Aluminum alloys have been widely used in engine materials, cold & hot-water storage vessels and piping etc., Furthermore, the aluminum alloy of AC8A have been widely used in mold casting material of engine piston for various vehicles because of its properties of temperature, wear and corrosion resis...
Aluminum alloys have been widely used in engine materials, cold & hot-water storage vessels and piping etc., Furthermore, the aluminum alloy of AC8A have been widely used in mold casting material of engine piston for various vehicles because of its properties of temperature, wear and corrosion resistance. Therefore, it is considered that evaluation of corrosion resistance as well as wear resistance of AC8A material is also important to improve its property and to prolong its lifetime. In previous paper, the effect of solution($510^{\circ}C$:4hrs) and tempering($190^{\circ}C$: 16, 24, and 36 hrs)heat treatments to corrosion resistance and hardness were investigated using electrochemical method. In this study, in order to examine completely the effect of the tempering hours to hardness variation and corrosion resistance, the results of solution($510^{\circ}C$:4hrs) and tempering($190^{\circ}C$: 2, 4, 8 and 12hrs)heat treatments to hardness and corrosion resistance were investigated using electrochemical method. The hardness decreased with solution heat treatment compared to mold casting condition, but its value increased with tempering heat treatment. Furthermore, the corrosion resistance increased with decreasing of the hardness, and decreased with increasing of the hardness reversely. And the tempering heat treatment temperature at $190^{\circ}C$ for 8 hrs exhibited the highest value of the hardness and also indicated the highest corrosion current density. However, the values of hardness and corrosion current density was again increasingly decreased with increasing of tempering hours than 8 hrs, Consequently, it is suggested that decision of the optimum. tempering hours is very important to improve the corrosion or wear resistance.
Aluminum alloys have been widely used in engine materials, cold & hot-water storage vessels and piping etc., Furthermore, the aluminum alloy of AC8A have been widely used in mold casting material of engine piston for various vehicles because of its properties of temperature, wear and corrosion resistance. Therefore, it is considered that evaluation of corrosion resistance as well as wear resistance of AC8A material is also important to improve its property and to prolong its lifetime. In previous paper, the effect of solution($510^{\circ}C$:4hrs) and tempering($190^{\circ}C$: 16, 24, and 36 hrs)heat treatments to corrosion resistance and hardness were investigated using electrochemical method. In this study, in order to examine completely the effect of the tempering hours to hardness variation and corrosion resistance, the results of solution($510^{\circ}C$:4hrs) and tempering($190^{\circ}C$: 2, 4, 8 and 12hrs)heat treatments to hardness and corrosion resistance were investigated using electrochemical method. The hardness decreased with solution heat treatment compared to mold casting condition, but its value increased with tempering heat treatment. Furthermore, the corrosion resistance increased with decreasing of the hardness, and decreased with increasing of the hardness reversely. And the tempering heat treatment temperature at $190^{\circ}C$ for 8 hrs exhibited the highest value of the hardness and also indicated the highest corrosion current density. However, the values of hardness and corrosion current density was again increasingly decreased with increasing of tempering hours than 8 hrs, Consequently, it is suggested that decision of the optimum. tempering hours is very important to improve the corrosion or wear resistance.
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문제 정의
지난 연구14)에서는 AC8A 알루미늄합금의 경도특성과 내식특성에 미치는 열처리효과에 대하여 190℃에서 16, 24 및 36시간 유지한 후에 급냉에 의한 뜨임처리를 실시하고 이들 온도에 대한 열처리효과를 비교·고찰하였다. 본 연구에서는 190℃에서 16시간 이하의 시간으로 세분화해서 즉 2, 4, 8 및 12시간을 각각 유지한 후에 급냉에 의한 뜨임열처리 효과를 비교 고찰 하고자 한다. 따라서 본 연구는 지난 연구의 결과와 함께 뜨임열처리 유지시간과 경도와 내식특성의 상관관계에 대한 구체적인 실험결과를 제시하여 향후 AC8A 알루미늄합금의 성능개선을 위한 뜨임열처리시간의 선택에 대한 유익한 참고자료가 되리라 기대된다.
