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문제 정의
- 본 연구에서는 6061 A1 합금 판재를 누적압연접 합(ARB) 가공한 후, ARB 공정 중의 6061 AI 합금 의 미세조직 변화, 열적 안정성, 기계적 특성 및 상온 미끄럼 마멸 거동을 분석하였다. 열처리가 미세조직 변화와 마멸특성에 미치는 영향을 분석 하는데 연구의 초점을 두었다.
가설 설정
- 300nm 크기의 미세한 결정립이 관찰되고 있으며, Fig. 2 (b)의 미세조직과 매우 유사한 조직을 보인다. 최대시효 열처리한 시편을 573K의 온도까지 어 닐링한 경우(Fig.
제안 방법
- 4 cycle ARB된 시편을 450K의 온도에서 8 시간 동안 최대시효 열처리하고, 이후 어닐링 처리하여, 두 열처리가 초미세립 미세조직에 미치는 영향을 평가하였고, 그 결과를 Fig. 3에 보였다.
- ARB 공정 에 따른 미세조직변화와 미세 결정 립간의 상대적인 방위각 차이를 규명하기 위하여, ARB 공정을 거친 6061 A1 합금 판재의 TEM 미세 조직사진을 ARB cycle 별로 분석하였다(Fig. 1). ARB 공정 1 cycle(누적변형 율, 0.
- ARB 공정에 의해 제조된 상용 6061 AI 합금의 열적 안정성을 평가하기 위하여, ARB 공정 4회 (cycle)까지 누적 변형된 시편을 373K~573K의 온도 범위에서 각각 30분간 열처리한 후 각각의 미 세조직을 TEM으로 관찰하였다. 시효 처리된 시편 의 열적안정성도 비교 평가하기 위하여, 450K에서 30분간 최대 시효 처리된 시편의 열적 안정성도 함께 시험 평가하였다.
- ARB 공정을 거친 시편의 미끄럼 마멸 시험을 핀온디스크 (pin-on-disk) 마멸 시험기를 사용하여 각 ARB cycle 별로 상온 대기 중에서 실시하였다. 마멸상대재로는 HV 153의 경도를 지닌 스테인리 스 304 강구(steel ball)를 사용하였고, 마멸 시험 시 일정한 시험조건을 유지하기 위해서 마멸거리 는 350m, 미끄럼 속도는 0.
- ARB 공정을 통하여 6061 A1 합금의 결정립을 미세화시키고, 그 열적 안정성과 마멸특성을 평가하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 누적압연접합공정에 의해 제조된 초미세립 소재의 미세조직과 결정립간의 방위각 차이를 투과전자현미경(TEM) 미세조직과 그에 상응하는 제한시야 회절패턴(SADP)을 통해 관찰하였다. TEM 미세조직 관찰을 위한 시편은 먼저 초미세립 판 재를 두께 100m 까지 기계 가공 한 후 80%메틸 알콜-20%퍼클로릭 산(perchloric acid) 용액으로 233 K의 온도에서 트윈젯(twin-jet) 연마를 하여 제조 하였다. TEM 조직은 Jeol 1210 투과전자현미경을 사용하여 가속 전압 120KV로 관찰하였다.
- TEM 미세조직 관찰을 위한 시편은 먼저 초미세립 판 재를 두께 100m 까지 기계 가공 한 후 80%메틸 알콜-20%퍼클로릭 산(perchloric acid) 용액으로 233 K의 온도에서 트윈젯(twin-jet) 연마를 하여 제조 하였다. TEM 조직은 Jeol 1210 투과전자현미경을 사용하여 가속 전압 120KV로 관찰하였다. 누적압 연접합 공정 전후 시편의 상온 인장특성과 미소 비커스 경도를 측정하여 시편의 기계적 물성을 평가하였다.
- TEM 조직은 Jeol 1210 투과전자현미경을 사용하여 가속 전압 120KV로 관찰하였다. 누적압 연접합 공정 전후 시편의 상온 인장특성과 미소 비커스 경도를 측정하여 시편의 기계적 물성을 평가하였다. 인장시험 시편은 판재를 방전가공 하 여, 표점거리 25.
