[논문]냉간압연접합법에 의해 제조된 AA1050/AA6061/AA1050 층상 복합판재의 미세조직 및 기계적 성질

안무종; 유효상; 이성희

doi:10.3740/mrsk.2016.26.7.388

냉간압연접합법에 의해 제조된 AA1050/AA6061/AA1050 층상 복합판재의 미세조직 및 기계적 성질
Microstructure and Mechanical Properties of AA1050/AA6061/AA1050 Complex Sheet Fabricated by Roll Bonding Process 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.26 no.7, 2016년, pp.388 - 392

안무종 (국립목포대학교 신소재공학과) , 유효상 (한국생산기술연구원) , 이성희 (국립목포대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

A cold roll-bonding process was applied to fabricate an AA1050/AA6061/AA1050 laminate complex sheet. Two AA1050 and one AA6061 sheets of 2 mm thickness, 40 mm width and 300 mm length were stacked up after surface treatment that included degreasing and wire brushing; material was then reduced to a thickness of 3 mm by one-pass cold rolling. The laminate sheet bonded by the rolling was further reduced to 1.2 mm in thickness by conventional rolling. The rolling was performed at ambient temperature without lubricant using a 2-high mill with a roll diameter of 210 mm. The rolling speed was 5.0 m/sec. The AA1050/AA6061/AA1050 laminate complex sheet fabricated by roll bonding was then hardened by natural aging T4) and artificial aging (T6) treatments. The microstructures of the as-roll bonded and the age hardened Al complex sheets were revealed by optical microscope observation; the mechanical properties were investigated by tensile testing and hardness testing. The strength of the as-roll bonded complex sheet was found to increase by 2.9 times compared to that value of the starting material. In addition, the hardness of the complex sheets increased with cold rolling for AA1050 and age-hardening treatment for AA6061, respectively. After heat treatment, both AA1050 and AA6061 showed typical recrystallization structures in which the grains were equiaxed; however, the grain size was smaller in AA6061 than in AA1050.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

그러나 클래드 재료의 구성 재료 중에 열처리(시효경화)용 Al합금을 도입한다면 시효 처리를 통하여 다양한 기계적 특성을 가진 클래드 재료를 설계할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 대표적인 열처리(시효경화)용 알루미늄 소재인 AA6061을 중간 삽입재로 사용하여 순 Al과 복합화시킴으로써 열처리 효과를 극대화하고자 하였다.

가설 설정

또한 압연롤과 피가공 재료간의 마찰계수도 클래드 재료의 변형 및 조직 형성에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.¹³⁾ 그러나 무엇보다도 클래드 재료에 있어서 가중 중요한 요소는 구성하고 있는 재료일 것이다. 우선, 내식성이 우수한 순 Al과 강도와 성형성이 비교적 우수한 5xxx계(Al-Mg합금)Al합금의 조합을 생각해 볼 수 있다.

제안 방법

또한, 두 재료 모두 압연 가공된 상태여서 400℃에서 30분 동안 균질화 처리를 실시한 후 출발재로 사용하였다. Fig. 1의 접합압연공정 모식도에 나타낸 바와 같이, AA6061합금을 중앙에 AA1050을 상하 양쪽에 위치시켜, 접합될 부위를 표면처리 후 적층하여 접합압연을 실시하였다. 접합압연은 실온, 무윤활 조건에서 롤 직경 210 mm인 2단압연기를 사용하여, 롤 주속 5.
또한, 파단연신율은 인장시험 전과 후의 표점간거리의 차이로부터 산출하였다. 경도시험은 마이크로 비커스 경도계를 사용하여 300 g의 하중에서 10초간의 압입시간으로 진행하였다.
압연접합된 시편 및 시효처리된 복합알루미늄에 대하여 광학현미경(Optical Microscope)에 의한 조직관찰을 실시하였다. 또한 기계적 특성 평가는 상온 인장시험 및 경도 측정을 통하여 실시하였다. 인장 시험편은 KS 5호의 1/5 크기(평행부 폭 5mm, 표점간 거리 10 mm)로, 인장축이 압연방향과 일치하도록 방전가공기로 잘라 준비하였다.
3 × 10⁻⁴s⁻¹의 조건에서 실시하였다. 또한, 파단연신율은 인장시험 전과 후의 표점간거리의 차이로부터 산출하였다. 경도시험은 마이크로 비커스 경도계를 사용하여 300 g의 하중에서 10초간의 압입시간으로 진행하였다.
압연접합된 시편 및 시효처리된 복합알루미늄에 대하여 광학현미경(Optical Microscope)에 의한 조직관찰을 실시하였다. 또한 기계적 특성 평가는 상온 인장시험 및 경도 측정을 통하여 실시하였다.
인장시험은 Instron형 재료시험기를 사용하였으며 실온에서 초기변형속도 8.3 × 10−4 s−1의 조건에서 실시하였다.
용체화처리(solution treat-ment)는 520 ℃에서 2시간 실시하였으며 열처리 후 바로 수냉(water quenching)하여 자연시효(T4) 및 인공시효(T6)를 실시하였다. 자연시효는 상온에서 96시간, 120시간, 816시간 후 시편을 채취하였으며, 인공시효는 180 ℃에서 1시간, 3시간, 5시간 유지 후 공냉(air cooling)하여 시편을 채취하였다.
1의 접합압연공정 모식도에 나타낸 바와 같이, AA6061합금을 중앙에 AA1050을 상하 양쪽에 위치시켜, 접합될 부위를 표면처리 후 적층하여 접합압연을 실시하였다. 접합압연은 실온, 무윤활 조건에서 롤 직경 210 mm인 2단압연기를 사용하여, 롤 주속 5.0 m/s에서 다 패스(multi-pass)압연하여 최종 1.2 mm(총압하율 80 %)까지 압연을 진행하였다.
접합압연을 통하여 AA1050/AA6061/AA1050의 층상복합알루미늄 판재를 성공적으로 제조하였다. 압연접합 후와 T4 및 T6 열처리 후의 광학현미경 조직을 Fig.
제조한 이종 층상 복합알루미늄합금판재에 대하여 T4및 T6 열처리를 실시하였다. Fig.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 재료는 화학조성이 Table 1과 같은 시판용 AA1050과 AA6061판재로, 크기는 두께 2 mm, 폭 40 mm, 길이 300 mm였다. 또한, 두 재료 모두 압연 가공된 상태여서 400℃에서 30분 동안 균질화 처리를 실시한 후 출발재로 사용하였다.
또한 기계적 특성 평가는 상온 인장시험 및 경도 측정을 통하여 실시하였다. 인장 시험편은 KS 5호의 1/5 크기(평행부 폭 5mm, 표점간 거리 10 mm)로, 인장축이 압연방향과 일치하도록 방전가공기로 잘라 준비하였다. 인장시험은 Instron형 재료시험기를 사용하였으며 실온에서 초기변형속도 8.

