[논문]AZ31 마그네슘 합금판재의 소성변형특성

박진기; 유봉선; 김영석

doi:10.5228/kspp.2005.14.6.520

[국내논문] AZ31 마그네슘 합금판재의 소성변형특성
Plastic Deformation Characteristic of AZ31 Magnesium Alloy Sheet 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.14 no.6 = no.78, 2005년, pp.520 - 526

박진기 (경북대학교 기계공학부) , (일본 도쿄농업공업대학 기계공학부) , 유봉선 (한국기계연구원 재료연구부 경량재료그룹) , 김영석 (경북대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In recent years, there has been a growth of the manufacture and application of magnesium products because of its small specific gravity as well as its relatively high strength. However, there are so many studies to assure good formability because magnesium sheet alloy is difficult to form. In this study, uniaxial tensile and biaxial tensile tests of AZ31 magnesium sheet alloy with thickness of 1.2mm were performed at room temperature. Uniaxial tensile tests were performed until $7{\%}$ of engineering strain. Lankford values and stress-strain curve were obtained. Biaxial tensile tests with cruciform specimen were performed until the breakdown of the specimen occurs. The yield loci were calculated by application of plastic work theory. The results are compared with the theoretical predictions based on the Hill and Logan-Hosford model. In this study, Hill's 1979 yield function for the case of m=2.8 and Logan-Hosford yield function for the case of M=8 give good agreements with experimental results. However, next study will be performed at warm-temperature because the specimens are broken under the $0.5{\%}$ of equivalent strain at biaxial tensile test.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 노트북 컴퓨터의 케이스 등에 널리 활용되고 있는 마그네슘 판재 AZ31B 를 대상으로 2축 인장시험기를 이용하여 단축 인장과 2축 인장실험을 수행하였다. 이를 통해 이방성 계수(R) 값과 가공경화지수(n)값과 같은 기본 물성을 구하였으며, 등가 소성일의 원리를 적용하여 AZ31 마그네슘합금판재의 항복곡면을 도출하여 마그네슘 합금판재의 성형공정에 대한 CAE 해석에 필요한 기초 데이터를 확보하고자 하였다.

제안 방법

본 연구에서는 노트북 컴퓨터의 케이스 등에 널리 활용되고 있는 마그네슘 판재 AZ31B 를 대상으로 2축 인장시험기를 이용하여 단축 인장과 2축 인장실험을 수행하였다. 이를 통해 이방성 계수(R) 값과 가공경화지수(n)값과 같은 기본 물성을 구하였으며, 등가 소성일의 원리를 적용하여 AZ31 마그네슘합금판재의 항복곡면을 도출하여 마그네슘 합금판재의 성형공정에 대한 CAE 해석에 필요한 기초 데이터를 확보하고자 하였다.
Fig.l 에 나타낸 시편을 이용하여 상온에서 단축 인장실험을 하여 공칭 변형률이 7%일 때 이방성 계수를 측정하였다. 이방성 계수는 Fig.
3에 실험에 사용한 2 축 인장시편의 형태를 나타내었다. 시편의 홈은 레이저로 가공하였으며, Fig. 4에 나타낸 2 축 인장시험기를 이용하여 X 축 과 Y 축의 응력비를 1:4, 1:2, 1:1, 2:1, 4:1로 달리하여 실험을 하였다. 2축 인장시험기는 각 방향별로 4개의 유압 실린더로 응력을 제어하게 되며, 팬토그래프형의 링크 메커니즘(Pantograph-type link mechanism)을 이용하여 서로 마주보는 유압실린더의 응력을 동일하게 제어할 수 있도록 되어있다.
본 연구에서는 마그네슘 합금 AZ31 압연 판재 에 대해 단축과 2축 인장 실험을 행하여 항복곡면을 도출하였다. 이 실험연구결과 M=8 일 때 Logan-Hosford 항복 조건식과 m=2.

대상 데이터

인장 실험을 위해 변형 경화되고 부분적으로 열처리된 마그네슘 합금 AZ31 판재를 사용하였으며, 재료의 화학조성은 Table 1에 나타내었다.

성능/효과

0에 근접하여 등 방성이 나타나고 가공경화 지수가 감소하여 가공 경화특성이 거의 나타나지 않는다는 것을 밝혔다. 또한, 상온에서는 결정립들이 조대하고 균일하지만 200℃ 부근에서는 재결정이 일어나 결정립이미 세하게 됨을 확인하였다. 그리고 Li 등[9]은 250℃ 부근에서 마그네슘 합금이 초소성이 되는 현상을 보였는더], 이는 미세한 결정들과 미세구조의 등방 성과 같은 복합적인 영향 때문인 것으로 밝혀졌다 [9]
여기서 Me 항복곡면의 상계해를 잘 나타내도록 결정되는 값으로 일반적으로 BCC금속에 대해서는 M=6, FCC금속에 대해서는 M=8~10이 실험결과를 잘 나타내는 것으로 알려져 있다. Logan- Hosford의 항복조건식은 항복곡면이 타원형이 아닌 경우를 표현하기 위해 제안되었으며, 본 연구에서는M=8로 채택하였을때 AZ31 마그네슘 합금 판재의 항복곡면을 잘 표현할 수 있었다.
일반적으로 Hill, sl979 년 항복식은 동, 알루미늄 등과 같이 모든 방향에서 이방성계수가 1보다 작은 재료인 경우에도 등 2축 인장에서의 항복응력 이 단축인장에서 보다 크다는 실험사실을 뒷받침하기 위해 제안되었다. 본 실험에서 측정된 이방성 계수가 1보다 작진 않지만 m=2.8 로 채택하였을 때 실험결과를 가장 잘 근사화하는 것을 확인할 수 있었다. 다음의 식은 식 (13)을 등 2축 인장상태에 대해서 정리한 것이다.
그러나 본 연구실의 내부 연구 보고서인 '알루미늄판재 (3004-0) 의 기계적 특성 분석, [14]에 따르면 Hill(, 1979)의 항복조건식이 이 방성 재료인 알루미늄의 항복곡면을 잘 표현함을 알 수 있었다. 그래서 본 연구에서는 m=2.8일 때 Hill(, 1979) 의 항복조건식이 AZ31 마그네슘 합금 판재의 항 복곡면을 가장 근사하게 표현한다고 판단된다.

