[논문]Mg-Al-Zn 합금에서 불연속 석출물의 층상 구조와 경도에 미치는 냉각 속도의 영향

전중환

doi:10.12656/jksht.2020.33.6.271

Mg-Al-Zn 합금에서 불연속 석출물의 층상 구조와 경도에 미치는 냉각 속도의 영향
Effect of Cooling Rate on Lamellar Structure and Hardness of Discontinuous Precipitates in Mg-Al-Zn Alloy 원문보기

열처리공학회지 = Journal of the Korean society for heat treatment, v.33 no.6, 2020년, pp.271 - 276

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The relationship between the hardness and interlamellar spacing of discontinuous precipitates (DPs) formed by continuous cooling was studied for Mg-9%Al-1%Zn alloy. After solution treatment at 683 K for 24 h, the specimens were cooled to room temperature with different cooling rates ranging from 0.2 to 2 K·min-1, in order to obtain DPs with various interlamellar spacings. It was found that cooling rate of 2 K·min-1 yielded only small amount of nodular DPs at the grain boundaries, while cooling rates below 2 K·min-1 yielded both DPs and continuous precipitates (CPs). The volume fraction of DPs increased with increasing cooling rate up to 0.5 K·min-1, over which it abruptly decreased. The hardness of DPs was increased with an increase in the cooling rate, whereas the interlamellar spacing of the DPs was decreased with respect to cooling rate. The hardness of the DPs formed by continuous cooling was correlated with the interlamellar spacing and can follow a Hall-Petch type relation as in the case of pearlite with lamellar morphology.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. SEM images of Mg-9%Al-1%Zn alloy subjected to cooling with different rates after solution treatment : (a) 2 K‧min^-1, (b) 1 K‧min^-1, (c) 0.5 K‧min^-1, (d) 0.4 K‧min^-1, (e) 0.3 K‧min^-1 and (f) 0.2 K‧min^-1.
$Fig. 2. Change in volume fraction of discontinuous precipitates (DPs) with cooling rate after solution treatment in Mg-9%Al-1%Zn alloy.$ 그림 Fig. 2. Change in volume fraction of discontinuous precipitates (DPs) with cooling rate after solution treatment in Mg-9%Al-1%Zn alloy.
그림 Fig. 3. Enlarged SEM images showing (α/β) lamellar morphology of discontinuous precipitates (DPs) in Mg-9%Al-1%Zn alloy subjected to cooling with different rates after solution treatment : (a) 2 K‧min^-1, (b) 1 K‧min^-1, (c) 0.5 K‧min^-1, (d) 0.4 K‧min^-1, (e) 0.3 K‧min^-1 and (f) 0.2 K‧min^-1.
그림 Fig. 4. Change in interlamellar spacing (S) of discontinuous precipitates (DPs) with cooling rate after solution treatment in Mg-9%Al-1%Zn alloy.
그림 Fig. 5. Change in Vickers micro-hardness (Hv) of discontinuous precipitates (DPs) with cooling rate after solution treatment in Mg-9%Al-1%Zn alloy.
그림 Fig. 6. Vickers micro-hardness (Hv) of discontinuous precipitates (DPs) versus S^-0.5 in Mg-9%Al-1%Zn alloy.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 후속적으로 수행된 것으로, Mg-Al-Zn 합금에 대해 용체화처리 후 냉각 속도의 변화를 통해 다양한 α/β 층상 간격을 가지는 DPs에서 경도가 α/β 층상 간격과 Hall-Petch 관계를 만족하는지 조사하고, 더 나아가 실험 데이터에 기반을둔 Hall-Petch 관계식을 제시하는 것이 목적이다.

제안 방법

Mg-9%Al-1%Zn 합금에 대해 용체화처리 후 상온까지 연속 냉각에 의해 생성된 불연속 석출물(DPs) 의 경도와 층상 간격과의 상관관계에 대해 조사하였다. 다양한 층상 간격을 가지는 DPs를 얻기 위해, 모든 시편은 683 K에서 24시간 용체화처리한 후 0.
냉각 속도별 DPs의 부피 분율과 α/β 층상 간격, 그리고 경도의 평균치는 조건 당 30장의 SEM 사진에 대한 영상 분석 결과와 30개씩의 경도 데이터를 분석해 도출하였다.
이로부터, Mg-Al계 합금의 DPs가 α-(Mg) 상 레이어와 β(Mg₁₇Al₁₂)상 레이어가 반복적으로 층을 이루고 있는 층상 구조를 가지고 있으며, 냉각속도가 낮을수록 DPs의 층상 간격이 점차 증가하고 있는 경향을 쉽게 확인할 수 있다. 냉각 속도에 따른 DPs의 층상 간격을 영상 분석기로 측정하였으며, 그 결과를 Fig. 4에 나타내었다. 냉각 속도가 0.
2 K‧min^-1의 속도로 상온까지 연속 냉각하였다. 미세조직은 주사전자현미경(SEM, FEI Quanta-200F)을 이용하여 관찰하였으며, DPs의 경도는 마이크로 비커스 경도계(Vickers micro-hardness tester, Matsuzawa MMT-X)를 이용하여 50 gf 하중으로 측정하였다. 냉각 속도별 DPs의 부피 분율과 α/β 층상 간격, 그리고 경도의 평균치는 조건 당 30장의 SEM 사진에 대한 영상 분석 결과와 30개씩의 경도 데이터를 분석해 도출하였다.
주조된 잉곳트를 각재로 절단한 다음 기계 가공을 통해 미세조직 관찰 및 경도 측정용 시편을 제조하였다. 시편을 683 K에서 24시간 동안 용체화처리한 다음 각각 2, 1, 0.5, 0.4, 0.3 및 0.2 K‧min^-1의 속도로 상온까지 연속 냉각하였다. 미세조직은 주사전자현미경(SEM, FEI Quanta-200F)을 이용하여 관찰하였으며, DPs의 경도는 마이크로 비커스 경도계(Vickers micro-hardness tester, Matsuzawa MMT-X)를 이용하여 50 gf 하중으로 측정하였다.
004%Ni로 확인되었다. 주조된 잉곳트를 각재로 절단한 다음 기계 가공을 통해 미세조직 관찰 및 경도 측정용 시편을 제조하였다. 시편을 683 K에서 24시간 동안 용체화처리한 다음 각각 2, 1, 0.

