[논문]Mg-Al 합금에서 연속 냉각 및 등온 시효로 생성된 불연속 석출물의 미세조직 특징과 경도

전중환

doi:10.12656/jksht.2020.33.4.173

Mg-Al 합금에서 연속 냉각 및 등온 시효로 생성된 불연속 석출물의 미세조직 특징과 경도
Microstructural Characteristics and Hardness of Discontinuous Precipitates Formed by Continuous Cooling and Isothermal Aging in Mg-Al Alloy 원문보기

열처리공학회지 = Journal of the Korean society for heat treatment, v.33 no.4, 2020년, pp.173 - 179

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to investigate comparatively the microstructural characteristics and hardness of discontinuous precipitates (DPs) in Mg-9%Al alloy, which were formed by continuous cooling (CC) from 678 K to RT and isothermal aging (IA) at 413 K, respectively. In as-cast state, the Mg-9%Al alloy consisted of partially divorced eutectic β(Mg17Al12) particles with a small amount of DPs showing (α+β) lamellar morphology adjacent to the β particles. The DPs formed by CC had interlamellar spacings in a broad range of 0.85~2.12 ㎛ (1.51 ㎛ in average) owing to the various formation temperatures in response to continuous cooling process. Meanwhile, the DPs formed by IA had relatively narrower interlamellar spacings of 0.14~0.29 ㎛ (0.21 ㎛ in average), which is associated with the low and constant formation temperature. Thinner and higher volume fraction of β phase layers were noticeable in the DPs formed by IA. Higher hardness values were obtained in the DPs formed by IA than the DPs formed by CC, which may well be ascribed to the finer lamellar structure and higher β phase content of the DPs formed by IA.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. SEM images of Mg-9%Al alloy in (a,b) as-cast and (c) solution-treated states.
그림 Fig. 2. SEM images showing discontinuous precipitates (DPs) for Mg-9%Al alloy in (a,b) CC and (c,d) IA states.
그림 Fig. 3. Enlarged SEM images showing (α+β) lamellar structure of discontinuous precipitates (DPs) for Mg-9%Al alloy in (a-c) CC and (d-f) IA states.
그림 Fig. 4. Distributions of apparent interlamellar spacings (S_a) of discontinuous precipitates (DPs) for Mg-9%Al alloy in (a) CC and (b) IA states.
$Fig. 5. (a) Thickness and (b) volume fraction of β phase layers in discontinuous precipitates (DPs) for Mg-9%Al alloy in CC and IA states.$ 그림 Fig. 5. (a) Thickness and (b) volume fraction of β phase layers in discontinuous precipitates (DPs) for Mg-9%Al alloy in CC and IA states.
그림 Fig. 6. Hardness distributions of discontinuous precipitates (DPs) for Mg-9%Al alloy in (a) CC and (b) IA states.

