[논문]Al-Si-Cu 알루미늄 주조 합금의 열간 균열 민감성에 미치는 Cu 함량의 영향

오승환; 친밧 문크대거; 김헌주

doi:10.7777/jkfs.2021.41.5.419

Al-Si-Cu 알루미늄 주조 합금의 열간 균열 민감성에 미치는 Cu 함량의 영향
Effect of Cu content on Hot Tearing Susceptibility in Al-Si-Cu Aluminum Casting Alloy 원문보기

한국주조공학회지 = Journal of Korea Foundry Society, v.41 no.5, 2021년, pp.419 - 433

오승환 (디알 액시온 기술연구소) , 친밧 문크대거 (부경대학교 대학원 금속공학과) , 김헌주 (부경대학교 금속공학과)

초록
AI-Helper

Al-Si-Cu 합금은 구리 첨가에 따른 석출경화로 경도와 강도가 현저하게 강한 합금을 생성하는 장점이 있습니다. 그러나 구리를 첨가하면 Al-Si-Cu 합금의 응고 범위가 확장되고 합금은 응고 중에 발생하는 가장 흔하고 심각한 파단 현상 중 하나 열간 균열이 발생하기 쉽습니다. 합금의 열간 균열 특성에 대한 기존의 평가 방법은 이 특성에 대한 정량적 데이터를 제공하지 않는 상대적이고 정성적인 분석 방법입니다. 이 연구에서 Al-Si-Cu 주조 합금의 열간 균열 특성에 대한 더 신뢰할 수있는 정량 데이터를 얻기 위해 Instone et. al 이 개발 한 장치를 부분적으로 수정되었습니다. Cu 원소의 영향을 평가하기 위해 Al-Si-Cu 계 합금에서 4 가지 수준의 Cu 함량을 (0.5, 1.0, 3.0, 5.0) wt. %로 설정하고 각 합금에 대해 열간 균열 특성을 평가했습니다. Cu 함량이 증가함에 따라 열간 균열 강도는 (2.26, 1.53, 1.18, 1.04) MPa)로 감소했습니다. 열간 균열이 발생하는 시점, Cu 함량이 증가함에 따라 고액 공존 범위가 증가하여 동일 온도에서 해당 고상율 및 응고 속도가 감소하였다. 파단면의 형태는 수상 돌기에서 잔류 액상으로 덮인 수상 돌기로 바뀌었고, 열간 균열 발생 인근에서 CuAl₂ 상이 관찰되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Al-Si-Cu alloys benefit from the addition of copper for better hardness and strength through precipitation hardening, which results in remarkably strong alloys. However, the addition of copper expands the solidification range of Al-Si-Cu alloys, and due to this, these alloys become more prone to hot tearing, which is one of the most common and serious fracture phenomena encountered during solidification. The conventional evaluation method of the hot tearing properties of an alloy is a relative and qualitative analysis approach that does not provide quantitative data about this phenomenon. In the present study, the mold itself part of a device developed in Instone et al. was partially modified to obtain more reliable quantitative data pertaining to the hot tearing properties of an Al-Si-Cu casting alloy. To assess the influence of Cu element, four levels of Cu contents were tested (0.5, 1.0, 3.0, and 5.0 wt.%) in the Al-Si-Cu system alloy and the hot tearing properties were evaluated in each case. As the Cu content was increased, the hot tearing strength decreased to 2.26, 1.53, 1.18, and 1.04 MPa, respectively. At the moment hot tearing occurred, the corresponding solid fraction and solidification rate decreased at the same temperature due to the increase in the solid-liquid coexistence range as the Cu content increased. The morphology of the fracture surfaces was changed from dendrites to dendrites covered with residual liquid, and CuAl2 phases were observed in the vicinity of hot tearing.

주제어

표/그림 (23)

표 Table 1. Chemical composition of alloys measured by spark emission method. (wt.%)
표 Table 2. Experimental condition of the Al-Si-Cu casting alloys
그림 Fig. 1. Schematic diagram of the hot tearing test device.
그림 Fig. 2. Hot tearing specimen (a) actual hot tearing specimen, and (b) cross-sectional view of analysis region.
표 Table 3. Simulation and experiment condition for hot tearing test
그림 Fig. 3. Secondary phases of Al-Si-Cu casting alloy observed by SEM/EDS.
그림 Fig. 4. XRD pattern of Al-Si-xCu alloy: (a) 0.5 wt.%, (b) 1.0 wt.% (c) 3.0 wt.% and (d) 5.0 wt.%Cu.
그림 Fig. 5. A cooling curve with a change of Cu contents in Al-Si-Cu casting alloy.
그림 Fig. 6. Optical and etched microstructure with the change of Cu content.
표 Table 4. Parameters obtained by measuring the cooling curve
그림 Fig. 6. Continued.
그림 Fig. 7. Differential scanning calorimetric (DSC) analysis of Al-Si-xCu alloy during the cooling period.
표 Table 5. Microstructural indicators obtained by observing a micro-structure
그림 Fig. 8. Simulation analysis for 3wt.% Cu test alloy by Anycasting^® (a) Position of the installed T/C in virtual model, and the specimen used in the preliminary experiment for temperature measurement and (b) prediction of temperature distribution at the moment of hot tearing occurrence by computer solidification simulation.
표 Table 6. Comparison of the predicted temperature by Anycasting^® and the real-time measured temperature by T/C
$Fig. 9. Change of solid fraction as the Cu content varies.$ 그림 Fig. 9. Change of solid fraction as the Cu content varies.
$Fig. 10. Relationship between temperature, solid fraction, and hot tearing strength graph (a) 0.5 wt.%, (b) 1.0 wt.% (c) 3.0 wt.% and (d) 5.0 wt.% Cu.$ 그림 Fig. 10. Relationship between temperature, solid fraction, and hot tearing strength graph (a) 0.5 wt.%, (b) 1.0 wt.% (c) 3.0 wt.% and (d) 5.0 wt.% Cu.
그림 Fig. 11. Hot tearing strength-time graph with Cu contents.
그림 Fig. 12. Amount of natural shrinkage with a change of Cu contents in Al-Si-Cu casting alloy.
그림 Fig. 13. Fractography of hot tearing specimens with Cu contents. (a) 0.5; (b)1.0; (c)3.0; and (d)5.0 wt.% Cu.
$Fig. 14. Analysis of fracture surface of hot tearing specimens with Cu contents. (a) EDS analysis of an α-Al dendrite region and the eutectic phase of hot tearing specimen with 0.5 wt.% Cu. (b) EDS analysis of the eutectic phase of hot tearing specimen with 5.0 wt.% Cu.$ 그림 Fig. 14. Analysis of fracture surface of hot tearing specimens with Cu contents. (a) EDS analysis of an α-Al dendrite region and the eutectic phase of hot tearing specimen with 0.5 wt.% Cu. (b) EDS analysis of the eutectic phase of hot tearing specimen with 5.0 wt.% Cu.
그림 Fig. 16. Observation of phases in the vicinity of hot tearing crack initiation.
그림 Fig. 15. Observation of liquid bridges of hot tearing specimen with the 5.0 wt.% Cu alloy.

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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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