자동차, 항공기 등을 포함하는 수송기기 산업에서는, 국제적으로 강화되는 환경 규제로 인하여 이산화탄소 배출 감소 및 연비향상을 위한 노력이 계속되고 있다. 최근 전기자동차에 대한 개발 및 수요가 증가하는 추세이고, 이에 따라 무거운 배터리로 인한 차량 경량화의 필요성이 커지고 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 자동차 업계는 연비 향상과 차체의 경량화를 위해 노력하고 있으며, 차체의 경량화의 일환으로 기존의 부품을 경량 소재로 대체하려는 시도를 하고 있다. 대표적인 경량 소재로는 알루미늄, ...
자동차, 항공기 등을 포함하는 수송기기 산업에서는, 국제적으로 강화되는 환경 규제로 인하여 이산화탄소 배출 감소 및 연비향상을 위한 노력이 계속되고 있다. 최근 전기자동차에 대한 개발 및 수요가 증가하는 추세이고, 이에 따라 무거운 배터리로 인한 차량 경량화의 필요성이 커지고 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 자동차 업계는 연비 향상과 차체의 경량화를 위해 노력하고 있으며, 차체의 경량화의 일환으로 기존의 부품을 경량 소재로 대체하려는 시도를 하고 있다. 대표적인 경량 소재로는 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 탄소강화복합재가 있는데, 그 중 알루미늄은 경량화 효율이 우수하고 자원이 풍부하며 대량생산 기술이 안정화되어 있어 최근까지 자동차 경량화를 위한 소재로 다양한 부품에 적용되어 왔다. 그동안 알루미늄은 자동차 부품 중, 엔진, 내·외부 스킨 등의 큰 강도를 요구하지 않은 부분을 중심으로 사용되어 왔다. 하지만 최근 들어 기존에 항공용 소재로 사용되던 7xxx계열 Al-Zn-Mg-Cu 합금을 자동차용 소재로 적용하는 사례가 발표되고 있다. Al-Zn-Mg-Cu 합금은 시효 열처리를 통해 특성이 제어되며 알루미늄 합금 중 강도가 가장 우수하다고 알려져 있다. 따라서 Al-Zn-Mg-Cu 합금은 고강도가 요구되어 알루미늄 합금으로 대체할 수 없었던 부품까지도 대체하여 더 높은 경량화를 이룰 수 있게 할 것이다. 지금까지 Al-Zn-Mg-Cu 합금은 주로 항공용 소재로 사용되어 왔다. 따라서 항공용 소재로써 요구되는 특성을 만족시키는 조직 및 기계적 특성을 갖도록 연구되어 왔다. 하지만 자동차용 소재로 사용하기 위해 필요한 특성들은 항공용 소재로 사용하기 위해 필요한 특성과는 다르기 때문에, 다른 차원의 연구가 필요하다. 예를 들어 항공용 소재의 경우, 피로특성, 파괴인성 및 응력부식균열 특성이 중요하게 고려되어 이들 특성의 향상을 위한 합금 및 공정제어 기술이 연구되어 왔다. 반면, 자동차 차제부품의 경우 성형성, 덴트 저항성, 용접성, 베이크 경화능 등의 항공부품과는 다른 특성의 조합을 요구한다. 따라서 합금의 적용 목적에 따라, 요구되는 특성의 조합을 구현할 수 있는 미세조직의 이해와 제어에 대한 연구가 필요하다. 본 논문은 이러한 관점에서 접근하여, 자동차용 소재로 적합한 Al-Zn-Mg-Cu 합금을 개발하기 위해 연구하였다. 이를 위해 대표적인 7xxx 합금인 7075 합금의 조성을 기반으로 미량 합금 원소(Cr, Zr, Ca)의 성분을 조절하여 합금들을 설계하였다. 또한 실험실 기반의 압연 공정 실험과 양산화 실험의 압출 공정 실험을 병행하여, 미량 합금 원소가 공정 변수에 따라 합금의 조직 및 기계적인 특성에 어떻게 영향을 미치는지 분석해 보았다. 결과적으로 미량 합금 원소는 재결정 제어에 영향을 주어 합금 간 조직의 차이를 만들었고, 시효 반응성에도 영향을 주어 합금마다 같은 시효 조건에서도 다른 시효 거동이 나타남을 확인하였다.
