[논문]반복겹침접합 압연공정에 의해 제조한 초미세립 AA1050/AA5052 복합알루미늄합금판재의 어닐링 특성

이성희; 이광진

doi:10.3740/mrsk.2011.21.12.655

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An ultrafine grained complex aluminum alloy was fabricated by an accumulative roll-bonding (ARB) process using dissimilar aluminum alloys of AA1050 and AA5052 and subsequently annealed. A two-layer stack ARB process was performed up to six cycles without lubricant at an ambient temperature. In the A...

An ultrafine grained complex aluminum alloy was fabricated by an accumulative roll-bonding (ARB) process using dissimilar aluminum alloys of AA1050 and AA5052 and subsequently annealed. A two-layer stack ARB process was performed up to six cycles without lubricant at an ambient temperature. In the ARB process, the dissimilar aluminum alloys, AA1050 and AA5052, with the same dimensions were stacked on each other after surface treatment, rolled to the thickness reduction of 50%, and then cut in half length by a shearing machine. The same procedure was repeated up to six cycles. A sound complex aluminum alloy sheet was fabricated by the ARB process, and then subsequently annealed for 0.5h at various temperatures ranging from 100 to $350^{\circ}C$. The tensile strength decreased largely with an increasing annealing temperature, especially at temperatures of 150 to $250^{\circ}C$. However, above $250^{\circ}C$ it hardly decreased even when the annealing temperature was increased. On the other hand, the total elongation increased greatly above $250^{\circ}C$. The hardness exhibited inhomogeneous distribution in the thickness direction of the specimens annealed at relatively low temperatures, however it had a homogeneous distribution in specimens annealed at high temperatures.

주제어

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문제 정의

¹³⁾ 그런데 이종 알루미늄합금의 ARB에 의해 제조한 복합 알루미늄합금은 이종의 알루미늄합금이 교대로 층상 조직을 이루고 있으므로 어닐링 조건에 따라 더욱 다양한 복합조직과 기계적 특성을 발현시킬 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 ARB법에 의해 제조한 초미세결정립의 AA1050/AA5052 층상복합알루미늄합금판재의 어닐링특성을 조사하였다.

제안 방법

6c-ARB 가공한 시편과 그 후 어닐링한 복합알루미늄 판재에 대하여 광학현미경(Optical Microscopy)에 의한 조직관찰을 실시하였으며, 6c-ARB 시편의 경우에는 EBSD (Electron Back Scattering Diffraction)측정을 통한 미세조직 관찰도 실시하였다. EBSD 측정의 경우, 판재의 폭 중앙부에서 Transverse Direction(TD)면에 평행하게 압연방향으로 시편을 얇게 잘라서, 30vol%HNO3+ 70vol%CH3OH 용액속에서 액체온도 −15℃, 전압 20V의 조건에서, twin jet 전해연마에 의해 경면으로 한 다음 EBSD 측정을 실시하였다.
ARB 가공된 재료 및 어닐링한 재료에 대하여 경도시험을 실시하였다. 경도시험은 마이크로 비커스 경도계를 사용하여 300 g의 하중에서 10초간의 압입시간으로 행하였다.
ARB 가공된 재료 및 어닐링한 재료에 대하여 실온에서 인장시험을 실시하였다. 시험편은 KS 5호 시험편의 1/5 크기(평행부 폭 5 mm, 표점간 거리 10 mm)로, 인장축이 압연방향과 일치하도록 방전가공기로 잘라 준비하였다.
5h 어닐링되어 재결정조직을 나타내었으며 평균결정립경이 AA1050의 경우 56 μm, AA5052의 경우 34 μm 이었다. ARB는 실온, 무윤활 조건에서 롤의 직경 210 mm의 압연기에 의해 롤의 주속 15.9 m/s로 6c(c: cycle)까지 행하였으며, 절단, 표면 처리, 겹침, 접합압연 등의 일련의 공정은 종래의 방법들^1-10)과 동일하게 진행하였다. 6c 압연된 AA1050/AA5052층상복합 알루미늄 합금을 100~350℃의 소정의 온도에서 30분간 가열한 후 공냉하였다.
ARB 가공된 재료 및 어닐링한 재료에 대하여 경도시험을 실시하였다. 경도시험은 마이크로 비커스 경도계를 사용하여 300 g의 하중에서 10초간의 압입시간으로 행하였다.
인장시험은 Instron형 재료시험기를 사용하여 실온에서 초기변형속도 8.3 × 10−4s−1의 조건에서 행하였다.

