[논문]다이캐스팅 ADC12 합금의 열처리 전후의 기계적 특성변화

강신욱; 박경섭; 오은호; 심정일; 김희수

doi:10.7777/jkfs.2016.36.3.88

다이캐스팅 ADC12 합금의 열처리 전후의 기계적 특성변화
Change of Mechanical Properties During Heat Treatment of Diecast ADC12 Alloy 원문보기

한국주조공학회지 = Journal of Korea Foundry Society, v.36 no.3, 2016년, pp.88 - 94

강신욱 (조선대학교 재료공학과) , 박경섭 (조선대학교 재료공학과) , 오은호 (조선대학교 재료공학과) , 심정일 (동양금속) , 김희수 (조선대학교 재료공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

We investigated the effect of heat treatment on an ADC12 alloy produced using diecasting. The heat treatment used in this study was a typical T6 process: a solid solution treatment followed by an artificial aging treatment. As-cast specimens were solid-solution-treated at $500^{\circ}C$ and $530^{\circ}C$ for 1-16 hr, and aged at $160^{\circ}C$ and $180^{\circ}C$ for 1-8 hr. Microstructural changes in the alloy during the heat treatment were observed. Changes in mechanical properties of the alloy were measured using a micro-Vickers hardness tester. Finally, we determined the optimal heat treatment conditions for the diecast ADC12 alloy.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 상용 다이캐스팅용 합금인 ADC12를 사용한 주조 제품의 용체화처리와 시효처리를 포함하는 T6 열처리를 통하여 최종제품의 기계적 특성을 향상시키는 연구를 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
열처리 과정은 산업적으로 많이 사용되는 용체화처리와 인공시효의 과정을 거치는 T6 공정을 사용하였다. 이에 각 열처리 과정에서의 미세조직 변화와 경도 변화를 측정하여, ADC12의 주조후 열처리에 따른 기계적 특성의 향상에 대한 가능성을 타진하였다.
기본적인 상용 ADC12 합금에 대한 열처리에 대한 기존 연구는 미비한 한편, SiC와의 복합재료의 열처리에 관한 연구[8-11] 등이 주를 이루고 있다. 이에 본 연구에서는 대표적인 주조용 알루미늄 합금인 상용 ADC12의 다이캐스팅 제품을 열처리하고, 열처리 과정 동안의 미세조직 특성과 기계적 특성의 변화에 대하여 고찰하였다. 본 연구에서 사용한 ADC12 합금은 다이캐스팅 공정을 통하여 제조된 박육 주조재로서 자동차와 가전용 부품으로 널리 사용되는 소재이다.

가설 설정

2. Phase fractions according to temperature calculated using PTherm, with the condition of (a) equilibrium, and (b) nonequilibrium solidification.

