[논문]Al-4.0%Zn-1.5%Mg-0.9%Cu 합금의 압출, 압연 및 열처리에 따른 미세조직 변화

권혁곤; 박종문; 오명훈; 박노진

doi:10.12656/jksht.2018.31.2.41

Al-4.0%Zn-1.5%Mg-0.9%Cu 합금의 압출, 압연 및 열처리에 따른 미세조직 변화
Evolution of Microstructure in Al-4.0%Zn-1.5%Mg-0.9%Cu Alloy by Extrusion, Rolling and Heat Treatment 원문보기

열처리공학회지 = Journal of the Korean society for heat treatment, v.31 no.2, 2018년, pp.41 - 48

권혁곤 (금오공과대학교 신소재공학부) , 박종문 (금오공과대학교 신소재공학부) , 오명훈 (금오공과대학교 신소재공학부) , 박노진 (금오공과대학교 신소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, microstructural changes due to extrusion, rolling and heat treatment were studied to fabricate Al-4.0wt%Zn-1.5wt%Mg-0.9wt%Cu alloys with homogeneous microstructure suitable for metal cases of smart phones and electronic products fabricated through plastic working. After extrusion microstructure and texture were developed very differently on the surface and inside. Inside, coarse grains were formed and a strong Cube component orientation was developed. On the surface, a weak texture was developed with small grains. After 72% cold rolling the intensity of the Cube component orientation was lower, and uniform texture was developed in all the layers and the R-value was uniformly predicted. After recrystallization, the grain size difference between at the surface and the inside is smaller, when 72% rolling was performed, indicating that a uniform structure is formed. Texture develops almost randomly after recrystallization and exhibits uniform R-values at all layers.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

9wt.% Cu 합금을 제조하기 위하여 압출, 압연 및 열처리에 따른 미세조직 변화를 연구한 결과 다음과 같은 결과를 도출하였다.
본 연구는 압출 및 단조용 7000계열 알루미늄 합금 중 금속케이스에 사용하기에 적절한 기계적 특성을 갖는 7 × 2 × 합금에 속하는 4.0% Zn, 1.5% Mg, 0.9% Cu를 첨가한 알루미늄 합금을 선택하여, 스마트폰 및 전자제품 등의 금속케이스에 적용하기 위하여 균일한 미세조직을 갖는 합금을 제조하는데 도움을 주고자 수행하였다.

제안 방법

1에 나타내었다. 관찰면은 판재수직(ND) 면이며 압출 방향(ED)과 폭방향(TD)을 표기하였다. 압출된 시편의 경우, 전 영역에서 재결정 조직과 압출조직의 흔적이 남아 있음을 볼 수 있으며, 표면층에 형성된 재결정립은 그 크기가 중간층보다 작게 발달되었다.
두께 층에 따른 집합조직의 해석결과를 이용하여 소성변형률비(R-값)를 계산하였다. 이의 계산에는 소성변형의 Taylor이론을 이용하였으며, {111}[110] slip system을 적용하여 계산하였다[12, 13].
측정된 극점도는 Bunge의 급수전개방법[12]을 이용하여 방위분포함수(orientation distribution function, ODF)를 분석하였다. 본 실험에서 발달되는 집합조직은 판재의 두께 층에 따라 상이한 집합조직이 나타날 수 있으므로, 즉 두께 층에 따른 불균일성을 판별하기 위하여 시편의 표면층, 표면에서 1/4-층, 중심층까지 3층으로 나누어 연마하여 극점도를 측정하였다.
본 연구에서는 압출된 합금을 냉간압연과 열처리 과정을 거쳐 미세조직을 균일하게 하고자 시도하였으며, 이를 확인하기 위하여 광학현미경 조직사진과 XRD를 이용한 집합조직 측정, 이의 분석을 통하여 예측한 소성변형률비(R-값, 인장시편의 폭방향 변형률과 두께방향 변형률의 비)를 이용하였다. 집합조직은 응고, 소성변형, 열처리 등의 제조공정 중에 발달되며, 결정질 재료의 결정학적 이방성을 나타낸다.
시편의 미세조직은 광학현미경(OLIMPUS BX41MLED)를 이용하여 관찰하였다. 시편은 SiC 연마지로 연마 후, Diamond Suspension 6 µm, 3 µm, 1 µm순으로 미세연마 하였다.
집합조직 분석은 X-선 회절기(Bruker AXS D5005)를 이용하여 3개의 {111}, {200}, {220} 극점도(pole figure)를 측정하여 분석하였다. 측정은 가속전압 40 kV, 전류 30 mA를 적용하고 Co-Target(파장: 0.
측정된 극점도를 이용하여 압연방향의 0°, 45°, 90° 방향에서 R-값을 계산하였으며, 이를 이용하여 평균 소성변형률비(Rm)를 다음 식을 이용하여 구하였다[12, 14].

대상 데이터

시편은 SiC 연마지로 연마 후, Diamond Suspension 6 µm, 3 µm, 1 µm순으로 미세연마 하였다.
8 mm의 직사각형의 단면으로 압출하였다. 압출 시 컨테이너의 직경은 135 mm로 단면적은 14,314mm²이며 제품의 단면적은 308 mm²로 압출비는(extrusion ratio) 약 46.5이다.

이론/모형

두께 층에 따른 집합조직의 해석결과를 이용하여 소성변형률비(R-값)를 계산하였다. 이의 계산에는 소성변형의 Taylor이론을 이용하였으며, {111}[110] slip system을 적용하여 계산하였다[12, 13]. 측정된 극점도를 이용하여 압연방향의 0°, 45°, 90° 방향에서 R-값을 계산하였으며, 이를 이용하여 평균 소성변형률비(R_m)를 다음 식을 이용하여 구하였다[12, 14].
17902 nm)을 사용하였다. 측정된 극점도는 Bunge의 급수전개방법[12]을 이용하여 방위분포함수(orientation distribution function, ODF)를 분석하였다. 본 실험에서 발달되는 집합조직은 판재의 두께 층에 따라 상이한 집합조직이 나타날 수 있으므로, 즉 두께 층에 따른 불균일성을 판별하기 위하여 시편의 표면층, 표면에서 1/4-층, 중심층까지 3층으로 나누어 연마하여 극점도를 측정하였다.

