[논문]고강도 고인성 Al-Mg-Zn 주조합금의 미세조직 및 특성

김정민; 하태형

doi:10.7777/jkfs.2016.36.6.181

고강도 고인성 Al-Mg-Zn 주조합금의 미세조직 및 특성
Microstructure and Properties of High Strength High Ductility Al-Mg-Zn Casting Alloy 원문보기

한국주조공학회지 = Journal of Korea Foundry Society, v.36 no.6, 2016년, pp.181 - 186

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The typical microstructure of Al-5%Mg-2%Zn cast alloy mainly consists of an aluminum matrix with a small amount of AlMgZn 2nd phase. The secondary dendrite arm spacing and the grain size of the cast alloy tend to be inversely proportional to the section thickness of casting; however, the tensile properties cannot be said to be clearly related to the cast microstructure. After T6 heat treatment, the tensile strength of the alloy was enhanced significantly. TEM analysis results show that very fine AlMgZn precipitates were formed after the heat treatment. The corrosion resistance, measured according to the corrosion potential, was found to increase slightly after the conducting of heat treatment.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 높은 강도와 우수한 연성을 함께 갖춘 것으로 알려진 Al-5%Mg(wt.%)-2%Zn 합금을 선정하여 냉각속도에 따른 주조상태의 미세조직, 기계적 성질 및 부식 특성을 조사하였다. 또한 시효열처리 후의 미세조직의 변화 및 그로 인한 기계적 성질과 부식 특성의 변화를 관찰하였다.

제안 방법

Al-5%Mg-2%Zn 합금의 미세조직, 기계적 성질, 부식 특성,열처리 효과 등을 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
%)-2%Zn 합금을 선정하여 냉각속도에 따른 주조상태의 미세조직, 기계적 성질 및 부식 특성을 조사하였다. 또한 시효열처리 후의 미세조직의 변화 및 그로 인한 기계적 성질과 부식 특성의 변화를 관찰하였다.
판재형 주조 시험편의 인장시험은 ASTM B 557M 규격에 따라 수행하였으며, 미세조직 특성은 광학현미경(OM), 주사전자현미경(SEM-EDS) 및 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 분석하였다. 미세조직의 특징을 정량적으로 비교하기 위해서 수지상 간격과 주조 결정립 크기를 광학현미경 화상분석법으로 측정하였으며, 결정립 크기의 경우 최대 직경의 평균값을 산출하는 방식을 취하였다. 부식특성을 조사하기 위해서는 3.
미세조직의 특징을 정량적으로 비교하기 위해서 수지상 간격과 주조 결정립 크기를 광학현미경 화상분석법으로 측정하였으며, 결정립 크기의 경우 최대 직경의 평균값을 산출하는 방식을 취하였다. 부식특성을 조사하기 위해서는 3.5%NaCl 용액을 전해액으로 사용하여 분극시험을 하였으며, 여기서 측정한 부식전위(Ecorr.)를 가지고 부식저항성을 비교하였다.

대상 데이터

Al, Mg 및 Zn 순금속(99.8%) 잉곳을 전기유도로에서 용해한 후 액상선 온도(약 625^oC)기준 100^oC의 과열도를 가진 상태에서 대기 중 여러 두께를 갖는 계단식 금형(각 계단의 길이 80, 폭 25 mm)에 중력 주입하여 판재형 주조시편을 제조하였다. Al-5%Mg-2%Zn 실험합금의 실제 화학조성을 분석한 결과는 Table 1에 나타내었으며, 주조시편으로부터 각각 6, 10, 20 mm의 두께 인장시편들을 기계 가공하여 준비하였다.

이론/모형

판재형 주조 시험편의 인장시험은 ASTM B 557M 규격에 따라 수행하였으며, 미세조직 특성은 광학현미경(OM), 주사전자현미경(SEM-EDS) 및 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 분석하였다. 미세조직의 특징을 정량적으로 비교하기 위해서 수지상 간격과 주조 결정립 크기를 광학현미경 화상분석법으로 측정하였으며, 결정립 크기의 경우 최대 직경의 평균값을 산출하는 방식을 취하였다.

