KR101158479B1 - 마그네슘 합금 가공재의 피로강도 향상 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마그네슘 합금 가공재의 피로강도를 향상시키는 방법에 관한 것으로, 마그네슘 합금 압출재 혹은 압연재에 압출 또는 압연 방향으로 1~10%의 선인장변형을 부과하여 재료 내에 존재하는 쌍정을 제거하는 것을 특징으로 한다.
마그네슘, 합금, 피로강도
Description
본 발명은 쌍정이 존재하는 마그네슘 합금 가공재의 피로강도를 향상시키기 위한 가공 방법에 관한 것으로, 선인장변형법 (pre-tension process)을 통해 재료 내에 존재하는 쌍정으로 제거함으로서 압출재 혹은 압연재의 항복강도를 향상시켜 피로강도를 향상하는 방법이다.
경량재료로서 마그네슘 합금이 주목을 받음에 따라 여러 분야에 걸쳐 적용되고 있으며, 이러한 마그네슘의 응용은 다이캐스팅으로 제조한 부품 적용에 주류를 이루고 있었으나, 최근 주조결함이 없으며 보다 우수한 기계적 성질을 가지는 마그네슘 합금 가공재의 적용이 증가하고 있다. 이러한 마그네슘 부품이나 설비들은 반복적인 하중이나 변형을 받는 분위기 하에서 사용되어 진다. 이러한 분위기 하에서 피로파괴 발생시 인명 부상 또는 상당한 경제적 손실을 야기함으로, 반복적인 환경에서 사용되어지는 마그네슘 부품에 대해 우수한 피로 특성이 요구된다. 이러한 마그네슘 가공재는 경량재료로서 주요 경쟁 재료인 알루미늄 가공재와 비교할 때, 낮 은 파괴인성으로 인해 알루미늄보다 취약한 피로특성을 나타내어 활용도가 제한되는 문제점이 있다. 또한 압출, 압연, 코일링, 레벨링 등과 같은 제조공정 중에 발생하는 변형쌍정이 슬립계가 부족한 마그네슘의 소성변형에 매우 중요한 역할을 한다. 이러한 제조공정 중 생성된 쌍정은 압출 또는 압연 방향으로 인장시 소멸 (detwinning)하면서 변형을 수용하여 재료에 낮은 항복강도를 야기한다. 이로 인해 마그네슘 합금 가공재의 피로강도가 감소하게 된다. 따라서 피로강도를 저하시키는 쌍정을 제거함으로서, 쌍정으로 인한 피로강도 감소를 방지하거나 피로강도를 향상시키는 기술이 필요하다.
미국특허공개공보 제2007-0088426호(2007.04.19)에 선변형법(pre-straining)을 이용하여 피로특성을 향상시킨 내용이 있으나, 형상 기억 합금에 관한 것으로 마그네슘 합금에 대한 것이 아니며, 한국특허공개공보 제2007-0014797호(2007.02.01)에 선변형(pre-strain)을 프레스 가공 전에 가해줌으로써 자동차용 판재의 내덴트성을 향상시킨 내용이 있으나, 피로 특성에 대한 언급이 없으며, 마그네슘 합금에 관한 것이 아니다.
따라서, 본 발명의 목적은 제조공정 중 발생한 쌍정에 의해 피로강도가 감소하는 마그네슘 합금 가공재의 피로강도를 향상시키는 방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 마그네슘 합금 압출재 혹은 압연재에 압출 또는 압연 방향으로 1~10%의 선인장변형을 부과하여 재료 내에 존재하는 쌍정을 제거함으로써 달성될 수 있다.
본 발명을 이용하여 마그네슘 합금 가공재의 피로강도를 향상시킬 경우, 피로 특성 개선으로 인한 적용 분야 확대 및 부품 안정성을 확보할 수 있기 때문에 고부가가치 제품 개발의 기반기술로 사용할 수 있다.
본 발명은 마그네슘 합금 압출재 혹은 압연재에 압출 또는 압연 방향으로 1~10%의 선인장변형을 부과하여 재료 내에 존재하는 쌍정을 제거하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 피로강도 향상방법에 관한 것이다.
이하 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
중량%로, Al: 3.6%, Zn: 1.0%, Mn: 0.5% 및 나머지는 Mg로 조성된 AZ31 마그네슘 합금 압연 가공된 판재의 미세조직을 도 1에 나타내었다. 미세조직에서 결정립 내에 쌍정이 형성되어 있음을 알 수 있다. 이는 제조공정 중 압연방향으로의 압축에 의해 10-12 쌍정이 형성된 것으로 이러한 쌍정은 후기 압연방향으로 인장이 가해지면 쌍정이 소멸(detwinning)되면서 변형을 수용하여 인장 항복강도를 낮추게 된다.
상기 압연재를 압연 방향으로 2% 선인장변형(pre-tension)을 가했다. 인장시 변형을 수용하여 항복강도를 낮추는 역할을 하는 쌍정이 제거되어 2% 선인장변형이 가해진 재료의 항복강도가 초기 압연재에 비해 향상된다. 도 2는 이러한 초기 압연재와 2% 선인장변형을 가한 압연재의 인장곡선을 나타낸 것이다.
하기 표 1은 인장물성을 나타낸 것으로, 초기 압연재 및 2% 선인장변형된 압연재의 인장 물성값을 비교한 것이다.
항복강도가 140MPa에서 184MPa로 2%의 소량의 변형을 통해 30%이상 향상되었다.
쌍정이 존재하는 초기 압연재와 2% 선인장변형을 통해 쌍정을 제거한 압연재에 대한 고주기 피로 시험을 INSTRON 8801(servo- hydraulic axial 시험기기)으로 25Hz의 속도에서 도 3과 같이 stress ratio=0.1 조건으로 상온에서 수행하였다.
고주기 피로 수명 곡선과 피로강도는 도 4 및 하기 표 2와 같다.
제조 중 형성된 변형쌍정을 가지는 초기 압연재는 낮은 항복강도로 인해 피로강도가 130MPa을 가졌다. 이에 반해 2%의 소량의 인장변형을 통해 변형쌍정을 제거한 압연재의 경우, 인장시 쌍정이 소멸하면서 발생하는 항복강도 감소 현상이 사라져 높은 항복강도를 가지게 되어 피로강도가 150MPa로 기존 대비 15%이상 향상된 피로강도를 나타내었다. 이러한 결과를 통해 마그네슘 합금 압연재에 존재하는 쌍정을 선인장변형을 통해 제거함으로서 피로강도를 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
도 1은 AZ31 마그네슘 합금 압연재의 초기 조직
도 2는 초기 압연재 및 2% 선인장변형된 압연재의 인장 곡선
도 3은 고주기 피로 시험 조건
도 4는 초기 압연재 및 2% 선인장변형된 압연재의 고주기 피로 S-N 곡선
Claims (4)
- 압연 또는 압출 가공을 행한 마그네슘 합금 가공재에, 상기 압연 또는 압출 가공 방향으로 변형률 1 ~ 10%의 인장변형을 가하여 상기 압연 또는 압출 가공시 형성된 쌍정의 일부 또는 전부를 제거함으로써, 압연 또는 압출 가공 직후의 마그네슘 합금 가공재에 비해 항복강도를 높여, 마그네슘 합금 가공재의 피로강도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 인장변형을 가한 마그네슘 합금 가공재의 항복강도는 상기 압연 또는 압출 가공 직후의 마그네슘 합금 가공재에 비해 20% 이상 높은 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 제조방법.
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