[논문]Cu-1.6%Co-0.38%Si 합금의 용체화처리에 따른 기계적 성질의 변화

곽원신; 이시담

doi:10.12656/jksht.2020.33.6.277

[국내논문] Cu-1.6%Co-0.38%Si 합금의 용체화처리에 따른 기계적 성질의 변화
Changes in Mechanical Properties according to Solid Solution Treatment of Cu-1.6%Co-0.38%Si Alloy 원문보기

열처리공학회지 = Journal of the Korean society for heat treatment, v.33 no.6, 2020년, pp.277 - 283

곽원신 ((주)풍산 소재기술연구원) , 이시담 ((주)풍산 소재기술연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

Cu-Co-Si based alloy has a strengthening mechanism for Co2Si intermetallic compounds deposited on the copper matrix after aging treatment and the solution treatment has a key influence on the strength and electrical conductivity of the final products. In this paper, the Cu-1.6%Co-0.38%Si alloy was fixed at the time and the solution treatment temperature was set at a temperature in the range of 800 to 950℃, and the change in mechanical properties was observed by fixing the temperature at 950℃ and changing the time. The microstructure was observed using an electron microscope and an optical microscope, and the changes in hardness, electrical conductivity, and bending workability after aging treatment were investigated. When the solution treatment time is less than 20 seconds, the solution treatment is not sufficient and the formation of precipitates contributing to the increase in hardness decreases and the hardness decreases after the aging treatment, and in more than 50 seconds, the hardness decreases due to the coarsening of the grains and the bending workability got worse.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Schematic diagrams of thermo-mechanical treatment process.
표 Table 1. Experimental procedure
그림 Fig. 2. EDS analysis of Cu-1.6%Co-0.38%Si.
그림 Fig. 3. FE-SEM images immediately after solution treatment(I) (×10,000).
$Table 2. Volume fraction of Co<sub>2</sub>Si by solution treatment$ 표 Table 2. Volume fraction of Co₂Si by solution treatment
그림 Fig. 4. OM images immediately after solution treatment(II) (×1,000).
그림 Fig. 5. FE-SEM images immediately after solution treatment(II) (×10,000).
그림 Fig. 6. OM images by aging treatment with each solution treatment(II) (×1,000).
그림 Fig. 7. FE-SEM images by aging treatment with each solution treatment(II) (×10,000).
그림 Fig. 8. Variation of hardness and electrical conductivity by aging treatment according to each solution treatment.
그림 Fig. 9. OM images by aging treatment with each solution treatment(II) (×140).
표 Table 3. Test results after final aging treatment

AI 본문요약
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제안 방법

38%Si 동합금 시편을 고주파 대기용해로를 이용하여 1,250℃에서 용해하여 Ingot 을 주조하였다. 1,000℃에서 균질화처리를 하여 11 mm(t)까지 열간압연을 실시한 후 표면 산화물을 제거하기 위한 면삭공정을 실시하고, 압하율 95%까지 냉간압연을 하였다. 그리고, 용체화처리 온도 조건을 설정하기 위하여 800~950℃에서 30초 동안 용체화처리를 실시하여 FE-SEM으로 조직을 관찰하였다.
Co 및 Si가 기지상에 고용되는 950℃에서 10~60초 용체화처리를 하고, 압하율 40%로 냉간압연을 하여 합금의 전위밀도를 증가시켰다. 높아진 전위밀도로 내부응력이 높아지면서 석출물의 석출 구동력이 향상되었다.
각 실험에서 비커스 경도기(model : TUCON 2500, Instron)를 사용하여 1 kgf 하중으로 경도를 측정하였고, 전기전도도는 더블 브릿지(model : Resistomat 2304, MTS)를 이용하여 전기저항을 측정 후 %IACS로 환산하였다.
굽힘가공성은 W-Block(load 9806 N)을 이용하여 압연직각방향(Bad way)으로 예비 굽힘을 실시한 후 R(Radius/Thickness)=0 조건으로 180º Bending을실시하여 그 표면을 광학현미경으로 관찰하였다.
1,000℃에서 균질화처리를 하여 11 mm(t)까지 열간압연을 실시한 후 표면 산화물을 제거하기 위한 면삭공정을 실시하고, 압하율 95%까지 냉간압연을 하였다. 그리고, 용체화처리 온도 조건을 설정하기 위하여 800~950℃에서 30초 동안 용체화처리를 실시하여 FE-SEM으로 조직을 관찰하였다.
본 연구에서는 Cu-1.6%Co-0.38%Si 합금의 상업화 용체화 설비에서 작업 가능 온도인 800~950℃구간에서 용체화처리 가능 온도를 찾고, 용체화처리 시간을 변화시켜 Cu-Co-Si계 합금의 최종 시효처리 후의 물성, 미세 조직 및 굽힘가공성의 변화를 조사하여 용체화처리 조건이 이 합금의 특성에 미치는 영향을 분석하였다.
용체화 및 시효처리 조건에 따른 미세 조직을 관찰하기 위하여 4ml의 HNO₃, 3 ml의 H₂SO₄, 1 g의 NH₄Cl, 3.5 g의 K₂Cr₂O₇과 H₂O 100 ml 비율로 섞은 용액으로 부식시킨 후, 광학현미경(m odel : RH2000, Hirox) 및 주사전자현미경(model : Quanta FEG 650, FEI)을 이용하여 조직관찰을 수행하였다.

