A356 알루미늄 합금은 주조용 합금으로, 고온에서 치수 변화량이 적으며 유동성 및 내마모성이 우수하기 때문에 자동차 실린더 블록이나 피스톤 헤드에 주로 사용된다. 하지만, A356 합금 내부의 조대한 침상형의 공정 Si이 존재하는데. 이러한 공정 Si의 존재는 추후 제품의 파괴 개시점으로 작용한다. 따라서 많은 학자들은 이러한 공정 Si의 개량화를 위한 다양한 연구를 진행해왔다. 공정 Si의 개량화 원소는 매우 다양하게 존재하는데, ...
A356 알루미늄 합금은 주조용 합금으로, 고온에서 치수 변화량이 적으며 유동성 및 내마모성이 우수하기 때문에 자동차 실린더 블록이나 피스톤 헤드에 주로 사용된다. 하지만, A356 합금 내부의 조대한 침상형의 공정 Si이 존재하는데. 이러한 공정 Si의 존재는 추후 제품의 파괴 개시점으로 작용한다. 따라서 많은 학자들은 이러한 공정 Si의 개량화를 위한 다양한 연구를 진행해왔다. 공정 Si의 개량화 원소는 매우 다양하게 존재하는데, 본 논문에서는 특히 Ca의 영향에 집중해보았다. Ca 원소의 공정 Si 개량화 효과 또한 이미 많은 연구가 진행되어 왔는데, Ca 첨가량에 따른 기계적 특성의 변화는 아직까지 인장 특성에만 한정되어 있다. 따라서 본 논문에서는 Ca 첨가량에 따른 공정 Si의 형상 변화를 미세조직적인 특성뿐 아니라 CTE값을 통해 변화하는 고온 치수 변화성을 확인해보았고, A356 합금의 사용 용도를 고려하여 유동성과 마모시험 또한 진행하였다. 이 때, 첨가한 Ca의 양은 각각 100, 300, 500, 700 ppm을 첨가하였다. 또한, 마모시험의 경우 제작한 마모 시편에 T6 열처리를 실시한 후 좌우 왕복 마모시험을 이용하여 질량 감소율을 도출해냄으로써 Ca 첨가량에 따른 마모 특성을 비교해보았다. 그 결과, Ca 첨가량이 각각 100ppm 이상일 때 미세조직이 전체적으로 미세해졌으며, 구상의 조직을 형성하는 것을 확인하였으며, 공정 Si 또한 개량되기 시작하였다. 하지만 Ca을 100ppm 첨가했을 때, 아직까지 공정 Si의 개량 정도는 미미한 것을 확인하였으며, Ca을 300ppm 첨가했을 때, 공정 Si이 완전 개량된 것을 확인할 수 있었다. 또한, Ca을 500ppm 이상 첨가할 경우, 내부의 Al, Si이 Ca과 반응함으로써 침상형인 CaAl2Si2 화합물을 형성하기 시작했으며, 최종적으로 Ca을 700ppm 첨가했을 때 내부 조직이 전체적으로 침상형을 형성하는 것을 확인하였다. 유동성의 경우 Ca 첨가량이 증가함에 따라 우수해졌으며, CTE값의 경우 공정 Si 개량화 및 조직 미세화가 가장 우수했던, Ca을 300ppm 첨가했을 때 그 값이 가장 작게 나타났다. 마지막으로 마모시험의 경우 기존 A356 합금과 Ca을 700ppm 첨가한 합금의 경우 질량감소율이 가장 낮은 값을 나타냈다.
A356 알루미늄 합금은 주조용 합금으로, 고온에서 치수 변화량이 적으며 유동성 및 내마모성이 우수하기 때문에 자동차 실린더 블록이나 피스톤 헤드에 주로 사용된다. 하지만, A356 합금 내부의 조대한 침상형의 공정 Si이 존재하는데. 이러한 공정 Si의 존재는 추후 제품의 파괴 개시점으로 작용한다. 따라서 많은 학자들은 이러한 공정 Si의 개량화를 위한 다양한 연구를 진행해왔다. 공정 Si의 개량화 원소는 매우 다양하게 존재하는데, 본 논문에서는 특히 Ca의 영향에 집중해보았다. Ca 원소의 공정 Si 개량화 효과 또한 이미 많은 연구가 진행되어 왔는데, Ca 첨가량에 따른 기계적 특성의 변화는 아직까지 인장 특성에만 한정되어 있다. 따라서 본 논문에서는 Ca 첨가량에 따른 공정 Si의 형상 변화를 미세조직적인 특성뿐 아니라 CTE값을 통해 변화하는 고온 치수 변화성을 확인해보았고, A356 합금의 사용 용도를 고려하여 유동성과 마모시험 또한 진행하였다. 이 때, 첨가한 Ca의 양은 각각 100, 300, 500, 700 ppm을 첨가하였다. 또한, 마모시험의 경우 제작한 마모 시편에 T6 열처리를 실시한 후 좌우 왕복 마모시험을 이용하여 질량 감소율을 도출해냄으로써 Ca 첨가량에 따른 마모 특성을 비교해보았다. 그 결과, Ca 첨가량이 각각 100ppm 이상일 때 미세조직이 전체적으로 미세해졌으며, 구상의 조직을 형성하는 것을 확인하였으며, 공정 Si 또한 개량되기 시작하였다. 하지만 Ca을 100ppm 첨가했을 때, 아직까지 공정 Si의 개량 정도는 미미한 것을 확인하였으며, Ca을 300ppm 첨가했을 때, 공정 Si이 완전 개량된 것을 확인할 수 있었다. 또한, Ca을 500ppm 이상 첨가할 경우, 내부의 Al, Si이 Ca과 반응함으로써 침상형인 CaAl2Si2 화합물을 형성하기 시작했으며, 최종적으로 Ca을 700ppm 첨가했을 때 내부 조직이 전체적으로 침상형을 형성하는 것을 확인하였다. 유동성의 경우 Ca 첨가량이 증가함에 따라 우수해졌으며, CTE값의 경우 공정 Si 개량화 및 조직 미세화가 가장 우수했던, Ca을 300ppm 첨가했을 때 그 값이 가장 작게 나타났다. 마지막으로 마모시험의 경우 기존 A356 합금과 Ca을 700ppm 첨가한 합금의 경우 질량감소율이 가장 낮은 값을 나타냈다.