제안 방법
실험에 사용된 측정장치는 Won. A. Tech사가 수입 판매하는 CMS-100 프로그램이며, 기준전극은 SCE전극, 대극은 백금을 사용하였고 주사속도는 1㎷/s, 그리고 delay time은 1,800초로 하였다. 단 사이클릭 선도변화 측정은 +1.
그리고 시험편을 샌드페이퍼 100번에서 2000번까지 연마한 후 노출면적 1㎠만을 남기고 나머지는 실리콘 수지로 절연시켰으며, 가장자리에 구멍을 뚫고 동선을 연결하여 시험편을 제작하였다. 시험용액은 천연 해수용액을 사용하였으며, 3㎝/s(PIV: Particle Image Velocimetry로 측정)의 속도로 용액을 유동시키면서 측정하였다.
5V 영역에서 30㎷/s의 주사속도로 하였으며, 부식된 표면사진은 멀티미디어 영상현미경(Sometech사, Model: SV35)으로 150배 배율로 관찰하였다. 그리고 시험편의 표면을 사포 2000번까지 연마한 후 각각의 시험편을 에칭(etching)하여 조직을 관찰하고 시험편의 중심부에서 좌우로 1mm 간격으로 경도를 각각 3회 측정하여 평균값을 구하였다.
실험에 사용한 시험편은 Table 1에서 보여주는 합금성분을 가진 금형 주조한 AC8A 알류미늄 함금을 사용하였다. 그리고 이 시험편을 510℃에서 4시간 유지한 후 급냉에 의한 용체화 처리를 실시한 후 다시 190℃에서 2, 4, 6, 8 및 12시간씩 각각 유지한 후에 수냉에 의한 뜨임열처리를 실시하였다.
측정 방법은 부식전위 변화와 양극 및 음극분극곡선의 측정과 부식전류밀도를 측정하였다. 그리고 임피던스와 사이클릭 선도변화를 측정하고 양극 및 음극분극 곡선을 측정한 후의 부식된 표면을 영상현미경으로 관찰하였다. 실험에 사용된 측정장치는 Won.
Tech사가 수입 판매하는 CMS-100 프로그램이며, 기준전극은 SCE전극, 대극은 백금을 사용하였고 주사속도는 1㎷/s, 그리고 delay time은 1,800초로 하였다. 단 사이클릭 선도변화 측정은 +1.5V ~ -0.5V 영역에서 30㎷/s의 주사속도로 하였으며, 부식된 표면사진은 멀티미디어 영상현미경(Sometech사, Model: SV35)으로 150배 배율로 관찰하였다. 그리고 시험편의 표면을 사포 2000번까지 연마한 후 각각의 시험편을 에칭(etching)하여 조직을 관찰하고 시험편의 중심부에서 좌우로 1mm 간격으로 경도를 각각 3회 측정하여 평균값을 구하였다.
시험용액은 천연 해수용액을 사용하였으며, 3㎝/s(PIV: Particle Image Velocimetry로 측정)의 속도로 용액을 유동시키면서 측정하였다. 측정 방법은 부식전위 변화와 양극 및 음극분극곡선의 측정과 부식전류밀도를 측정하였다. 그리고 임피던스와 사이클릭 선도변화를 측정하고 양극 및 음극분극 곡선을 측정한 후의 부식된 표면을 영상현미경으로 관찰하였다.
대상 데이터
그리고 시험편을 샌드페이퍼 100번에서 2000번까지 연마한 후 노출면적 1㎠만을 남기고 나머지는 실리콘 수지로 절연시켰으며, 가장자리에 구멍을 뚫고 동선을 연결하여 시험편을 제작하였다. 시험용액은 천연 해수용액을 사용하였으며, 3㎝/s(PIV: Particle Image Velocimetry로 측정)의 속도로 용액을 유동시키면서 측정하였다. 측정 방법은 부식전위 변화와 양극 및 음극분극곡선의 측정과 부식전류밀도를 측정하였다.
