 수송기기 및 전자제품 등 폭 넓은 분야에 응용되고 있다. 현재 자동차 부품에서의 Mg 합금 적용 부품으로는 엔진 실린더 블록, 시트 프레임, 트랜스 미션 하우징, 스티어링 휠 코어 등이 있다. 하지만 구동특성상 고온에서 작동되는 자동차 파워트레인 부품들은 고회전력 또한 작용 받고 있으므로, 일반 상용 마그네슘 합금인 AZ91(Mg-9Al-1Zn), AM60(Mg-65Al-Mn) 등의 Mg-Al 계 마그네슘 합금은 사용에 큰 제약을 받고 있다. 이는 Mg-Al계 마그네슘 합금들의 경우 주조성과 상온 기계적 특성은 우수하나, 고온에서 크리프 특성이 급격히 저하되는 문제점을 나타내고 있기 때문이다. 하지만 주조성 및 상온 강도 확보를 위해서는 Mg 합금에 Al 첨가는 불가결하므로, 향후 자동차 파워트레인 부품에 적용하기 위해서는 주조성을 저해하지 않는 범위에서 Al을 첨가하고, 고온에서 안정한 화합물이 형성 가능한 새로운 합금 원소 첨가(RE, Sn, Ca, Si 등)를 통해 마그네슘 합금의 크리프 저항성을 개선할 필요가 있다. 본 논문은 크게 7장으로 구성되어 있으며, 주요내용은 다음과 같다. 제 1장은 서론으로 연구배경을 통해 본 연구의 필요성을 제기하였으며, 제 2장은 마그네슘의 특징 및 환경규제에 대해 서술하고, 마그네슘 합금의 연구개발 동향에 대해 주조용 합금과 가공용 합금으로 분류하고, 내열 마그네슘 합금 설계 원리를 서술하고 있다. 제 3장은 이론적 배경에 관한 설명으로, 크리프 변형의 일반적인 기구와 전기화학 거동에 관해 서술하고 있으며, 제 4장은 본 연구에서의 실험 방법에 관해 서술하고 있다. 제 5장은 Mg-6Sn-5Al-2Si 합금의 미세조직, 기계적 및 부식 특성에 미치는 Sr 및 Zn 미량 첨가원소의 영향에 관해 서술하고 있다. 각각의 첨가원소가 조대하게 형성된 Chinese script Mg2Si 상의 형상 제어에 미치는 영향에 관해 분석하였고, 이러한 형상 제어를 통해 Mg-6Sn-5Al-2Si 합금의 기계적 및 부식 특성 변화를 고찰하였다. 제 6장은 Mg-6Sn-5Al-2Si 합금을 용체화 처리 (T4), 시효처리 (T6)함으로써 주방 상태 (as-cast) 와의 비교 분석을 통해, Mg-6Sn-5Al-2Si 합금의 열처리가 미세조직 및 상⋅고온 기계적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 실험 결과를 통해 Mg-Sn-Al-Si 계의 최대 시효 조건을 제시하였으며, 열처리에 의한 Mg-6Sn-5Al-2Si 합금의 상⋅고온에서의 기계적 특성 변화에 대해 서술하였다. 제 7장은 총괄 결론으로 본 연구의 결과를 정리하여 요약 서술하였다. 본 연구를 통해 설계한 Mg-Sn-Al-Si 계 내열 마그네슘 합금은 향후 자동차 파워트레인 부품으로의 적용이 가능할 것이라 사료되며, 미세조직 형상제어 및 마그네슘 합금의 열처리 거동에 관한 많은 정보를 제공할 것으로 기대된다.
Nowadays, magnesium alloys are being widely applied to structural parts, especially automotive and mobile electronic parts due to the lowest density in the structural materials, excellent mechanical properties, superior electric shielding and superior damping capacity. Among the magnesium alloys, AZ...
Nowadays, magnesium alloys are being widely applied to structural parts, especially automotive and mobile electronic parts due to the lowest density in the structural materials, excellent mechanical properties, superior electric shielding and superior damping capacity. Among the magnesium alloys, AZ91D, AZ31 and AM60 are the most widely used as commercial alloys, and they are applied to the automotive parts, i.e. cylinder head, steering wheel core, seat frame and so on. Although they are used widely in automotive industry, their applications are limited to the parts operated at temperature below 120℃ because they show poor creep resistance and large decrease in strength at elevated temperature due to the thermal instability of microstructure. Moreover, magnesium is also well known as a very active metal and its alloys have a low corrosion resistance, resulting in restricted application of magnesium alloys to exposure environment. Therefore, in order to be extensively used in the automobile industry it is very important to improve the elevated temperature properties and corrosion resistance of magnesium alloys. Many intensive and extensive fundamental investigations on the creep property and corrosion resistance of the magnesium alloys have been carried out during the past decade. The common way of improving heat-resistance of magnesium alloys is to form thermally stable precipitates to prevent grain boundary sliding during the creep deformation. On the other hand, the corrosion resistance of magnesium alloys was improved by forming a continuous secondary phases acting as a corrosion barrier or adding elements may incorporate into the protective film and thus increasing its stability. The most effective alloying elements for such purpose are rare earth metals which result in a significant improvement of creep and corrosion resistance. However, these elements are expensive, limiting widespread application of such alloys. The present study tried to design the new heat resistant Mg alloys by adding Al, Sn, Si and trace elements (Sr and Zn). For the Mg alloys design, Al was added to sustain castability and mechanical properties at room temperature. Si and Sn were added to obtain the thermally stable intermetallic compounds along grain-boundaries. Trace elements were added to control the morphology of Mg2Si phase from Chinese script to polygonal shape. The casting of Mg alloys was carried out in electric resistance furnace with a graphite crucible protected by CO2+SF6 gas. The melt was held at 700℃ for 10 min to the complete dissolution of alloying elements and then poured into a permanent mould preheated at 200 ℃. Microstructure of the Mg alloys observed with XRD, OM, SEM-EDS and TEM-EDS. Tensile, creep, potentiodynamic and immersion tests were carried out to evaluate the mechanical and corrosion properties of Mg alloy. The results of this study are summarized as follows. The microstructure of the as-cast Mg-6Sn-5Al-2Si(TAS652) alloy mainly consisted of α-Mg, Mg17Al12, Mg2Sn and Mg2Si phases. Sr addition increased the tensile strength by changing the Chinese script Mg2Si to a polygonal shape, but decreased the creep rupture strength of the TAS652 alloy due to an increase in grain boundary area, where most cracks are initiated. Zn addition decreased the creep resistance of the TAS652 alloy due to the larger volume fraction of Mg17Al12 phase where cracks are initiated. The creep resistance of the TAS652 alloy was decreased by the addition of trace elements. The Sr addition was effective on the corrosion resistance of the TAS652 