알루미늄 합금은 비중이 낮고 비강도 특성이 우수하여 자동차의 경량화 소재 및 휴대용 제품의 기본 소재로 주목받고 있으며, 특히 Al-Cu계 합금은 내열특성과 기계적 특성이 비교적 우수하여 자동차용 엔진부품과 휴대폰, 노트북 케이스 등으로 활용되고 있지만, 사용 중 부품의 과열로 인한 성능과 수명저하 문제를 유발하므로 기계적 특성과 더불어 방열특성의 개선이 요구되고 있다.
알루미늄 합금은 기계적 성질을 향상시키기 위해 다양한 합금원소를 첨가한다. 예를 들어 Al-Cu계 합금에 Mg를 첨가하면, 고용강화 및 Cu/Mg 함량비에 따라 시효석출거동이 변화하게 되어 기계적 특성이 향상되는 것으로 알려져 있다. 또한 Ti은 대표적인 결정립 미세화제로서, 소량의 Ti 첨가 시 응고 초기과정에서 Al3Ti, AlTi, AlTi3와 같은 금속간 화합물이 핵생성 Site로 작용하여 결정립을 미세화 시킴으로써 ...
알루미늄 합금은 비중이 낮고 비강도 특성이 우수하여 자동차의 경량화 소재 및 휴대용 제품의 기본 소재로 주목받고 있으며, 특히 Al-Cu계 합금은 내열특성과 기계적 특성이 비교적 우수하여 자동차용 엔진부품과 휴대폰, 노트북 케이스 등으로 활용되고 있지만, 사용 중 부품의 과열로 인한 성능과 수명저하 문제를 유발하므로 기계적 특성과 더불어 방열특성의 개선이 요구되고 있다.
알루미늄 합금은 기계적 성질을 향상시키기 위해 다양한 합금원소를 첨가한다. 예를 들어 Al-Cu계 합금에 Mg를 첨가하면, 고용강화 및 Cu/Mg 함량비에 따라 시효석출거동이 변화하게 되어 기계적 특성이 향상되는 것으로 알려져 있다. 또한 Ti은 대표적인 결정립 미세화제로서, 소량의 Ti 첨가 시 응고 초기과정에서 Al3Ti, AlTi, AlTi3와 같은 금속간 화합물이 핵생성 Site로 작용하여 결정립을 미세화 시킴으로써 기계적 강도가 향상된다는 연구결과가 보고되고 있다.
그러나 Ti는 전도특성(전기전도도, 열전도도)을 저하시키는 단점이 있어, 고 방열특성이 요구되는 엔진부품에 적용하기 위해서는 Ti 첨가에 따른 기계적 및 열물성의 변화에 대한 연구가 필요하다.
본 연구는 Al-Cu 2원계와 Al-Cu-Mg 3원계 합금을 기본으로 하여 Ti의 함량을 변화시키고, 동시에 시효열처리를 실시하여 기계적 특성 및 전도특성(전기전도도, 열전도도)이 어떻게 변화하는지 조사하였다.
합금은 Al-4wt.%Cu 2원계 합금과 Al-4wt.%Cu-0.5wt.%Mg 3원계 합금에 Ti의 함량을 각각 0, 0.2, 0.5 wt.% 첨가하여 중력주조법으로 제작하였다.
용체화 처리는 전기로에서 515℃에서 10시간 조건으로 실시한 후 80℃에서 10분간 수냉하였다. 등온시효는 160℃에서 시간을 변화시켜 실시하였다. 기계적 특성은 각 조건의 시료에 대해 상온 및 고온(250℃ 3시간 유지) 인장시험, 마이크로비커스 경도측정법을 사용하여 평가하였고, 전기전도도 및 열전도도를 측정하여 전도특성의 변화를 파악하였다.
160℃ 시효 시간에 따른 마이크로 비커스 경도측정 결과, 2원계 합금과 3원계 합금 모두 Ti을 첨가함에 따라 시효경화거동에 미치는 영향은 인정되지 않았다. 그러나 인장시험 결과, 상온에서는 Ti 첨가함에 따라 결정립의 크기가 감소하여 기계적 특성이 향상되는 것으로 확인되었으며, 고온에서는 결정립의 조대화와 경로확산(Pipe diffusion)이 촉진되어 강도 향상 효과가 미비한 것으로 판단되었다.
전도특성의 경우, Ti 첨가함에 따라 전기전도도와 열전도도가 감소하였으나, 시효 열처리에 의해 2원계, 3원계 합금 공통으로 전기전도도가 상승하는 것을 확인하였다.