성능/효과

7배, AA6061(159 MPa)에 비해서는 약 2배에 해당되는 값이다. 결론적으로 AA1050과 AA6061을 사용한 접합압연을 통하여 다양한 기계적 특성을 가진 AA1050/AA6061/AA1050 층상복합판재를 제조하는 것이 가능함을 확인할 수 있었다.
33이므로 각 값을 대입하면, 출발 재료의 인장강도(σ)는 108 MPa이 된다. 그러므로 접합압연재료, 시효경화처리재료 모두 출발재료에 비해 AA1050, AA6061 모두에서 강도가 증가하였다. AA1050에서는 접합압연 후에, 그리고 AA6061에서는 5시간 인공시효 후에 강도 증가 효과가 가장 컸다.
그림에서와 같이 두 출발재료 모두 두께방향으로 비교적 균일한 경도분포를 나타내고 있으며 AA6061 합금이 약 10 Hv 만큼 더 큰 경도값을 나타내었다. 또한 압연접합된 재료의 경도값은 출발재료에 비해 크게 증가하였고, 두 재료 사이의 경도값 차이가 크게 감소하였다. Fig.
제조한 복합층상판재를 자연시효 및 인공시효처리했을 때, AA1050, AA6061 모두에서 재결정조직을 나타내었으며 재결정립의 크기는 AA1050에서 더 조대하였다. 또한, AA1050와 AA6061 두 재료 모두 접합압연 및 시효경화처리에 의해 경도 및 강도가 증가하였으며, AA1050에서는 접합압연 후에, AA6061에서는 5시간 인공시효 후에 경도 및 강도 증가 효과가 가장 컸다. 특히, 접합압연된 층상복합재료의 인장강도가 311 MPa로 가장 컸는데, 이것은 출발재료 AA1050(83 MPa)에 비해서 약 3.
7배, AA6061(159 MPa)에 비해서는 약 2배 증가하고, 파단연신율은 크게 감소하였다. 인공시효처리된 재료의 경우는, 최대인장강도가 183 MPa로 출발재료인 AA1050(83 MPa)에 비해서 약 2.2배, AA6061 (159 MPa)에 비해서는 약 1.2배 증가하나 연신율은 14 %로 감소하였다. 자연시효 재료의 경우는, 최대인장강도가 179 MPa로 출발재료인 AA1050(83 MPa)에 비해서 약2.
자연시효 재료의 경우는, 최대인장강도가 179 MPa로 출발재료인 AA1050(83 MPa)에 비해서 약2.1배, AA6061(159 MPa)에 비해서는 약 1.1배 증가하고 연신율은 25 %로 비교적 큰 값을 나타내었다.
6은 출발재료, 접합압연재료, 시효경화처리재료의 평균 경도를 정리하여 나타낸 것이다. 접합압연재료, 시효경화처리재료 모두 출발재료에 비해AA1050, AA6061 모두에서 경도가 증가하였다. AA1050에서는 접합압연 후에, 그리고 AA6061에서는 5시간 인공시효 후에 경도 증가 효과가 가장 컸다.
냉간접합압연을 통하여 AA1050/AA6061/AA1050 층상복합판재를 성공적으로 제조하여 그 결과를 다음과 같이 요약할 수 있다. 제조한 복합층상판재를 자연시효 및 인공시효처리했을 때, AA1050, AA6061 모두에서 재결정조직을 나타내었으며 재결정립의 크기는 AA1050에서 더 조대하였다. 또한, AA1050와 AA6061 두 재료 모두 접합압연 및 시효경화처리에 의해 경도 및 강도가 증가하였으며, AA1050에서는 접합압연 후에, AA6061에서는 5시간 인공시효 후에 경도 및 강도 증가 효과가 가장 컸다.

