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문제 정의
- 본 실험은 AZ31 마그네슘 합금의 일반적인 소성 가공이 이루어지고 있는 200°C 이상부터 초소성이 발생한다고 보고된 450°C 미만의 온도 구간 까지의 범위에서 변형률 속도를 달리하여 기계적 성질을 알아 보았다.
- 본 연구는 마그네슘 합금 AZ31 의 온간.열간 성형을 위한 고온 조건에서의 기초 물성치 및 기계적 성질을 평가하는데 목적이 있다. 소재의 온도와 변형률 속도를 변화시켜 다양한 성형 조건에서의 열물성치 데이터베이스를 구축하여 마그네슘 판재 성형에 이용하도록 한다.
제안 방법
- 그리고 판재 압연 방향의 0°, 45°, 90。방향으로 시편을 가공하여 변형율 15% 까지 인장실험해서 폭과 두께를 측정하는 방법으로 수직 이방성 계수(R)을 구하였다. 그리고 미세조 직의 변화를 관찰하였다.
- 25s-1 다섯 구간으로 정해 실험을 하였다. 또한 변형률 민감도를 구 하기 위해 변형률 속도를 0.025s'1 에서 0.12s'1 로 변화시켜 각 온도마다 실험하였다. 온도 제어는 고온 쳄버 내부의 온도를 실험온도 까지 올리고 그 온도를 유지시켰다.
- 인장실험을 통하여 기계적 특성을 나타내는 가공 경화지수(n), 변형률 민감도(m), 재료상수(K), 값을 구하였다. 그리고 판재 압연 방향의 0°, 45°, 90。방향으로 시편을 가공하여 변형율 15% 까지 인장실험해서 폭과 두께를 측정하는 방법으로 수직 이방성 계수(R)을 구하였다. 그리고 미세조 직의 변화를 관찰하였다.
- 열간 성형을 위한 고온 조건에서의 기초 물성치 및 기계적 성질을 평가하는데 목적이 있다. 소재의 온도와 변형률 속도를 변화시켜 다양한 성형 조건에서의 열물성치 데이터베이스를 구축하여 마그네슘 판재 성형에 이용하도록 한다.
- 시편에 인장 및 압축력이 작용할 때에 재료의 미시적 거동을 관찰하기 위하여 미세조직을 관찰하였다. 마그네슘의 조직을 관찰하기 위해서는 에칭 과정이 필요하다.
- 온도 제어는 고온 쳄버 내부의 온도를 실험온도 까지 올리고 그 온도를 유지시켰다. 시편의 온도가 쳄버 내부의 온도와 같아져 정상상태를 이루도록 2 시간을 유지시킨 후 실험을 실시하였다. 이때에 시편의 열팽창에 의한 굽힘 발생을 방지하기 위하여 시험기의 하중제어 방식으로 하중이。으로 유지되도록 인장축을 제어하였다.
- 열팽창으로 인해 변위계의 측정 구간이 줄어드는 것을 방지하여 최대한 많은 범위의 변형율을 측정하기 위해 쳄버 내부가 목표 온도에 도달한 후 변위계를 장착하였다. 시편이 정상상태에 도달한 후 변형률 속도 조건에 따라 실험이 진행되었다.
- 인장 시편은 표점거리 25mm, 폭 6 mm 인 ASTM subsize 시편을 사용하여 일죽 인장 실험을 하였다. 시험 방법으로는 200, 250, 300, 350, 400°C 다섯 종류의 온도 구간을 설정했고, 변형률 속도는 0.0025, 0.025, 0.06, 0.12, 0.25s-1 다섯 구간으로 정해 실험을 하였다. 또한 변형률 민감도를 구 하기 위해 변형률 속도를 0.
- 실험 방법은 인장 실험과 동일한 조건의 온도와 변형률 속도를 각각 다섯 구간으로 정해 실험을 하였다. 온도 제어는 온도제어기를 조정하여 쳄버 내부의 온도를 목표치까지 올리고 유지시켰다.
- 온도 제어는 온도제어기를 조정하여 쳄버 내부의 온도를 목표치까지 올리고 유지시켰다. 압축 시편의 중심부에 열전대를 장치하여 쳄 버 내부의 온도와 시편 중심부의 온도가 같아지는 시간을 미리 측정한 후 20분을 더 유지시켜 시편이 정상상태에 도달한 후 변형률 속도조건에 따라 실험이 진행되었다.