alloy by modifying the Chinese script Mg2Si to a polygonal shape and distributing them. However, the addition of Zn decreased the corrosion resistance due to the increased amount of Mg17Al12, which caused galvanic corrosion. To improve the mechanical properties of TAS652 alloy, heat treatment was performed. The Mg17Al12 phase dissolved into the α-Mg matrix after the solution heat-treatment at 420℃ for 4 h and the Mg17Al12 and Mg2Sn phases were finely distributed within the Mg matrix after the agingheat-treatment. The tensile strength of the solution-treated TAS652 alloy was decreased, but its creep strength was increased, due to the reduced volume fraction of Mg17Al12 phase. The improved tensile and creep resistance of the peak-aged TAS652 alloy resulted from the dispersive distribution of fine Mg17Al12 and Mg2Sn phases insides grain.
Nowadays, magnesium alloys are being widely applied to structural parts, especially automotive and mobile electronic parts due to the lowest density in the structural materials, excellent mechanical properties, superior electric shielding and superior damping capacity. Among the magnesium alloys, AZ91D, AZ31 and AM60 are the most widely used as commercial alloys, and they are applied to the automotive parts, i.e. cylinder head, steering wheel core, seat frame and so on. Although they are used widely in automotive industry, their applications are limited to the parts operated at temperature below 120℃ because they show poor creep resistance and large decrease in strength at elevated temperature due to the thermal instability of microstructure. Moreover, magnesium is also well known as a very active metal and its alloys have a low corrosion resistance, resulting in restricted application of magnesium alloys to exposure environment. Therefore, in order to be extensively used in the automobile industry it is very important to improve the elevated temperature properties and corrosion resistance of magnesium alloys. Many intensive and extensive fundamental investigations on the creep property and corrosion resistance of the magnesium alloys have been carried out during the past decade. The common way of improving heat-resistance of magnesium alloys is to form thermally stable precipitates to prevent grain boundary sliding during the creep deformation. On the other hand, the corrosion resistance of magnesium alloys was improved by forming a continuous secondary phases acting as a corrosion barrier or adding elements may incorporate into the protective film and thus increasing its stability. The most effective alloying elements for such purpose are rare earth metals which result in a significant improvement of creep and corrosion resistance. However, these elements are expensive, limiting widespread application of such alloys. The present study tried to design the new heat resistant Mg alloys by adding Al, Sn, Si and trace elements (Sr and Zn). For the Mg alloys design, Al was added to sustain castability and mechanical properties at room temperature. Si and Sn were added to obtain the thermally stable intermetallic compounds along grain-boundaries. Trace elements were added to control the morphology of Mg2Si phase from Chinese script to polygonal shape. The casting of Mg alloys was carried out in electric resistance furnace with a graphite crucible protected by CO2+SF6 gas. The melt was held at 700℃ for 10 min to the complete dissolution of alloying elements and then poured into a permanent mould preheated at 200 ℃. Microstructure of the Mg alloys observed with XRD, OM, SEM-EDS and TEM-EDS. Tensile, creep, potentiodynamic and immersion tests were carried out to evaluate the mechanical and corrosion properties of Mg alloy. The results of this study are summarized as follows. The microstructure of the as-cast Mg-6Sn-5Al-2Si(TAS652) alloy mainly consisted of α-Mg, Mg17Al12, Mg2Sn and Mg2Si phases. Sr addition increased the tensile strength by changing the Chinese script Mg2Si to a polygonal shape, but decreased the creep rupture strength of the TAS652 alloy due to an increase in grain boundary area, where most cracks are initiated. Zn addition decreased the creep resistance of the TAS652 alloy due to the larger volume fraction of Mg17Al12 phase where cracks are initiated. The creep resistance of the TAS652 alloy was decreased by the addition of trace elements. The Sr addition was effective on the corrosion resistance of the TAS652 alloy by modifying the Chinese script Mg2Si to a polygonal shape and distributing them. However, the addition of Zn decreased the corrosion resistance due to the increased amount of Mg17Al12, which caused galvanic corrosion. To improve the mechanical properties of TAS652 alloy, heat treatment was performed. The Mg17Al12 phase dissolved into the α-Mg matrix after the solution heat-treatment at 420℃ for 4 h and the Mg17Al12 and Mg2Sn phases were finely distributed within the Mg matrix after the agingheat-treatment. The tensile strength of the solution-treated TAS652 alloy was decreased, but its creep strength was increased, due to the reduced volume fraction of Mg17Al12 phase. The improved tensile and creep resistance of the peak-aged TAS652 alloy resulted from the dispersive distribution of fine Mg17Al12 and Mg2Sn phases insides grain.
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