- 누적압연접합공정에 의해 제조된 초미세립 소재의 미세조직과 결정립간의 방위각 차이를 투과전자현미경(TEM) 미세조직과 그에 상응하는 제한시야 회절패턴(SADP)을 통해 관찰하였다. TEM 미세조직 관찰을 위한 시편은 먼저 초미세립 판 재를 두께 100m 까지 기계 가공 한 후 80%메틸 알콜-20%퍼클로릭 산(perchloric acid) 용액으로 233 K의 온도에서 트윈젯(twin-jet) 연마를 하여 제조 하였다.
- 1m/sec로 일정하게 유지하였다. 마멸 하중은 1N~4N으로 변화되었고, 마 멸 시험 전후의 시편 무게 변화를 O.Olmg의 정밀도를 지닌 전자저울로 측정하여 마멸속도를 산 출하였다. 마멸속도는 측정된 무게 변화량을 시편의 이론 밀도로 나눈 후, 다시 미끄럼 거리로 나누어 계산되었다.
- 마멸속도는 측정된 무게 변화량을 시편의 이론 밀도로 나눈 후, 다시 미끄럼 거리로 나누어 계산되었다. 마멸시험된 시편의 마멸면과 마멸단면을 각각 주사전자현미경(SEM)과 광학현 미 경을 통하여 관찰하여, ARB 공정으로 초미세립 미세조직을 갖게 된 6061 A1 합금의 마멸 기구를 분석하였다.
- 본 연구에서는 6061 A1 합금 판재를 누적압연접 합(ARB) 가공한 후, ARB 공정 중의 6061 AI 합금 의 미세조직 변화, 열적 안정성, 기계적 특성 및 상온 미끄럼 마멸 거동을 분석하였다. 열처리가 미세조직 변화와 마멸특성에 미치는 영향을 분석 하는데 연구의 초점을 두었다.
- 구속전단가공(ECAP) 후에 최대 시효를 통해서 상온 경도가 증가한 결과가 보고 되어 있다[11]. 본 연구에서도, 다른 조건으로 열처리된 ARB 시편의 경도를 측정하여, Fig. 2와 Fig. 3의 비교로 제 시된 최대시효 열처리의 미세조직 안정화 효과를 확인하였다. 최대시효 열처리를 거치지 않고 어닐링된 시편의 경도와 최대시효 열처리를 거친 후에 어닐링된 시편의 경도를 어닐링 온도를 변수로 Fig.
- ARB 공정에 의해 제조된 상용 6061 AI 합금의 열적 안정성을 평가하기 위하여, ARB 공정 4회 (cycle)까지 누적 변형된 시편을 373K~573K의 온도 범위에서 각각 30분간 열처리한 후 각각의 미 세조직을 TEM으로 관찰하였다. 시효 처리된 시편 의 열적안정성도 비교 평가하기 위하여, 450K에서 30분간 최대 시효 처리된 시편의 열적 안정성도 함께 시험 평가하였다.
- 누적압연접합공정을 위하여 구입한 6061 A1 합금 판재를 2X30X50mn? 크기로 절단한 후, 절단된 시편을 802K에서 19시간 동안 열처리하였다. 열처리 후, ARB 공정 중의 우수한 표면 접합을 위하여 시편 표면을 와이어 브러싱(wire brushing) 하고 아세톤 세척을 행하였다. ARB 압연 전에 판 재 시편 두 장을 겹치고 드릴로 각 모서리에 구멍을 뚫은 후, 가는 철사로 동여매어 압연공정 중 두 판재 간에 발생할 수 있는 미끄럼을 최소화하였다.
대상 데이터
- ARB 공정을 거친 시편의 미끄럼 마멸 시험을 핀온디스크 (pin-on-disk) 마멸 시험기를 사용하여 각 ARB cycle 별로 상온 대기 중에서 실시하였다. 마멸상대재로는 HV 153의 경도를 지닌 스테인리 스 304 강구(steel ball)를 사용하였고, 마멸 시험 시 일정한 시험조건을 유지하기 위해서 마멸거리 는 350m, 미끄럼 속도는 0.1m/sec로 일정하게 유지하였다. 마멸 하중은 1N~4N으로 변화되었고, 마 멸 시험 전후의 시편 무게 변화를 O.
- 본 연구에 사용된 소재는 상업용 6061 AI 합금이다. 누적압연접합공정을 위하여 구입한 6061 A1 합금 판재를 2X30X50mn? 크기로 절단한 후, 절단된 시편을 802K에서 19시간 동안 열처리하였다.