성능/효과

1) Al-Mg-Zn 합금의 주조조직은 주로 Al기지와 Al₂Mg₃Zn₂ 상으로 이루어진 것으로 관찰되었으며, 냉각속도가 증가함에 따라 수지상 간격 및 결정립 크기가 감소하는 경향을 나타내었다.
2) 주조상태에서도 비교적 우수한 강도와 연신율을 나타내었으며, 최대 경도값을 가지는 조건에서 T6열처리한 시편에서는 강도가 뚜렷하게 증가한 것을 확인할 수 있었다.
3) 열처리한 시편의 미세조직을 관찰한 결과, 열처리 후 용질의 편석이 감소한 것을 관찰할 수 있었으며, 기지에 매우 미세한 Al₂Mg₃Zn₂ 석출상이 형성되어 강도가 증가한 것으로 사료된다.
4) Al-Mg-Zn 합금의 부식 특성의 경우 주조상태에 비해 열처리 후 부식전위가 약간 상승하는 것으로 조사되었으며,따라서 내식성도 약간 개선될 것으로 예상된다.

후속연구

석출상이 형성되고 강도가 증가하는 결과가 발표된 바 있다[7]. Al-Mg-Zn계 합금의 경우 기존 연구를 통해 고강도와 고인성을 동시에 구현할 수 있음은 알려졌으나 실제 산업적으로 널리 적용되기 위해서는 좀 더 자세한 특성파악이 필요하다. 즉, 냉각속도에 따른 미세조직의 변화와 이에 따른 기계적 성질과 내식성의 변화, 최적의 열처리 조건 등에 대한 연구가 아직 부족한 상태이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Al-Mg계 합금에서 시효경화성을 나태내는 방법은?	통상적으로 Al-Mg계 합금은 비열처리형으로 분류되지만 소량의 합금원소가 첨가되면 시효경화성을 나타낼 수 있는데,예를 들어, Al-Mg계 합금에 아연(Zn)이 첨가된 상태에서 열처리를 수행하면 Al2Mg3Zn3 또는 MgZn2 석출상이 형성되고 강도가 증가하는 결과가 발표된 바 있다[7]. Al-Mg-Zn계 합금의 경우 기존 연구를 통해 고강도와 고인성을 동시에 구현할 수 있음은 알려졌으나 실제 산업적으로 널리 적용되기 위해서는 좀 더 자세한 특성파악이 필요하다.
	알루미늄-마그네슘계 합금의 특징은 무엇인가?	알루미늄-마그네슘계 합금은 대표적인 주조합금인 알루미늄실리콘계에 비해 주조성이 낮아 상대적으로 사용량은 적으나 우수한 기계적 성질, 내식성, 용접성 등 우위 특성도 가지고 있다. 일반적으로 Al-Mg계 주조합금의 강도는 Al기지 내 Mg의 고용강화에 주로 기인하며, Mg의 첨가량이 증가함에 따라 강도는 증가하지만 Al3Mg2와 같은 상의 형성으로 응력 부식균열 저항성이 낮아지는 등의 문제가 있으므로 첨가량에는 제한이 있다[1-5].
	시편두께 6mm에서 상대적으로 낮은 강도와 연신율을 보인 이유로 추정되는 것은?	통상적으로 냉각속도가 빠를수록 결정립 크기가 작고 응고조직이 미세하므로 더 우수한 기계적 성질을 나타내는 경향이 있으므로[10], 본 실험에서 얻은 결과는 다소의외의 결과라고 할 수 있다. 이러한 결과에 대한 원인은 명확하지 않으나 본 연구의 Al-Mg-Zn합금이 전형적인 주조용 알루미늄합금에 비해 주조성이 낮아 비교적 얇은 부위(6 mm)를 충전하는 과정에서 유동도 부족 등의 미소 주조결함이 발생하였기 때문으로 추정된다. 좁은 금형의 빈 공간을 알루미늄합금이 충전할 때는 유동도에 미치는 용탕 표면 산화물의 영향이 더 크게 나타나며[11,12], 알루미늄에 마그네슘 첨가량이 약 2%이상인 경우 표면 산화물이 MgO로 변화하고 산화정도도 심해지는 것으로 알려져 있다[11].