그리고 임피던스와 사이클릭 선도변화를 측정하고 양극 및 음극분극 곡선을 측정한 후의 부식된 표면을 영상현미경으로 관찰하였다. 실험에 사용된 측정장치는 Won. A.
실험에 사용한 시험편은 Table 1에서 보여주는 합금성분을 가진 금형 주조한 AC8A 알류미늄 함금을 사용하였다. 그리고 이 시험편을 510℃에서 4시간 유지한 후 급냉에 의한 용체화 처리를 실시한 후 다시 190℃에서 2, 4, 6, 8 및 12시간씩 각각 유지한 후에 수냉에 의한 뜨임열처리를 실시하였다.
성능/효과
1) 그리고 Al은 비중이 2.7 정도의 경금속이며 Mg 다음으로 가벼운 금속으로, 주조가 용이하고 다른 금속과의 합금이 잘 된다. 뿐만 아니라 상온 및 고온에서 가공이 용이하고 중성 및 산성 용액에서 산화 피막의 형성에 의해서 내식성이 비교적 좋으며 열 및 전기의 전도도가 우수한 편이다.
1. 주조상태보다 용체화 처리에 의해서 경도는 낮아지는 경향을 알 수 있었으며, 190℃에서 뜨임처리를 함에 따라 경도는 다시 상승하였고 8시간 뜨임처리에서 최고의 경도값을 나타내었으나, 12시간 이후의 뜨임처리에서 다시 경도가 감소하는 경향을 알 수 있었다.
2. 경도가 낮을수록 내식성이 좋아지며 경도가 높을수록 내식성이 감소하고 공식이 발생하는 상관관계를 알 수 있었다. 그리고 8시간 뜨임처리에서 가장 높은 경도 값과 부식전류밀도 역시 가장 큰 값의 정점을 나타내었으며, 8시간보다 긴 열처리시간에서는 경도 값은 다시 감소하고 부식전류밀도 역시 감소하는, 즉 내식성은 좋아지는 경향을 알 수 있었다.
3. 열처리를 하지 않은 경우 수지상정의 덴드라이트 조직을 나타내었으나, 용체화 처리에 의해서 수지상정은 사라지고 흰 바탕의 길고 둥근 α고용체의 결정입자가 나타났으며, 뜨임처리에 의해서 미세하고 짧은 침상모양의 Si의 석출 결정입자가 관찰되었다.
16) 또한 짧은 침상모양의 Si의 석출은 국부적으로 양극으로 작용하여 부식전류밀도가 증가하고 내식성이 감소하는 것으로 생각된다. 결국 190℃에서 뜨임열처리는 유지시간의 변수에 의해 경도를 상승 및 감소시키는 효과가 있으며 동시에 내식성을 증가 및 감소시키는 실험결과를 얻을 수 있었다.
경도가 낮을수록 내식성이 좋아지며 경도가 높을수록 내식성이 감소하고 공식이 발생하는 상관관계를 알 수 있었다. 그리고 8시간 뜨임처리에서 가장 높은 경도 값과 부식전류밀도 역시 가장 큰 값의 정점을 나타내었으며, 8시간보다 긴 열처리시간에서는 경도 값은 다시 감소하고 부식전류밀도 역시 감소하는, 즉 내식성은 좋아지는 경향을 알 수 있었다.
그림에서 알 수 있듯이 용체화 처리한 경우 부식전류밀도 값이 가장 낮았으며, 경도 값 역시 가장 낮은 값을 보여주고 있음을 알 수 있다. 그리고 뜨임열처리한 경우 즉 열처리 시간이 길어짐에 따라 경도는 점점 상승하고 부식전류밀도는 증가하였으며, 8시간 뜨임열처리한 경우 부식전류밀도가 가장 크고 경도 값은 158로 가장 높았으나 12시간 뜨임열처리한 경우에는 경도 값은 111로 다시 낮아지고 부식전류밀도 역시 다시 적어지는 경향을 알 수 있었다. 그런데 지난 연구14)에서도 뜨임열처리 시간이 16시간에서 경도 값은 104, 24시간에서 133 및 36시간에서 98의 경도 값으로 즉 열처리 시간이 점진적으로 길어짐에 따라 경도는 낮아지고 부식전류밀도 역시 적어지는 즉 내식성이 증가하는 결과를 얻을 수 있었다.
