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항공용 고강도 2xxx계 알루미늄 합금의 3.5 % 염수 환경에서의 응력부식균열 민감도
Stress Corrosion Cracking Sensitivity of High-Strength 2xxx Series Aluminum Alloys in 3.5 % NaCl Solution 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.28 no.12, 2018년, pp.738 - 747  

최희수 (경상대학교 나노신소재융합공학과) ,  이다은 (경상대학교 나노신소재융합공학과) ,  안수진 (경상대학교 나노신소재융합공학과) ,  이철주 (한국항공우주산업 구조해석팀) ,  김상식 (경상대학교 나노신소재융합공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

For the aerospace structural application of high-strength 2xxx series aluminum alloys, stress corrosion cracking(SCC) behavior in aggressive environments needs to be well understood. In this study, the SCC sensitivities of 2024-T62, 2124-T851 and 2050-T84 alloys in a 3.5 % NaCl solution are measured...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • SCC 민감도 측정은 일반적으로 널리 사용하는 일정하중 하에서 양극분해 환경에 노출하는 일정하중 시험법뿐만 아니라 수소발생 환경에서 시편을 저속으로 인장하면서 시험하는 저속인장 시험법을 이용하여 측정하였다. 두 시험을 통해 각 합금의 양극분해 환경과 수소취성 환경에서의 SCC 민감도에 대한 평가를 실시하였으며, 시험 후 시편의 파면과 표면 그리고 미세조직 분석을 통해 각 합금의 SCC 기구를 고찰하였다.
  • 본 연구에서는 3.5 % 염수에서 Ecorr − 0.1 VSCE의 전위를 시편에 인가하면서 변형률 속도 1× 10-6s-1로 저속인장시험을 실시하여 수소취성 환경에서 3종의 2xxx계 알루미늄 합금의 L과 T 방향으로의 SCC 저항성을 측정하였다. 저속인장 시험법의 경우에도 SCC 저항성은 일정하중 시험법과 마찬가지로 대기에서의 연신율 대비 환경에서의 연신율 변화로 평가하였다.
  • 본 연구에서는 수소취성 환경에서 생성된 균열의 전파경로를 확인하기 위해서 파단면 부위를 절단한 시편을 연마 및 에칭한 후 미세조직과 균열을 관찰하였다. Fig.
  • 본 연구에서는 항공용 고강도 2024-T62, 2124-T851 그리고 2050-T84 합금의 3.5 % 염수에서 SCC 민감도를 양극분해 환경에서 일정하중 시험법과 그리고 수소취성 환경에서 저속인장 시험법을 이용하여 측정하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 본 연구에서는 항공용으로 널리 사용되고 있는 2024-T62 합금과 이의 변종인 2124-T851 합금 그리고 후판용으로 개발된 2050-T84 합금에 대해서 L(longitudinal)과 T(transverse) 방향으로 3.5 % 염수에서의 SCC 민감도를 측정하였다. SCC 민감도 측정은 일반적으로 널리 사용하는 일정하중 하에서 양극분해 환경에 노출하는 일정하중 시험법뿐만 아니라 수소발생 환경에서 시편을 저속으로 인장하면서 시험하는 저속인장 시험법을 이용하여 측정하였다.
  • 5 % 염수에서 각 합금의 자유부식전위를 Table 4에 나타내었다. 양극분해 환경에서의 SCC 기구와 관련한 고찰을 위하여 일정하중시험 및 저속인장 시험 후 시편의 표면과 파면을 SEM을 이용하여 관찰하였다. 또한 SCC 균열의 성장 거동을 파악하기 위해서 시험 후 시편을 연마 및 에칭하여 미세조직을 관찰하였다.

데이터처리

  • 각 시험과 관련한 장비와 장치는 참고문헌22)에 나타나 있다. 일정하중 시험법의 경우에는 대기 중에서 변형률 속도 1× 10-3s-1로 시험한 인장특성 결과와 3.5 % 염수에서 전위의 제어 없이 항복강도의 80 % 하중을 가하면서 10일간 노출한 후 대기 중에서 변형률 속도 1× 10-3s-1로 시험한 인장특성 결과의 차이를 이용하여 SCC 민감도를 평가하였다. 저속인장시험법의 경우에는 대기 중에서 변형률 속도 1× 10

    이론/모형

    • 5 % 염수에서의 SCC 민감도를 측정하였다. SCC 민감도 측정은 일반적으로 널리 사용하는 일정하중 하에서 양극분해 환경에 노출하는 일정하중 시험법뿐만 아니라 수소발생 환경에서 시편을 저속으로 인장하면서 시험하는 저속인장 시험법을 이용하여 측정하였다. 두 시험을 통해 각 합금의 양극분해 환경과 수소취성 환경에서의 SCC 민감도에 대한 평가를 실시하였으며, 시험 후 시편의 파면과 표면 그리고 미세조직 분석을 통해 각 합금의 SCC 기구를 고찰하였다.
    • 각 합금의 SCC 저항성은 링을 이용하는 일정하중 시험법(constant load test method)과 일정연신율 변형기(constant extension rate tester, CERT)에서 환경을 제어하면서 저속으로 연신을 하는 저속인장 시험법(slow strain rate test method)을 이용하여 측정하였다. 각 시험과 관련한 장비와 장치는 참고문헌22)에 나타나 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SCC 기구는 무엇으로 나눌 수 있는가? 일반적으로 SCC 기구는 양극분해(anodic dissolution)기구와 수소취성(hydrogen embrittlement) 기구로 나뉘어진다.10,17-18) 즉 표면에 존재하는 부동태 피막이 염화 이온(Cl−) 이나 변형 계단(slip step)에 의해 손상되면서 이부위에서 발생한 부식 손상이 응력집중부 역할을 하면서 SCC 균열이 생성 및 성장해 나가게 된다.
2xxx(Al-Cu-Mg)계 알루미늄 합금의 SCC 저항성은 무엇에 의해 결정되는 경우가 많은가? 10-11) 비평형 석출상을 결정립 내에 생성시키는 이러한 열처리 중에 CuAl2또는 Al2CuMg과 같은 석출물이 결정립계에 석출되면서결정립계에 구리-무석출대(copper-depleted zone)을 생성하게 된다.12-13) 2xxx계 합금의 SCC 저항성은 이러한 석출물과 결정립계의 무석출대 그리고 기지와의 전위차 등에 의해 결정되는 경우가 많다.14-15) 2024 합금은 일반적으로 T8 열처리 상태에서는 높은 내식성을 갖고 있으나, T3, T4 열처리에서는 SCC에 취약한 것으로 알려져 있다.
SCC 균열은 어떻게 생성 및 성장해가는가? 일반적으로 SCC 기구는 양극분해(anodic dissolution)기구와 수소취성(hydrogen embrittlement) 기구로 나뉘어진다.10,17-18) 즉 표면에 존재하는 부동태 피막이 염화 이온(Cl−) 이나 변형 계단(slip step)에 의해 손상되면서 이부위에서 발생한 부식 손상이 응력집중부 역할을 하면서 SCC 균열이 생성 및 성장해 나가게 된다.19-20) 양극분해 환경의 경우에는 인장응력에 의해 양극분해가 조장되면서 국부적인 피팅이 발생하여 SCC 현상을 일으킬 수 있으며, 수소발생 환경에서는 국부적인 부식 손상부에서 수소가 균열 표면에 흡착되면서 균열선단을 취화 시키면서 SCC 균열을 생성 및 성장시킬 수 있다.
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참고문헌 (34)

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