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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김동규, 이영철
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 동아대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
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알루미늄 합금은 철강 대비 약 1/3의 밀도를 가지는 대표적인 경량합금이며, 수송기기 및 IT 산업등의 다양한 분야에 적용되고 있다. 수송기기에 철강부품을 알루미늄으로 대체할 경우 중량이 약 10% 감소하고, 약 8~10%의 연비향상 효과가 있어 세계시장에서 알루미늄에 대한 수요는 지속적으로 증가하고 있다.
알루미늄 합금 중 Al-Si-Mg-Cu계 합금은 주조성과 내식성, 강도, 가공성이 우수하여 정밀주조품을 생산하는 다이캐스팅 공법에 적용되고 있다. 이러한 알루미늄 합금은 강화상을 외부에서 첨가하거나 내부에서 석출시키는 방법으로 강도를 향상시켜왔다. 일반적으로 강화상의 분율이 증가할수록 항복강도는 증가하지만 연신율이 감소하여 맹목적인 강화상의 분율 증가는 합금의 기계적 특성에 좋지 않다고 보고되어 왔으며, Al-Si-Mg-Cu계 합금에는 Mg2Si, Al2Cu, Al5Cu2Mg8Si6 등의 이미 다양한 강화상을 보유하고 있어 추가적인 강화상의 석출보다 기지를 강화하는 방법이 효과적이다.
일반 산업에서 알루미늄 기지의 강도를 증가시키기 위해 사용되는 원소는 Cu, Mg, Fe, Mn, Zn 등으로 알려져 있다. 다양한 첨가원소 중 Zn는 알루미늄 기지에 고용되거나 열처리에 의해 합금의 강도를 향상시키며, 알루미늄에 대한 상온 최대 고용도가 약 2wt.%이지만 냉각속도 조절을 통해 최대 고용도를 증가시킬 수 있는 원소로 알려져 있기 때문에 알루미늄 합금에 Zn의 고용에 대한 연구가 많이 진행되고 있으나 대부분의 연구가 7xxx계 합금을 중심으로 이루어져, Al-Si-Mg-Cu계 합금의 Zn 첨가량에 따른 기계적 특성변화와 관련된 연구가 미흡한 실정이다.
본 연구는 Al-Si-Mg-Cu계 합금에 Zn 첨가량을 8wt.%까지 증하여 기계적 특성의 변화를 분석하였다. 샘플은 중력주조로 제작되었고 Zn를 2,4,6,7,8wt.%로 첨가하였다. Zn 첨가량에 따른 미세조직 변화는 광학현미경(OM) 및 FE 주사전자현미경, EDS에 의해 관찰하였다. 기계적 특성을 분석하기 위해 경도 및 인장시험을 수행하였으며, 측정 결과와 Labusch’s Model의 예상 값과 비교하였다. 그 결과 Al-Si-Mg-Cu계 합금에서 Zn 첨가량이 증가함에 따라 항복강도 증가와 연신율 감소가 확인되었으며, 약 7wt.% 이후부터 항복강도의 급격한 증가 및 연신율의 급격한 감소가 확인되었다. Zn의 첨가량이 7wt.% 이후로 기계적 특성의 급격한 변화의 원인은 Mg2Si, Al2Cu 등의 강화상과 강화상 사이에 Mg-Zn금속간화합물이 생성되어 강화상의 분율 증가로 합금의 항복강도는 증가하지만 취성적인 Mg-Zn금속간화합물에서 균열이 발생하여 연신율이 떨어지는 것으로 판단하였다.
알루미늄 합금 중 Al-Si-Mg-Cu계 합금은 주조성과 내식성, 강도, 가공성이 우수하여 정밀주조품을 생산하는 다이캐스팅 공법에 적용되고 있다. 이러한 알루미늄 합금은 강화상을 외부에서 첨가하거나 내부에서 석출시키는 방법으로 강도를 향상시켜왔다. 일반적으로 강화상의 분율이 증가할수록 항복강도는 증가하지만 연신율이 감소하여 맹목적인 강화상의 분율 증가는 합금의 기계적 특성에 좋지 않다고 보고되어 왔으며, Al-Si-Mg-Cu계 합금에는 Mg2Si, Al2Cu, Al5Cu2Mg8Si6 등의 이미 다양한 강화상을 보유하고 있어 추가적인 강화상의 석출보다 기지를 강화하는 방법이 효과적이다.
일반 산업에서 알루미늄 기지의 강도를 증가시키기 위해 사용되는 원소는 Cu, Mg, Fe, Mn, Zn 등으로 알려져 있다. 다양한 첨가원소 중 Zn는 알루미늄 기지에 고용되거나 열처리에 의해 합금의 강도를 향상시키며, 알루미늄에 대한 상온 최대 고용도가 약 2wt.%이지만 냉각속도 조절을 통해 최대 고용도를 증가시킬 수 있는 원소로 알려져 있기 때문에 알루미늄 합금에 Zn의 고용에 대한 연구가 많이 진행되고 있으나 대부분의 연구가 7xxx계 합금을 중심으로 이루어져, Al-Si-Mg-Cu계 합금의 Zn 첨가량에 따른 기계적 특성변화와 관련된 연구가 미흡한 실정이다.
본 연구는 Al-Si-Mg-Cu계 합금에 Zn 첨가량을 8wt.%까지 증하여 기계적 특성의 변화를 분석하였다. 샘플은 중력주조로 제작되었고 Zn를 2,4,6,7,8wt.%로 첨가하였다. Zn 첨가량에 따른 미세조직 변화는 광학현미경(OM) 및 FE 주사전자현미경, EDS에 의해 관찰하였다. 기계적 특성을 분석하기 위해 경도 및 인장시험을 수행하였으며, 측정 결과와 Labusch’s Model의 예상 값과 비교하였다. 그 결과 Al-Si-Mg-Cu계 합금에서 Zn 첨가량이 증가함에 따라 항복강도 증가와 연신율 감소가 확인되었으며, 약 7wt.% 이후부터 항복강도의 급격한 증가 및 연신율의 급격한 감소가 확인되었다. Zn의 첨가량이 7wt.% 이후로 기계적 특성의 급격한 변화의 원인은 Mg2Si, Al2Cu 등의 강화상과 강화상 사이에 Mg-Zn금속간화합물이 생성되어 강화상의 분율 증가로 합금의 항복강도는 증가하지만 취성적인 Mg-Zn금속간화합물에서 균열이 발생하여 연신율이 떨어지는 것으로 판단하였다.
목차
Ⅰ.서론 1Ⅱ.이론적 배경 31.Al-Si-Mg-Cu계 합금 32.강화상의 강화거동 4가.강화상의 강화 메커니즘 4나.강화거동 변화의 요인 63.고용강화 84.Zn 원소 95.Hume Rothery rule 10Ⅲ.실험방법 121.시험편 제작 132.미세조직 관찰 163.기계적 특성분석 16Ⅳ.실험결과 및 고찰 181.미세조직 관찰 182.기계적 특성 분석 28가.경도 시험 28나.인장 시험 33다.금속간화합물 파단 분석 413.파단면 분석 44Ⅴ.결론 47참고문헌 49Abstract 51
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