[논문]Sr 개량처리된 사형주조 Al-7Si-0.35Mg 합금의 열처리에 따른 공정 Si상 변화거동 및 특성평가

김명균; 황석민

doi:10.7777/jkfs.2018.38.1.1

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we focused on the correlation between the solidification structure, heat treatment and mechanical properties of the A356 alloy according to the conditions of Sr modification. The microstructural evolution of the eutectic Si and ${\alpha}-Al$ phase in the A356 alloy castings...

In this study, we focused on the correlation between the solidification structure, heat treatment and mechanical properties of the A356 alloy according to the conditions of Sr modification. The microstructural evolution of the eutectic Si and ${\alpha}-Al$ phase in the A356 alloy castings depending on the amount of Sr were investigated during solid solution heat treatment using an optical microscope, a scanning electron microscope and an image analyzer. In addition, tensile tests on the heat treated materials examined the relationship between the microstructure and the fracture surface. The as-cast A356 alloys under 40 ppm Sr showed an undermodified microstructure, but that of the added 60-80 ppm Sr had well modified structure of fine fibrous silicon. After solid solution treatment, the microstructure of the undermodified A356 alloy exhibited a partially spheroidized morphology, but the remainder showed the fragmentation of fibrous shaped silicon. The spheroidization of the eutectic silicon in the modified A356 alloys was completed during heat treatment, which was very effective in increasing the elongation. This is supported by the fracture surface in the tensile test.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

이에 본 연구에서는 대형 알루미늄 제품을 사형주조시 고려해야 할 낮은 응고속도하에서 A356 합금 내 Sr 첨가량에 따른 공정 Si의 개량화 거동과 개량화 정도에 따른 용체화처리시 공정 Si 구상화 및 미세조직 거동을 분석하여 기계적 특성간의 상관관계를 고찰하고자 한다.

제안 방법

개량화된 A356합금 주조재는 용체화처리 시간에 따른 공정 Si의 구상화 및 α상의 조대화 거동을 관찰하기 위해 540℃에서 1, 3, 5, 7시간 유지한 후, 각 단계에서 약 50℃ 미온수에 칭하였다. 용체화처리한 시편은 160℃에서 8시간 시효처리하였다.
대형 알루미늄 제품을 사형주조시 고려해야 할 낮은 응고 속도하에서 A356 합금 내 Sr 첨가량에 따른 공정 Si의 개량화 거동 및 개량화 정도에 따른 용체화처리시 공정 Si의 구상화 및 미세조직 거동을 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 A356합금에 대해 Sr 첨가량에 따른 주조재 및 열처리재의 응고조직 내 공정 Si의 변화거동을 관찰하기 위해 Sr을 각각 40, 60, 80ppm 첨가하였다. 개량화 정도 및 용체화처리 후 응고조직을 비교 분석하기 위해 Sr을 미첨가한 시편도 함께 주조하였다.
앞선 절에서 A356합금 내 Sr 첨가량에 따른 용체화처리 유지시간에 따른 공정 Si의 변화거동에 대한 고찰을 실시하였으며, 열처리과정 중에 일어나는 미세조직 변화와 기계적 특성간의 상관관계를 고찰하고자 각 열처리조건에 따른 인장 시험결과를 Fig. 6에 나타내었다.
이와 같은 고찰에 근거하여, 본 실험에서 실시한 A356합금 내 Sr 40ppm을 첨가한 경우 낮은 응고속도로 인해 응고시 성장하는 공정 Si을억제하는 Sr 원자 제공에 대한 부족한 첨가량으로 판단된다. 이에 Sr 첨가에 따른 개량화된 정도에 따라 미개량 조직(Sr 미첨가), 아개량 처리 조직(40ppm Sr), 개량화 조직(60, 80 ppm Sr)으로 분류하였으며, 각각의 시편에 대해 용체화처리 열처리를 진행하여 개량화 조직 내 공정 Si이 구상화되는 거동을 관찰하였다. 이는 다음 3.

데이터처리

한편, Sr 첨가량에 따른 주조재와 용체화처리재 미세조직은 광학현미경(Nikon Industrial Microscope ECLIPSE LV100ND)으로 관찰하였으며, 용체화처리 시간에 따른 α상의 크기변화를 정량화하기 위해 이미지 분석 프로그램(Image-Pro PLUS The Proven Solution)을 이용하였다. 또한 Sr 첨가량에 따른 용체화처리된 시편의 기계적 특성을 평가하기 위해 인장시험을 시편당 3회 실시하였으며, 파단면 분석은 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope Quanta 400)을 이용하였다.
단, 이들의 연구에서 α상 즉, SDAS 크기가 증가할수록 피로한도가 감소되는 경향이 있기 때문에, 구상화되지 않고 잔존한 Si상에 의한 크랙 생성시 균열이 쉽게 전파될 수 있는 요인으로 작용할 가능성이 있다는 고찰은 향후 본 시편의 피로특성 평가시 고려할 예정이다. 아울러 A356합금에 첨가된 Sr 첨가량에 따른 용체화처리 시 공정 Si이 구상화된 정도와 연신율과의 상관관계를 검증하기 위해 인장시편 파단면 분석을 진행하였으며, 그 결과를 Fig. 9에 나타내었다.
용체화처리한 시편은 160℃에서 8시간 시효처리하였다. 한편, Sr 첨가량에 따른 주조재와 용체화처리재 미세조직은 광학현미경(Nikon Industrial Microscope ECLIPSE LV100ND)으로 관찰하였으며, 용체화처리 시간에 따른 α상의 크기변화를 정량화하기 위해 이미지 분석 프로그램(Image-Pro PLUS The Proven Solution)을 이용하였다. 또한 Sr 첨가량에 따른 용체화처리된 시편의 기계적 특성을 평가하기 위해 인장시험을 시편당 3회 실시하였으며, 파단면 분석은 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope Quanta 400)을 이용하였다.

