[논문]AZ31B 마그네슘 합금의 인장특성 및 이방성의 실험적 연구

김세호; 이형욱; 이근안; 김경태; 최석우

문제 정의

본 논문에서는 AZ31B 마그네슘 합금 판재의 기계적 물성 및 성형성 파악을 위하여 인장시험을 수행하였다. 먼저 기공 및 조직 결함 등 문제가 없는 조직을 얻기 위한 방법으로 용체화 처리 및 풀림과정을 통하여 조직의 변화 및 경도 변화를 파악하였다.
본 논문에서는 AZ31B 마그네슘 합금의 온간성형을 위한 기초물성치를 구하기 위한 시험 및 분석을 수행하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
본 논문에서는 원소재의 기공 형성 등의 불량을 제어하고 압연공정에서 생긴 잔류응력을 제거하기 위하여 400℃로 시편을 가열하고 공랭하여 조직 및 비커스 경도(Hv)의 변화를 파악하였다.

제안 방법

(2) 다양한 온도 조건에서 마그네슘 합금의 인장시험을 수행하여 기초적인 기계적 물성치 및 이방성 계수를 구하였다. 온도가 증가할수록 이방성이 감소하는 경향을 보였으나, 300℃ 에서 연신률이 감소하고 이방성이 최소가 되는 특이한 현상을 발견할 수 있었다.
AZ31B 마그네슘 합금판재의 기본적인 가계적물성치를 추출하기 위하여 다양한 온도 조건에서 인장시험을 수행하였다. 사용된 소재의 초기 두께는 0.
먼저 기공 및 조직 결함 등 문제가 없는 조직을 얻기 위한 방법으로 용체화 처리 및 풀림과정을 통하여 조직의 변화 및 경도 변화를 파악하였다. 다양한 온도에서의 기계적 물성을 얻기 위하여 인장 시험을 실시하고, 상온 및 온 간 상태에서의 응력-변형률 선도, 기초소성 물성치 및 평면이 방성 계수를 얻어내었다.
수행하였다. 먼저 기공 및 조직 결함 등 문제가 없는 조직을 얻기 위한 방법으로 용체화 처리 및 풀림과정을 통하여 조직의 변화 및 경도 변화를 파악하였다. 다양한 온도에서의 기계적 물성을 얻기 위하여 인장 시험을 실시하고, 상온 및 온 간 상태에서의 응력-변형률 선도, 기초소성 물성치 및 평면이 방성 계수를 얻어내었다.
수행하였다. 사용된 소재의 초기 두께는 0.8 mm 이며, 온도는 상온, 100℃, 200℃, 300℃,400℃의 5가지로 하여 시험을 수행하였다. 준 정적인 변형을 기본으로 하여 변형률 속도는 al"을부과하였다.
준 정적인 변형을 기본으로 하여 변형률 속도는 al"을부과하였다. 소재는 ASTM 8M-97 Subsize 시 편 형 상으로 와이어 절단하여 제작하였으며, 소재 생산공정에서의 압연에 의한 이방성의 영향을 파악하기 위하여 압연 방향에 대하여 각각 0°, 45°, 90°의 방향으로 절단하여 제작하였다. 인장 시험에 사용된 시험기는 MTS 647이었으며, 시편의가열을 위한 노(Fumace)를 장착하여 시험하였다.
이방성계 수는 시편을 연신률 10%까지 인장하고 폭과 표점거리의 변화를 측정하여 계산하였다. 통상 이방성계수는 15% 정도의 인장 후 측정하나 마그네슘 합금의 경우 연신률 저하로 인한 네킹의 우려 때문에 10%의 연신률만을 부과하였다.

대상 데이터

소재는 ASTM 8M-97 Subsize 시 편 형 상으로 와이어 절단하여 제작하였으며, 소재 생산공정에서의 압연에 의한 이방성의 영향을 파악하기 위하여 압연 방향에 대하여 각각 0°, 45°, 90°의 방향으로 절단하여 제작하였다. 인장 시험에 사용된 시험기는 MTS 647이었으며, 시편의가열을 위한 노(Fumace)를 장착하여 시험하였다. 정확한 연신률의 측정을 위하여 Extensometer# 부착하여 측정하였다’ Fig.