대상 데이터

본 연구에서 ARB공정을 위해 사용된 알루미늄합금(출발 재료)은 두께 1 mm, 폭 30 mm, 길이 300mm의 AA1050의 순알루미늄과 AA5052 (Al-Mg합금)판재이다. 두 알루미늄합금의 화학조성을 Table 1에 나타내었다.
ARB 가공된 재료 및 어닐링한 재료에 대하여 실온에서 인장시험을 실시하였다. 시험편은 KS 5호 시험편의 1/5 크기(평행부 폭 5 mm, 표점간 거리 10 mm)로, 인장축이 압연방향과 일치하도록 방전가공기로 잘라 준비하였다. 인장시험은 Instron형 재료시험기를 사용하여 실온에서 초기변형속도 8.

성능/효과

1) 초미세립 복합알루미늄합금은 200℃ 까지 AA1050과 AA5052 모두 여전히 가공조직을 나타내었지만, 250℃ 에서는 AA1050에서만 재결정이 발생하였고, 300℃ 이상에서는 AA1050 과 AA5052 모두에서 재결정이 발생하여 시편 전체가 등축정의 재결정조직을 나타내었다.
2) 250℃ 이하의 어닐링 재료는 두께방향으로 불균일한 경도분포를 나타내지만 300℃이상의 고온에서의 어닐링 재료는 비교적 균일한 경도 분포를 나타내었다.
3) 복합알루미늄합금의 인장강도는 어닐링온도가 증가함에 따라 감소하였으며, 특히 150~250℃ 온도영역에서 크게 감소하였고, 파단연신율은 250℃ 어닐링 후에 크게 증가하였다. 특히, 300℃ 어닐링재료의 경우는 70%이상의 거대한 파단연신율을 나타내었다.
1(a)의 직사각형으로 표시된 부분에 대하여 EBSD측정에 의해 얻은 Color Map인데, 그림에서와 같이 두 합금 모두 약 1 μm이하의 초미세 결정립들로 구성되어 있음을 알 수 있다. 또한 동일재료의 ARB에 의해 얻은 결정립들에 비해 Aspect ratio가 작고 결정립크기 및 형상 차이가 부위에 따라 뚜렷이 나타나는 것을 확인할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	반복겹침접합압연(Accumulative Roll Bonding, ARB)법이란?	결정립 크기을 1 μm이하로 초미세화시켜 금속재료의 기계적 특성을 향상시키는 강소성가공법 중의 하나인 반복겹침접합압연(Accumulative Roll Bonding, ARB)법은 다른 큰 장치 없이 종래의 압연기술을 활용할 수 있으므로 판상의 대형 벌크재료에의 적용에 가장 적합한 프로세스로 알려져 있다.1-10) 일반적으로 ARB법은 동일한 재료의 판재를 표면처리 후에 2매 적층하여 압하율 50%의 접합압연을 행하고, 길이를 2등분하여 동일한 공정을 반복하는 방법으로 행해진다.
	ARB법의 공정 진행 방법은?	결정립 크기을 1 μm이하로 초미세화시켜 금속재료의 기계적 특성을 향상시키는 강소성가공법 중의 하나인 반복겹침접합압연(Accumulative Roll Bonding, ARB)법은 다른 큰 장치 없이 종래의 압연기술을 활용할 수 있으므로 판상의 대형 벌크재료에의 적용에 가장 적합한 프로세스로 알려져 있다.1-10) 일반적으로 ARB법은 동일한 재료의 판재를 표면처리 후에 2매 적층하여 압하율 50%의 접합압연을 행하고, 길이를 2등분하여 동일한 공정을 반복하는 방법으로 행해진다. 그러나 ARB법의 원리를 생각하면 목적에 따라서는 겹침수를 반드시 2층으로만 할 필요가 없으며 또한 동일한 재료를 사용하지 않아도 가능하다.
	이종 알루미늄합금에 ARB법을 적용하면 어떤 조직으로 인해 다양한 복합조직과 기계적 특성을 발현시킬 수 있는가?	본 연구그룹은 지난 연구를 통해 동종 금속이지만 합금종류가 다른 재료, 즉 AA1050과 AA5052의 이종 알루미늄합금에 ARB법을 적용하여 초미세결정립을 가진 층상복합알루미늄합금의 제조가 가능함을 보고한 바 있다.13) 그런데 이종 알루미늄합금의 ARB에 의해 제조한 복합 알루미늄합금은 이종의 알루미늄합금이 교대로 층상 조직을 이루고 있으므로 어닐링 조건에 따라 더욱 다양한 복합조직과 기계적 특성을 발현시킬 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 ARB법에 의해 제조한 초미세결정립의 AA1050/AA5052 층상복합알루미늄합금판재의 어닐링특성을 조사하였다.

참고문헌 (14)

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