[논문]고함량의 Mg을 함유한 Al-Mg 합금의 이축교번단조 변형에 따른 미세조직 및 인장특성 변화

신영철; 하성호; 윤영옥; 김세광; 최호준; 현경환; 현승균

doi:10.5228/kstp.2019.28.6.361

고함량의 Mg을 함유한 Al-Mg 합금의 이축교번단조 변형에 따른 미세조직 및 인장특성 변화
Microstructure Evolution and Tensile Properties of Al-Mg Alloy Containing a High Content of Mg by Biaxial Alternative Forging 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.28 no.6, 2019년, pp.361 - 367

신영철 (한국생산기술연구원 뿌리산업기술연구소) , 하성호 (한국생산기술연구원 뿌리산업기술연구소) , 윤영옥 (한국생산기술연구원 뿌리산업기술연구소) , 김세광 (한국생산기술연구원 뿌리산업기술연구소) , 최호준 (한국생산기술연구원 뿌리산업기술연구소) , 현경환 (인하대학교 금속재료공정공학과) , 현승균 (인하대학교 금속재료공정공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Microstructure evolution and tensile properties of Al-8mass%Mg alloy casting billet by biaxial alternative forging were investigated in this study. An alternative forging system tailored in this study was used to allow continuous strain accumulations on the alloy workpiece. A finite element (FE) simulation results revealed that the strain was mainly concentrated in the core and that the shear bands developed into a form with an X shape in the cross-section of workpiece after the alternative forging using octangular rod shaped dies. With increasing the forging passes, it was observed that the Al-8mass%Mg alloy workpieces were significantly deformed, and cracks began to form and propagate on the both ends of the forged workpieces after five passes at room temperature. In as-forged microstructures taken by microscopes, twins, clustering of dislocations, and fine subgrains were found. Tensile strengths of the forged specimens showed significant increases depending on the number of forging passes, and a trade-off relationship was observed between the elongation and strength. At room temperature and 100℃ the workpieces showed similar behaviors in microstructural evolution and tensile properties depending on forging passes, while the increase range in strength was reduced at 200℃.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1 Schematic 3D views of (a) dies and workpiece for multi-forging, (b) die cavity shape, and (c) biaxial alternative forging process
그림 Fig. 2 Images of workpieces depending on forging passes
그림 Fig. 4 Optical micrographs of longitudinal surface along core of workpiece depending on temperatures and forging passes
그림 Fig. 3 (a) Effective strain distributions and (b, c) effective strain profiles along core of workpiece depending on the number of forging passes
그림 Fig. 5 EBSD results in IPF map of the workpiece after the forging with 2 passes
그림 Fig. 6 TEM bright field image of the workpiece after the forging with 5 passes
그림 Fig. 7 Tensile properties of workpieces forged at (a) room temperature, (b) 100℃, and (c) 200℃ depending on forging passes
그림 Fig. 8 Tensile property maps of workpieces depending on forging passes and temperatures.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 기존의 5000 계 Al-Mg 합금의 최대 Mg 함량을 상회하는 수준의 다량의 Mg 을 함유할 경우에 대한 가공경화 효과를 조사하는 것을 목적으로 하였다. 향후 단조공정으로의 적용 가능성 검토를 위해, 단조특성 평가용으로 제작한 이축교번단조금형을 이용하여 단조한계를 평가하고 변형량에 따른 미세조직과 기계적 특성의 변화를 관찰하였다.

