[논문]이속압연에 의해 가공된 동합금 판재의 조직 및 기계적 특성

이성희

doi:10.3740/mrsk.2012.22.11.581

이속압연에 의해 가공된 동합금 판재의 조직 및 기계적 특성
Microstructure and Mechanical Properties of a Copper Alloy Sheet Processed by a Differential Speed Rolling 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.22 no.11, 2012년, pp.581 - 586

Abstract ▼ AI-Helper

The microstructure and mechanical properties of a copper alloy sheet processed by differential speed rolling (DSR) were investigated in detail. A copper alloy with thickness of 3 mm was rolled to a 50% reduction at ambient temperature without lubrication and with a differential speed ratio of 2.0:1. For comparison, conventional rolling (CR), in which the rolling speeds of the upper and lower rolls is 2.0 m/min, was also performed under the same rolling conditions. The shear strain of the sample processed by CR showed positive values at the positions of the upper roll side and negative values at the positions of the lower roll side. On the other hand, the sample processed by the DSR showed zero or positive shear strain values at all positions. However, the microstructure and mechanical properties of the as-rolled copper alloys did not show such significant differences between the CR and the DSR. The samples rolled by the CR and the DSR exhibited a typical deformation structure. In addition, the DSR processed samples showed a typical rolling texture in which {112}, {011} and {123} components were developed at all positions. Therefore, it is concluded that the DSR was very effective for the introduction of a uniform microstructure throughout the thickness of the copper alloy.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한 본 연구에 사용된 동합금은 무산소동에 비해 용질농도가 높고 적층결함에너지가 작으므로 가공경화가 심하게 일어난다. 그러므로 가공경화에 의한 경도 증가의 큰 효과로 인하여 전단변형량 도입에 의한 여분의 경도 증가 효과가 상대적으로 미미했으리라 사료된다. 이와 같은 경향도 이전 연구¹⁶⁾의 결과와 매우 유사하다.
본 연구에서는 이속압연에 의한 균일변형량 도입 효과를 확인하기 위하여 새롭게 합금설계한 동합금에 이속압연을 실시하여, 동합금의 미세조직 및 기계적 성질에 미치는 동속 및 이속압연의 영향을 조사하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
본 연구팀은 일반 상용 동합금으로 많이 사용되고 있는 C194 합금에 이속압연을 적용하여 미세조직 및 기계적 특성에 미치는 이속압연의 영향을 조사한 바 있다.¹⁵⁾ 또한 새롭게 합금설계한 Cu-Fe-P합금에도 비대칭압연법을 적용하여 두께방향으로 균일한 변형을 도입하는 것이 가능함을 제시하였다.

