[논문]6061 알루미늄 합금의 미세조직 발달에 미치는 이속 압연변수 영향

윤동근; 양해웅; 성유준; 한다인; 김동주; 고영건

doi:10.5228/kstp.2021.30.4.195

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In this study, we investigated the dominant processing variables that would influence the microstructural development of AA6061 deformed by differential speed rolling (DSR) at ambient temperature. For this purpose, we carried out a series of DSR on the samples to investigate the effects of roll spee...

In this study, we investigated the dominant processing variables that would influence the microstructural development of AA6061 deformed by differential speed rolling (DSR) at ambient temperature. For this purpose, we carried out a series of DSR on the samples to investigate the effects of roll speed ratio, sample rotation, and number of operation under specific rotation. Among these, the condition with a height reduction of 75% at a speed ratio of 1:4 through rotation along rolling direction (RR) displayed the pronounced results of more homogenous matrix-structure and superior mechanical properties than the others tested in this study. This was mainly due to the cross shearing of macro-shear pattern in segment where dynamic recrystallization took place with ease throughout the sample. Thus, an average microhardness value of 101 Hv was obtained in the present sample deformed by 4-pass DSR with RR where macro cross-shearing was effectively applied.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1 Schematic illustration of DSR and deformation route: no rotation (NR), rotation along transverse axis (RT), and rotation along rolling axis (RR)
그림 Fig. 2 Optical images of AA6061 sheet sample after (a) ESR with 1:1 and (b) DSR with 1:4 for speed ratio
그림 Fig. 3 TEM images of AA6061 sheet sample after (a) ESR with 1:1 and (b) DSR with 1:4 for speed ratio
그림 Fig. 4 Vickers microhardness of AA6061 after (a) ESR with 1:1 and (b) DSR with 1:4 for speed ratio
표 Table 1 Details of different DSR processing parameters used in this study
$Fig. 6 ODF images of (a) the general texture components of face-centered cubic metals and the constituent texture components by means of NR, RT, and RR together with peak intensity. (b) Distribution of ODF intensity values and (c) relative fractions of texture components such as plane strain, shear, and recrystallization$ 그림 Fig. 6 ODF images of (a) the general texture components of face-centered cubic metals and the constituent texture components by means of NR, RT, and RR together with peak intensity. (b) Distribution of ODF intensity values and (c) relative fractions of texture components such as plane strain, shear, and recrystallization
그림 Fig. 5 IPF maps using (a) NR, (b) RT, and (c) RR and analysis results of (d) grain size distribution, (e) aspect ratio, and (f) misorientation angle
그림 Fig. 7 IPF maps of the deformed samples via (a) 1-, (b) 3-, and (c) 4-pass and grain boundary maps of (d) 1-, (e) 3-, and (f) 4-pass
그림 Fig. 8 Microhardness contour maps on RD-ND plane deformed by (a) 1-, (b) 3-, and (c) 4-pass

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문제 정의

본 연구에서는 6061 알루미늄 합금의 미세조직 발달에 미치는 이속 압연변수 영향에 대해 살펴보았다. 롤 이속 영향을 연구하고자 이속비 1:4 에서 각 패스 당 30 % 압하로 총 4 회 가공하여 75 % 변형한 결과 전단으로 라멜라 구조가 분절되며 등속 압연보다 더욱 미세한 결정립을 형성하였고, 경도가 향상되었다.

제안 방법

1 에서처럼시편 무회전(NR) 경우를 비교조건으로 설정한 후, 폭 방향에 따라 180°회전(RT), 압연 방향에 따라 180°회전(RR)하여 가공하였다
기계 연마 후 동일한 에칭 용액을 이용해 10 초 동안 전해연마하고 주사전자현미경(HITACHI S-4300)을 통해 Y 면(혹은 RD-ND 면) 중심부에서 0.1 µm step size로 스캔 후, 신뢰 지수 (confiden ce index, CI)가 0.1 이상 조건에서 분석하였다.
투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 관찰을 위해서 시편을 기계적 연마 후 에칭액(20 % 과염소산 + 80 % 메탄올)에 전해연마 가공하였고, 이를 투과전자현미경(Philips TECNAI G2F20)을 사용하여 300 kV 가속전압으로 관찰하였다. 또한 가공된 시편의 미세조직 결정 방위 분석을 위해서 후방산란전자회절(electron backscatter diffraction, EBSD)분석을 하였다. 기계 연마 후 동일한 에칭 용액을 이용해 10 초 동안 전해연마하고 주사전자현미경(HITACHI S-4300)을 통해 Y 면(혹은 RD-ND 면) 중심부에서 0.
마지막으로, P3 는 짝수 번째 가공에서 RR 하며 총 4회 가공함으로써 변형량에 따른 조직 발달 형태를 살펴보았다. 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 관찰을 위해서 시편을 기계적 연마 후 에칭액(20 % 과염소산 + 80 % 메탄올)에 전해연마 가공하였고, 이를 투과전자현미경(Philips TECNAI G2F20)을 사용하여 300 kV 가속전압으로 관찰하였다. 또한 가공된 시편의 미세조직 결정 방위 분석을 위해서 후방산란전자회절(electron backscatter diffraction, EBSD)분석을 하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 소재는 중량비 0.91% Mg - 0.72% Si - 0.52% Fe - 0.21% Cu - 0.19% Cr - Al 의 화학조성을 갖는 상용 6061 알루미늄 합금 판재이다. 압연 가공 전 시편을 길이 100 mm  폭 40 mm  두께 4 mm 크기로 절단한 후 823 K 에서 3 시간 동안 균질화 열처리 후 공냉하여 잔류응력이 완화된 평균 결정립 크기가 약 35 µm 인 균일한 등축 미세조직을 얻었다.

성능/효과

다음으로 시편 회전효과 영향을 연구하고자 동등한 공정 변수조건에서 NR, RT, RR 회전 방향을 변수로 하여 연구한 결과 RR 시편에서 1 µm 이하 초미세 결정립 형성에 의해 종횡비는 1 에 유사하며 고경각 결정립계 분율은 증가하였다
또한, QK 방위분석 결과 Goss 및 P에서 15° 내외로 회전한 재 결정 집합조직이 두드러졌다
본 연구에서는 6061 알루미늄 합금의 미세조직 발달에 미치는 이속 압연변수 영향에 대해 살펴보았다. 롤 이속 영향을 연구하고자 이속비 1:4 에서 각 패스 당 30 % 압하로 총 4 회 가공하여 75 % 변형한 결과 전단으로 라멜라 구조가 분절되며 등속 압연보다 더욱 미세한 결정립을 형성하였고, 경도가 향상되었다. 다음으로 시편 회전효과 영향을 연구하고자 동등한 공정 변수조건에서 NR, RT, RR 회전 방향을 변수로 하여 연구한 결과 RR 시편에서 1 µm 이하 초미세 결정립 형성에 의해 종횡비는 1 에 유사하며 고경각 결정립계 분율은 증가하였다.
또한, QK 방위분석 결과 Goss 및 P에서 15° 내외로 회전한 재 결정 집합조직이 두드러졌다. 이러한 RR 의 미세조직 발달 형태를 살펴보고자 1, 3, 4 회 가공한 시편을 분석하였고, 거시적 교차 전단변형이 가해지는 4 회 가공 시편에서 라멜라 구조의 붕괴와 동적 재결정 발달이 시편 Y 면 전체에 균일하게 관찰되며, 비커스 경도 또한 가장 높고 균일한 결과를 보여줬다.

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