제안 방법

2는 열역학적으로 상태도를 계산하는 소프트웨어인 PTherm으로 계산한, 온도에 따른 상의 질량 분율을 계산한 결과이다. 계산 조건은 평형응고와 비평형응고 두 가지로 계산하였다. 평형응고시에는 액상온도가 약 587℃이고, 고상온도가 약 538℃이다.
앞 절에서 서술한 바와 같이 최적의 용체화처리 조건은 500℃에서 2시간 동안 열처리하는 것이다. 그러므로 이러한 조건으로 주조재를 용체화처리한 후 인공시효 실험을 실시하였다. 시편을 160℃와 180℃에서 각각 1~8시간 동안 열처리한 후에 공냉하였다.
이후 미세조직학적 구조와 상의 조성을 확인하기 위하여 X선회절분석(XRD), 주사전자현미경(SEM), 에너지분산형 분광분석법(EDS)를 사용하였다. 기계적 성질의 변화는 마이크로비이커스 경도측정기를 이용하여 HV2(19.614N), 10초 유지 조건으로 관찰 하였다.
미세조직의 변화는 광학현미경으로 관찰하였으며, 이때 사용된 부식액은 켈러용액(Keller's reagent, H2O 95 ml, HNO32.5 ml, HCl 1.5 ml, HF 1 ml)을 사용하였다.
앞 절에서 설명한 바와 같은 주조시편의 최적 용체화처리조건을 얻기 위하여, 500℃와 530℃에서 각각 열처리로를 예열, 유지한 후 시편을 장입하고, 1~16시간 동안 열처리한 후에 수냉한 후 그 시편의 경도를 측정하였다. 그 결과는 Fig.
용체화처리는 500℃와 530℃의 온도로 각각 열처리로를 예열, 유지한 후 시편을 장입하고, 1~16시간 동안 열처리한 후 수냉하였다. 용체화처리 후에는 미세조직과 경도 등을 판단하여, 최적 용체화처리 조건을 수립한 후 인공시효처리를 수행하였다. 인공시효처리는 160℃와 180℃의 온도로 각각 열처리로를 예열, 유지한 후 시편을 장입하고, 1~8시간 동안 열처리한 후에 공냉하였다.
7wt%Fe 이었다. 주조후의 열처리는 T6 공정으로, 용체화처리와 인공시효처리를 독립적으로 수행하였다. 용체화처리는 500℃와 530℃의 온도로 각각 열처리로를 예열, 유지한 후 시편을 장입하고, 1~16시간 동안 열처리한 후 수냉하였다.

대상 데이터

이에 본 연구에서는 대표적인 주조용 알루미늄 합금인 상용 ADC12의 다이캐스팅 제품을 열처리하고, 열처리 과정 동안의 미세조직 특성과 기계적 특성의 변화에 대하여 고찰하였다. 본 연구에서 사용한 ADC12 합금은 다이캐스팅 공정을 통하여 제조된 박육 주조재로서 자동차와 가전용 부품으로 널리 사용되는 소재이다. 열처리 과정은 산업적으로 많이 사용되는 용체화처리와 인공시효의 과정을 거치는 T6 공정을 사용하였다.
본 연구에서는 900톤 급의 다이캐스팅 장비를 이용하여 제조한 ADC12의 소재를 사용하였다. 제품의 두께는 형상이 복잡하여, 부분적으로 그 두께가 모두 상이하지만 본 연구에서는 3 mm로서 두께가 일정한 부분만을 채취하여 사용하였다.
본 연구에서 사용한 ADC12 합금은 다이캐스팅 공정을 통하여 제조된 박육 주조재로서 자동차와 가전용 부품으로 널리 사용되는 소재이다. 열처리 과정은 산업적으로 많이 사용되는 용체화처리와 인공시효의 과정을 거치는 T6 공정을 사용하였다. 이에 각 열처리 과정에서의 미세조직 변화와 경도 변화를 측정하여, ADC12의 주조후 열처리에 따른 기계적 특성의 향상에 대한 가능성을 타진하였다.
본 연구에서는 900톤 급의 다이캐스팅 장비를 이용하여 제조한 ADC12의 소재를 사용하였다. 제품의 두께는 형상이 복잡하여, 부분적으로 그 두께가 모두 상이하지만 본 연구에서는 3 mm로서 두께가 일정한 부분만을 채취하여 사용하였다. ADC12의 화학적 조성은 Al-10wt%Si-1.

이론/모형

5 ml, HF 1 ml)을 사용하였다. 이후 미세조직학적 구조와 상의 조성을 확인하기 위하여 X선회절분석(XRD), 주사전자현미경(SEM), 에너지분산형 분광분석법(EDS)를 사용하였다. 기계적 성질의 변화는 마이크로비이커스 경도측정기를 이용하여 HV2(19.