성능/효과

1) A356 합금 내 40ppm Sr 첨가된 주조조직 내 공정 Si은 아개량 처리되었으나, 60~80ppm Sr 첨가시에는 전체적 으로 개량화되었다.
2) Sr 미첨가 주조재의 경우 용체화처리시 구상화 거동이 관찰되지 않았으며, Sr 첨가 시 공정 Si 개량화 정도가 클수록 용체화처리 시간에 따른 구상화 현상이 가속화되었다. 한편, 40ppm Sr 첨가된 경우 개량화된 공정 Si은 구상화가 진행되나, 개량화되지 않고 잔존하는 Si은 파쇄거동만을 나타 내며 조대하게 형성되어 잔존한다.
3) 60~80ppm Sr 첨가시 개량화 조직과 용체화처리 과정 중 공정 Si은 구상화로 연신율 개선에 상당한 효과가 있었으며, 이는 파단면 분석결과에서도 확인되었다.

후속연구

[16] 등의 연구결과와 유사한 거동을 나타낸다. 단, 이들의 연구에서 α상 즉, SDAS 크기가 증가할수록 피로한도가 감소되는 경향이 있기 때문에, 구상화되지 않고 잔존한 Si상에 의한 크랙 생성시 균열이 쉽게 전파될 수 있는 요인으로 작용할 가능성이 있다는 고찰은 향후 본 시편의 피로특성 평가시 고려할 예정이다. 아울러 A356합금에 첨가된 Sr 첨가량에 따른 용체화처리 시 공정 Si이 구상화된 정도와 연신율과의 상관관계를 검증하기 위해 인장시편 파단면 분석을 진행하였으며, 그 결과를 Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	알루미늄 산업의 고도화가 진행되면서 어떤 접근이 지속되고 있는가?	한편, 알루미늄 산업의 고도화와 더불어 부품의 대형화로 인해 기존 다이캐스팅 및 소형 주조품에서 벗어나 고부가가치 대형 주조품에 대한 연구 및 산업적 접근이 지속적으로 진행되고 있다[7]. 응고속도가 빠른 소형 알루미늄 주조품의 경우 특성 향상을 위한 합금원소 첨가 시 응고 중 상제어가 용이하나, 대형 알루미늄 주조품의 경우 복잡한 형상 구현및 원가 절감 측면에서 사형주조하므로 낮은 응고속도의 영향으로 상 제어에 있어 어려움이 발생한다[8].
	A356 합금의 단점을 개선하는 방법은 무엇인가?	A356 합금은 T6 열처리로 Mg 2 Si상 석출을 유도하여 기지강화 효과를 얻을 수 있으나, 주조 직후 형성된 조대한 공정 Si상으로 인해 응고 선단부에 응력이 집중되어 크랙을 유발하는 단점이 있다[5]. 이를 개선하기 위해 합금원소를 첨가하여 조대한 침상 형태의 공정 Si을 미세한 섬유상 형태로 개량처리하는 연구가 진행되고 있으며, 특히, Sr의 경우 공정 Si 개량 화에 최적화된 합금원소인 것으로 알려져 있다. 또한 개량화된 합금은 열처리 공정을 통해 기계적 특성 향상에 크게 기여하는 것으로 보고되고 있다[6].
	Al-7Si-0.35Mg(이하 A356) 합금의 용도는?	Al-7Si-0.35Mg(이하 A356) 합금은 대표적인 주조용 알루 미늄 합금으로 유동성 및 가공성이 용이하여 자동차, 항공 부품재 및 구조재 등으로 널리 활용되고 있다[1-4]. A356 합금은 T6 열처리로 Mg 2 Si상 석출을 유도하여 기지강화 효과를 얻을 수 있으나, 주조 직후 형성된 조대한 공정 Si상으로 인해 응고 선단부에 응력이 집중되어 크랙을 유발하는 단점이 있다[5].