제안 방법

수차례 단조 후의 시편의 모식도와 같이, 연속적인 변형이 누적된 시편은 cavity 형태를 따라 외부에 리브가 형성되는 것을 알 수 있다. 이와 같은 연속적인 반복 업셋팅 금형을 150톤 유압 프레스에 장착하여 실온, 100℃ 그리고 200℃의 온도조건에 대해 단조 횟수별 시편 가압을 수행하였다. 승온 조건에 대한 실험을 위해 시편은 가압 전 프레스 주변에 비치된 전기로에 장입하여 해당온도로 가열 및 유지시켰고, 금형은 내부에 삽입된 카트리지 히터를 통해 시편과 동일한 온도로 가열 및 유지하였다.
본 그림은 cavity 형상에 대한 설명을 위한 것으로 가압 후의 최종 시편을 보여주는 것은 아니다. Fig. 1(c)의 금형과 시편에 대한 실험 절차 모식도를 통해 알 수 있는 바와 같이, 시편 삽입 후 1회 가압이 진행되고 다시 시편을 취출하여 90도 회전 후 재삽입 그리고 가압의 순서를 반복함으로써 시편에 대해 지속적인 변형을 가하는 이축교번단조 실험을 수행하였다. 수차례 단조 후의 시편의 모식도와 같이, 연속적인 변형이 누적된 시편은 cavity 형태를 따라 외부에 리브가 형성되는 것을 알 수 있다.

대상 데이터

본 연구에서 조사된 소재는 Al-8mass%Mg의 조성을 갖는 압출용 주조 빌렛으로, 균질화 열처리가 완료된 상태로 제공받았다. 주요원소인 Mg 외에는 미량의 원소들만이 일부 포함되어 있다.

성능/효과

(1) 이축교번단조를 통해 성형된 본 합금의 미세 조직에서는, 기존 강소성 조직의 특징인 쌍정의 증가, 군집화된 전위의 분포 그리고 미세한 아결정립의 생성이 관찰되었다.
(2) 인장시험결과, 이축단조변형에 따른 가공경화 효과로 강도가 급격하게 증가하였으나 성형온도가 200℃로 상승한 경우에는 강도 증가폭의 감소가 나타났다.

후속연구

(3) 공정변수들과 인장시험결과를 토대로 작성된 특성 map을 통해, 성형온도 및 소성변형량에 따른 Al-8mass%Mg 합금의 기계적 특성 변화를 파악해본 결과, 저온영역에서 우수한 가공경화 특성을 나타냄을 알 수 있었고, 미래의 고강도 단조부품소재로서 기대를 모을 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비열처리형 전신재 합금인 Al-Mg계의 특성은?	알루미늄 합금은 구조재의 경량화를 위해 가장 광범위하게 사용되는 소재라고 할 수 있다[1]. 다양한 합금계 중에서도 비열처리형 전신재 합금인 Al-Mg계는 비강도가 높고, 성형성, 용접성, 그리고 가공성이 우수하여 자동차, 선박 등의 구조재로 사용되고 있으며, 특히 자동차에서는 섀시와 서브시스템의 서스펜션 부품들에 주로 적용되고 있다[2]. 서스펜션 부품을 기존 철계 합금이 아닌 알루미늄 합금으로 대체하게 되면 30% 이상의 경량화 효과를 얻을 수 있다.
	서스펜션 부품을 기존 철계합그이 아닌 알루미늄 합금으로 대체했을때 기대효과는?	다양한 합금계 중에서도 비열처리형 전신재 합금인 Al-Mg계는 비강도가 높고, 성형성, 용접성, 그리고 가공성이 우수하여 자동차, 선박 등의 구조재로 사용되고 있으며, 특히 자동차에서는 섀시와 서브시스템의 서스펜션 부품들에 주로 적용되고 있다[2]. 서스펜션 부품을 기존 철계 합금이 아닌 알루미늄 합금으로 대체하게 되면 30% 이상의 경량화 효과를 얻을 수 있다. 차량 서스펜션 부품의 경량화는 연비 개선 효과뿐만 아니라 승차감과 주행성능 향상과도 직결되므로 선진 자동차 메이커들은 보통 경량 서스펜션 부품을 적용하고 있다.
	Mg 함량의 Al-Mg계 합금을 만드는 이유는?	이 합금계의 강화기구는 주로 Mg 첨가에 의한 고용강화와 소성가공에 의한 가공경화 효과로 설명된다. 기존 문헌들에 따르면[10,11], Mg 함량이 더욱 증가하게 되면 소성가공 시 가공경화 효과가 더욱 상승한다고 한다. 뿐만 아니라 알루미늄의 2/3 수준에 해당하는 Mg의 밀도 (1.74 g/cm3) 때문에 부품의 중량을 한층 더 감소시킬 수 있다.

참고문헌 (12)

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