[논문]Al-xSi 합금의 인장특성에 미치는 공정 Si 입자의 파단과 미소기공율의 영향

이충도

doi:10.7777/jkfs.2021.41.5.434

Al-xSi 합금의 인장특성에 미치는 공정 Si 입자의 파단과 미소기공율의 영향
Effects of Damage Evolution of Eutectic Si Particle and Microporosity to Tensile Property of Al-xSi Alloys 원문보기

한국주조공학회지 = Journal of Korea Foundry Society, v.41 no.5, 2021년, pp.434 - 444

초록
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본 연구에서는 미소기공과 Si석출상의 파단으로 구성되는 유효기공 면적분율에 대한 인장특성의 결함민감도 관점에서 Al-Si합금의 인장특성을 공정 Si입자의 분포양상 변화에 대하여 평가하고자 하였다. Al-xSi(x=2,5,8,11)합금의 주방상태 미세조직인 망상구조의 공정 Si입자는 T4처리를 통하여 과립형태로 변형시켰으며, CT분석과 주사전자현미경 관찰을 통하여 미소기공의 분포와 크기를 평가하였다. CT분석과 주사전자현미경의 비교분석을 통하여 인장변형과정에서의 균열성장이 최대 기공율을 포함하는 국부영역에서 발생함을 확인할 수 있었다. 그럼에도 불구하고 이들 분석방법에는 미소기공 인접영역에서의 소성변형집중과 미소기공의 분포양상에 의해 파생되는 실제적인 차이를 포함하기 때문에 정확히 일치된 결과를 얻을 수 없었다. 유효기공 면적분율의 변화에 대한 인장강도와 연신율의 변화는 과립형태보다 망상구조 정출상의 분율변화에 더욱 민감한 의존도를 가진다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study investigated the overall dependence of the tensile properties of Al-Si alloys on the distribution aspect of a eutectic Si particle in terms of defect susceptibility to the effective void area fraction, referring to the sum of pre-existing microvoids and the damage evolution of the Si particle. The network morphology of as-cast Al-xSi (x=2,5,8,11) alloys was modified to a granular type via a T4 treatment, after which a computational topography (CT) analysis and scanning electron microscope (SEM) observations were utilized to evaluate the size and distribution of the microvoids. The CT and SEM analyses indicated that the main cracks grow along local regions that possess the highest porosity level. The local plastic deformation around the microvoids and the distribution aspect of the microvoids induced a practical difference between the iso-volumetric CT measurement and the SEM fractography outcomes. The results demonstrated that the overall dependence of the ultimate tensile strength (UTS) and elongation on the effective void area fraction is more sensitive to the variation of the area fraction of the Si particle in the network morphology than in the granular type; this is due to the sequential damage evolution of the neighboring Si particles in the eutectic Si colony.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Microstructural views of Al-xSi alloys; (a) Al-2Si, (b) Al-5Si, (c) Al-8Si, and (d) Al-11Si alloys on T4-treatment with (e) Al-2Si and (f) Al-11Si in as-cast condition.
표 Table 1. Microstructural feature of T4-treated Al-xSi alloys with respect to nominal variation of Si content
그림 Fig. 2. Tensile properties of a nominal alloy composition of Al-xSi alloys.
$Fig. 3. Overall dependence of UTS and elongation on area fraction of microvoids in the Al-2Si and Al-11Si alloys.$ 그림 Fig. 3. Overall dependence of UTS and elongation on area fraction of microvoids in the Al-2Si and Al-11Si alloys.
그림 Fig. 4. Overall dependence of (a) UTS and (b) elongation to microporosity variation for Al-xSi alloys in terms of defect susceptibility.
표 Table 2. Tensile properties of the Al-xSi alloys with respect to nominal variation of Si content
$Fig. 5. Defect susceptibility coefficient to microporosity variation and maximum value of tensile properties achievable at defect-free condition for nominal area fraction of the eutectic Si particle; (a) UTS and (b) elongation.$ 그림 Fig. 5. Defect susceptibility coefficient to microporosity variation and maximum value of tensile properties achievable at defect-free condition for nominal area fraction of the eutectic Si particle; (a) UTS and (b) elongation.
$Fig. 6. Comparison of CT-scanned and actual fractured images on frequency distribution of the total projected area along axial direction of the tensile specimen; (a) Al-5Si and (b) Al-11Si alloys.$ 그림 Fig. 6. Comparison of CT-scanned and actual fractured images on frequency distribution of the total projected area along axial direction of the tensile specimen; (a) Al-5Si and (b) Al-11Si alloys.
$Fig. 7. Macroscopic SEM views of the fractured surface for the Al-xSi alloys; (a) Al-2Si, (b) Al-5Si, (c) Al-8Si, and (d) Al-11Si alloys.$ 그림 Fig. 7. Macroscopic SEM views of the fractured surface for the Al-xSi alloys; (a) Al-2Si, (b) Al-5Si, (c) Al-8Si, and (d) Al-11Si alloys.
$Fig. 8. Cross-sectional CT-scanned images before tensile test and SEM fractographic observation of fractured surface after tensile test of same tensile specimens (a) Al-5Si and (b) Al-11Si alloys.$ 그림 Fig. 8. Cross-sectional CT-scanned images before tensile test and SEM fractographic observation of fractured surface after tensile test of same tensile specimens (a) Al-5Si and (b) Al-11Si alloys.
$Fig. 9. Typical images for deformed microstructure of fractured specimen (a, b) Al-2Si and (c, d) Al-11Si; (a, c) T4-treated and (b, d) as-cast condition.$ 그림 Fig. 9. Typical images for deformed microstructure of fractured specimen (a, b) Al-2Si and (c, d) Al-11Si; (a, c) T4-treated and (b, d) as-cast condition.
$Fig. 10. Relative contribution of damage evolution of precipitates and microporosity to defect susceptibility of UTS (a) and elongation (b) in terms of effective void area fraction.$ 그림 Fig. 10. Relative contribution of damage evolution of precipitates and microporosity to defect susceptibility of UTS (a) and elongation (b) in terms of effective void area fraction.

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