참고문헌 (16)

S.A.J. Jahromi, A. Dehghan and S. Malekjani, Iranian Journal of Science & Technology, Transaction B, "Effects of optimum amount of Sr and Sb modifiers on tensile, impact and fatigue properties of A356 aluminum alloy", 28 (2004) 225-232.
B. Closset and J.E. Gruzleski, Metallurgical transactions A, "Structure and properties of hypoeutectic Al-Si-Mg alloys modified with pure strontium", 13A (1982) 945-951.
D.L. Zhang and L. Zheng, Metallurgical and materials transaction A, "The quench sensitivity of cast Al-7 wt pct Si-0.4 wt pct Mg alloy", 27A (1996) 3983-3991.
Y.J. Li, S. Brusethaug and A. Olsen, Scripta Materialia, "Influence of Cu on the mechanical properties and precipitation behavior AlSi7Mg0.5 alloy during aging treatment", 54 (2006) 99-103.

상세보기
J.Z. Yi, Y.X. Gao, P.D. Lee and T.C. Lindley, Materials Science and Engineering A, "Effect of Fe-content of fatigue crack initiation and propagation in a cast aluminum-silicon alloy (A356-T6)", 386 (2004) 396-407.

상세보기
E. Ogris, A. Wahlen, H. Luchinger and P.J. Uggowitzer, Journal of Light Metals, "On the silicon spheroidization in Al-Si alloys", 2 (2002) 263-269.

상세보기
A. Tajiri, T. Nozaki, Y. Uematsu, T. Kakiuchi, M. Nakajima, Y. Nakamura and H. Tanaka, Procedia Materials Science, "Fatigue limit prediction of large scale cast aluminum alloy A356", 3 (2014) 924-929.

상세보기
C. Yang, Y. Li, B. Dang, H. Lu and F. Liu, Transactions Nonferrous Metals Society, "Effects of cooling rate on solution heat treatment of as-cast A356 alloy", 25 (2015) 3189-3196.

상세보기
H.R. Lashgari, M. Emamy, A. Razaghian and A.A. Najimi, Materials Science and Engineering A, "The effect of strontium on the microstructure, porosity and tensile properties of A356-10%B4C cast composite", 517 (2009) 170-179.

상세보기
Kim MG and Hwang SM, Proceeding of KFS 2017 Annual Meeting, Korea Foundry Society, Yeongnam University (2017) 108.
S.Z. Lu and A. Hellawell, Metallurgical Transactions A, "The mechanism of silicon modification in Aluminum-silicon alloys: Impurity induced twinning", 18A (1987) 1721-1733.
J.H. Li, M. Albu, T.H. Ludwig, Y. Matsubara, F. Hofer, L. Arnberg, Y. Tsunekawa and P. Schumacher, Materials Science Forum, "Modification of eutectic Si in Al-Si based alloys", 794-796 (2014) 130-136.

상세보기
S.C. Sun, B. Yuan and M.P. Liu, Transactions Nonferrous Metals Society, "Effects of moulding sands and wall thickness on microstructure and mechanical properties of Sr-modified A356 aluminum casting alloy", 22 (2012) 1884-1890.

상세보기
S. Shivkumar, S. Ricci, Jr., C. Keller and D. Apelian, Journal of Heat Treating, "Effect of solution treatment parameters on tensile properties of cast aluminum alloys" 8 (1990) 63-70.

상세보기
D.L. Zhang, L.H. Zheng and D.H. St. John, Journal of Light Metals, "Effect of a short solution treatment time on microstructure and mechanical properties of modified Al-7wt.%Si-0.3wt.%Mg alloy", 2 (2002) 27-36.

상세보기
M.I. Houria, Y. Nadot, R. Fathallah, M. Roy and D.M. Maijer, International Journal of Fatigue, "Influence of casting defect and SDAS on the multiaxial fatigue behaviour of A356-T6 alloy including mean stress effect", 80 (2015) 90-102.

상세보기

이 논문을 인용한 문헌

LOADING...

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

[국내논문] Sr 개량처리된 사형주조 Al-7Si-0.35Mg 합금의 열처리에 따른 공정 Si상 변화거동 및 특성평가
Behavior of Eutectic Si and Mechanical Properties of Sr Modified Al-7Si-0.35Mg alloy with Solid Solution Treatment for Sand Casting 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

데이터처리

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (16)

이 논문을 인용한 문헌

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] Sr 개량처리된 사형주조 Al-7Si-0.35Mg 합금의 열처리에 따른 공정 Si상 변화거동 및 특성평가 Behavior of Eutectic Si and Mechanical Properties of Sr Modified Al-7Si-0.35Mg alloy with Solid Solution Treatment for Sand Casting 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

데이터처리

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (16)

이 논문을 인용한 문헌

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] Sr 개량처리된 사형주조 Al-7Si-0.35Mg 합금의 열처리에 따른 공정 Si상 변화거동 및 특성평가
Behavior of Eutectic Si and Mechanical Properties of Sr Modified Al-7Si-0.35Mg alloy with Solid Solution Treatment for Sand Casting 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper