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문제 정의
- 본 연구에서는 간접압출 공정을 통해 얻어진 Mg-(9-x)Sn-xAl-1Zn(TAZ811, TAZ721, TAZ631, TAZ541) 합금 압출재에 대하여 합금 성분에 따라 조직 및 물성 변화를 살펴보고자 압출재에 대하여 XRD, EBSD, TEM 분석과 상온 인장, 압축시험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
- 또한, 항복 및 인장강도는 재료의 집합조직에 따라 달라질 수 있으며, HCP 결정구조를 가지는 마그네슘의 경우 제한된 슬립기구로 인해 기계적 물성이 집합조직에 매우 의존적이다. TAZ 합금의 소성이방성 이상거동에 대한 집합조직의 영향을 알아보기 위해, 압출재의 수직단면에 압출방향으로 X-ray 를 조사하여 Fig. 8 과 같이(0002) 기저면 집합조직을 얻었다. Fig.
- 이러한 빌렛은 평형상태도 하에서 단상영역에 속하는 온도에서 8 시간동안 균질화 처리 후 과고용체(supersaturated solid solution) 상태로 만들기 위해 수냉(water quenching)시켰다. 균질화처리 된 빌렛은 직경 80mm, 길이 200mm 로 가공 후 저항로에서 250℃ 에서 1 시간 예열한 뒤, 500kN급 압출기를 이용하여 250℃ 에서 출구속도 2m/min, 압출비 25:1 로 간접압출(indirect extrusion)을 수행하였다. 압출 후 압출봉재의 최종직경은 16mm 이다.
- 그리고 압출재의 집합조직 분석을 위해 2400 번 abrasive paper 까지 연마한 시편의 표면에 X-ray diffraction 을 통해 {0002} pole-figure 를 관찰하였다. 극점도(pole figure)관찰에는 RICAKU-DMAX X-ray diffractometer 가 사용되었으며, 압출 방향과 평행한 방향 (ED 방향)에서 X-선을 조사하였다.
- 그리고 압출재의 집합조직 분석을 위해 2400 번 abrasive paper 까지 연마한 시편의 표면에 X-ray diffraction 을 통해 {0002} pole-figure 를 관찰하였다. 극점도(pole figure)관찰에는 RICAKU-DMAX X-ray diffractometer 가 사용되었으며, 압출 방향과 평행한 방향 (ED 방향)에서 X-선을 조사하였다.
- 본 연구에서는 고강도 고속 압출용 합금인 Mg-Sn-Al-Zn 합금을 간접압출법을 통해 압출한 후 조성에 따른 미세조직과 기계적 물성 변화를 조사하였다. 또한 이들 합금들에서 나타나는 소성이방성 이상거동에 대해서도 분석하였다.
- 본 연구에서는 고강도 고속 압출용 합금인 Mg-Sn-Al-Zn 합금을 간접압출법을 통해 압출한 후 조성에 따른 미세조직과 기계적 물성 변화를 조사하였다. 또한 이들 합금들에서 나타나는 소성이방성 이상거동에 대해서도 분석하였다.
- 압출봉재를 가공하여 얻어진 게이지 직경 6mm, 게이지 길이 25mm를 가지는 인장시험편과 직경 10mm, 높이 15mm를 가지는 원기둥 압축시험편을 INSTRON 4206 시험기를 이용하여 상온에서 0.001/sec의 변형률 속도로 인장, 압축 시험을 수행하였다.
- %) 합금으로 Mg-8Sn-1Al-1Zn(TAZ811), Mg-7Sn-2Al-1Zn(TAZ721), Mg-6Sn-3Al1Zn (TAZ631), Mg-5Sn-4Al-1Zn(TAZ541) 4 개의 합금이다. 압출을 위한 빌렛은 CO2와 SF6의 혼합보호 가스 주입하에 용해시킨 후 700℃ 에서 안정화된 용탕을 200℃ 로 예열된 스틸몰드에 부어 제조하였다. 이러한 빌렛은 평형상태도 하에서 단상영역에 속하는 온도에서 8 시간동안 균질화 처리 후 과고용체(supersaturated solid solution) 상태로 만들기 위해 수냉(water quenching)시켰다.