자동차, 항공기 등을 포함하는 수송기기 산업에서는, 국제적으로 강화되는 환경 규제로 인하여 이산화탄소 배출 감소 및 연비향상을 위한 노력이 계속되고 있다. 최근 전기자동차에 대한 개발 및 수요가 증가하는 추세이고, 이에 따라 무거운 배터리로 인한 차량 경량화의 필요성이 커지고 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 자동차 업계는 연비 향상과 차체의 경량화를 위해 노력하고 있으며, 차체의 경량화의 일환으로 기존의 부품을 경량 소재로 대체하려는 시도를 하고 있다. 대표적인 경량 소재로는 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 탄소강화복합재가 있는데, 그 중 알루미늄은 경량화 효율이 우수하고 자원이 풍부하며 대량생산 기술이 안정화되어 있어 최근까지 자동차 경량화를 위한 소재로 다양한 부품에 적용되어 왔다. 그동안 알루미늄은 자동차 부품 중, 엔진, 내·외부 스킨 등의 큰 강도를 요구하지 않은 부분을 중심으로 사용되어 왔다. 하지만 최근 들어 기존에 항공용 소재로 사용되던 7xxx계열 Al-Zn-Mg-Cu 합금을 자동차용 소재로 적용하는 사례가 발표되고 있다. Al-Zn-Mg-Cu 합금은 시효 열처리를 통해 특성이 제어되며 알루미늄 합금 중 강도가 가장 우수하다고 알려져 있다. 따라서 Al-Zn-Mg-Cu 합금은 고강도가 요구되어 알루미늄 합금으로 대체할 수 없었던 부품까지도 대체하여 더 높은 경량화를 이룰 수 있게 할 것이다. 지금까지 Al-Zn-Mg-Cu 합금은 주로 항공용 소재로 사용되어 왔다. 따라서 항공용 소재로써 요구되는 특성을 만족시키는 조직 및 기계적 특성을 갖도록 연구되어 왔다. 하지만 자동차용 소재로 사용하기 위해 필요한 특성들은 항공용 소재로 사용하기 위해 필요한 특성과는 다르기 때문에, 다른 차원의 연구가 필요하다. 예를 들어 항공용 소재의 경우, 피로특성, 파괴인성 및 응력부식균열 특성이 중요하게 고려되어 이들 특성의 향상을 위한 합금 및 공정제어 기술이 연구되어 왔다. 반면, 자동차 차제부품의 경우 성형성, 덴트 저항성, 용접성, 베이크 경화능 등의 항공부품과는 다른 특성의 조합을 요구한다. 따라서 합금의 적용 목적에 따라, 요구되는 특성의 조합을 구현할 수 있는 미세조직의 이해와 제어에 대한 연구가 필요하다. 본 논문은 이러한 관점에서 접근하여, 자동차용 소재로 적합한 Al-Zn-Mg-Cu 합금을 개발하기 위해 연구하였다. 이를 위해 대표적인 7xxx 합금인 7075 합금의 조성을 기반으로 미량 합금 원소(Cr, Zr, Ca)의 성분을 조절하여 합금들을 설계하였다. 또한 실험실 기반의 압연 공정 실험과 양산화 실험의 압출 공정 실험을 병행하여, 미량 합금 원소가 공정 변수에 따라 합금의 조직 및 기계적인 특성에 어떻게 영향을 미치는지 분석해 보았다. 결과적으로 미량 합금 원소는 재결정 제어에 영향을 주어 합금 간 조직의 차이를 만들었고, 시효 반응성에도 영향을 주어 합금마다 같은 시효 조건에서도 다른 시효 거동이 나타남을 확인하였다.
In the transportation industry, including automobiles and aircraft, efforts are underway to reduce carbon dioxide emissions and improve fuel efficiency due to internationally strengthened environmental regulations. Also, in recent years, development and demand for an electric vehicle have been incre...