A356 aluminum alloy is the cast alloy, which is mainly used in automobile cylinder blocks or piston head because of its low dimensional change at high temperatures and good wearability. However, in the A356 alloy, eutectic Si exists in acicular shape on microstructure. So it acts as a crack init...
A356 aluminum alloy is the cast alloy, which is mainly used in automobile cylinder blocks or piston head because of its low dimensional change at high temperatures and good wearability. However, in the A356 alloy, eutectic Si exists in acicular shape on microstructure. So it acts as a crack initiation site, causing breakage. Therefore, many researchers have been studying to modify the eutetic Si and are still in progress. Many element exists to modify the eutetic Si. Especially in this paper we studied about the effect of Ca. Studies to modify the Si using Ca have also been researched a lot, but experiments on mechanical properties are still limited to tensile test. Therefore, in this paper, we studied not only the microstructural behavior of eutetic Si according to the amount of added Ca but also the high temperature properties of A356 alloy due to the addition of Ca through the Thermo-mechanical analyzer (TMA) and wear test. The amount of Ca addition was 100, 300, 500 and 700ppm and the fluidity test was performed using the spiral mold. We also studied the behavior of eutetic Si and microstructure depending on the presence of T6 heat treatment. And analyzed by using OM, SEM and EDS how Ca affected to the microstructure and eutetic Si. To examine dimensional variability at high temperature, TMA analysis was conducted and wear characteristics were analyzed by conducting the wear test after the T6 heat treatment. As a result, when the amount of Ca 100ppm and 300ppm, the microstructure was fine and globular shape and the eutetic Si also refined, which tended to refine the whole microstructure. But when we added the amount of Ca 100ppm, the eutetic Si was under-modification. And when the amount of Ca 300 ppm, the eutetic Si was perfectly changed to fine fiber. However, when the amount of Ca 500ppm, the Ca in the microstructure was affected with Al, Si. So it formed, CaAl2Si2, re-acicular structure. And finally, the amount of Ca 700ppm, the microstructure was changed acicular again. The fluidity increased gradually as the additive of Ca increased, and the Coefficient of thermal expansion changed greatly from when the additive of Ca was more than 500ppm. It seems relative about microstructure. For wear test results, conventional A356 alloys and alloys with 700ppm of Ca had the lowest mass reduction rate.
A356 aluminum alloy is the cast alloy, which is mainly used in automobile cylinder blocks or piston head because of its low dimensional change at high temperatures and good wearability. However, in the A356 alloy, eutectic Si exists in acicular shape on microstructure. So it acts as a crack initiation site, causing breakage. Therefore, many researchers have been studying to modify the eutetic Si and are still in progress. Many element exists to modify the eutetic Si. Especially in this paper we studied about the effect of Ca. Studies to modify the Si using Ca have also been researched a lot, but experiments on mechanical properties are still limited to tensile test. Therefore, in this paper, we studied not only the microstructural behavior of eutetic Si according to the amount of added Ca but also the high temperature properties of A356 alloy due to the addition of Ca through the Thermo-mechanical analyzer (TMA) and wear test. The amount of Ca addition was 100, 300, 500 and 700ppm and the fluidity test was performed using the spiral mold. We also studied the behavior of eutetic Si and microstructure depending on the presence of T6 heat treatment. And analyzed by using OM, SEM and EDS how Ca affected to the microstructure and eutetic Si. To examine dimensional variability at high temperature, TMA analysis was conducted and wear characteristics were analyzed by conducting the wear test after the T6 heat treatment. As a result, when the amount of Ca 100ppm and 300ppm, the microstructure was fine and globular shape and the eutetic Si also refined, which tended to refine the whole microstructure. But when we added the amount of Ca 100ppm, the eutetic Si was under-modification. And when the amount of Ca 300 ppm, the eutetic Si was perfectly changed to fine fiber. However, when the amount of Ca 500ppm, the Ca in the microstructure was affected with Al, Si. So it formed, CaAl2Si2, re-acicular structure. And finally, the amount of Ca 700ppm, the microstructure was changed acicular again. The fluidity increased gradually as the additive of Ca increased, and the Coefficient of thermal expansion changed greatly from when the additive of Ca was more than 500ppm. It seems relative about microstructure. For wear test results, conventional A356 alloys and alloys with 700ppm of Ca had the lowest mass reduction rate.
주제어
#aluminum wear characteristics Eutectic Si behavior Ca element A356
학위논문 정보
저자
백아름
학위수여기관
경상대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
나노신소재공학부 금속재료공학전공
지도교수
임수근
발행연도
2020
총페이지
iv, 46 p.
키워드
aluminum wear characteristics Eutectic Si behavior Ca element A356
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.