성능/효과

1. 압출 후 520℃에서 균질화 처리한 경우, 현미경 미세조직, 집합조직, R-값 등이 표면과 내부에서 매우 상이하게 발달되었다. 내부에서는 재결정과 더불어 결정립이 성장되어 조대한 결정이 형성되었으며, Cube 성분({100}[001]) 방위를 갖는 강한 집합조직이 발달하였고, 표면에서는 작은 재결정립과 더불어 약한 집합조직이 발달하였다.
2. 냉간압연이 진행됨에 따라 높은 압연율에서 변형띠(deformation band)가 형성되었다. 집합조직은 Cube 성분({100}[001]) 방위의 강도가 낮아지고 Goss 방위({110}[001]) 성분이 발달되었으며 72% 압연 후에는 모든 층에서 균일한 집합조직이 발달되고 R-값도 균일하게 예측되었다.
3. 재결정 처리한 경우, 압연율이 큰 경우 20% 이상 더 작은 결정립이 형성되었으며, 동일한 압연율인 경우, 재결정 후 표면에서 더 작은 결정립이 형성되었다. 표면과 내부의 결정립 크기 차이는 72% 압연했을 경우 더 작아 균일한 조직이 형성되었음을 보여준다.
4. 53% 압연보다 72% 압연 한 시편에서 집합조직 및 R-값이 두께층에서 더 균일하게 발달하고 있으나, 재결정 후에는 압연율과 무관하게 모든 층에서 균일한 특성을 나타낸다. 그러나 72%압연 후 재결정한 시편이 결정립 크기는 작고, 크기 분포도 적은 균일한 미세조직이 형성되어 연구 목적에 맞는 공정으로 판단된다.
냉간압연이 진행됨에 따라 높은 압연율에서 변형띠(deformation band)가 형성되었다. 집합조직은 Cube 성분({100}[001]) 방위의 강도가 낮아지고 Goss 방위({110}[001]) 성분이 발달되었으며 72% 압연 후에는 모든 층에서 균일한 집합조직이 발달되고 R-값도 균일하게 예측되었다.
동일한 압연율로 압연 후 재결정 한 경우에는 표면층에서 더작은 결정립이 형성되었음을 볼 수 있는데, 이는 압출과 균질화 열처리 후에 이미 표면과 내부의 조직이 불균일하게 발달되어 나타난 결과이다. 특이한 것은 72% 압연한 경우에는 표면과 내부층의 결정립크기 차이가 약 10%이지만, 53% 압연한 경우에는 약 20%로 더 불균일한 결정립 크기 분포를 보여주는데, 이는 압연율이 높아짐에 따라 내부의 미세조직이 균일하게 형성되었음을 나타내는 결과이다.
05 mm의 두께가 되었으며 이는 53%와 72%의 총 압하율에 해당된다. 패스당 압하율은 약 6%로 동일하게 유지하였으며 압연방향은 매 패스마다 180도 회전하여 실험실 압연 시 발생할 수 있는 미세조직의 시편이방성을 최소화하였다. 냉간압연된 판재는 재결정을 위하여 5℃/min의 승온속도로 400℃까지 가열한 후, 30분 유지 후 칭하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	알루미늄 합금의 특성은?	알루미늄 합금은 많은 분야에 적용되어 사용되고 있는 경량소재로서, 가벼우면서 강도가 높고 내식성, 전기전도성, 소성가공성 등이 우수하기 때문에 항공기를 비롯하여 자동차, 선박, 건축, 전기, 전자 및 일상 생활용품 등 각종 재료로 널리 사용되고 있다. 그러나 산업이 고도로 발달함에 따라 수송기관의 고속화, 에너지 절약, 환경오염방지 등을 위해서는 기존재료보다 더욱 더 비강도와 비탄성이 높은 특성을 갖는 새로운 알루미늄 합금 재료의 개발이 요구되고 있다[1-4].
	다이캐스팅 공법의 단점은?	제품의 생산성과 생산 단가 등을 고려하여 다이캐스팅 공법을 이용한 생산이 주류를 이루고 있다. 하지만 다이캐스팅의 경우 주조성 향상을 위해 첨가된 다량의 Si로 인하여 금속 고유의 광택 및 질감을 표현할 수 없는 단점을 가지고 있으며 현재 제품생산을 위해 필요한 공정의 최적화가 이루어지지 못한 상태이다. 또한 다이캐스팅 공법으로 생산하는 과정에서 발생되는 기공 및 치수 불일치, 후가공 및 표면처리의 어려움 등으로 인하여 다이캐스팅 이외에 압출 및 단조에 사용될 고강도 합금 개발이 필요하다[5-8].
	압출을 통해 생산된 합금 단면의 미세조직이 불균일하게 형성되어 균질화 열처리 등의 공정을 사용하는 이유는?	하지만 압출을 통해 생산된 합금은 단면의 미세조직이 불균일하게 형성된다. 특히 표면과 내부, 즉 두께방향(through-thickness)의 조직이 매우 불균일하여 단조 등 후속 소성가공에 영향을 줄 수 있기 때문에 일반적으로 균질화 열처리 등의 공정을 거처 사용한다. 그러나 높은 압출비로 제조된 합금은 열처리만으로는 균질화 되기 어렵기 때문에 가공과 열처리를 통하여 미세조직을 균일하게 하는 노력이 필요하다[11].

참고문헌 (16)

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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].

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