후속연구

¹³⁾ 그러나 이 경우는 두 재료 모두 시효경화 효과를 발휘할 수 없는 가공경화용 합금이므로 강도 향상에 어느 정도 한계가 존재한다. 그러나 클래드 재료의 구성 재료 중에 열처리(시효경화)용 Al합금을 도입한다면 시효 처리를 통하여 다양한 기계적 특성을 가진 클래드 재료를 설계할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 대표적인 열처리(시효경화)용 알루미늄 소재인 AA6061을 중간 삽입재로 사용하여 순 Al과 복합화시킴으로써 열처리 효과를 극대화하고자 하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	압연접합공정에서 중요한 과정은?	이종 금속의 접합 판재인 클래드(clad) 재료는 두 금속의 장점을 극대화시키기 위한 것으로 일반적으로 압연접합공정(roll bonding process)에의해 만들어진다. 이 공정은 압연에 의한 소성변형과 동시에 접합이 달성되어야 하므로 압연 전 접합하게 될 부위의 표면처리 공정과 압연 온도, 압연 압하율 등 압연공정조건을 최적화하는 것이 매우 중요하다. 또한 압연롤과 피가공 재료간의 마찰계수도 클래드 재료의 변형 및조직 형성에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
	마그네슘합금의 사용에 제약이 많은 이유는?	1-12) 수송기기의 경량화의 접근 방법에는 여러 가지가 있을 수 있으나 가장 쉽게 접근할 수 있는 방법 중의 하나가 종래에 많이 사용하던 철강 재료의 대체 금속재료로 비중이 철강 재료의 약 1/3에 불과한 알루미늄합금1-8) 또는 약 1/4에 불과한 마그네슘합금9-12)을 사용하는 것이다. 그러나 마그네슘합금의 경우는 소성가공성10)과 내부식성11,12) 등 여러 기술적인 문제와 고 단가로 인해 아직 사용에 제약이 많은 실정이다. 그러므로 유럽을 비롯한 선진국에서는 주로 알루미늄합금을 자동차용구조용 소재로 이미 많이 적용하고 있으며, 최근에는 그 적용 범위를 점차 확대해가는 추세에 있다.
	알루미늄 소재의 약점을 보완하는 하나의 방안은 무엇인가?	그러나 알루미늄합금을 수송기기 소재로 그 적용을 확대하기 위해서는 강도의 향상과 동시에 성형성 개선 등 해결해야할 과제가 많이 남아 있다. 그런데, 알루미늄 소재의 약점을 보완하는 하나의 방안으로 다층 클래딩 복합판재를 고려해 볼 수 있다. 이종 금속의 접합 판재인 클래드(clad) 재료는 두 금속의 장점을 극대화시키기 위한 것으로 일반적으로 압연접합공정(roll bonding process)에의해 만들어진다.

참고문헌 (13)

S. Guo, Y. Xu, Y. Han, J. Liu, G. Xue and H. Nagaumi, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 24, 2393 (2014).

상세보기
X. Fan, Z. He, W. Zhou and S. Yuan, J. Mater. Proce. Tech., 228, 179 (2016).

상세보기
L. Ding, Y. Weng, S. Wu, R. E. Sansers, Z. Jia and Q. Liu, Mater. Sci. Eng. A, 651, 991 (2016).

상세보기
H. W. Kim, S. B. Kang, H. Kang and K. W. Nam, J. Korean Inst. Met. Mater., 37, 1041 (1999).
H. S. Ko, S. B. Kang, H. W. Kim and S. H. Hong, J. Korean Inst. Met. Mater., 37, 650 (1999).
H. S. Ko, S. B. Kang and H. W. Kim, J. Korean Inst. Met. Mater., 37, 891 (1999).
K. D. Woo, H. S. Na, H. J. Mun and I. O. Hwang, J. Korean Inst. Met. Mater., 38, 766 (2000).

상세보기
K. D. Woo, I. O. Hwang and J. S. Lee, J. Korean Inst. Met. Mater., 37, 1468 (1999).
C. W. Park and H. Y. Kim, Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, 36, 1675 (2012).

원문보기 상세보기
N. J. Park, J. H. Hwang and J. S. Roh, J. Korean Inst. Met. Mater., 47, 1 (2009).

상세보기
C. D. Yim, Y. M. Kim, S. H. Park and B. S. You, Korean J. Met. Mater., 50, 619 (2012).

상세보기
D. H. Kim, J. M. Choi, D. H. Jo and I. M. Park, Korean J. Met. Mater., 52, 195 (2014).

상세보기
E. Y. Kim, J. H. Cho, H. W. Kim and S. H. Choi, Korean J. Met. Mater. 51, 41 (2012).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증