제안 방법

¹⁵⁾ 또한 새롭게 합금설계한 Cu-Fe-P합금에도 비대칭압연법을 적용하여 두께방향으로 균일한 변형을 도입하는 것이 가능함을 제시하였다.¹⁶⁾ 본 연구에서는 또 다른 Cu-Fe-P 합금에 이속압연을 적용하여 일반압연(동속압연)과의 차이를 미세조직 및 기계적 특성을 통하여 비교분석하였다.
시험편은 표점거리 25 mm, 폭 6 mm로 인장축이 압연방향과 일치하도록 방전가공기로 잘라 판상 인장시편을 제작하여 실시하였다. 경도시험은 압연 전 및 압연 후 재료의 횡단면을 절단하여 기계적 연마한 후 Micro-Vickers 경도기를 이용하여 실시하였다. 경도값은 하중 유지시간 5초로 10회 측정하여 최대값과 최소값을 뺀 나머지의 산술평균값을 취하였다.
압연 전 및 압연 후의 시편에 대하여 광학현미경(Optical Microscopy)에 의한 조직관찰과 EBSD(Electron Back Scattering Diffraction)측정을 실시하였다. 조직관찰은 시편을 횡단면(TD면)에서 판재 절단기로 잘라내어 연마 후 (NH₄)₂S₂O₈의 10%수용액에서 화학부식한 후 관찰하였다.
압연 전후 시편에 대하여 상온에서 인장시험을 실시하였다. 시험편은 표점거리 25 mm, 폭 6 mm로 인장축이 압연방향과 일치하도록 방전가공기로 잘라 판상 인장시편을 제작하여 실시하였다.
0 m/min의 동일 속도에서 실시하였다. 압연에 의해 도입되는 전단변형량을 측정하기 위해 이전 연구¹⁵⁾와 동일한 방법으로 압연 전에 시편 중앙부위에 시편과 동일한 재질의 핀을 삽입하여 두께방향으로의 전단변형량의 크기를 정량적으로 측정하였다.
사용된 압연기는 상부롤과 하부롤의 주속을 다르게 제어할 수 있는 롤 직경이 130 mm인 이속압연기였으며 압연은 압하율을 50%로 하여 상온 무윤활 조건에서 실시하였다. 이속압연은 고속(high speed)인 상부롤의 주속(V₂)을 4.0 m/min, 저속(low speed)인 하부롤의 주속(V₁)을 2.0 m/min, 즉 이속비(difference speed ratio)를 2:1로 하여 실시하였으며 동속 압연은 상부롤과 하부롤 속도를 모두 주속 2.0 m/min의 동일 속도에서 실시하였다. 압연에 의해 도입되는 전단변형량을 측정하기 위해 이전 연구¹⁵⁾와 동일한 방법으로 압연 전에 시편 중앙부위에 시편과 동일한 재질의 핀을 삽입하여 두께방향으로의 전단변형량의 크기를 정량적으로 측정하였다.
압연 전 및 압연 후의 시편에 대하여 광학현미경(Optical Microscopy)에 의한 조직관찰과 EBSD(Electron Back Scattering Diffraction)측정을 실시하였다. 조직관찰은 시편을 횡단면(TD면)에서 판재 절단기로 잘라내어 연마 후 (NH₄)₂S₂O₈의 10%수용액에서 화학부식한 후 관찰하였다. EBSD측정의 경우, 판재의 폭 중앙부에서 TD면에 평행하게 압연방향으로 시편을 얇게 잘라서, mP₂O₅·nH₂O:H₂O = 1 : 3 용액속에서 액체온도 0ºC, 전압 5V의 조건에서, twin jet 전해연마에 의해 경면으로 한 다음 EBSD 측정을 하였다.

대상 데이터

1에 나타내었다. 사용된 압연기는 상부롤과 하부롤의 주속을 다르게 제어할 수 있는 롤 직경이 130 mm인 이속압연기였으며 압연은 압하율을 50%로 하여 상온 무윤활 조건에서 실시하였다. 이속압연은 고속(high speed)인 상부롤의 주속(V₂)을 4.
압연 전후 시편에 대하여 상온에서 인장시험을 실시하였다. 시험편은 표점거리 25 mm, 폭 6 mm로 인장축이 압연방향과 일치하도록 방전가공기로 잘라 판상 인장시편을 제작하여 실시하였다. 경도시험은 압연 전 및 압연 후 재료의 횡단면을 절단하여 기계적 연마한 후 Micro-Vickers 경도기를 이용하여 실시하였다.
또한 이전 연구¹⁶⁾의 재료에 비해 Si의 함량이 다소 증가하였으며, 다른 원소의 함량은 매우 비슷하다. 출발재료는 두께 3 mm, 폭 25 mm, 길이 300 mm인 열간압연 판재이다. 이속압연공정의 모식도를 Fig.

데이터처리

5를 이용하여 실시하였다. EBSD 데이터 해석은 TSL OIM Analysis ver.3.0을 이용하였다.
EBSD측정의 경우, 판재의 폭 중앙부에서 TD면에 평행하게 압연방향으로 시편을 얇게 잘라서, mP₂O₅·nH₂O:H₂O = 1 : 3 용액속에서 액체온도 0ºC, 전압 5V의 조건에서, twin jet 전해연마에 의해 경면으로 한 다음 EBSD 측정을 하였다. FE-SEM/EBSD 측정은, Philips XL30s FEGSEM 내에서 가속전압 20 kV의 조건하에 Tex SEM Laboratory(TSL)사의 EBSD 해석 프로그램 TSL OIM Date Collection ver.3.5를 이용하여 실시하였다. EBSD 데이터 해석은 TSL OIM Analysis ver.
경도시험은 압연 전 및 압연 후 재료의 횡단면을 절단하여 기계적 연마한 후 Micro-Vickers 경도기를 이용하여 실시하였다. 경도값은 하중 유지시간 5초로 10회 측정하여 최대값과 최소값을 뺀 나머지의 산술평균값을 취하였다.

