[논문]열처리에 따른 다공성 알루미늄 합금 재료의 미세구조와 기계적 성질 변화

류관무; 권영재; 김준규; 조원승; 조남희; 황진명; 유연철

doi:10.5228/kspp.2003.12.6.588

열처리에 따른 다공성 알루미늄 합금 재료의 미세구조와 기계적 성질 변화
Evolution of Microstructure and Mechanical Properties of Porous Al Alloy Under Various Heat Treatment 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.12 no.6, 2003년, pp.588 - 596

류관무 (인하대학교 신소재공학부) , 권영재 (인하대학교 소재연구소) , 김준규 (인하대학교 소재연구소) , 조원승 (인하대학교 신소재공학부) , 조남희 (인하대학교 신소재공학부) , 황진명 (인하대학교 신소재공학부) , 유연철 (인하대학교 신소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The relationships between evolution of microstructure and mechanical properties of porous Al-3Si-2Mg-2Cu alloy after the foaming and various heat treating were investigated. The foamed alloy having various densities were manufactured by powder compact foaming and heat treated. Then compression test was performed with deformation rate of 0.5/s. The ultimate compression strength was not changed after solution heat treatment but the flow curve after ultimate strength showed very smooth and uniform plateau region. This change of flow curve means that the deformation mechanism is altered from brittle fracture to ductile deformation and the energy absorption property of Al foam is dramatically improved. The improvement of energy absorption without any detriment of mechanical properties is due to that the very brittle precipitation like Al-Cu and Al-Mg was uniformly dissolved in Al matrix after solution heat treatment. And various mechanical properties of Al alloy porous material were improved by 40% with aging of $200^{\circ}C$ and 50min. These improvements are ascribe to the various fine precipitates like $\Omega$ and $\theta$'.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러므로 본 논문에서는 Al-3Si-2Mg-2Cu 분말에 TiH?를 첨가하여 소결성형하고 고온에서 발포시킨 A1 합금 다공성 재료를 용체화 및 시효 등의 열처리를 거친후 압축변형을 가하였다. 이어서 이런 열처리가합금 다공성 재료의 기계적 특성에 미치는 영향을 조사하였다.

제안 방법

측정하였다. 그리 고 광학현미 경 과 후방산란 주사전자현미 경을 이용하여 시편 단면의 미세구조를 관찰하고, EDX (energy dispersive X-ray)로 특정 부분의 구성 원소 분포를 결정하였다. 한편 시효 열처리 후의 미세한 석출상들은 투과전자현미경으로 관찰하였다.
2(a)의 광학현미경 사진을 보면 60-80 ㎛ 크기의 결정립 내부에 1~2㎛의 미세한 석출상들이 존재하며, 입계에도 다른 석출상들이 관찰되지만 광학현미경만으로는 구분이 분명하지가 않다. 따라서 입계의 상구분을 명확히 하기위해 주사전자현미경의 후방산란 이미지 관찰을 병행하였다. 이 조직사진을 보면 입계에 존재하는 석출 상들을 분명히 확인할 수 있으며(Fig.
구체적으로 보고된 바가 없다. 그러므로 본 논문에서는 Al-3Si-2Mg-2Cu 분말에 TiH?를 첨가하여 소결성형하고 고온에서 발포시킨 A1 합금 다공성 재료를 용체화 및 시효 등의 열처리를 거친후 압축변형을 가하였다. 이어서 이런 열처리가합금 다공성 재료의 기계적 특성에 미치는 영향을 조사하였다.
분말소결발포 방법으로 제조한 Al-3Si-2Mg-2Cu 계 다공성 재료를 성형한 후 용체화처리와 시효처리를 한 결과는 다음과 같다.
시편들에 대한 물성분석으로는 먼저 AES(atomic emission spectroscopy)를 이용하여 합금분말의 화학적 조성을 조사하였으며, 이어서 마이크로비커스 경도계로 시편 표면의 경도를 측정하였다. 그리 고 광학현미 경 과 후방산란 주사전자현미 경을 이용하여 시편 단면의 미세구조를 관찰하고, EDX (energy dispersive X-ray)로 특정 부분의 구성 원소 분포를 결정하였다.
이어서 압축시험을 이용하여 A1 다공성 재료의기계적 변형거동을 조사하였다. Fig.
발포재를 성형한 후 500℃에서 4시간 동안 용체화 처리를 하고 이어서 200℃에서 최대 90분까지시효열처리를 해주었다. 이와 같이 준비된 시편들에 대해 상온에서 0.5/s의 변형속도로 압축변형을 가하였다.
그리 고 광학현미 경 과 후방산란 주사전자현미 경을 이용하여 시편 단면의 미세구조를 관찰하고, EDX (energy dispersive X-ray)로 특정 부분의 구성 원소 분포를 결정하였다. 한편 시효 열처리 후의 미세한 석출상들은 투과전자현미경으로 관찰하였다. Fig.