따라서 AC8A 알루미늄 합금에 대한 본 실험의 결과 주조상태에서 용체화처리에 의해서 긴 타원 모양의 큰 α고용체가 발견되면서 경도는 감소하고 내식성이 증가되었으나 뜨임열처리에 의해서 미세하고 짧은 침상 모양의 Si의 석출이 관찰되면서 경도는 다시 상승하고 내식성은 감소되었으며, 8시간의 뜨임시간에서 정점을 나타내고 즉 경도와 부식전류밀도가 가장 큰 값을 나타내었으며, 전술한 시간보다 긴 뜨임시간에서는 다시 긴 타원 모양의 큰 α고용체가 발견되면서 경도는 감소하고 내식성은 좋아지는 경향을 나타내었다.
그런데 지난 연구14)에서도 뜨임열처리 시간이 16시간에서 경도 값은 104, 24시간에서 133 및 36시간에서 98의 경도 값으로 즉 열처리 시간이 점진적으로 길어짐에 따라 경도는 낮아지고 부식전류밀도 역시 적어지는 즉 내식성이 증가하는 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 경도가 높으면 내식성은 떨어지며 결과적으로 8시간의 뜨임열처리가 경도와 부식전류밀도가 가장 높은 정점을 나타내고 8시간보다 뜨임열처리시간이 길어짐에 따라 경도는 다시 낮아지고 부식전류밀도는 다시 감소하는 즉 내식성은 좋아지는 결론을 얻을 수 있었다.
주조상태, 용체화 처리 및 2시간 뜨임처리한 경우 곡선의 위치가 상대적으로 왼쪽에 있으며 8시간 뜨임처리한 경우 가장 오른쪽에 위치하고 있음을 알 수 있다. 따라서 주조상태 및 용체화 처리의 경우 분극저항이 큰 값을 가지므로 볼타모그램의 선도가 왼쪽에 위치하면서 내식성이 좋은 경향을, 그리고 8시간 뜨임처리한 경우는 선도 상의 분극저항이 가장 적으므로 즉 내식성이 가장 좋지 않으므로 볼타모그램의 선도가 가장 오른쪽에 위치하는 것을 알 수 있다. 지금까지의 실험결과에서 경도의 변화, 부식전위, 분극곡선, 임피던스 및 사이클릭변화의 상관관계는 거의 일치하는 경향을 나타내었다.
그런데 지난 연구에서 뜨임시간이 긴 경우 예를 들면 16시간, 24시간 및 36시간의 경우 긴 타원모양의 큰 α고용체가 많이 관찰되었음을 생각할 때 뜨임시간이 길어짐에 따라 긴 타원모양의 비교적 큰 α고용체가 많이 관찰되면서 경도가 낮아지고 뜨임시간이 짧아 긴 침상모양의 미세한 α고용체 관찰되면서 경도가 높아지는 경향을 알 수 있었다. 또한 Fig. 1의 경도변화와 비교할 때 결정입자가 미세하고 짧은 침상모양의 Si의 석출이 많을수록 경도는 증가하는 실험결과를 얻을 수 있었다. Fig.
2는 각각의 시험편에 대해서 양극 및 음극 분극곡선을 측정한 후에 부식된 표면을 영상현미경으로 150배율로 관찰한 결과를 보여주고 있다. 열처리를 하지 않은 경우와 용체화 처리 및 2시간 뜨임처리한 경우 뚜렷한 국부부식의 흔적은 발견되지 않았으나 4시간 및 8시간 및 12시간 뜨임열처리한 경우 국부부식의 흔적 즉 공식이 발견되었으며 특히 4시간과 8시간 뜨임처리한 경우 많은 양의 공식이 발견되고 있음을 알 수 있다. Fig.