성능/효과

그러나 이러한 장점에도 불구하고 리드프레임용 동합금은 실리콘 칩과의 큰 열팽창계수 차이, 열산화 문제 그리고 낮은 강도 등의 단점 때문에 여러 분야에서 사용이 제한되고 있다.¹⁾ 동합금의 고강도화 방법으로는 고용체강화법, 석출경화법, 결정립초미세화법이 등이 있으나 각 방법별로 장단점을 가지고 있어 고강도와 고전기전도도를 동시에 달성하기 위해서는 극복해야할 과제가 많이 남아 있다. 석출경화법의 경우 기지내에 미세한 석출물을 많이 그리고 균일하게 형성시키는 것이 중요하다.
첫째, 이속압연에 의한 양의 전단 변형의 도입은 일반압연에 비해 효과적으로 이루어졌으나 그 절대치는 그다지 크지 않았다. 둘째, 광학현미경 미세 조직과 기계적 특성 면에 있어서 일반압연(CR)과 비대칭 압연(DSR) 사이에서 큰 차이가 나타나지 않았다. 셋째, 비대칭압연된 동합금의 집합조직 발달은 두께방향으로의 부위에 따른 차이는 거의 없었으며, 표면 부위, 중심부위 모두에서 {112}<111>, {011}<211>, {123} <634> 등 대표적인 압연집합조직이 발달하였다.
셋째, 비대칭압연된 동합금의 집합조직 발달은 두께방향으로의 부위에 따른 차이는 거의 없었으며, 표면 부위, 중심부위 모두에서 {112}, {011}, {123} 등 대표적인 압연집합조직이 발달하였다.
그 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 이속압연에 의한 양의 전단 변형의 도입은 일반압연에 비해 효과적으로 이루어졌으나 그 절대치는 그다지 크지 않았다. 둘째, 광학현미경 미세 조직과 기계적 특성 면에 있어서 일반압연(CR)과 비대칭 압연(DSR) 사이에서 큰 차이가 나타나지 않았다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	동합금의 고강도화 방법은 어떤 종류가 있는가?	그러나 이러한 장점에도 불구하고 리드프레임용 동합금은 실리콘 칩과의 큰 열팽창계수 차이, 열산화 문제 그리고 낮은 강도 등의 단점 때문에 여러 분야에서 사용이 제한되고 있다.1) 동합금의 고강도화 방법으로는 고용체강화법, 석출경화법, 결정립초미세화법이 등이 있으나 각 방법별로 장단점을 가지고 있어 고강도와 고전기전도도를 동시에 달성하기 위해서는 극복해야할 과제가 많이 남아 있다. 석출경화법의 경우 기지내에 미세한 석출물을 많이 그리고 균일하게 형성시키는 것이 중요하다.
	이주속압연이란?	비대칭압연의 일종인 이주속압연(differential speed rolling, DSR)2-16)은 동속압연(Conventional Rolling, CR)에서는 두께 표면부위에만 도입되는 전단변형을 내부까지 도입시킬 수 있으므로 두께방향으로 균일한 변형을 부가할 수 있을 뿐 아니라,3) 재료 전체에 큰 상당변형량을 도입할 수 있으므로 균일한 석출상의 생성에 매우 유리한 가공법이라 할 수 있다. 또한, 동과 같은 FCC 금속의 경우 롤과 재료사이의 마찰계수가 큰 조건의 일반 압연에서 재료 표면부위에만 도입되는 전단집합조직의 한 성분인 <111>//ND를 재료 전체에 도입하는 것이 가능하게 되어 r-value의 향상에 기여할 뿐 아니라4) cube texture를 갖지 않게 되어 굽힘 특성 향상에도 효과가 있다.
	리드프레임 재료 중 동합금의 단점은?	리드프레임용 동합금은 리드프레임용 Alloy42보다 전기전도도 및 열전도도가 높고 가격이 Alloy42에 비해 최소 20~50%까지 저렴하다는 장점이 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 리드프레임용 동합금은 실리콘 칩과의 큰 열팽창계수 차이, 열산화 문제 그리고 낮은 강도 등의 단점 때문에 여러 분야에서 사용이 제한되고 있다.1) 동합금의 고강도화 방법으로는 고용체강화법, 석출경화법, 결정립초미세화법이 등이 있으나 각 방법별로 장단점을 가지고 있어 고강도와 고전기전도도를 동시에 달성하기 위해서는 극복해야할 과제가 많이 남아 있다.

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표제어: PCR

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용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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