대상 데이터

본 연구에서 사용한 Mg-9%Al-1%Zn 합금은 순도 99.9%의 Mg, 순도 99.9%의 Al, 순도 99.99%의 Zn를 목적 조성을 갖도록 평량한 후 (SF₆+ CO₂) 보호가스 분위기에서 전기저항로를 이용하여 용해한 다음 503 K로 예열된 금형에 주조하여 제조되었다. 유도결합 플라즈마 분광분석기(ICP-OES, GBS Scientific Equipment, Integra XL)로 분석된 제조된 합금의 화학 조성은 Mg-8.

성능/효과

(b)) DPs의 함량이 크게 증가한 것을 확인할 수 있고, 2 K‧min-1으로 냉각시킨 경우와 달리 DPs가 생성되지 않은α-(Mg) 기지 내에 β상 입자 형태의 CPs가 낮은 밀도로 생성된 것을 발견할 수 있다.
0 K‧min^-1 냉각 속도 구간에서의 DPs 경도를 나타낸 것이다. 0.3~0.5 K‧min^-1 구간에서는 냉각 속도가 증가함에 따라 DPs의 경도가 가파르게 상승하다가 0.5~1 K‧min^-1구간에서는 상대적으로 완만하게 경도가 증가하는 경향이 확인된다. Fig.
1-(b)) DPs의 함량이 크게 증가한 것을 확인할 수 있고, 2 K‧min^-1으로 냉각시킨 경우와 달리 DPs가 생성되지 않은α-(Mg) 기지 내에 β상 입자 형태의 CPs가 낮은 밀도로 생성된 것을 발견할 수 있다. 0.5 K‧min^-1의냉각 속도에서는 Mg-9%Al-1%Zn 합금의 미세조직이 대부분 DPs로 이루어지는 것을 관찰할 수 있고 (Fig. 1-(c)), 냉각 속도가 그 이하로 감소하게 되면 DPs 함량이 점차 줄어들면서 상대적으로 CPs가 생성된 영역이 증가하는 특징이 나타난다(Fig.
2~2 K‧min^-1 범위의 여러 속도로 상온까지 냉각하였다. 2 K‧min^-1의 냉각 속도에서는 소량의 DPs 노듈이 결정립계에 생성된 미세조직이 나타났으며, 그이하의 냉각 속도에서는 DPs와 연속 석출물(CPs)이 혼합된 미세조직이 확인되었다. DPs의 부피 분율은 0.
5 K‧min^-1 범위에서는 냉각 속도가 증가할수록 증가하였고, 그 이상의 냉각 속도에서는 급격히 감소 하는 경향을 나타내었다. DPs의 경도는 냉각 속도에 비례하여 증가한 반면, 층상 간격은 냉각 속도에 반비례하는 경향을 나타내었다. Mg-9%Al-1%Zn 합금에서 용체화처리 후 연속 냉각에 의해 생성된 DPs 의 경도는 층상 간격(S)^-0.
2 K‧min^-1의 냉각 속도에서는 소량의 DPs 노듈이 결정립계에 생성된 미세조직이 나타났으며, 그이하의 냉각 속도에서는 DPs와 연속 석출물(CPs)이 혼합된 미세조직이 확인되었다. DPs의 부피 분율은 0.2~0.5 K‧min^-1 범위에서는 냉각 속도가 증가할수록 증가하였고, 그 이상의 냉각 속도에서는 급격히 감소 하는 경향을 나타내었다. DPs의 경도는 냉각 속도에 비례하여 증가한 반면, 층상 간격은 냉각 속도에 반비례하는 경향을 나타내었다.
DPs의 부피 분율은2 K‧min-1에서 5% 미만이었지만 냉각 속도가 감소함에 따라 가파르게 증가하여 0.5 K‧min-1에서 ~93%수준으로 최대치를 나타내었으며, 냉각 속도가 그 이하로 감소하면 Fig. 1에서 볼 수 있는 것과 같이 CPs가 α-(Mg) 기지 내에 생성되면서 DPs의 부피 분율이 급격하게 감소하여 0.2 K‧min-1에서는 30%이하로 떨어지는 경향을 나타내었다.
Mg-9%Al-1%Zn 합금과 유사한 조성을 가지는 AZ91 합금에서 α-(Mg) 고용체의 경도가 78~80 kgf‧mm-2 수준의 값을 나타내고[20, 21], DPs내 α-(Mg)상 레이어의 Al 함량이 β상 생성으로 인해 줄어들면서 경도가 떨어질 것을 감안하면, 본 연구에서 얻은 H0 데이터는 적절한 값으로 판단된다.
DPs의 경도는 냉각 속도에 비례하여 증가한 반면, 층상 간격은 냉각 속도에 반비례하는 경향을 나타내었다. Mg-9%Al-1%Zn 합금에서 용체화처리 후 연속 냉각에 의해 생성된 DPs 의 경도는 층상 간격(S)^-0.5과 선형 관계를 나타내어, 철강의 펄라이트와 마찬가지로 Hall-Petch 관계식을잘 만족하는 것으로 확인되었다.
냉각 속도가 0.2~2 K‧min-1로 증가함에 따라 층상 간격이 ~1.3 μm에서 ~0.6 μm 수준으로 지속적으로 감소하고 있는 것을 확인할 수 있다.
5의 함수로 플롯한 결과이다. 모든 데이터가 선형 관계를 잘 보이고 있으며, 이러한 결과는 연속 냉각을 통해 생성된 Mg-Al계 합금의 DPs의 경도와 층상 간격이 철강의 펄라이트, 또는 등온 시효에서의 AZ91 합금에서와 같이 Hall-Petch 관계식을 잘 만족하고 있음을 증명하고 있다. 선형 회귀를 통해 구한 Hall-Petch 변수 H₀(S^-0.
99%의 Zn를 목적 조성을 갖도록 평량한 후 (SF₆+ CO₂) 보호가스 분위기에서 전기저항로를 이용하여 용해한 다음 503 K로 예열된 금형에 주조하여 제조되었다. 유도결합 플라즈마 분광분석기(ICP-OES, GBS Scientific Equipment, Integra XL)로 분석된 제조된 합금의 화학 조성은 Mg-8.9%Al-0.8%Zn-0.003%Fe-0.004%Ni로 확인되었다. 주조된 잉곳트를 각재로 절단한 다음 기계 가공을 통해 미세조직 관찰 및 경도 측정용 시편을 제조하였다.

