Al-Si-Cu과 Al-Si-Mg 다이캐스팅 합금의 Al2Cu, Mg2Si, Al5Mg8Si6Cu2 용질 과포화 및 석출에 의한 강도 및 신율 향상

Title
Al-Si-Cu과 Al-Si-Mg 다이캐스팅 합금의 Al2Cu, Mg2Si, Al5Mg8Si6Cu2 용질 과포화 및 석출에 의한 강도 및 신율 향상
Authors
염길용
Keywords
alsicu과alsimg다이캐스팅합금의al2cumg2sial5mg8si6cu2용질과포화및석출에의한강도및신율향상
Issue Date
2016
Publisher
인하대학교
Abstract
다이캐스팅은 경량소재인 Al 및 Mg합금의 대량생산 및 박육화‧ 일체화를 통한 경량화를 증대할 수 있는 공법이다. 자동차, 항공기 등의 수송수단에 무게 절감을 위한 부품개발 및 적용이 널리 진행되고 있다. 그러나, Al다이캐스팅은 공정 특성상 불가피하게 기포가 혼입 되어 열처리에 의해 기계적 특성의 한계성을 가지고 있다. 20~40cc/100g Al의 가스가 존재하는 다이캐스팅 제품은 540°C에서 열처리시 샤를 법칙(Charle’s law)에 의해 기포부피가 17%, 450°C~ 490°C 에서는 기포 부피가7%로 팽창하여 표면결함이 발생한다. 가스함량을1∼5cc/100g 수준으로 제어하는 방향과 단축 열처리에 의한 블리스터 발생을 억제하는 두 가지 방향이 있다. 그러나, 두 가지 방법 모두 특성향상을 위한 조건 최적화 위주이며, 기본적으로 용체화 처리시 최적의 과포화 고용체(super-saturated solid solution) 구현 및 시효처리에 따른 최적의 석출에 대한 학문적인 접근은 전무한 실정이다.
따라서, 본 연구에서는 이를 극복하기 위하여 다음과 같이 세가지 측면을 고려하여 연구를 수행하였다.ⅰ) 다이캐스팅 합금: 기본적으로 열처리 형이면서도 기포에 의해 열처리가 제한적으로 적용되었던 3xx 계 합금을 기반으로 기계적 특성의 향상을 위해 (3장) Cu가 첨가된 Al-Si-Cu (383) 합금, (4장) Mg이 첨가된 Al-Si-Mg (365), (5장) Mg함량이 증가된 Al-Si-Cu (383)개량화 합금, ⅱ) 열처리: 주조후 응고시 생성된 Al2Cu, Mg2Si, Q-Al5Mg8Si6Cu2 정출상의 분해와 α-Al dendrite 기지내에 고용되어 과포화 고용체 형성을 위한 용체화 처리와 석출강화를 위한 시효처리 조건의(온도, 시간) 최적화, ⅲ) 특성평가: 합금 및 열처리를 통해 얻어진 시료의 전기 전도도, aspect ratio와 mean diameter의 결과를 분석하여 Al2Cu, Mg2Si, Al5Mg8Si6Cu2 및 공정Si의 분해와 조대화 기구 및 강화기구 규명하였다. 이와 함께, 본 연구에서 합금 및 기포가 형성되지 않은 용체화 온도와 이를 기반으로 최적화된 열처리 조건을 구현하여 우수한 기계적 특성을 갖는 다이캐스팅용 알루미늄합금의 제조 및 합금별 강화기구를 규명하였다. ⅰ) Al-Si-Cu (383)합금: 이론상으로 Al2Cu상은 30분안에 완전히 분해되고 Cu용질 원소는 35분에 완전히 기지에 고용 된다. 실제 실험에서는 Al2Cu상은 60분만에 분해되고 Cu 용질원소는 30분 동안 완전히 고용되었다. Al2Cu정출상의 분해와 확산에 의해 인장 강도350MPa, 10% 연신율, Cu용질 과포화로부터 Al2Cu 석출에 의해 인장강도350MPa, 연신율 7%로 우수한 기계적 특성이 조사되었다, ⅱ) Al-Si-Mg(365)합금: 이론상으로 정출상인 Mg2Si상은 3분안에 분해되고 α-Al dendrites에 Mg, Si의 용질원소는 3분, 12 분에 완전히 고용된다. 본 실험에서는 Mg2Si상의 분해와 Mg, Si의 용질원소가 15~20분안에 완전히 고용된다. Mg2Si 정출상의 분해와 확산에 의해 인장강도 250 MPa, 20% 연신율, Mg, Si의 용질 과포화로부터 Mg2Si석출에 의한 인장 강도 330MPa, 14% 연신율의 기계적 특성을 나타내었다. ⅲ) Al-Si-Cu-0.3Mg (383), Al-Si-Cu-0.6Mg (383) 그리고 Al-Si-Cu-0.8Mg (383)합금: Mg 함량이 증가하여 Al2Cu상과 Q-Al5Mg8Si6Cu2 상이 동시에 석출되어 인장 강도 400MPa, 4% 연신율의 매우 우수한 기계적 특성을 확인 하였다.
Description
목 차
List of Figures...................iii
List of Tables ...................x
국문요약..........................xi
Abstract..........................xiii
제1장 서 론.......................1
제2장 이론적 배경…...............5
2.1 다이캐스팅 특성….............5
2.2 다이캐스팅합금에서 첨가원소의 영향................................9
2.3 다이캐스팅합금의 강화 기구….............................18
2.4 Al-Si-Cu 및 Al-Si-Mg합금의 열처리...............................30
참고문헌….......................43
제3장 Al-Si-Cu(383)합금의 Al2Cu상의 분해와 석출
.................................46
3.1 서 론........................46
3.2 실험방법…...................50
3.3 결과 및 고찰…...............54
3.3.1 Al2Cu 정출상의 분해 및 확산(저비용, 고신율 10%구현)..............................54
3.3.2 Cu용질 과포화 고용체로부터 Al2Cu 석출(저비용,
고강도 370MPa구현)...............80
3.4 결 론….....................100
참고 문헌.......................102
제4장 Al-Si-Mg(365)합금의 Mg2Si상의 분해 및 석출..............................104
4.1 서 론….....................104
4.2 실험방법…..................107
4.3 결과 및 고찰…..............111
4.3.1 Mg2Si 정출상의 분해 및 확산(고신율 20%구현)
................................111
4.3.2 Mg용질 과포화로부터 Mg2Si 석출(강도330MPa , 신율 4%구현)...........................130
4.4 결 론….....................145
참고 문헌.......................147
제5장 Al2Cu 및 Al5Mg8Si6Cu2의 동시석출에 의한 고강도화
................................149
5.1 서 론.......................149
5.2 실험방법…..................152
5.3 결과 및 고찰…..............155
5.3.1 Cu 및 Mg 과포화 고용체로부터 Al2Cu, Al5Mg8Si6Cu의 동시석출(고강도 400MPa구현).....155
5.4 결 론.......................181
참고문헌........................183
제6장 총결론....................186
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/35592
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Graduate School (일반대학원) > Theses(금속공학 석박사 학위논문)

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