[논문]어닐링 조건이 극저온 압연 5083 Al Alloy의 미세조직 및 기계적성질에 미치는 영향

이영범; 남원종

doi:10.5228/kspp.2004.13.5.449

어닐링 조건이 극저온 압연 5083 Al Alloy의 미세조직 및 기계적성질에 미치는 영향
Effect of Annealing Conditions on Microstructures and Mechanical Properties of a 5083 Al Alloy deformed at Cryogenic Temperature 원문보기

The annealing behavior of a 5083 Al alloy deformed at cryogenic temperature was investigated, focusing on the evolution of microstructures and mechanical properties. Especially, the effects of annealing temperature, $150~300^{\circ}C$, and time, 3∼60min., on microstructures and mechanical properties of the sheets received 85% reduction at cryogenic temperature were investigated. The optimization of the annealing conditions resulted in a mixture of equiaxed grains and elongated subgrains, exhibiting a good combination of uniform elongation and high strength.

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 5083 AI 합금을 이용하여 극저온 압연재의 어닐링 조건을 변경하여, 어닐링 시간과 온도가 미세조직 및 기계적성질에 미치는 영향을 분석하였다.

제안 방법

5083 A1 합금을 이용하여 극저온 압연재의 어닐링 조건을 변경하여, 어닐링 시간과 온도가 미세조직 및 기계적성질에 미치는 영향을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
어닐링한 시편의 미세조직은 HBF4용액에서 부식 후 편광현미경을 이용하여 관찰하였으며, 회복 및 재결정거동의 관찰은 TEM을 이용하였다. TEM 시편은 60pm 두께로 기계적 연마 후 75% CHQH + 25% HNC)3 혼합용액으로 -30℃ 온도에서 twin jet polishing하여 가속전압 200kv에서 단면 방향의 시편을 이용하여 관찰 하였다. 기계적 성질 은 인장 시험과 경도시험을 이용하였으며, 인장시 험시 초기 변형속도는 3 X l0-3/s였으며 경도는 비커스 미소경도기에서 하중 200gr을 적용하여 실시하였다.
TEM 시편은 60pm 두께로 기계적 연마 후 75% CHQH + 25% HNC)3 혼합용액으로 -30℃ 온도에서 twin jet polishing하여 가속전압 200kv에서 단면 방향의 시편을 이용하여 관찰 하였다. 기계적 성질 은 인장 시험과 경도시험을 이용하였으며, 인장시 험시 초기 변형속도는 3 X l0-3/s였으며 경도는 비커스 미소경도기에서 하중 200gr을 적용하여 실시하였다.
극저 온 압연 시편은 매회 압연 전 액화 질소 온도(- 196℃)에서 15분 동안 침적 후 압연하였다. 또한 어닐링 온도에 따른 회복과 재결정 거동을 관 찰하기 위하여 85% 압연된 시편을 15O℃~3OO℃ 에서 1시간 동안 어닐링 처리하였다. 어닐링 시간의 효과를 조사하기 위하여, 어닐링 온도 250℃에서 유지시간을 3분~60분으로 변경하여 미세조직 과 기계적성질 변화를 관찰하였다.
또한 어닐링 온도에 따른 회복과 재결정 거동을 관 찰하기 위하여 85% 압연된 시편을 15O℃~3OO℃ 에서 1시간 동안 어닐링 처리하였다. 어닐링 시간의 효과를 조사하기 위하여, 어닐링 온도 250℃에서 유지시간을 3분~60분으로 변경하여 미세조직 과 기계적성질 변화를 관찰하였다.
어닐링한 시편의 미세조직은 HBF4용액에서 부식 후 편광현미경을 이용하여 관찰하였으며, 회복 및 재결정거동의 관찰은 TEM을 이용하였다. TEM 시편은 60pm 두께로 기계적 연마 후 75% CHQH + 25% HNC)3 혼합용액으로 -30℃ 온도에서 twin jet polishing하여 가속전압 200kv에서 단면 방향의 시편을 이용하여 관찰 하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 소재는 두께 10mm의 5083 A1 합금 판재를 사용 하였으며, 내부 응력을 제거 하기 위하여 540℃에서 2시간 열처리 후 수냉하였다.

성능/효과

300℃ 이상의 어닐링온도에서는 결정립의 성장에도 불구하고 경도값의 변화가 작게 관찰되어, 경도값이 결정립 크기보다는 재결정 입자의 분율에 영향을 받는다는 것을 확인하였다.
따라서 경도값은 결정립의 크기보다는 미세조직에 있어서 재결정립의 분율에 크게 영향을 받음을 알 수 있었다.
한편 어닐링온도 300℃에서는 어닐링시간 증가에 따른 경도 변화가 극히 작으므로 300℃에서 재결정이 완료되었음을 알 수 있다. 또한 300~400℃의 어닐링온도 구간에서 경도 변화가 거의 없이 78Hv 수준을 유지하는 현상이 관찰되었는데, 이는 400℃로 어닐링온 도가 증가하여 결정립의 성장이 이루어졌음에도 불구하고 경도값의 변화가 거의 없음을 의미한다.
250℃에서 어닐링한 경우 미세조직은 200nm 정도의 미세한 등축정 결정립과 재결정 입자가 성장한 조대한 결정립 및 연신된 형태의 아결정립 이 공존하였다. 어닐링 시간이 증가함에 따라 1H m 이상의 조대한 결정립의 분율이 증가하며 아결 정립은 감소하는 경향을 보였다.
1(d)에서와 같이 100nm 크기의 미세한 등축정 결정립 들이 관찰되었으며 또한 아직 재결정이 발생하지 않아 잔존하는 연신된 아결정립이 A로 표기된 부분의 대부분을 차지함이 관찰되었다. 어닐링온도가 300℃에 도달함에 따라, 모든 영역에서 재결정이 완료되어 평균 결정립 크기 20μm의 등축정 결정 립으로 구성된 미세조직을 얻을 수 있었다.
이는 경도값의 변화가 미세조직 변화에 있어서 회복과정 보다 재결정 거동에 크게 영향을 받음을 나타낸다. 즉 200℃에서 등축정 재결정립이 관찰되기 시작하는 온도에서 어닐링시간의 증가에 따라 아결정 립의 성장과 재결정립 분율의 증가로 약간 경도가 감소하는 경향을 보였으나, 재결정 및 결정립의 성장이 활발히 진행되는 250℃에서는 어닐링시간이 증가함에 따라 급격한 경도의 감소가 관찰되었다. 한편 어닐링온도 300℃에서는 어닐링시간 증가에 따른 경도 변화가 극히 작으므로 300℃에서 재결정이 완료되었음을 알 수 있다.
2에서의 기계적 성질 변화로서 표현된다. 초기 극저온에서 85% 압연한 시 편을 150℃에서 어닐링 처리하면 초기 521.4MPa 수준의 높은 인장 강도로부터 471 MPa 수준으로 약간 저하하는 현상이 관찰된 반면 균일 연신율 (u-niform elongation)은 3%로부터 8% 수준으로 비교적 커다란 증가를 보였다. 이는 150℃에서 어닐링 처리시 회복과정 중 전위구조가 아결정립으로 변화하는 과정에서 크기의 변화가 작아 전위 이동이 가능한 길이(mean He path)가 크게 변화하지 않아 재료의 인장강도의 변화가 작게 나타난 것으로 사료된다.

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