[논문]극저온 열처리가 7075 알루미늄 합금의 잔류응력과 기계적 특성에 미치는 영향

김회봉; 정은욱; 고대훈; 김병민; 조영래

doi:10.3740/mrsk.2013.23.1.018

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the effects of cryogenic treatment cycles on the residual stress and mechanical properties of 7075 aluminum alloy (Al7075) samples, in the form of a tube-shaped product with a diameter of 500 nm, were investigated. Samples were first subjected to solution treatment at $470^{\circ...

In this study, the effects of cryogenic treatment cycles on the residual stress and mechanical properties of 7075 aluminum alloy (Al7075) samples, in the form of a tube-shaped product with a diameter of 500 nm, were investigated. Samples were first subjected to solution treatment at $470^{\circ}C$, followed by cryogenic treatment and aging treatment. The residual stress and mechanical properties of the samples were systematically characterized. Residual stress was measured with a cutting method using strain gauges attached on the surface of the samples; in addition, tensile strength and Vickers hardness tests were performed. The detailed microstructure of the samples was investigated by transmission electron microscopy. Results showed that samples with 85 % relief in residual stress and 8% increase in tensile strength were achieved after undergoing three cycles of cryogenic treatments; this is in contrast to the samples processed by conventional solution treatment and natural aging (T4). The major reasons for the smaller residual stress and relatively high tensile strength for the samples fabricated by cryogenic treatment are the formation of very small-sized precipitates and the relaxation of residual stress during the low temperature process in uphill quenching. In addition, samples subjected to three cycles of cryogenic treatment demonstrated much lower residual stress than, and similar tensile strength compared to, those samples subjected to one cycle of cryogenic treatment or artificial aging treatment.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 고강도 알루미늄 합금을 사용해서 최종 제품의 치수 정밀도를 높이기 위한 목적으로, 용체화처리후 극저온 열처리 공정이 Al7075의 잔류응력과 기계적 특성에 미치는 영향에 대해 연구를 하였다. 특히, 극저온 열처리시 극저온 열처리의 횟수를 1회와 3회로 변화시켜 실험함으로써, 극저온 열처리의 반복 횟수가 시편의 잔류응력과 기계적 특성에 미치는 영향에 대해 인장강도와 경도 및 미세조직을 종합해서 연구하였다.

제안 방법

제품의 최종 가공공정 이전에 7075 알루미늄 합금에 존재하던 잔류응력을 줄임으로써 제품의 최종 치수 안정성을 높이기 위한 방법으로 액체질소를 사용해 극저온 열처리를 적용했다. 용체화처리한 시편에 대해 극저온 열처리의 횟수 변화가 시편의 잔류응력과 기계적 특성에 미치는 영향에 대해 연구하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 고강도 알루미늄 합금을 사용해서 최종 제품의 치수 정밀도를 높이기 위한 목적으로, 용체화처리후 극저온 열처리 공정이 Al7075의 잔류응력과 기계적 특성에 미치는 영향에 대해 연구를 하였다. 특히, 극저온 열처리시 극저온 열처리의 횟수를 1회와 3회로 변화시켜 실험함으로써, 극저온 열처리의 반복 횟수가 시편의 잔류응력과 기계적 특성에 미치는 영향에 대해 인장강도와 경도 및 미세조직을 종합해서 연구하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용한 Al7075의 화학성분은 Table 1과 같으며, 후방압출 방법으로 원통형의 파이프를 제작하였다. Fig.

이론/모형

용체화처리한 시편에서 극저온 열처리의 횟수가 시편의 잔류응력에 미치는 영향을 알아보기 위해 스트레인 게이지(strain gauge)를 이용하여 시편의 절단시 변형된 양을 측정하고 탄성계산에 의해 잔류응력을 역산하는 방법인 절단법(cutting method)으로 잔류응력을 측정하였다.⁹⁾ Fig. 2(a)는 본 연구에서 절단법으로 잔류응력을 측정할 때 사용한 원통형 시편의 형상(지름 500 mm, 길이 200 mm, 두께 10 mm)을 나타낸다.

성능/효과

1) 용체화처리한 7075 알루미늄 합금에서 인공시효 처리를 하면 자연시효 처리한 시편에 비해 57 %까지 잔류응력을 제거시킬 수 있었다. 추가로, 액체질소를 사용한 극저온 열처리 공정을 처음 1회 실시한 경우와 3회 실시한 경우, 자연시효 처리한 시편에 비해 잔류응력은 각각 80 %와 85 %까지 제거되었다.
2) 극저온 열처리를 3회까지 실시한 경우, 잔류응력은 자연시효 처리한 시편에 비해 85 % 까지 제거되었으며, 시편의 인장강도는 자연시효 처리한 시편에 비해 8 % 정도 높게 나타나는 장점을 나타냈다.
3) 극저온 열처리를 3회 실시한 시편의 잔류응력과 기계적 특성의 연구로 잔류응력이 기존의 방법에 비해 상당히 낮으면서, 동시에 기계적 특성의 감소가 거의 없는 7075 알루미늄 합금을 얻을 수 있었다. ;

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	극저온 열처리법은 어떠한 공정을 수반하는가?	극저온 열처리법은 종래의 T6 열처리법에 추가의 2가지 공정, 즉 액체질소(LN2)에 시편을 넣어(dipping) 냉각시키는 공정과 급격하게 승온시키는 급열처리(uphill quenching, UHQ)하는 공정을 수반한다. 급열처리 공정은 매우 중요하며, 용체화처리시 생긴 잔류응력과 반대되는 잔류응력을 고의로 시편에 인가시켜 기존에 존재하던 잔류응력을 상쇄시키게 된다.
	급열처리 공정은 어떠한 효과를 가져오는가?	극저온 열처리법은 종래의 T6 열처리법에 추가의 2가지 공정, 즉 액체질소(LN2)에 시편을 넣어(dipping) 냉각시키는 공정과 급격하게 승온시키는 급열처리(uphill quenching, UHQ)하는 공정을 수반한다. 급열처리 공정은 매우 중요하며, 용체화처리시 생긴 잔류응력과 반대되는 잔류응력을 고의로 시편에 인가시켜 기존에 존재하던 잔류응력을 상쇄시키게 된다. 또한, 극저온 열처리시 공정의 최고온도는 175 ºC 정도로 높지 않아, 과시효(over aging) 에 의한 기계적 특성의 저하 없이 잔류응력을 제거할 수 있는 장점이 있다.
	극저온 열처리법은 어떠한 장점을 가지고 있는가?	급열처리 공정은 매우 중요하며, 용체화처리시 생긴 잔류응력과 반대되는 잔류응력을 고의로 시편에 인가시켜 기존에 존재하던 잔류응력을 상쇄시키게 된다. 또한, 극저온 열처리시 공정의 최고온도는 175 ºC 정도로 높지 않아, 과시효(over aging) 에 의한 기계적 특성의 저하 없이 잔류응력을 제거할 수 있는 장점이 있다.7) Kim 등은 열처리형 알루미늄 합금 중에서 2014 알루미늄 합금에 대해 극저온 열처리와 인공시효(T6) 공정을 통하여 잔류응력을 최대 80 %까지 제거하였다.

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