참고문헌 (16)

J.R. Davis, ASM Specialty Handbook: Aluminum and aluminum alloys, ASM International, Materials Park, OH (1993) 88-94, 579-622.
C. Meng, D. Zhang, L. Zhang and J. Zhang, J. Alloys Compd., "Correlations between stress corrosion cracking, grain boundary precipitates and Zn content of Al-Mg-Zn alloys", 655 (2016) 178-187.

상세보기
R. Kimura, H. Hatayama, K. Shinozaki, I. Murashima, J. Asada and M. Yoshida, J. Mater. Process. Tech., "Effect of grain refiner and grain size on the susceptibility of Al-Mg diecasting alloy to cracking during solidification", 209 (2009) 210-219.

상세보기
M. Popovic and E. Romhanji, J. Mater. Process. Tech., "Stress corrosion cracking susceptibility of Al-Mg alloy sheet with high Mg content", 125-126 (2000) 275-280.
Park JY, Kim JC, Kim HB and Choi CO, J. Korea Foundry Society, "Effect of solidification condition on the structure and mechanical properties of Al-5wt%Mg alloy by metallic mold casting", 17 (1997) 237-244.
Kim JM, Seong KD, Jun JH, Kim KT and Jung WJ, J. Korea Foundry Society, "Effect of Mn and Si contents on the castabilities and mechanical properties of Al-5%Mg base alloy", 25 (2005) 216-220.
Kim JM, Seong KD, Yoo JH, Jun JH, Kim KT and Jung WJ, J. Kor. Soc. for Heat Treatment, "Microstructure and mechanical properties of Al-5%Mg-1%Mn-xZn alloys", 18 (2005) 12-17.
M.C. Flemings, Solidification processing, McGraw-Hill, New York (1974) 146-154.
P.L. Barbucci, G. Cabot, G. Bruzzone and G. Cerisola, J. Alloys Compd., "Role of intermetallics in the activation of Al-Mg-Zn alloys", 268 (1998) 295-301.

상세보기
K.T. Akhil, S. Arul and R. Sellamuthu, Prodedia Mater. Sci., "The effect of section size on cooling rate, microstructure and mechanical properties of A356 aluminium alloy in casting", 5 (2014) 362-368.

상세보기
J. Campbell, Castings, Butterworth-Heinemann, Oxford (2003) 74-96, 147-156.
K.R. Ravi, R.M. Pillai, K.R. Amaranathan, B.C. Pai and M. Chakraborty, J. Alloys Compounds, "Fluidity of aluminum alloys and composites: a review", 456 (2008) 201-210.

상세보기
S. Pang, G. Wu, W. Liu, M. Sun, Y. Zhang, Z. Liu and W. Ding, Mater. Sci. Eng. A, "Effect of cooling rate on the microstructure and mechanical properties of sand-casting Mg-10Gd-3Y-0.5Zr magnesium alloy", 562 (2013) 152-160.

상세보기
T.V. Ferri, A.P. Figueiredo, C.R.F. Ferreira, W. Hormaza, C.A. Santos and J.A. Spim, Mater. Sci. Eng. A, "Mechanical properties as a function of microstructure in the new Mg-Al-Ca-La alloy solidified under different conditions", 527 (2010) 4624-4632.

상세보기
J.E. Gruzleski and B.M. Closset, The treatment of liquid aluminum-silicon alloys, American Foundrymen's Society, IL (1990) 76-94.
L.B. Ber, Mater. Sci. & Eng., "Accelerated artificial ageing regimes of commercial aluminium alloys", A280 (2000) 91-96.

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