성능/효과

(1) 원소재의 결함을 제거하기 위한 용체화 처리 및 풀림 처리를 하였으며, 여러 가지 조건에서 처리한 결과 열처리에 의하여 조직 크기가 커지는 결과를 보였다. 경도 시험을 수행한 결과 경도값은 10% 이내로 감소하여 용체화 처리에 의한 기계적 물성의 변화는 크지 않은 것으로 파악되었다.
(3) 온간성형 조건에서는 동적재결정에 의한 연화 현상이 발생되는 것을 확인하였고, 기존의 변형 경화 이론으로는 마그네슘 합금의 온 간 성형을 전산 해석하기 어렵다고 판단되었다.
보였다. 경도 시험을 수행한 결과 경도값은 10% 이내로 감소하여 용체화 처리에 의한 기계적 물성의 변화는 크지 않은 것으로 파악되었다.
반면에 200℃ 이상 온간 가공의 경우에는 변형률이 일정 수준 이상 증가하게 되면 동적재결정에 의한 조직의 미세화로 인하여 네킹 등의 불안정성이 발생하지 않으면서 유동응력이 낮아지는 연화 현상이 발생되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 온 간 가공 상태에서의 응력-변형률 선도를 일반적인 지수 형태의 Swift 식으로 모사하는 것이 바람직하지 않음을 알 수 있다.
또한, 상온과 10SC의 경우 변형경화현상이 일어나며, 최대 인장응력 발생과 동시에 시편의 파단이 발생하는 현상[3]을 확인할 수 있었다. 반면에 200℃ 이상 온간 가공의 경우에는 변형률이 일정 수준 이상 증가하게 되면 동적재결정에 의한 조직의 미세화로 인하여 네킹 등의 불안정성이 발생하지 않으면서 유동응력이 낮아지는 연화 현상이 발생되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 온 간 가공 상태에서의 응력-변형률 선도를 일반적인 지수 형태의 Swift 식으로 모사하는 것이 바람직하지 않음을 알 수 있다.
시편 길이와 폭의 즉정을 위하여 최대 분해능이 0.04mm인 Video Microscope와 최대 분해능이 0.021 mm인 일반용 스캐너의 두 가지 방법을 이용하여 측정하였으며, 스캐너의 경우가 더 정확한 결과를 보이는 것으로 분석되었다.
Table 1에는 경도의 변화를 표로 나타내었으며, 용체화 처리 이후의 경도 감소는 10% 미만인 것으로 파악되었다. 시험 결과로 미루어 볼 때 시험에 사용한 시편은 열처리가 완료되어 제공된 것으로 생각되며, 인장 또는 성형 시험 시 추가적인 열처리가 필요하지 않다는 결론을 얻을 수 있었다.
6에 도시하였다. 압연방향의 수직 방향에서 가장 큰 이방성을 보였으며, 압연 방향에서 가장 작은 이방성을 보였다. 수직 이방성계수는 상온에서 2보다 큰 값을 보였으나 최소값을 갖는 300℃에서는 1보다 작은 값을 보였다.
계수를 구하였다. 온도가 증가할수록 이방성이 감소하는 경향을 보였으나, 300℃ 에서 연신률이 감소하고 이방성이 최소가 되는 특이한 현상을 발견할 수 있었다.

후속연구

있다. 세계적으로 환경, 에너지 관련 법규가 엄격해지고 휴대용 전자부품에 대한 경량화가 추구되는 상황에서 향후 초경량 마그네슘 부품의 수요는 더욱 증가할 것으로 예상된다. 상당수 마그네슘 부품의 경우 판재 제조 후 프레스성형 공정을 적용하는 편이 기술적, 경제적으로 유리하나 이에 대한 연구가 매우 부족한 실정이다.

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