참고문헌 (21)

J. Song, J. She, D. Chen and F. Pan : J. Magnes. Alloy 8 (2020) 1.

상세보기
A. H. Feng and Z. Y. Ma : Scripta Mater. 56 (2007) 397.

상세보기
A. V. Koltygin, V. E. Bazhenov, E. A. Belova and A. A. Nikitina : J. Magnes. Alloy 1 (2013) 224.

상세보기
M. Esmaily , D. B. Blucher, J. E. Svensson, M. Halvarsson and L. G. Johansson : Scripta Mater. 115 (2016) 91.

상세보기
C. Lv, T. Liu, D. Liu, S. Jiang and W. Zeng : Mater. Des. 33 (2012) 529.

상세보기
W. Zhou, T. Shen and N. N. Aung : Corros. Sci. 52 (2010) 1035.

상세보기
S. Li, X. Yang, J. Hou and W. Du : J. Magnes. Alloy 8 (2020) 78.

상세보기
K. N. Braszczynska-Malik : J. Alloy Compd. 477 (2009) 870.

상세보기
K. Fujii, K. Matsuda, T. Gonoji, K. Watanabe, T. Kawabata, Y. Uetani and S. Ikeno : Mater. Trans. 52 (2011) 340.

상세보기
S. Takeshita, C. Watanabe, R. Monzen and S. Saikawa : J. Jpn. Inst. Light Met. 64 (2014) 470.

상세보기
M. X. Zhang and P. M. Kelly : Scripta Mater. 48 (2003) 647.

상세보기
S. Celotto : Acta Mater. 48 (2000) 1775.

상세보기
J. H. Jun : J. Alloys Compd. 75 (2017) 237.

상세보기
C. Zener : Trans. AIME 167 (1946) 550.
N. Ridley : Metall. Trns. A 15A (1984) 1019.

상세보기
K. K. Ray and D. Mondal : Acta Metall. Mater. 39 (1991) 2201.

상세보기
M. Dollar, I. M. Bernstein and A. W. Thompson : Acta Metall. 36 (1988) 311.

상세보기
J. D. Embury and R. M. Fisher : Acta Metall. 14 (1966) 147.

상세보기
J. Gil Sevilano : P. Haasen, et al. (eds), Proc. ICSMA5, Aachen, Pergamon Press, New York, 1979, pp. 819.
J. H. Jun : J. Kor. Soc. Heat Treat. 24 (2011) 193.
J. H. Jun : J. Kor. Soc. Heat Treat. 25 (2012) 190

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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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