In the transportation industry, including automobiles and aircraft, efforts are underway to reduce carbon dioxide emissions and improve fuel efficiency due to internationally strengthened environmental regulations. Also, in recent years, development and demand for an electric vehicle have been increasing. But, lightening weight of vehicle is required due to the heavy battery. To solve these problems, the automobile industry is making efforts to improve fuel efficiency and lighten the body, and as one of these efforts, it is attempted to replace the existing parts with lightweight materials. Aluminum has been used mainly in parts of automobile parts that do not require high strength such as engine, inner and outer skins. However, recently, a 7xxx series Al-Zn-Mg-Cu alloy, which was previously used as an aircraft material, is being applied as an automotive material. Al-Zn-Mg-Cu alloys are strengthened by aging heat treatment and have the highest strength among aluminum alloys. Therefore, Al-Zn-Mg-Cu alloys can replace parts that can not be replaced with aluminum alloys because of required high strength and make it possible to achieve higher weight. Until now, Al-Zn-Mg-Cu alloys have been mainly used as aircraft materials. Therefore, it has been studied to have microstructure and mechanical properties satisfying the characteristics required for aircraft materials. However, the characteristics required for use as an automobile material are different from those required for use as an aircraft material. For example, fatigue, fracture toughness, and stress corrosion cracking characteristics are considered important for aircraft materials, and therefore, alloy design and process control technology for improving these characteristics have been studied. On the other hand, automobile parts require a combination of properties which are different from those of aircraft parts such as formability, dent resistance, weldability, and baking hardenability. Therefore, the research is needed to understand and control the microstructure for required properties according to the purpose of the alloy application. This paper has been studied to develop Al-Zn-Mg-Cu alloys suitable for automobile materials from this point of view. For this, alloys are designed by controlling the composition of minor alloying elements (Cr, Zr, Ca) based on the composition of 7075 alloy, which is a typical 7xxx alloy. In addition, the effects of minor alloying elements on the microstructure and mechanical properties of alloys were investigated according to the process parameters, in combination with laboratory based rolling process experiments and extrusion process experiments of mass production experiments. As a result, the minor alloying elements influenced the recrystallization control and made a difference in the grain structures. Also they affected the aging response, and it was confirmed that each alloy has different aging behaviors under the same aging condition.
In the transportation industry, including automobiles and aircraft, efforts are underway to reduce carbon dioxide emissions and improve fuel efficiency due to internationally strengthened environmental regulations. Also, in recent years, development and demand for an electric vehicle have been increasing. But, lightening weight of vehicle is required due to the heavy battery. To solve these problems, the automobile industry is making efforts to improve fuel efficiency and lighten the body, and as one of these efforts, it is attempted to replace the existing parts with lightweight materials. Aluminum has been used mainly in parts of automobile parts that do not require high strength such as engine, inner and outer skins. However, recently, a 7xxx series Al-Zn-Mg-Cu alloy, which was previously used as an aircraft material, is being applied as an automotive material. Al-Zn-Mg-Cu alloys are strengthened by aging heat treatment and have the highest strength among aluminum alloys. Therefore, Al-Zn-Mg-Cu alloys can replace parts that can not be replaced with aluminum alloys because of required high strength and make it possible to achieve higher weight. Until now, Al-Zn-Mg-Cu alloys have been mainly used as aircraft materials. Therefore, it has been studied to have microstructure and mechanical properties satisfying the characteristics required for aircraft materials. However, the characteristics required for use as an automobile material are different from those required for use as an aircraft material. For example, fatigue, fracture toughness, and stress corrosion cracking characteristics are considered important for aircraft materials, and therefore, alloy design and process control technology for improving these characteristics have been studied. On the other hand, automobile parts require a combination of properties which are different from those of aircraft parts such as formability, dent resistance, weldability, and baking hardenability. Therefore, the research is needed to understand and control the microstructure for required properties according to the purpose of the alloy application. This paper has been studied to develop Al-Zn-Mg-Cu alloys suitable for automobile materials from this point of view. For this, alloys are designed by controlling the composition of minor alloying elements (Cr, Zr, Ca) based on the composition of 7075 alloy, which is a typical 7xxx alloy. In addition, the effects of minor alloying elements on the microstructure and mechanical properties of alloys were investigated according to the process parameters, in combination with laboratory based rolling process experiments and extrusion process experiments of mass production experiments. As a result, the minor alloying elements influenced the recrystallization control and made a difference in the grain structures. Also they affected the aging response, and it was confirmed that each alloy has different aging behaviors under the same aging condition.
주제어
#Al-Zn-Mg-Cu 합금 압연 압출 미세조직 기계적 특성
학위논문 정보
저자
Yang, Seungyoon
학위수여기관
Sungkyunkwan university
학위구분
국내석사
학과
Department of Advanced Materials Science and Engineering
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