후속연구

그러나 엄밀하게는 AZ31 마그네슘 합금 판재의 항복곡면은 이방성조건을 만족하며 타원형이 아닌 항복조건식을 따르는 것으로 판단되며, 마그네슘 합금 판재의 항복곡면을 표현하는 새로운 항 복 조건식에 대한 연구가 이루어져야 하겠다. 또한, 실제 마그네슘 합금의 성형 온도인 200℃부근 에서의 소성변형 거동에 대해서도 연구가 이루어져야 할 것이다.
그러나 엄밀하게는 AZ31 마그네슘 합금 판재의 항복곡면은 이방성조건을 만족하며 타원형이 아닌 항복조건식을 따르는 것으로 판단되며, 마그네슘 합금 판재의 항복곡면을 표현하는 새로운 항 복 조건식에 대한 연구가 이루어져야 하겠다. 또한, 실제 마그네슘 합금의 성형 온도인 200℃부근 에서의 소성변형 거동에 대해서도 연구가 이루어져야 할 것이다.
본 연구에서는 마그네슘 합금 AZ31 압연 판재 에 대해 단축과 2축 인장 실험을 행하여 항복곡면을 도출하였다. 이 실험연구결과 M=8 일 때 Logan-Hosford 항복 조건식과 m=2.8 로 채택하였을 때 Hill(, 1979)의 항복조건식이 실험을 통한 항복 곡면을 잘 근사하고 있지만 결정구조나 이방성현 상을 고려하면, AZ31 마그네슘 합금 판재의 항복 곡면을 좀더 잘 표현할 수 있는 식을 제안하는 것이 필요하다.
또한, 고온 2축인 축 인장시험기를 제작하여 고온에서의 마그네슘 합금의 성형성 평가에 대해서 연구를 진행할 것이다.

참고문헌 (14)

김영석, 1992, 알루미늄 판재성형기술의 현황과 과제, 한국자동차공학회지, Vol. 14, No. 1, pp. 3-12
Y. S. Kim, C. Kim, S. Y. Lee, S. Y. Won, S. M. Hwang, 2003, Forming limits for anisotropic sheet metals, JSME Int. J., Vol. 46A, No.4, pp. 627-634
D. Li, A. Ghosh, 2003, Tensile deformation behavior of aluminum alloys at warm forming temperatures, Mat. Sci. Eng., Vol. 352A, pp. 279-286
Nahed A. El-Mahallawy, Mohamed A. Taha, Engenius Pokora, and Friedrich Klein, 1998, On the influence of process variables on the thermal conditions and properties of high pressure die-cast magnesium alloys, J. Mat. Pro. Tech., Vol. 73, pp. 125-138

상세보기
B.H. Hu, K.K. Tong, X.P. Niu, and I. Pinwill, 2000, Design and optimization of runner and gating systems for the die casting of thin-walled magnesium telecommunication parts through numerical simulation, J. Mat. Pro. Tech., Vol. 105, pp.128-133

상세보기
김수현, 임창동, 유봉선, 서영명, 정인상, 2004, 열간 압연한 AZ31 마그네슘 합금 판재의 미세조직 발달에 관한 연구, 제 5 회 압연심포지엄, 한국소성가공학회, pp. 63-71
이영선, 김민철, 권용남, 이정환, 2004, Mg 합금 판재 냉간 성형품의 탄성회복량 예측, 한국소성가공학회 2004 년도 춘계학술대회 논문집, pp. 43-46
원성연, 오상균, Kozo Osakada, 박진기, 김영석, 2004, AZ31 마그네슘 합금 판재의 기계적 특성 평가(1), 한국소성가공학회 2004 년도 춘계 학술대회 논문집, pp. 53-56
L. Lin, Z. Liu, L. Chen, T. Liu, S. Wu, 2004, Microstructure evolution and low temperature superplasticity of ZK40 magnesium alloy subjected to ECAP, Met. Mat. Int., Vol. 10, No. 6, pp. 501-506

상세보기
김영석, 2003, 소성역학, 시그마프레스
R. Hill, 1950, The Mathematical Theory of Plasticity, Oxford University Press, Oxford, UK
R. W. Logan, and W. F. Hosford, 1980, Upper-bound anisotropic yield locus calculations assuming pencil glide, Int. J. Mech. Sci., Vol. 22-7, pp. 419-430
R. Hill, 1979, Theoretical plasticity of textured aggregates, Proc. Camb. Phil. Soc., Vol. 85, pp. 179-191
김영석, 원성연, 박진기, 신효동, 2005, 알루미늄(3004-O)판재의 기계적 특성 분석

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증