6에서 4시간 및 8시간 뜨임열처리한 경우 경도와 부식전류밀도가 가파르게 상승하였으며 이들 값의 결과와 잘 일치하고 있음을 알 수 있다. 즉 경도가 상승하고 내식성이 감소할수록 공식이 많이 발생하는 실험 결과를 얻을 수 있었다. 그리고 12시간 뜨임열처리한 경우 공식의 흔적이 다소 사라졌음을 알 수 있는데, 이것은 Fig.
따라서 주조상태 및 용체화 처리의 경우 분극저항이 큰 값을 가지므로 볼타모그램의 선도가 왼쪽에 위치하면서 내식성이 좋은 경향을, 그리고 8시간 뜨임처리한 경우는 선도 상의 분극저항이 가장 적으므로 즉 내식성이 가장 좋지 않으므로 볼타모그램의 선도가 가장 오른쪽에 위치하는 것을 알 수 있다. 지금까지의 실험결과에서 경도의 변화, 부식전위, 분극곡선, 임피던스 및 사이클릭변화의 상관관계는 거의 일치하는 경향을 나타내었다. 예를 들면 경도 값이 낮고 부식전위와 임피던스 값이 높을수록 그리고 사이클릭선도 상의 분극저항이 클수록 내식성이 좋은 경향을 나타 내었음을 알 수 있었다.
후속연구
본 연구에서는 190℃에서 16시간 이하의 시간으로 세분화해서 즉 2, 4, 8 및 12시간을 각각 유지한 후에 급냉에 의한 뜨임열처리 효과를 비교 고찰 하고자 한다. 따라서 본 연구는 지난 연구의 결과와 함께 뜨임열처리 유지시간과 경도와 내식특성의 상관관계에 대한 구체적인 실험결과를 제시하여 향후 AC8A 알루미늄합금의 성능개선을 위한 뜨임열처리시간의 선택에 대한 유익한 참고자료가 되리라 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Al의 특징은 무엇인가?
Al은 지구상에서 Si 다음으로 많이 존재하며 Cu와 더불어 산업용재료의 활용도 측면에서 비철금속재료의 으뜸을 이루고 있다.1) 그리고 Al은 비중이 2.7 정도의 경금속이며 Mg 다음으로 가벼운 금속으로, 주조가 용이하고 다른 금속과의 합금이 잘 된다. 뿐만 아니라 상온 및 고온에서 가공이 용이하고 중성 및 산성 용액에서 산화 피막의 형성에 의해서 내식성이 비교적 좋으며 열 및 전기의 전도도가 우수한 편이다.
Al의 단점은 무엇인가?
그러나 Al은 결정구조가 면심입방격자이기 때문에 고순도의 Al은 기계적 성질의 저하로 인해 실용적인 측면에서 문제점이 많다.2) 따라서 기계적 성질의 개선 즉 경도와 강도 및 내식성을 향상 시키기 위하여 소량의 Mn, Mg, Si, Cr, 등을 첨가하여 합금으로 만들기도 하며 적절한 열처리를 하기도 한다.
Al의 기계적 성질의 문제점을 해결하기 위한 방법은 무엇인가?
그러나 Al은 결정구조가 면심입방격자이기 때문에 고순도의 Al은 기계적 성질의 저하로 인해 실용적인 측면에서 문제점이 많다.2) 따라서 기계적 성질의 개선 즉 경도와 강도 및 내식성을 향상 시키기 위하여 소량의 Mn, Mg, Si, Cr, 등을 첨가하여 합금으로 만들기도 하며 적절한 열처리를 하기도 한다. 더욱이 상기한 Al 합금은 다양한 산업현장에서 폭 넓게 이용되고 있으며, 또한 가혹한 부식 환경 하에서 때로는 응력부식, 갈바닉부식, 공식, 입계부식 등3)을 유발시키기도 하며 이를 억제하기 위해 첨가성분의 종류와 첨가량의 조절 및 다양한 열처리 등의 방법을 이용하기도 한다.
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