성능/효과

3) 용체화처리 중 Si은 급격하게 구상화 되었으며, 여타 금속간 화합물은 극소수로 발견되었다. 그러나 인공시효과정 중 석출경화로 예상되는 기구에 의하여 경도가 증가하는 현상이 나타났으나, 광학현미경이나 SEM으로는 미세조직의 변화를 판단할 수 없었다.
가장 높은 수치를 나타낸 160℃ × 4 hr의 조건에서의 경도는 약 137 HV로서, 주조 직후의 경도인 111 HV에 비하여 약 23% 향상된 것을 알 수 있다.
7에 나타내었다. 경도는 두 온도 모두에서 시간이 지남에 따라 증가하였으며, 4시간 시효처리 후 가장 높은 값을 나타내었다. 4시간 이후로는 경도가 약간 감소하나 안정상태에 진입한 것으로 판단된다.
530℃에서의 용체화처리시에는 국부적인 용융이 일어나, 경도값이 시간과 관계없이 불안정한 값을 나타내었다고 판단된다. 그러나, 500℃에서의 용체화처리에서는 비교적 안정된 경도 변화를 보이고 있어서, 본 연구에서 사용된 ADC12 합금의 고상온도는 500℃보다 높은 것으로 판단된다. 그래프에서 나타낸 바와 같이 최적최단의 용체화처리 조건은 500℃에서 안정화 구간으로 진입하는 2시간으로 보는 것이 타당하다.
2) 인공시효처리는 160℃와 180℃에서 수행하였다. 두 온도에서 모두 최적 시효 시간은 4시간이었으나, 160℃에서 열처리한 경우가 180℃에서 열처리한 경우보다 높은 경도를 나타내었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ADC12 합금은 어떤 공정을 통해 제조한 박육 주조재인가?	이에 본 연구에서는 대표적인 주조용 알루미늄 합금인 상용 ADC12의 다이캐스팅 제품을 열처리하고, 열처리 과정 동안의 미세조직 특성과 기계적 특성의 변화에 대하여 고찰하였다. 본 연구에서 사용한 ADC12 합금은 다이캐스팅 공정을 통하여 제조된 박육 주조재로서 자동차와 가전용 부품으로 널리 사용되는 소재이다. 열처리 과정은 산업적으로 많이 사용되는 용체화처리와 인공시효의 과정을 거치는 T6 공정을 사용하였다.
	Al-Si-Cu계에서 Si는 어떤 역할을 하는가?	주조용 알루미늄 합금 중 일반적으로 가장 많이 사용되는 합금계는 Al-Si-Cu계이다. Si은 합금의 유동성과 내마모성을 향상시키는 역할을 한다. 또한 빈번하게 Si 초정상이 생성되는데, 그 형상과 크기는 주조시의 냉각속도나 후속 열처리를 통하여 제어가 가능하다[1,2]. Cu는 Mg등과 함께 주조재의 열처리에 의한 2차상의 석출을 일으키며, 이로 인하여 합금의 기계적 특성을 변화시킨다[3,4].
	ADC12 합금에 Cu를 추가하였을 경우 어떤 물성 변화가 있는가?	대표적인 Al-Si-Cu계 합금중의 하나인 ADC12 합금은 Si를 10wt% 가량 함유하며, 가벼우면서도 고온특성과 부식저항성이 양호한 것으로 알려져 있다[5]. 추가적인 Cu의 첨가는 전체적인 융점의 저하 효과가 있으며, 합금의 기계적 특성 등이 향상되나 주조성과 연성, 부식저항성이 감소된다[6,7]. 중력주조와 다이캐스팅 등의 방법으로 주조된 ADC12는 응고시의 용질 재분배와 금속간 화합물의 생성, 잔류응력 등에 의하여 산업적으로 충분한 기계적 특성을 나타내기 어려울 가능성이 있으므로, 주조후 추가적인 열처리를 통하여 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.

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Sjolander E and Seifeddine S, Materials Science and Engineering A, "Artificial ageing of Al-Si-Cu-Mg casting alloys", 528 (2011) 7402-7409.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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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