[논문]Mg-5Bi-3Al 마그네슘 고속 압출재의 미세조직과 고주기피로 특성

차재원; 진상철; 박성혁

doi:10.5228/kstp.2022.31.5.253

Mg-5Bi-3Al 마그네슘 고속 압출재의 미세조직과 고주기피로 특성
Microstructure and High-Cycle Fatigue Properties of High-Speed-Extruded Mg-5Bi-3Al Alloy 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.31 no.5, 2022년, pp.253 - 260

차재원 (경북대학교 신소재공학부) , 진상철 (경북대학교 신소재공학부) , 박성혁 (경북대학교 신소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the microstructural characteristics of a high-speed-extruded Mg-5Bi-3Al (BA53) alloy and its tensile, compressive, and high-cycle fatigue properties are investigated. The BA53 alloy is successfully extruded at a die-exit speed of 16.6 m/min without any hot cracking using a large-scale extruder for mass production. The homogenized BA53 billet has a large grain size of ~900 ㎛ and it contains fine and coarse Mg3Bi2 particles. The extruded BA53 alloy has a fully recrystallized microstructure with an average grain size of 33.8 ㎛ owing to the occurrence of complete dynamic recrystallization during high-speed extrusion. In addition, the extruded BA53 alloy contains numerous fine lath-type Mg3Bi2 particles, which are formed through static precipitation during air cooling after exiting the extrusion die. The extruded BA53 alloy has a high tensile yield strength of 175.1 MPa and ultimate tensile strength of 244.4 MPa, which are mainly attributed to the relative fine grain size and numerous fine particles. The compressive yield strength (93.4 MPa) of the extruded BA53 alloy is lower than its tensile yield strength, resulting in a tension-compression yield asymmetry of 0.53. High-cycle fatigue test results reveal that the extruded BA53 alloy has a fatigue strength of 110 MPa and fatigue cracks initiate at the surface of fatigue test specimens, indicating that the Mg3Bi2 particles do not act as fatigue crack initiation sites. Furthermore, the extruded BA53 alloy exhibits a higher fatigue ratio of 0.45 than other commercial extruded Mg-Al-Zn-based alloys.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1 Schematic drawing of mechanical test specimens: (a) tensile, (b) high-cycle, and (c) compressive test specimens. ED denotes the extrusion direction.
그림 Fig. 2 (a, b) Optical pticalptical and (c, d) SEM micrographs of homogenized BA53 billet. d_homo denotes the aerage grain size of hoogenized BA53billet.
그림 Fig. 3 (a) Surface appearance, (b) optical micrograph, and (c, d) SEM micrographs of extruded BA53 alloy. d_avg denotes the average grain size of exruded BA53 alloy.
그림 Fig. 4 Engineering tensile and compressive stress-strain curve of extruded BA53 alloy.
표 Table 1 Tensile and compressive properties of extruded BA53 alloy.
그림 Fig. 5 High-cycle fatigue test results (S–N curves) of extruded BA53 alloy.
$Fig. 6 SEM micrographs at (a) low and (b) high magnifications of fractured fatigue test specimen of extruded BA53 alloy.$ 그림 Fig. 6 SEM micrographs at (a) low and (b) high magnifications of fractured fatigue test specimen of extruded BA53 alloy.
그림 Fig. 7 Relationship between FS and UTS for various extruded Mg alloys, including extruded BA53 alloy in this study. The numbers in graph indicate the fatigue ratio (= FS/UTS) of each alloy.

AI 본문요약
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문제 정의

하지만, BA53 고속 압출재에 대한 피로 특성 연구는 전무한 상황이다. 따라서, 본 연구에서는 최근 개발된 BA53 합금의 양산형 대형 장비에서의 압출성 및 차량용 부품으로의 적용 가능성을 검토하기 위해, 압출 기업에서 현재 사용하고 있는 1,600 ton 의 유압 용량을 갖는 대형 압출기를 이용하여 ~17 m/min로 고속 압출을 수행한 뒤, 압출재의 미세조직, 인장 특성, 압축 특성, 그리고 고주기피로 특성에 대한 분석을 수행하였다.

제안 방법

본 연구에서는 최근 개발된 BA53 합금을 대형 압출 장비를 사용하여 고속 압출을 수행한 뒤, 압출재의 미세조직과 상온 인장 및 압축 특성 그리고 고주기피로 특성에 대하여 분석하였고, 아래와 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

본 연구에서는 Mg–5Bi–3Al (BA53, wt%) 합금을 사용하였다
6 m/min 이다. 제조된 압출재는 25 mm의 직경을 갖는 봉상 압출재이며 압출 금형을 빠져 나온 후 공랭(air cooling) 되었다.

이론/모형

균질화 빌렛 및 압출재의 미세조직 분석을 위해 전계방사형 주사전자 현미경(field-emission scanning electron microscope, FE-SEM) 및 광학 현미경(optical microscope, OM)을 사용하였다.

성능/효과

(3) BA53 고속 압출재는 175.1 MPa 의 인장 항복강도와 244.4 MPa 의 최대 인장 강도를 가져 우수한 인장 특성을 보인다. 하지만, 강한 기저면 집합조직으로 인해 항복 이방성을 보이며 0.

후속연구

한편, 마그네슘 압출재를 차량용 부품으로 사용할 경우 엔진의 진동 및 지면과의 마찰로 인해 반복적인 응력이 가해지며 급작스러운 피로 파괴가 발생할 수 있다. 그러므로, 마그네슘 압출재를 차량용 부품으로 사용하기 위해서는 인장 특성뿐만 아니라 피로 특성에 대한 평가가 필수적으로 요구된다. 하지만, BA53 고속 압출재에 대한 피로 특성 연구는 전무한 상황이다.

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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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