[논문]자동차 경량소재 AlSiCu 합금의 기계적 특성을 개선하기 위한 최적의 이중 열처리공정

박상규; 김정석

doi:10.14775/ksmpe.2018.17.3.102

자동차 경량소재 AlSiCu 합금의 기계적 특성을 개선하기 위한 최적의 이중 열처리공정
Optimal Double Heat Treatment Process to Improve the Mechanical Properties of Lightweight AlSiCu Alloy 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.17 no.3, 2018년, pp.102 - 108

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

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

경량화 자동차를 위해 요구되어진 강도 연성 등에 관한 물리적 성질 개선의 연구는 완전히 만족스럽지 않다. 그러므로 본 연구에서는 경량화 AlSiCu 합금을 주조하고 고용화 열처리를 통하여 인장강도 뿐만 아니라 연신율을 향상시킬 수 있는 최적의 이중 열처리 공정을 연구하고자 하였다.

제안 방법

기계적 성질의 평가를 위한 경도 시험은 미소 경도시험기를 사용하였으며 1 kg의 하중으로 유지시간 5 s씩 각 시험편 당 20회 측정하였다. 인장 시험용 시험편은 KS인장규격 14B호를 기초로 하여 평행부거리 16.
이론적인 열역학 계산을 통하여 합금의 AlSiCu 평형상태도를 평가하였다. 이론적 계산을 위한 상용프로그램은 Thermo-calc를 사용하였다.

대상 데이터

2. 주조 후 기지부는 국부적으로 존재하는 중국활자 형상의 α-Al₁₅(Fe,Mn)₃Si₂, 긴 침상의 β -Al₅FeSi, 판상의 θ-Al₂Cu 와 조대한 기지에 전체적으로 분포하는 공정 Si상으로 구성되었다.
실험에 사용된 합금은 열처리 전과 후의 미세조직과 기계적 특성을 평가하기 위하여 인공적으로 중력주조 되었으며 합금의 조성은 유도결합 플라즈마 질량 분석기를 사용하여 분석하였고 결과는 Table 1 에 중량비로 나타내었다 ;.

데이터처리

또한 알루미늄 합금에서 취성의 Si입자의 모양이 구상화 되면서 구조재료의 피로 특성과 연성에서 연신율과 인성을 향상 시킬 것으로 생각된다. 고용화 열처리와 상의 변화는 X-선 회절 분석을 이용하였다. Fig.
미세조직 분석과 기계적 성질의 평가를 위한 시편은 잉곳에서 기계절단 하였으며 시편을 콜드 마운팅한 후 용액을 사용하여 에칭 후 광학현미경으로 관찰하였으며 석출상은 주사전계방, 출형 전자현미경 에너지 분산 분광법 전자 탐침미량 분석기를 이용하여 파장분산분광법을 통하여 구성 원소들의 정성 및 정량 분석하였다. 결정구조 분석을 위해 X-선 회절분석을 수행하였다.
이론적인 열역학 계산을 통하여 합금의 AlSiCu 평형상태도를 평가하였다. 이론적 계산을 위한 상용프로그램은 Thermo-calc를 사용하였다.

성능/효과

기지안에 Al₂Cu상의 용해는 Al격자내로 원자의 과포화를 유도한다. 결과적으로 격자가 변형되므로 고강도 AlSiCu 알루미늄 합금의 기지부의 기계적 강도가 증가할 것이라고 판단된다.
4. 단일 단계 열처리 보다는 이중 열처리한 시험편의 기계적 강도가 높았고 이중 열처리 시간 이 길어질수록 공정 Si 입자들은 구상화 되어 연신율이 향상되었다. 특히 최대인장가도 연신율의 관계에서 T4B3의 조건에서 기계적 특성이 크게 향상되었다.
7은 최대인장강도와 항복강도를 연신률과 관련하여 각 고용화 열처리 조건에 따라서 나타내었다 경량화소재는 강도의 향상뿐만 아니라 연성 역시 증가시켜 진동 피로 등의 기계적 손상 저항성을 향상시키는 것이 매우 바람직하다. 최대인장 강도와 연신율은 전체적으로 비례적인 관계를 보이며 최적의 고용화 조건은 495에서 1차 고용화하고 2차 고용화 처리한 T4B3 조건에 매우 우수한 기계적 특성을 나타내었다.
최대인장가도와 연신율의 경우 최종 이중고용화 처리를 252에서 2차 고용화 처리한 조건에서 우수한 기계적 특성을 나타내었다 최대인장강도와 달리 항복강도는 연신율과 관련하여 고용화 열처리에 따라서 큰 변화를 보이지 않았다. 하지만 연신율은 크게 향상되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Al-Si계 합금에 Cu를 첨가하면 어떠한 특성이 있고 어디에 사용되는가?	Al-Si계 합금은 주조용 합금으로 널리 사용되고 있으며 Cu의 첨가로 유동성과 주조성이 우수하여 엔진 블럭 실린더헤드 피스톤 등에 사용된다 [4-10, 11-16]. Si를 첨가하는 것은 내마모성을 증가시키는 영향이 있으며 열적 팽창은 낮추고 열전달 계수를 높게 하는 영향이 있다[10,13].
	열처리는 무엇인가?	열처리는 고용화 열처리와 시효 처리의 최적화를 통해 모재 합금의 기계적 성질을 높이기 Al-Si 위한 가장 중요한 공정요소이다[17,21-23]. AlSiCu 합금계에서 상의 모양 크기 그리고 차상간 거리는 제품의 기계적 열적 성질을 변화시키는 큰 원인이 된다.
	AlSiCu 합금계의 기계적 성질을 향상시키는 방법은 무엇인가?	AlSiCu 합금계에서 상의 모양 크기 그리고 차상간 거리는 제품의 기계적 열적 성질을 변화시키는 큰 원인이 된다. 기계적 성질을 향상시키는 방법은 Si 상의 크기나 모양을 조절하는 것이다. 기계적 성질에 대한 개선으로 열처리 공정을 통해 Al2Cu 와 같은 금속간 화합물 상의 분해 구상화 조대화 분해에 의한 공정상의 형태 등의 영향 폭넓게 연구하였다[24,25].

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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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