[논문]A357합금에서 용탕처리가 미세조직 및 기계적 특성에 미치는 영향

이정무; 이성학; 윤지현; 김경현

A357합금에서 용탕처리가 미세조직 및 기계적 특성에 미치는 영향
Effects of Melt Treatments on Microstructures and Mechanical Properties of A357 Alloy 원문보기

한국주조공학회지 = Journal of Korea Foundry Society, v.23 no.2, 2003년, pp.69 - 76

이정무 (한국기계연구원 재료기술연구부) , 이성학 (한국기계연구원 재료기술연구부) , 윤지현 (한국기계연구원 재료기술연구부) , 김경현 (한국기계연구원 재료기술연구부)

Abstract ▼ AI-Helper

The present work was undertaken to investigate the mutual effect of the individual melt treatment commonly applied in aluminum foundries such as grain refining, modification, degassing and filtration on the microstructures and the mechanical properties. A357 alloys were fabricated through various melt treatments such as degassing by gas bubbling filtration, modification via the addition of Al-Sr master alloy, grain refining through the addition of Al-Ti-B master alloy and filtration before pouring of the melt. Each melt treatment was performed at its optimum condition reported in the literatures. The effects of each melt treatment and their interactions on the microstructures and mechanical properties of A357 alloy were examined.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

dross 제거, 입자미세화제 투입, 개량처리제 투입, 탈가스 처리, 용탕의 진정, 주입시의 filter 사용 등과 같은 처리들이 용탕에 행하여지는 대표적인 처리들이다. 다양한 용탕 처리는 조직을 치밀화시키고, 내부에 함유된 수소농도나 개재물의 농도를 최소화하여 미세조직을 건전하게 만들어서 궁극적으로 기계적 특성을 향상시키는데 그 목적이 있다.
본 연구에서는 Al-Si-Mg계 합금 주조품의 제조 공정 인자 중에서 특성에 중요한 영향을 미치는 용탕 처리 방법에 대하여 검토하였다. 현장에서 적용되는 다양한 용탕처리에 대하여 개별적인 용탕처리의 상호 연관성에 대하여 검토하고, 이를 바탕으로 건전한 주조품을 얻을 수 있는 최적의 용탕처리 조건을 설정하고자 하였다.
방법에 대하여 검토하였다. 현장에서 적용되는 다양한 용탕처리에 대하여 개별적인 용탕처리의 상호 연관성에 대하여 검토하고, 이를 바탕으로 건전한 주조품을 얻을 수 있는 최적의 용탕처리 조건을 설정하고자 하였다.

제안 방법

A357합금에 대하여 다양한 용탕처리를 한 후 동일한 응고 속도로 금형 주조한 시험편을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
A357합금을 제조하기 위하여 모합금으로 A356 합금을 사용하여 75CFC에서 완전히 용해한 후, 공정 Si의 조직을 개량화하기 위하여 &을 첨가하였다. Si의 첨가량은 최적조건으로 알려진 0.
개량화하기 위하여 &을 첨가하였다. Si의 첨가량은 최적조건으로 알려진 0.015%로 하였으며, 첨가 효과를 알아보기 위해 첨가한 것과 첨가하지 않은 것 두 조건으로 제조하였다. 또한, 입자 미세화 효과를 조사하기 위하여 A1-5TL1B를 총 Ti함량이 0.
25% 되게 첨가하였다. Sr/TiB의 첨가 후 용탕을 15분 가량 유지한 후 순Mg과 Al-2.5%Be모합금을 합금조성에 맞게 용탕에 첨가하였다. 첨가원소가 완전히 용해된 후출탕직전에 탈가스 처리를 하였다.
다양한 용탕처리로 제조된 시편의 인장특성을 알아보기 위하여 T㎛리후에 인장시험을 행하였다. SAE- AMS-A-21181규격에서는 A357합금의 표준 T6 열처리 조건으로 용체화처리의 경우 527-549℃/8-20hrs, 시 重처리의 경우 149시 6(TC/10~12hr료 규정하고 있다.
다양한 용탕처리에 의해 제조된 합금의 건전성을 평가하기 위하여 수소농도와 기공도를 조사하였다. 수소 농도는 LECC사의 RH-402수소농도 분석장치를 이용하여 분석하였으며, 기공도는 아르키메데스 원리를 이용하여 시험편의 밀도를 측정한 후 이를 이론 밀도값으로 나누어 구하였다.
015%로 하였으며, 첨가 효과를 알아보기 위해 첨가한 것과 첨가하지 않은 것 두 조건으로 제조하였다. 또한, 입자 미세화 효과를 조사하기 위하여 A1-5TL1B를 총 Ti함량이 0.15%, 0.25% 되게 첨가하였다. Sr/TiB의 첨가 후 용탕을 15분 가량 유지한 후 순Mg과 Al-2.
수소 농도는 LECC사의 RH-402수소농도 분석장치를 이용하여 분석하였으며, 기공도는 아르키메데스 원리를 이용하여 시험편의 밀도를 측정한 후 이를 이론 밀도값으로 나누어 구하였다.
시효처리 시간에 따른 변화를 보기 위하여 최대 12시간 까지 시간을 변화시키며 경도 변화를 측정하였다. 측정 결과 최대경도값은 10시간 시효처리시에 얻어졌으며(Fig.
출탕시에 응고속도를 동일하게 하기 위하여출탕온도와 금형온도를 각각 740℃, 30CTC로 고정하였다. 출탕시에 filter의 효과를 보기 위하여 20ppi의 ceramic foam 句ter를 사용하였다. 제조된 A357 합금의 성분을 Table 1에 나타내었다.
3에 나타낸 것과 같은 ASTM B108-87 규격의 금형에 출탕하였다. 출탕시에 응고속도를 동일하게 하기 위하여출탕온도와 금형온도를 각각 740℃, 30CTC로 고정하였다. 출탕시에 filter의 효과를 보기 위하여 20ppi의 ceramic foam 句ter를 사용하였다.
시효처리 시간에 따른 변화를 보기 위하여 최대 12시간 까지 시간을 변화시키며 경도 변화를 측정하였다. 측정 결과 최대경도값은 10시간 시효처리시에 얻어졌으며(Fig. 9), 이 조건에서 인장시험을 수행하였다.
첨가원소가 완전히 용해된 후출탕직전에 탈가스 처리를 하였다. 탈가스 처리는 크게, 탈가스처리 생략, GBF법에 의한 Ar gas bubbling, 리고 비염소계 flux를 사용하여 탈가스와 flux 처리를 병행하는 3가지 방법을 사용하였다. 탈가스 및 flux 처리는 Fig.

