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고용 강화 및 결정립 미세화를 통한 마그네슘 합금 주조재의 기계적 물성 향상
Improvement in Mechanical Properties of Cast Magnesium Alloy through Solid-solution Hardening and Grain Refinement 원문보기

한국주조공학회지 = Journal of Korea Foundry Society, v.37 no.6, 2017년, pp.207 - 216  

김상훈 (경북대학교 신소재공학부) ,  문병기 (재료연구소 실용화연구단) ,  유봉선 (재료연구소 실용화연구단) ,  박성혁 (경북대학교 신소재공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study investigated the effects of the addition of Zn, Ca, and SiC on the microstructure and mechanical properties of Mg-Al alloys. The tensile properties of homogenized Mg-xAl (x = 6, 7, 8, and 9 wt.%) alloys increased with increasing Zn content by the solid-solution strengthening effect. Howev...

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문제 정의

  • 이러한 결정립 미세화를 통한 결정립계 강화는 고용강화와 더불어 강도와 연성을 동시에 향상시킬 수 있는 효과적인 방법이라 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 Mg-Al계 합금에서의 Zn 첨가에 따른 고용 강화 효과와 Ca, 및 SiC첨가에 따른 결정립 크기 변화를 조사하고, 고용 강화와 결정립계 강화의 복합적인 효과를 통해 Mg-Al계 합금의 기계적 물성을 향상시키고자 한다. 또한, 우수한 물성을 가지는 개발된 소재의 주조특성을 상용 주조용 합금인 AZ91과 비교 분석하였다.
  • 본 연구에서는 우수한 기계적 물성과 주조성을 가지는 주조용 Mg-Al 합금을 개발하기 위해서, 고용 강화 효과가 우수한 Zn 함량의 최적화, 최대 고용 강화 효과를 위한 Al과 Zn의 조성 최적화, 결정립 미세화를 위한 Ca과 SiC의 첨가를 수행하였으며, 이로 인한 미세조직과 인장 물성 변화를 조사하고 주조성을 평가하여 아래와 같은 결론을 얻었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
마그네슘의 고용 강화 효과를 내는 합금원소는? 반면에, 고용 강화는 격자구조의 변형을 야기하여 전위의 이동을 효과적으로 방해할 뿐만 아니라 취성을 수반하는 입자를 형성하지 않기 때문에 연신율의 큰 저하 없이 강도를 향상시킬 수 있다. 마그네슘의 고용 강화 효과를 내는 합금원소는 Ag, Zn, Pb, Cd 등이 있지만, 그 중 Zn는 마그네슘의 격자구조를 크게 변화시키는 원소이며, 적은 양의 첨가만으로 상당한 고용 강화 효과를 내는 원소로 알려져 있다. Cáceres의 연구에 따르면, Mg-Zn 합금에서 Zn의 첨가량이 증가할수록 고용 강화 효과 증대로 인해 경도와 강도가 증가하고, 마그네슘 합금에서 Al 보다 Zn의 고용 강화 효과가 더 뛰어나다고 보고되고 있다[10].
Zr과 같은 결정립 미세화 원소를 첨가할 경우 왜 강도가 향상되는가? Cáceres의 연구에 따르면, Mg-Zn 합금에서 Zn의 첨가량이 증가할수록 고용 강화 효과 증대로 인해 경도와 강도가 증가하고, 마그네슘 합금에서 Al 보다 Zn의 고용 강화 효과가 더 뛰어나다고 보고되고 있다[10]. 결정립계 강화는 결정립을 미세화시켜 전위의 움직임을 방해하는 결정립계의 분율을 증가시켜 강도를 향상시키는 방법으로서 고용 강화와 마찬가지로 취성인 입자의 형성이 없어 소재의 강도와 인성을 향상시키는데 효과적이다. 특히, 슬립계가 부족하여 소성변형 중에 쌍정(twin)이 쉽게 형성되는 마그네슘 합금의 경우에 결정립 미세화는 강도를 향상할 뿐만 아니라 연신율의 향상에 큰 도움이 된다고 알려져 있다[11].
마그네슘 합금의 단점은? 마그네슘 합금계 중 AM50, AM60, AZ91과 같은 Mg-Al계 합금은 주조성이 좋고, 다른 합금계에 비해 기계적 물성이 뛰어나다는 장점으로 인해 마그네슘 주조품 제조에 주로 사용되고 있다[5]. 하지만, 마그네슘 합금은 알루미늄 합금과 철강에 비해 비교적 낮은 강도와 연신율을 가지고 있어, 높은 기계적 물성이 요구되는 차체 및 차대에 마그네슘 합금이 적용되지 못하고 있는 실정이다. 따라서, 자동차 분야에서의 마그네슘 합금의 적용을 확대하고 경량화 효율을 향상시키기 위해서는 마그네슘 합금의 강도와 연신율 향상에 대한 연구가 필수적이다.
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참고문헌 (26)

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  15. Wang Y, Xia M, Fan Z, Zhou X and Thompson GE, Intermetallics, "The effect of $Al_8Mn_5$ intermetallic particles on grain size of as-cast Mg-Al-Zn AZ91D alloy", 18 (2010) 1683-1689. 

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  18. Yuan W, Panigrahi SK, Su JQ and Mishra RS, Scr. Mater., "Influence of grain size and texture on Hall-Petch relationship for a magnesium alloy", 65 (2011) 994-997. 

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