알루미늄 합금은 비중이 낮고 비강도 특성이 우수하여 자동차의 경량화 소재 및 휴대용 제품의 기본 소재로 주목받고 있으며, 특히 Al-Cu계 합금은 내열특성과 기계적 특성이 비교적 우수하여 자동차용 엔진부품과 휴대폰, 노트북 케이스 등으로 활용되고 있지만, 사용 중 부품의 과열로 인한 성능과 수명저하 문제를 유발하므로 기계적 특성과 더불어 방열특성의 개선이 요구되고 있다.
알루미늄 합금은 기계적 성질을 향상시키기 위해 다양한 합금원소를 첨가한다. 예를 들어 Al-Cu계 합금에 Mg를 첨가하면, 고용강화 및 Cu/Mg 함량비에 따라 시효석출거동이 변화하게 되어 기계적 특성이 향상되는 것으로 알려져 있다. 또한 Ti은 대표적인 결정립 미세화제로서, 소량의 Ti 첨가 시 응고 초기과정에서 Al3Ti, AlTi, AlTi3와 같은 금속간 화합물이 핵생성 Site로 작용하여 결정립을 미세화 시킴으로써 기계적 강도가 향상된다는 연구결과가 보고되고 있다.
그러나 Ti는 전도특성(전기전도도, 열전도도)을 저하시키는 단점이 있어, 고 방열특성이 요구되는 엔진부품에 적용하기 위해서는 Ti 첨가에 따른 기계적 및 열물성의 변화에 대한 연구가 필요하다.
본 연구는 Al-Cu 2원계와 Al-Cu-Mg 3원계 합금을 기본으로 하여 Ti의 함량을 변화시키고, 동시에 시효열처리를 실시하여 기계적 특성 및 전도특성(전기전도도, 열전도도)이 어떻게 변화하는지 조사하였다.
합금은 Al-4wt.%Cu 2원계 합금과 Al-4wt.%Cu-0.5wt.%Mg 3원계 합금에 Ti의 함량을 각각 0, 0.2, 0.5 wt.% 첨가하여 중력주조법으로 제작하였다.
용체화 처리는 전기로에서 515℃에서 10시간 조건으로 실시한 후 80℃에서 10분간 수냉하였다. 등온시효는 160℃에서 시간을 변화시켜 실시하였다. 기계적 특성은 각 조건의 시료에 대해 상온 및 고온(250℃ 3시간 유지) 인장시험, 마이크로비커스 경도측정법을 사용하여 평가하였고, 전기전도도 및 열전도도를 측정하여 전도특성의 변화를 파악하였다.
160℃ 시효 시간에 따른 마이크로 비커스 경도측정 결과, 2원계 합금과 3원계 합금 모두 Ti을 첨가함에 따라 시효경화거동에 미치는 영향은 인정되지 않았다. 그러나 인장시험 결과, 상온에서는 Ti 첨가함에 따라 결정립의 크기가 감소하여 기계적 특성이 향상되는 것으로 확인되었으며, 고온에서는 결정립의 조대화와 경로확산(Pipe diffusion)이 촉진되어 강도 향상 효과가 미비한 것으로 판단되었다.
전도특성의 경우, Ti 첨가함에 따라 전기전도도와 열전도도가 감소하였으나, 시효 열처리에 의해 2원계, 3원계 합금 공통으로 전기전도도가 상승하는 것을 확인하였다.
Aluminium alloys have a low specific gravity and excellent Specific strength characteristics, and they are attracted a lot of interest as basic materials for automobile lightweight materials and mobile products. In particular, Al-Cu alloys have been used for automotive engine parts, mobile phones an...