성능/효과

1) 입자미세화 처리, 개량 처리, filter의 사용은 상호연관성이 없었다. 그러나 이들 처리는 수소농도와는 큰 연관성을 보였다.
2) 적절한 용탕처리로 인장강도 344MPa, 항복강도 276 MPa, 연신율 5%의 소재를 제조할 수 있었다.
따라서, 주조 공정에서 수행하는 다양한 용탕 처리 중에서 입자미세화 처리, 개량 처리, filtei의 사용은 그다지 큰 상호 연관성이 없으나 수소 농도에는 연관성이 있는 것으로 보이며, 이들 처리에 따라 수소 농도는 다소 증가하였다. 그러나, 이들 처리에 따라 기계적 특성은 개선되는데, 이는 수소 농도의 증가에 따른 특성의 감소분보다 개별적인 처리가 갖는 고유의 효과, 즉, 입자미세화 효과, 개량 처리 효과, 개재물의 감소 등이 발현되었기 때문으로 판단된다.
11은 Ti첨가량^ 따른 인장특성의 변화를 나타낸 것이다. 본 연구에서는 Ti의 함량을 규격이내인 0.15%와 규격을 벗어난 0.25% 첨가하였는데, 첨가량이 규격을 벗어나 과잉으로 첨가된 경우 인장특성은 오히려 저하되고 있음을 알 수 있다. 다량의 Ti를 첨가하는 경우 입자미세화 효과는 있지만 Ti첨가로 인해 수소농도 및 기공도가 증가하며, 주조시에 생성되는 생성상에 변화를 초래하여 인장특성이 저하되는 것으로 판단된다.
filler의 사용 유무에 따라 영향을 받았다. 수소 농도는 기본적으로 탈가스 처리 또는 탈가스+fhix 처리에 따라 감소하지만, Sr의 첨가, Ti의 첨가 또는 filter 의 사용에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. S「이나 Ti 첨가시에 수소농도가 증가하는 것은 첨가 형태가 모합금 형태로서 모합금에 내재된 수소농도의 상승 효과에 기인하는 경우가 있고, 용탕의 표면장력 감소와 개 재물 양의 증가로 공공의 핵생성이 용이함에 기인하는 것으로 판단된다[18].
탈가스 처리와 필터사용에 따라 인장강도와 연신율이 증가하는 것을 알 수 있으며 Sr첨가에 따라 연신율은 중가하지만 강도는 약간 감소하였다. 인장시험 결과는 수소농도 분석 결과와 잘 일치하는 것을 알 수 있는데, Sr첨가로 공정 조직은 개량화되지만 수소농도의 중가로 오히려 강도적인 면에서는 감소한 것으로 판단된다.
그러나 이들 처리는 수소농도와는 큰 연관성을 보였다. 탈가스 및 Flux 처리시 수소농도는 감소하며 Sr 및 Ti 첨가시에는 수소농도가 증가하였으며 필터 사용시에도 수소농도는 증가하였다.
10은 여러가지 용탕처리에 따른 인장시험의 결과를 나타낸 그림이다. 탈가스 처리와 필터사용에 따라 인장강도와 연신율이 증가하는 것을 알 수 있으며 Sr첨가에 따라 연신율은 중가하지만 강도는 약간 감소하였다. 인장시험 결과는 수소농도 분석 결과와 잘 일치하는 것을 알 수 있는데, Sr첨가로 공정 조직은 개량화되지만 수소농도의 중가로 오히려 강도적인 면에서는 감소한 것으로 판단된다.

참고문헌 (18)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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