- 압축실험을 통하여 고온 조건에서의 항복응력 과 진응력-변형률 선도를 구하고, 미세 조직의 변화를 관찰하였다.
- 이때에 시편의 열팽창에 의한 굽힘 발생을 방지하기 위하여 시험기의 하중제어 방식으로 하중이。으로 유지되도록 인장축을 제어하였다. 열팽창으로 인해 변위계의 측정 구간이 줄어드는 것을 방지하여 최대한 많은 범위의 변형율을 측정하기 위해 쳄버 내부가 목표 온도에 도달한 후 변위계를 장착하였다. 시편이 정상상태에 도달한 후 변형률 속도 조건에 따라 실험이 진행되었다.
- 인장 실험으로 정리된 결과를 알아보기 쉽게 Fig. 2에서 X 축에 변형률 속도, y 축에 각각 항복 강도, UTS, K-value, 가공 경화 지수(n)값을 도시 하였다.
- 인장시험에서처럼 같은 조성의 에칭법으로 압축시험 소재의 내부 미세 조직을 관찰 하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 마그네슘 합금 AZ31 의 온간.열간 성형을 위한 고온 조건에서의 기초 물성치 및 기계적 성질을 평가하는데 목적이 있다.
- 실험은 고온 조건에서의 인장과 압축 실험으로 구성 되고 소재 AZ31 은 일본 Sankyo Aluminum Industry 에서 제작되었다. Fig.
- 압축 시험기는 인장실험에 사용되었던 MTS사 의 동적 재료 시험기를 사용하였으며, 고온 쳄버는 동회사의 압축 시험용 기종을 사용하였다. 직경 9mm의 압출봉을 높이 13.
- 인장 시험기는 MTS 사의 동적 재료 시험기를 사용하였으며, 고온 쳄버 역시 동회사의 기종을 사용하였다. 인장 시편은 표점거리 25mm, 폭 6 mm 인 ASTM subsize 시편을 사용하여 일죽 인장 실험을 하였다. 시험 방법으로는 200, 250, 300, 350, 400°C 다섯 종류의 온도 구간을 설정했고, 변형률 속도는 0.
- 인장 시험기는 MTS 사의 동적 재료 시험기를 사용하였으며, 고온 쳄버 역시 동회사의 기종을 사용하였다. 인장 시편은 표점거리 25mm, 폭 6 mm 인 ASTM subsize 시편을 사용하여 일죽 인장 실험을 하였다.
- 압축 시험기는 인장실험에 사용되었던 MTS사 의 동적 재료 시험기를 사용하였으며, 고온 쳄버는 동회사의 압축 시험용 기종을 사용하였다. 직경 9mm의 압출봉을 높이 13.5mm로 가공하여 높이 대 직경비가 1.5가 되는 시편으로 일축 압축 실험을 하였다.
성능/효과
- (1) YS, UTS, K-value, 가공경화지수(n) 값은 온도가 증가함에 따라 낮아지고 변형률 속도가 증가 함에 따라 높아진다.
- (2) 200°C 이상이 되면 동적 재결정이 일어나고, 가공 경화지수가 낮아지고 변형률속도 민감도 지 수가 상승하는 등 재료가 연화되는 것을 알 수 있다.
- (4) 200°C에서 0.06s-1이상의 변형률 속도가 작용하면 소재의 크랙으로 인하여 가공이 불가능하 다는 것을 알 수 있다.
- (7) 인장/압축실험의 차이점에 배부름 효과를 고려한 수치해석 기법이 필수적임을 알 수 있다.
- Fig. 2(a), (b), (c) 세 변수 모두 온도가 상승하면 같은 변형률 속도에서 값이 낮아지는 것을 알 수 있고, 변형률 속도가 상승하면 기울기는 낮아지지만 점차 값이 상승하는 것을 볼 수 있다.
후속연구
- 향후의 과제는 본 실험을 통하여 축적된 물성치를 기본으로 딥드로잉 시뮬레이션과 실험이 진행될 예정이다.
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