Aluminium alloys have a low specific gravity and excellent Specific strength characteristics, and they are attracted a lot of interest as basic materials for automobile lightweight materials and mobile products. In particular, Al-Cu alloys have been used for automotive engine parts, mobile phones and notebook case because of their excellent heat resistance and mechanical properties. However, performance and lifespan are lowered due to overheating, It is required to improve radiant heat characteristics in addition to the mechanical properties. Aluminium alloys are made by adding various alloying elements to improve mechanical properties. For example, it is known that the addition of Mg to an Al-Cu-based alloy improves the mechanical properties by enhancing employment and changing the aging-precipitation behavior depending on the Cu/Mg content ratio. Ti is a typical grain refining agent. It has been reported that the Intermetallic compounds such as Al3.Ti, AlTi and AlTi3 act as a nucleation site in the initial stage of solidification during the addition of a small amount of Ti, thereby improving the mechanical strength by refining the grains. However, Ti has the disadvantage of lowering the conduction characteristics (electrical conductivity, thermal conductivity). Therefore, in order to apply to engine parts requiring high heat dissipation characteristics, it is necessary to study the change of mechanical and thermal properties according to Ti addition. In this study, Ti content was changed based on Al-Cu binary and Al-Cu-Mg ternary alloy. At the same time, aging heat treatment was performed to investigate how the mechanical properties and conduction characteristics (electrical conductivity and thermal conductivity) have changed. Ti was added to the Al-4wt.% Cu binary alloy and Al-4wt.% Cu-0.5wt.% Mg ternary alloy at 0, 0.2 and 0.5 wt.%. The alloys was manufactured by gravity casting. The specimens obtained from the ingot were subjected to solution treatment at 515℃ for 10 hours in an electric furnace, and then water-cooled at 80℃ for 10 minutes and isothermal aging was performed at 160℃ with varying time. The heat treated specimens were evaluated for mechanical properties using room temperature and high temperature (250 ℃ for 3 hours) tensile test and micro Vickers hardness test. Electrical conductivity and thermal conductivity were measured to determine the change of conductivity. As a result of measurement of micro Vickers hardness, no influence on the age hardening behavior was recognized by adding Ti to both binary and ternary alloys. However, as a result of the tensile test, it was confirmed that the grain size decreased with the addition of Ti at room temperature and the mechanical properties were improved. In the high temperature tensile test, grain coarsening and pipe diffusion were promoted and it was judged that the strength improvement effect was insufficient. The electrical conductivity and the thermal conductivity decreased with the addition of Ti in the case of the conduction characteristics. However, it was confirmed that the electric conductivity increased in both binary and ternary alloys by aging heat treatment.
Aluminium alloys have a low specific gravity and excellent Specific strength characteristics, and they are attracted a lot of interest as basic materials for automobile lightweight materials and mobile products. In particular, Al-Cu alloys have been used for automotive engine parts, mobile phones and notebook case because of their excellent heat resistance and mechanical properties. However, performance and lifespan are lowered due to overheating, It is required to improve radiant heat characteristics in addition to the mechanical properties. Aluminium alloys are made by adding various alloying elements to improve mechanical properties. For example, it is known that the addition of Mg to an Al-Cu-based alloy improves the mechanical properties by enhancing employment and changing the aging-precipitation behavior depending on the Cu/Mg content ratio. Ti is a typical grain refining agent. It has been reported that the Intermetallic compounds such as Al3.Ti, AlTi and AlTi3 act as a nucleation site in the initial stage of solidification during the addition of a small amount of Ti, thereby improving the mechanical strength by refining the grains. However, Ti has the disadvantage of lowering the conduction characteristics (electrical conductivity, thermal conductivity). Therefore, in order to apply to engine parts requiring high heat dissipation characteristics, it is necessary to study the change of mechanical and thermal properties according to Ti addition. In this study, Ti content was changed based on Al-Cu binary and Al-Cu-Mg ternary alloy. At the same time, aging heat treatment was performed to investigate how the mechanical properties and conduction characteristics (electrical conductivity and thermal conductivity) have changed. Ti was added to the Al-4wt.% Cu binary alloy and Al-4wt.% Cu-0.5wt.% Mg ternary alloy at 0, 0.2 and 0.5 wt.%. The alloys was manufactured by gravity casting. The specimens obtained from the ingot were subjected to solution treatment at 515℃ for 10 hours in an electric furnace, and then water-cooled at 80℃ for 10 minutes and isothermal aging was performed at 160℃ with varying time. The heat treated specimens were evaluated for mechanical properties using room temperature and high temperature (250 ℃ for 3 hours) tensile test and micro Vickers hardness test. Electrical conductivity and thermal conductivity were measured to determine the change of conductivity. As a result of measurement of micro Vickers hardness, no influence on the age hardening behavior was recognized by adding Ti to both binary and ternary alloys. However, as a result of the tensile test, it was confirmed that the grain size decreased with the addition of Ti at room temperature and the mechanical properties were improved. In the high temperature tensile test, grain coarsening and pipe diffusion were promoted and it was judged that the strength improvement effect was insufficient. The electrical conductivity and the thermal conductivity decreased with the addition of Ti in the case of the conduction characteristics. However, it was confirmed that the electric conductivity increased in both binary and ternary alloys by aging heat treatment.
주제어
#Al-Cu-Mg alloy Ti mechanical property age hardening heat treatment
학위논문 정보
저자
강다솜
학위수여기관
전남대학교
학위구분
국내석사
학과
신소재공학과 신소재공학
지도교수
홍성길
발행연도
2017
총페이지
73
키워드
Al-Cu-Mg alloy Ti mechanical property age hardening heat treatment
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