[논문]금형 표면 처리가 AZ31B 마그네슘 합금의 온간 마찰 특성에 미치는 영향에 관한 연구

한수식

doi:10.5228/kstp.2021.30.1.43

[국내논문] 금형 표면 처리가 AZ31B 마그네슘 합금의 온간 마찰 특성에 미치는 영향에 관한 연구
Influence of Tool Coating on Frictional Behavior of AZ31B Mg Alloy at Elevated Temperature 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.30 no.1, 2021년, pp.43 - 48

한수식 (금오공과대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The success of warm forming of Mg alloy sheet is greatly influenced by friction at elevated temperature, depending on the surface treatment of the tool. The tool coating affected the frictional characteristics of AZ31B Mg alloy sheet at elevated and room temperatures. The frictional behavior of the Mg alloy sheet at room temperature was not significantly affected by surface treatment conditions of the tool, but was significantly affected at elevated temperature. When the contact pressure is high, a few surface-treated tools exhibit a higher coefficient of friction than those without surface treatment. It is important to select the surface treatment conditions of the tool in order to ensure appropriate friction during warm forming of Mg alloy sheet.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1 Geometry of tool for friction test and sliding direction
그림 Fig. 2 Tools for friction test with various surface treatment
그림 Fig. 3 Flat type friction tester with heating element
그림 Fig. 4 Photo of tool surface and specimens after friction test (250℃, Contact pressure: 7 MPa)
그림 Fig. 5 Variation of friction coefficient with respect to sliding length (Non-Coated, 250℃, Contact pressure: 14 MPa)
그림 Fig. 6 Variation of friction coefficient with respect to sliding length (TiN, 250℃, Contact pressure: 14 MPa)
표 Table 1 Test condition of friction test
그림 Fig. 7 Variation of friction coefficient with respect to sliding length for each contact pressure (Room temperature, Contact Pressure: 7MPa)
그림 Fig. 8 Variation of friction coefficient with respect to sliding length for each contact pressure (Room temperature, Contact Pressure: 21MPa) 4 MPa)
그림 Fig. 9 Variation of friction coefficient with respect to sliding length for each contact pressure (250℃, Contact Pressure: 7MPa)
그림 Fig. 10 Variation of friction coefficient with respect to sliding length for each contact pressure (250℃, Contact Pressure: 14MPa)
그림 Fig. 11 Variation of friction coefficient with respect to sliding length for each contact pressure (Room temperature, Contact Pressure: 7MPa)

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 상업용 표면 처리 기술이 적용된 마찰 시험용 금형들을 이용하여 온간에서의 마그네슘 합금의 마찰 특성에 대한 실험을 실시하여 이들 표면 처리 기술이 마그네슘 합금의 마찰 특성에 미치는 영향을 분석하였다.

성능/효과

마찰 시험용 금형의 표면에 응착된 마그네슘 합금은 마찰 시험 시작 전에 #2000 사포를 이용하여 제거하였다. 마찰 시험 후 시편 표면의 상태를 관찰하여 보면 동일 시험 조건에 대하여서도 골링에 의하여 손상된 형태나 정도에 차이가 있음을 알 수 있었다. 그리고 미끄럼 거리가 증가할수록 골링에 의한 시편 표면의 손상 정도는 점점 더 심해졌다.
CrN 의 경우 접촉압력의 증가에 따른 마찰계수의 증가가 가장 크게 나타났고 접촉압력 21 MPa 에서는 다른 표면 처리 조건들에 비하여 매우 높은 마찰 계수를 나타내었다. 상온 마찰 시험에서 미끄럼 거리에 따른 마찰 계수의 증가가 매우 빠른 것으로 나타났던 TD 열처리 금형의 경우 온간에서는 다른 표면 처리 금형들과 유사한 증가 경향을 나타내었으며 전체 접촉 압력 시험 조건에서 TiN, AlTiN 등과 함께 비교적 우수한 마찰 특성을 나타내었다. TiCN 은 미끄럼 거리에 따른 마찰 계수의 증가 속도가 가장 빠르게 나타났으며 접촉압력 21 MPa 에서는 표면 처리를 하지 않은 경우보다도 더 빨리 금형과 소재가 고착되는 현상이 발생하였다.
이상의 마찰 시험 결과를 분석하면 250℃ 온간에서 성형이 이루어지는 마그네슘 합금 판재의 경우, 마찰 특성에 대하여 금형 표면 처리 조건이 미치는 영향이 상온에 비하여 매우 큰 것을 알 수 있다. 높은 접촉 압력 조건에서는 일부 표면 처리된 금형이 표면 처리하지 않은 금형에 비하여 오히려 나쁜 마찰 특성을 나타내는 경우도 발생하여 마그네슘 합금의 온간 성형시 금형의 표면 처리 종류의 선정 또한 매우 중요한 것을 알 수 있다.
(1) 마그네슘 판재의 상온 마찰 특성에는 금형 표면 처리 조건의 영향이 크지 않으나 온간 마찰 특성에는 표면 처리 조건의 영향이 크게 나타나 온간성형에서는 금형 표면 처리 조건의 선정이 중요한 것을 알 수 있었다.
(2) 마그네슘 합금의 온간 성형에서, 부품 성형에 필요한 마찰 특성을 확보하기 위하여서는 성형용 금형의 표면 처리가 필요하며 부적절한 표면 처리 조건의 선정은 표면 처리하지 않은 경우보다 마찰 특성이 나빠질 수 있음을 확인하였다.

후속연구

(3) 온간에서의 마그네슘 합금의 마찰 계수는 접촉 압력에 따라 증가하고 특정 값 이상에 도달하면 고착 현상이 발생할 가능성이 있기 때문에 성공적인 성형을 위하여서는 접촉 압력을 감소시키기 위한 금형 또는 공정의 설계가 필요한 것으로 판단된다.

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상세보기
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