대상 데이터

고순도의 Cu, Co, Si (순도 99.9%<) 원재료를 이용하여 Cu-1.6%Co-0.38%Si 동합금 시편을 고주파 대기용해로를 이용하여 1,250℃에서 용해하여 Ingot 을 주조하였다.

성능/효과

1. 800~950℃에서 30초 동안 용체화처리 후 관찰 결과, 온도가 상승할수록 Co₂Si 정출물의 빈도가 감소하고 결정립이 성장함을 알 수 있으며, 온도가 높아질수록 Cu내 Co₂Si의 고용도가 높아짐을 확인할 수 있었다.
3. 전기전도도는 용체화시간이 증가함에 따라 950℃에서 30초까지는 감소하다가 40초 이상에서는 시간에 따라 소폭 증가하였다.
4. 굽힘가공성은 결정립의 조대화에 따라 악화되며, 결정립의 크기가 21 μm 이상이 되는 950℃에서 50초부터 Middle wrinkle이 발생하여 열화되는 것을 나타내었다.
Co 및 Si가 기지상에 고용되는 950℃에서 10~60초 용체화처리를 하고, 압하율 40%로 냉간압연을 하여 합금의 전위밀도를 증가시켰다. 높아진 전위밀도로 내부응력이 높아지면서 석출물의 석출 구동력이 향상되었다. 시효처리는 470℃에서 3시간 동안 유지시킨 후 실온까지 공냉으로 하온시켰다.
압연직각방향(Bad way) R(Radius/Thickness)=0조건으로 180º Bending을 실시한 후 그 표면을 ×140배율로 관찰한 결과, 용체화처리 시간이 증가함에 따라 굽힘표면이 거칠어지며, 50초 이상에서는 굽힘 표면방향에 Middle wrinkle이 발생하며 굽힘가공성이 열화되는 것을 관찰할 수 있다.
이 결과로부터 용체화처리 시간이 증가함에 따라 Co, Si의 고용량이 증가하면서 Co₂Si 정출물 분율이 감소하고, 성장 억제의 핀 고정 효과를 갖는 정출물이 감소함으로써 결정립이 성장함을 알 수 있다.
FE-SEM 이미지를 이용하여 정출물의 분율을 측정한 결과를 Table 2에 나타내었다. 정출물은 온도가 상승함에 따라 빈도는 감소하고 가장 조대한 정출물의 크기가 증가하다가 950℃에서는 빈도 및 조대한 정출물의 크기가 모두 감소함을 관찰할 수 있었다.

참고문헌 (5)

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J. Lendvai, T. Ungar and I. Kovacs : J. Mater: Sci. 23 (1988) 4059.

상세보기
H. Takeuchi and T. Toda : J. Japan Inst. Metal, 26 (1962) 570-575.

상세보기
S. Danjo, T. Isomatsu, R. Matsuo and M. Higuchi : Furukawa Denko Jiho, 136 (2017) 46-51.
R. M atsuo, K. Hirose and T. Eguchi : J. JRICu, 49 (2010) 153-156.

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