- 누적압 연접합 공정 전후 시편의 상온 인장특성과 미소 비커스 경도를 측정하여 시편의 기계적 물성을 평가하였다. 인장시험 시편은 판재를 방전가공 하 여, 표점거리 25.4mm의 죽소(subsize)시편으로 제 작되었다. 인장시험 중의 변형율속도는 6xl0'4/sec 로 일정하게 하였다.
성능/효과
- (1) ARB 공정 초기에는 아결정립계와 전위쎌이 관찰되었고, 아결정립계는 ARB cycle 수의 증가와 함께 대경각립계로 점차 변환되었다. ARB 5 cycle 이후에는 결정립 내의 전위밀도가 감소하였고, 결 정립과 석출물의 크기가 증가하였다.
- (2) ARB 공정 4 cycle 까지는 경도, 인장강도 및 항복강도가 증가하였으나, 연성 과 가공경 화능이 낮았다. ARB 공정 5cycle 이후에는 미세조직의 열화와 함께 강도가 감소하였다.
- (3) ARB 공정을 거친 초미세립 6061 A1 합금 판 재의 미세조직은 열처리 온도 473K 까지 안정하였다. ARB 공정 후의 최대시효 열처리는 초미세립 6061 A1 합금 판재의 미세조직 열적 안정성을 증가시켰다.
- (4) 경도 및 강도가 증가한 초미세립 A1 합금의 마멸 저항성은 높지 않았고, 이는 ARB 공정을 통해 얻어진 초미세립 결정립계의 불안정성, 낮은 가공경화능 때문으로 설명되었다.
- 7 (a), (b)). 그러나, 마멸속도가 높았던 ARB 공정 7 cycle 시편의 마멸입자는 매우 조대하였고, 형태 또한 표면 변형층이 쉽게 박리되었음을 나타내는 판상이었다. 이들 시편의 마멸단면을 관찰한 결과 역시 마멸입자의 관찰결과와 일치하였다.
- 1 (b)). 또한 결정립들 간의 방위각 차이가 증가하였음을 SADP 분석을 통하여 확인할 수 있었다. 이 같은, 초미세립 생성과 결정립 사이의 방위각 증가는 누적 변형량이 증가하면서 시편 내의 전위밀도가 증가하고 이에 따른 동적 회복에 의해서 전위들이 재배열하여 발생한 것으로 설명된다[7].
- 이들 시편의 마멸단면을 관찰한 결과 역시 마멸입자의 관찰결과와 일치하였다. 마멸속 도가 낮은 시편의 마멸단면에서는 낮은 깊이에서 마멸 중 생성된 균열이 관찰되었고, 균열 성장 길이가 짧았다. 이에 반하여, 마멸속도가 높은 ARB 공정 7 cycle 시편의 마멸단면에서는 균열 발생 깊이가 매우 깊었고, 균열은 길게 전파하였다.
- 473K 이하의 온도에서 정적 어닐링(annealing)된 시편의 미세조직은 열처리되기 전과 거의 유사하였다. 비슷한 결정립 크기를 보였고, 결정립 내의 전위밀도는 감소하였으며, 결정립계가 더욱 명확 해졌다. ARB 공정 조건 하에서 제조된 초미세립 상용 6061 A1 합금의 미세조직이 473K까지의 온도 에서는 열적으로 안정하다는 것을 Fig.
- 이었匸+. 압연된 판재를 다시 동일 길이의 두 장의 판재로 절단하고, 위에 기술된 방법으로 50% 압하율 압연을 수회 연속적으로 반복하여, 본래의 초기 시편 크기를 크게 변화시키지 않고, 시편에 가해지 는 가공량(변형률)을 계속적으로 증가시킬 수 있었다. 본 연구에서는 누적압연 접합된 판재들 간의 박리는 관찰되지 않았다.
- 그러나, 열적으로 불안정한 473K 이상의 온도에서 어닐링된 시편의 경도를 비교하면, 어닐링 온도 증가에 따른 경도의 감소량이 450K에서 8 시간 동안 최대시효 열처리 후 어닐링된 시편의 경우가 최 대시효를 거치지 않은 시편의 경도 감소량보다 더 낮다. 이 결과는 앞에서 고찰된 것과 같이, ARB 공정 중에 생성된 조대한 석출물보다는 최 대시효 열처리 과정 중에 형성된 미세 석출물이 어닐링 중의 결정립 성장을 저지하는데 좀 더 효과적이었음을 보여준다.
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