[논문]Al6Si2Cu 알루미늄 합금의 기계적 물성 향상을 위한 이단계 고용화 열처리

박상규; 김정석

doi:10.12656/jksht.2018.31.3.97

Al6Si2Cu 알루미늄 합금의 기계적 물성 향상을 위한 이단계 고용화 열처리
Two-step Solution Treatment for Enhancement of Mechanical Properties of AlSiCu Aluminum Alloy 원문보기

열처리공학회지 = Journal of the Korean society for heat treatment, v.31 no.3, 2018년, pp.97 - 103

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of this study is to develop the mechanical properties of AlSiCu aluminum alloy by the two-step solution heat treatment. The microstructure of gravity casting specimen represents a typical dendrite structure having a secondary dendrite arm spacing (SDAS) of 40 mm. In addition to the Al matrix, a large amount of coarsen eutectic Si phase, $Al_2Cu$ intermetallic phase, and Fe-rich phases are generated. The eutectic Si phases are fragmented and globularized with solution heat treatment. Also, the $Al_2Cu$ intermetallic phase is resolutionized into the Al matrix. The $2^{nd}$ solution temperature at $525^{\circ}C$ might be a optimum condition for enhancement of mechanical properties of AlSiCu aluminum alloy.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

기존에 개발된 1단 고용화 열처리에 의한 알루미늄 합금의 자동차용 부품연구는 현재 극소수의 기업만이 기술을 공개하지 않은 채개발 연구와 응용을 진행하고있는 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 AlSiCu 합금을 주조하고 이단계 고용화 열처리를 통하여 인장강도뿐만 아니라 연신율을 향상시킬 수 있는 고용화 열처리 공정을 연구하고자 하였다. 이를 통해 향후 자동차용 경량화 대체 재료로의 적용 범위 확장에 대한 기초자료로 활용하고자 한다.

제안 방법

미세조직 분석과 기계적 성질의 평가를 위한 시편은 잉곳에서 기계절단은 길이 10 mm, 폭 8 mm, 두께 5 mm로 절단하고 시편을 콜드 마운팅 한 후켈러용액(Nitric acid 1.25 ml + Hydrochloric acid 0.75 ml + Hydrofluoric acid 0.5 ml + Dist. water 47.5 ml)을 사용하여 에칭 후 광학현미경(Optical Microscope, OM; Zeiss, AXIO)으로 관찰하였으며, 석출상은 주사전계방출형 전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM; ZEISS : DE/SUPRA 40 VP), 에너지 분산 분광법(Energy Dispersive Spectroscopy, EDS; EDAX, EDAX Apoll SDD), 전자 탐침 미량 분석기(Electron Probe Micro-Analysis, EPMA; Shimadzu : 1600)을 이용하여 정성 및 정량 분석하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 Al 합금은 열처리 전과 후의 미세 조직과 기계적 특성을 평가하기 위하여 잉곳 길이 670 mm, 폭 100 mm, 두께 40 mm로 중력주조 되었으며 합금의 조성은 유도결합 플라즈마 질량 분석기(Inductively Coupled Plasma Mass Spectromerty, ICP-MS; Perkin Elmer, OPTIMA 4300 DV)를 사용하여 분석하였고 결과는 Table 1에 중량비로 나타내었다.

성능/효과

1. AlSiCu 합금의 미세구조는 전형적인 주조조직인 수지상정 구조를 나타내고 이차 수지상 가지 간격은 40 μm를 나타내었다.
2. 주조 시험편에서 중국활자 형상 α-Al₁₅(Fe,Mn)₃Si₂ , 침상의 β-Al₅FeSi, 판상의 θ-Al₂Cu와조대한 공정 Si 상을 관찰하였다.
3. 고용화 열처리 후에 Si 입자는 기지 내로 재고용 되면서 미세해지고 구상화 되어졌다. 더욱이 고용화 열처리 동안 Al₂Cu 상은 Al 기지 내로 재용해되며 재고용 되어졌다.
4. 1차 고용화 열처리 보다는 2차 고용화 열처리한 시험편의 인장강도와 항복강도가 높았고 2차 고용화 열처리 시간이 길어질수록 공정 Si 입자들은 구상화되어 연신율 또한 높아졌다. 특히 2차 고용화 온도가 525℃에서 이단계 고용화 처리한 것이 최적의 조건으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	AlSiCu 합금의 특징은?	고강도 Al 합금을 위한 AlSiCu 합금은 우수한 주조성과 기계적 성질로 자동차의 실린더 헤드, 실린더 블록 등에 널리 사용되고 있다. 일반적으로 AlSiCu 합금의 기계적 성질은 첨가 원소, 합금의 미세구조와 고용화 열처리, 시효를 통해 생성된 석출물들인 θ-Al 2 Cu 상, α-Al 15 (Fe,Mn) 3 Si 2, β-Al 5 FeSi 상 그리고 Si 상에 의존한다[1-3].
	AlSiCu 합금계에서 기계부품의 기계적 및 열적 특성에 큰 열영향을 미치게 되는 요인은?	또한, 온도에 따른 강도는 자동차 엔진 부품의 내열성, 내진동성과 같은 물리적 성질을 필요로하게 되었다[14, 18-20]. AlSiCu 합금계에서 Si 입자의 모양, 크기, 그리고 2차 상간 거리등의 미세조직적 요인들은 기계부품의 기계적 및 열적 특성에 큰 열 영향을 미치게 된다. 기계적 성질을 향상시키는 방법은 Si 입자의 크기나 모양을 조절하는 것이다.
	AlSiCu 합금을 2차 고용화 열처리한 결과, 고용화 온도가 몇일 때 최적의 조건이었는가?	1차 고용화 열처리 보다는 2차 고용화 열처리한 시험편의 인장강도와 항복강도가 높았고 2차 고용화 열처리 시간이 길어질수록 공정 Si 입자들은 구상화되어 연신율 또한 높아졌다. 특히 2차 고용화 온도가 525 o C에서 이단계 고용화 처리한 것이 최적의 조건으로 나타났다.

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