대상 데이터
- 미세조직과 석출물 분석을 위해 전계방사형 전자현미경(FE-SEM) SU6600 장비에 내장된 전자 후 방산란 회절(EBSD)과 전계방사형 투과전자현미경(FEG-TEM) JEM-2100F 를 사용하였다. ESBD scan은 TSL data acquisition software 를 통해 이루어졌으며, 분석은 TSL OIM analysis software 를 사용해 confidence index(CI) 0.
- 본 연구에서 사용한 소재는 Mg-(9-x)Sn-xAl-1Zn(x=1,2,3, and 4wt.%) 합금으로 Mg-8Sn-1Al-1Zn(TAZ811), Mg-7Sn-2Al-1Zn(TAZ721), Mg-6Sn-3Al1Zn (TAZ631), Mg-5Sn-4Al-1Zn(TAZ541) 4 개의 합금이다. 압출을 위한 빌렛은 CO2와 SF6의 혼합보호 가스 주입하에 용해시킨 후 700℃ 에서 안정화된 용탕을 200℃ 로 예열된 스틸몰드에 부어 제조하였다.
데이터처리
- 미세조직과 석출물 분석을 위해 전계방사형 전자현미경(FE-SEM) SU6600 장비에 내장된 전자 후 방산란 회절(EBSD)과 전계방사형 투과전자현미경(FEG-TEM) JEM-2100F 를 사용하였다. ESBD scan은 TSL data acquisition software 를 통해 이루어졌으며, 분석은 TSL OIM analysis software 를 사용해 confidence index(CI) 0.1 이상의 데이터에 대하여 이루어졌다.
성능/효과
- (2) Sn 함량이 증가함에 따라 석출물의 양과 크기가 증가하여 결정립이 미세해졌으며, 결정립강화와 석출강화 효과로 인해 항복강도가 증가하였다.
- (3) Al 함량이 증가함에 따라 가공경화능이 향상되어, 모든 합금에서 유사한 인장강도를 보였다.
- (4) 결정립 크기가 감소함에 따라 소성이방성이 증가하는 이상거동을 보였으며, 이는 Al 함량과 미세석출물 차이에 의한 것으로 여겨진다.
- 따라서 석출물의 간격이 좁을수록 그리고 석출물의 크기가 클수록, 석출물 주위에 보다 큰 Orowan 응력이 발생하게 된다. 따라서, Fig. 4 의 TEM 결과에서와 같이 TAZ811 합금이 석출물 양이 가장 많고 크기 또한 크므로 쌍정 형성을 촉진시키는 Orowan 응력 또한 가장 크게 발생된다. 즉, Sn 함량이 클수록 석출물 주위에 형성되는 Orowan 응력이 증가하여 쌍정이 용이하게 발생하게 되고 이로 인해 쌍정변형이 주가 되는 압축 시험시 Sn 함량이 높은 합금에서 응력 감소 효과가 커지게 된다.
- 모든 합금이 등축정의 균질한 조직을 보이고 있으며, 이는 압출 동안에 동적재결정 (dynamic recrystallization)이 재료 전반에 걸쳐 발생하였음을 의미한다. 이러한 TAZ 합금 압출재의 평균 결정립 크기는 동일한 조건에서 압출한 AZ31 합금의 결정립 크기(~10um)보다 작으며, Sn 함량이 증가함에 따라 점차 감소함을 알 수 있다. 이는 Sn 함량이 증가함에 따라 압출 시 동적 석출되는 Mg2Sn 상의 양이 증가하게 되고 이러한 미세한 Mg2Sn 석출상은 pinning 효과를 통해 재결정으로 새롭게 생성된 결정립이 성장하는 것을 막는 역할을 하여 결정립을 미세화 한다.
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