AI 본문요약
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제안 방법

DPs의 α/β 층상 간격, DPs내 β상의 함량 및 두께와 같은 미세조직인자를 분석하기 위해 50장의 고배율 SEM 사진을 분석하였고, 열처리 조건별로 측정한 50개씩의 경도 데이터를 활용하여 경도의 분포 양상과 평균값을 조사, 비교하였다.
따라서, 본 연구에서는 Mg-9%Al 합금을 대상으로 용체화처리 후 노냉(furnacecooling)하면서 상온까지 낮은 속도로 연속 냉각하는 방법과 용체화처리 후 수냉하고 이를 다시 저온에서 시효 처리하는 방법으로 각각 DPs를 미세조직 내에 생성시킨 후 경도를 비교하였으며, 이 결과를 DPs의 층상 간격, DPs내 β상의 함량 및 두께와 같은 미세조직의 특징 차이에 기초하여 분석하였다.
시편을 678 K에서 24시간 동안 용체화처리한 다음 일부는 노냉하면서 상온까지 낮은 속도로 연속 냉각(continuous cooling, 이하 “CC”로 표기)하였고, 나머지는 용체화처리한 후상온에 수냉한 다음 413 K에서 96시간 등온 시효한 후 공냉(isothermal aging, 이하 “IA”로 표기)하였다. 미세조직은 주사전자현미경(SEM, FEI Quanta-200F)을 이용하여 관찰하였으며, CC 및 IA 시편에서 생성된 DPs의 경도는 마이크로 비커스 경도계(microVickers hardness tester, Matsuzawa MMT-X)를 이용하여 50 g 하중으로 측정하였다. DPs의 α/β 층상 간격, DPs내 β상의 함량 및 두께와 같은 미세조직인자를 분석하기 위해 50장의 고배율 SEM 사진을 분석하였고, 열처리 조건별로 측정한 50개씩의 경도 데이터를 활용하여 경도의 분포 양상과 평균값을 조사, 비교하였다.
본 연구에서는 Mg-9%Al 합금에 대해 678 K에서 24시간 동안 용체화처리한 후 노냉하면서 상온까지 연속 냉각한 조건(continuous cooling, “CC”) 및 용 체화처리 후 수냉하고 다시 413 K에서 96시간 등온시효한 조건(isothermal aging, “IA”)에서 생성된 불연속 석출물(DPs)의 미세조직 특징, 경도의 평균값과 분포 양상을 비교, 조사하였다.
시편을 678 K에서 24시간 동안 용체화처리한 다음 일부는 노냉하면서 상온까지 낮은 속도로 연속 냉각(continuous cooling, 이하 “CC”로 표기)하였고, 나머지는 용체화처리한 후상온에 수냉한 다음 413 K에서 96시간 등온 시효한 후 공냉(isothermal aging, 이하 “IA”로 표기)하였다.
005%Ni로 확인되었다. 주조된 잉곳트를 각재로 절단한 다음 기계 가공을 통해 미세조직 관찰 및 경도측정용 시편을 제조하였다. 시편을 678 K에서 24시간 동안 용체화처리한 다음 일부는 노냉하면서 상온까지 낮은 속도로 연속 냉각(continuous cooling, 이하 “CC”로 표기)하였고, 나머지는 용체화처리한 후상온에 수냉한 다음 413 K에서 96시간 등온 시효한 후 공냉(isothermal aging, 이하 “IA”로 표기)하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용한 Mg-9%Al 합금은 순도 99.9%의 Mg과 순도 99.9%의 Al을 목적 조성을 갖도록 평량한 후 (SF₆+ CO₂⁾ 보호가스 분위기에서 전기저항로를 이용하여 용해한 다음 503 K로 예열된 금형에 주조하는 방법으로 제조되었다. 유도결합 플라즈마 분광분석기(ICP-OES, GBS Scientific Equipment, Integra XL)를 이용하여 제조된 합금의 화학조성을 분석하였으며, 그 결과 제조된 Mg-9%Al합금의 실질적 조성은 Mg-9.

성능/효과

(c)), 주조 상태에서 관찰된 β상이 기지에 고용되어 모두 사라진 것을 확인할 수 있다.
DPs의 생성 온도가 상대적으로 높은(ΔT가 작은) CC 시편에서는 DPs 내 β상 레이어의 평균 폭이 ~0.2 μm로 ~0.08 μm인 IA 시편보다 컸으며, 이는 높은 생성 온도 및 상대적으로 빠른 DPs의 성장 속도와 관련이 있는 것으로 판단된다.
9%의 Al을 목적 조성을 갖도록 평량한 후 (SF₆+ CO₂⁾ 보호가스 분위기에서 전기저항로를 이용하여 용해한 다음 503 K로 예열된 금형에 주조하는 방법으로 제조되었다. 유도결합 플라즈마 분광분석기(ICP-OES, GBS Scientific Equipment, Integra XL)를 이용하여 제조된 합금의 화학조성을 분석하였으며, 그 결과 제조된 Mg-9%Al합금의 실질적 조성은 Mg-9.34%Al-0.003%Fe0.005%Ni로 확인되었다. 주조된 잉곳트를 각재로 절단한 다음 기계 가공을 통해 미세조직 관찰 및 경도측정용 시편을 제조하였다.

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