대상 데이터

A1 다공성 재료를 소결성형하기 위한 분말은융점이 낮고 점도가 좋아 발포성 및 성형성이 우수한 주조용 Al-3Si-2Mg-2Cu 합금으로 원심 분무기를 이용하여 준비하였다. 이렇게 제조한 직경 1, 000㎛ 이하의 A1 합금 분말에 발포제로써 45㎛ 의 TiH₂를 혼합한 후 냉간압분을 거쳐 420℃ 에서압출하여 1차 성형체를 만들었다.

성능/효과

(1) 발포 직후의 다공성 재료는 상당히 큰 취성을 보인 반면, 용체화 열처리한 경우에는 취성이 크게 감소하였다. 즉 유동곡선 상의 최대압축강도는 변하지 않았으나 급격한 피크응력이 사라지고 균일하고 매끈한 정상상태 구간을 보였다.
있다.(7) 이 재료의 가장 중요한 특징은 가벼운 무게에도 불구하고 높은 강도를 얻을 수 있고 진동이나 소음 등을 용이하게 흡수할 수 있다는 점이다. 다공성 재료의 이러한 특성은 셀 (cellular) 구조라 불리는 많은 기공을 함유한 특유의 미세구조에 기인하는 것이다.
이러한 압축 유동곡선은 취성이 큰 발포성재료의 전형적인 모습이다.(⑻ 특히 최대압축강도부근에서 유동곡선이 상당히 날카로운 피크를 보이고, 이후 최종적으로 조밀화가 일어날 때까지중간의 정상상태 구간(plateau region)에서 유동곡선이 심한 요동을 나타내는 등의 특징적인 모습은 본 연구에서 사용한 발포성 재료의 취성이상당히 크다는 것을 의미한다. 이렇게 심한 요동을 보이는 정상상태 구간은 예측가능한 균일 변형을 제공해 주지 못하기 때문에 실용적 면에서 제한이 많다.
6에 보였다. 이 유동곡선들을 보면 50분간 시효처리 해 준 경우 발포직후와 비교하였을 때 압축강도가 최대 40%까지 상승하였음을볼 수 있으며, 표면경도 역시 이 조건에서 가장높은 값을 보였다.(Fig.
크게 감소하였다. 즉 유동곡선 상의 최대압축강도는 변하지 않았으나 급격한 피크응력이 사라지고 균일하고 매끈한 정상상태 구간을 보였다. 이것은 변형기구가 취성파괴에서 연성변형으로바뀌어 재료의 에너지 흡수 능력이 크게 향상된것을 의미하는 것이다.

후속연구

실제로 본 연구에서 사용한 Al-Si-Cu-Mg의 4원계 합금은 각 열처리 온도와시간에 따라 대단히 다양한 석출상들이 나타나고있고 이에 따라 압축강도와 미세 경도 등의 기계적 성질 역시 매우 큰 변화를 보인다. 그러므로 A1 합금 다공성 재료의 발포공정과 그 후속 열처리에 의한 기계적 성질 변화는 실제 응용에 있어서 아주 유용한 수단을 제공해 주고 있으며 더욱많은 후속 연구를 필요로 하고 있다고 생각된다.

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