[논문]용접조건이 AI-7075-T651의 마찰교반용접부의 경도와 미세조직에 미치는 영향

김치옥; 손혜정; 김선진

doi:10.9726/kspse.2011.15.3.058

[국내논문] 용접조건이 AI-7075-T651의 마찰교반용접부의 경도와 미세조직에 미치는 영향
Effects of Welding Condition on Hardness and Microstructure of Friction Stir Welded Joints of AI-7075-T651 Plate 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.15 no.3, 2011년, pp.58 - 64

김치옥 (부경대학교 대학원) , 손혜정 (부경대학교 대학원) , 김선진 (부경대학교 기계자동차공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

As well known, the friction stir welding is a novel welding process which is a solid state welding process for sheet or plate using the friction stir phenomenon. This paper describes the effect of welding condition such as the rotation speed and the travelling speed during the friction stir welding process on the micro Virkers hardness and the microstructure of friction stir welded joints in AI-7075-T651 plate. From those investigations, the highest hardness of stir zone was observed at the welding condition of SO-3. The microstructures of the friction stir welded joints was not dependent on the welding conditions, but in the SO-4 specimen, the friction stir welding defect like tunnel shape was found in stir zone.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이러한 관점에서 본 연구에서는 Al-7075-T651 의판재의 마찰교반용접의 최적 용접조건을 결정하기 위하여, 회전공구의 회전속도와 이송속도를 변수로 하여 용접조건이 마찰교반용접부의 경도와 미세조직에 미치는 영향을 고찰하고자 하였다.

제안 방법

비커스 경도시험기 (Model: HM-124)와 광학 현미경 (Model: GX51)을 사용하였다. 경도의 시험 하중은 100gf, 가압시간 10초로 하여 등간격으로 측정하였다. 한편 모재와 용접부의 미세조직을 관찰하기 위하여 증류수 150mml, 질산 3ml, 불산 6ml 그리고 염산 6ml 의 혼합용액에 4분간 에칭하였다.
경도의 시험 하중은 100gf, 가압시간 10초로 하여 등간격으로 측정하였다. 한편 모재와 용접부의 미세조직을 관찰하기 위하여 증류수 150mml, 질산 3ml, 불산 6ml 그리고 염산 6ml 의 혼합용액에 4분간 에칭하였다.
마찰교반용접 조건의 설정에는 많은 변수가 있지만, 문헌2)과 인장 특성을 조사한 결과12)를 바탕으로 Table 3과 같이 용접변수를 선정하여 실험을 수행하여 마찰교반용접부의 경도와 미세조직을 고찰하였다.
4 가지의 제한된 용접조건에서 Al-7075-T651 판재에 대한 마찰교반용접을 수행한 후 경도와 미세조직을 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 재료는 H 사에서 제작된 Al 7075-T651 알루미늄 판재이다. 본 재료에 대한 화학적 성분과 기계적 성질을 Table 1 및 Table 2에 각각 나타내었다.
마찰교반용접 실험에 사용된 재료는 원판 치수 6 X 1250 X 2500mm, 무게 3576kg의 압연 판재로부터 Fig. 2와 같은 직사각형 형태로 절단하여, 압연 방향을 용접 진행방향으로 하여 마찰교반용접을 수행하였다.
본 실험에 사용된 재료의 마찰교반용접에 사용된 공구의 재질은 SKD61 공구강으로 Fig. 3과 같이 나사 형으로 설계 제작하였으며, 마찰교 반 용접재의 경도와 미세조직을 조사하기 위해 용접부를 중심으로 좌우 20mm를 절단한 후 시험편을 제작하였다.
용접재의 경도와 조직을 조사하기 위하여 마이크로 비커스 경도시험기 (Model: HM-124)와 광학 현미경 (Model: GX51)을 사용하였다. 경도의 시험 하중은 100gf, 가압시간 10초로 하여 등간격으로 측정하였다.

성능/효과

그림에서 알 수 있듯이 압연 방향에 대한 조직은 등축 결정립으로 관찰되었으며, 결정립의 크기는 약 50에서 100nm까지 변화함을 알 수 있다. 그리고 두께 방향에 대한 조직은 강한 냉간 압연의 영향으로 길게 늘어난 결정립으로 관찰되었으며, 결정립의 평균 두께는 평균 약 10 nm 로 나타났다.
상기의 결과에서 알 수 있듯이 접합 시 발생한 마찰열과 소성유동에 의해 동적 재결정 영역이 발생하여 모든 그림의 (d) 와 같이 결정립이 매우 미세한 것으로 나타났으며, 이는 경도의 결과와도 잘 일치함을 알 수 있다. Fig.
143)와 같이 이러한 동적 재결정 영역이 발생하여 인장 시험편의 파단은 통상적으로 열영향부에서 나타나게 된다. 결과적으로 조직의 관찰 결과 정도의 차이는 있지만 경도분포와 인장시험 결과12) 를 종합적으로 고찰한 결과 제한된 시험조건에서 ID SO-3 시험편인 회전속도 800rpm, 용접 이송속도 0.5mm/sec에서 우수한 용접조건임을 알 수 있었다.
(1) 경도값의 분포는 용접변수 ID SO-3(800rpm, 0.5 mm/sec)시험편에서 가장 높게 나타났으며, 그다음 용접변수 ID SO-2, ID SO-1 그리고 ID SO-4 순으로 나타났다.
(2) 조직 현미경관찰 결과 마찰교반용접 시 발생한 마찰열과 소성유동에 의해 동적 재결정 영역이 발생하여 결정립이 매우 미세한 교반 영역이 나타났으며, 이는 경도 결과와도 잘 일치함을 알 수 있었다.
(3) 경도와 조직의 관찰 결과 ID SO-3 시험편인회전속도 800rpm, 용접 주행속도 0.5mm/sec에서 우수한 용접조건임을 알 수 있었다.

참고문헌 (12)

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상세보기
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김치옥, 김선진, 2010, "용접조건이 AI-7075-T651의 마찰교반용접부의 인장 특성에 미치는 영향", 한국동력기계공학회지, 제 15권 제 2호, pp. 61-68.

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