KR101492194B1 - 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법 및 이에 따라 제조되는 마그네슘 합금 가공재 - Google Patents

마그네슘 합금 가공재의 가공 방법 및 이에 따라 제조되는 마그네슘 합금 가공재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법 및 이에 따라 제조되는 마그네슘 합금 가공재에 관한 것으로, 상세하게는 마그네슘 합금 가공재에 가공방향과 평행한 면을 축으로 하여 3 ~ 12 % 변형률의 인장변형을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 인장변형이 수행된 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도가 향상되고, 저주기 피로수명은 유지되는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법을 제공한다.
본 발명은 마그네슘 합금 가공재에 가공방향과 평행한 면을 축으로 하여 3 ~ 12 % 변형률의 인장변형을 수행함으로써, 전위 밀도가 증가하여 마그네슘 합금 가공재의 항복강도 및 인장강도가 향상되는 효과가 있다. 또한, 상기 항복강도가 인장-압축에 있어 소성 이방성이 향상되기 때문에, 마그네슘 합금 가공재의 가공성이 향상된다. 나아가, 상기 인장변형이 수행된 마그네슘 합금 가공재는 {10-12} 쌍정-쌍정 분리에 의하여 피로변형이 지배되기 때문에, 강도 향상과 더불어 저주기 피로 수명이 유지되는 효과가 있다.

Description

마그네슘 합금 가공재의 가공 방법 및 이에 따라 제조되는 마그네슘 합금 가공재{Method for processing of wrought magnesium alloys and the wrought magnesium alloys thereby}
본 발명은 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법 및 이에 따라 제조되는 마그네슘 합금 가공재에 관한 것으로, 상세하게는 가공재의 가공방향과 평행한 면을 축으로 인장변형을 수행함으로써, 기계적 강도가 향상되고 저주기 피로수명은 유지되는 마그네슘 합금 가공재의 가공방법 및 이에 따라 제조되는 마그네슘 합금 가공재에 관한 것이다.
마그네슘은 밀도가 1.74 g/㎝3 로 알루미늄 및 철강을 포함하는 구조용 금속 중에서 최소의 밀도를 가지는 가장 가벼운 금속이며, 비강도가 높고 기계가공성이 뛰어나며 진동흡수능, 전자파 차폐성 등이 우수한 특징이 있다.
또한, 마그네슘은 지구상 여덟번째로 풍부한 원소로서 지구상의 약 2.7 %를 차지하며, 특히 바닷물의 0.13 %가 마그네슘으로 구성되어 있으므로 자원이 무한히 제공된다고 할 수 있고, 재활용이 용이한 환경 친화형 소재이다.
상기와 같은 특징을 갖는 마그네슘 합금은 최근 알루미늄 합금을 대신하여 연비향상의 요구가 증대되고 있는 자동차 산업을 중심으로 부품 경량화 측면에서 지속적으로 그 적용이 증대되고 있다. 또한, 경박단소 및 우수한 전자파 차폐성의 요구에 따라 군수/방위, 운송, 휴대폰, 노트북 등 3Cs제품에 적용이 증가하고 있다.
특히, 자동차 부품의 특성상 적용하고자 하는 마그네슘 합금의 경우에는 구조용 재료로서의 일정 수준 이상의 강도를 확보해야 한다.
그러나, 종래 마그네슘 합금 부품은 대부분 다이캐스팅 또는 용탕단조법을 위주로 주조되어 왔고, 상기 방법으로 제조된 부품들은 주조기공 등과 같은 주조결함으로 인하여 기계적 프로세스를 거친 재료들에 비해 연신율, 강도와 같은 기계적 성질이 취약한 문제가 있다.
또한, 자동차 부품의 특성상 반복적인 하중이나 변형을 받는 분위기 하에서 사용되는 경우가 많은데, 이러한 분위기 하에서 피로파괴가 발생하게 되면 인명부상 또는 상당한 경제적 손실을 야기할 수 있다.
게다가, 마그네슘 가공재는 경량재료로서 주요 경쟁 재료인 알루미늄 가공재와 비교할 때, 알루미늄보다 취약한 피로특성을 나타내어 활용도가 제한되는 문제점이 있었다.
따라서, 마그네슘 합금 부품은 우수한 기계적 강도 및 피로 특성이 요구된다.
한편, 일반적인 재료의 항복강도를 향상시키기 위해 사용되고 있는 변형방법은, 항복강도가 향상되는 반면 연신율이 감소하게 되어, 제품의 내구성과 관계된 피로특성이 열화되고 결국 실용적이 측면에서 문제가 된다.
강도 및 피로특성과 관련된 종래의 기술로서 대한민국 등록특허 제10-0521522호에서는 강도 및 피로 특성이 향상된 실린더 헤드용 알루미늄 합금조성물이 개시된 바 있다. 구체적으로는 알루미늄을 기재로 하고, 여기에 규소(Si) 8.0∼12.0 중량%, 구리(Cu) 0.5 중량% 이하, 마그네슘(Mg) 0.2∼0.5 중량%, 철(Fe) 0.2 중량% 이하, 망간(Mn) 0.3∼1.0 중량%, 아연(Zn) 0.1 중량% 이하, 니켈(Ni) 0.05 중량% 이하, 주석(Sn) 0.05 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.05 중량% 이하, 납(Pb) 0.05 중량% 이하, 티타늄(Ti) 0.1∼0.2 중량%, 스트론튬(Sr) 0.008∼0.03 중량%가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 강도 및 피로 특성이 향상된 실린더 헤드용 알루미늄 합금 조성물이 개시된 바 있다.
그러나, 상기 발명은 마그네슘이 아닌 알루미늄 합금에 관련된 것이며, 또한 가공재를 가공하는 방법이 아닌 조성물 자체를 제시하고 있다.
이에, 본 발명자들은 강도가 향상되면서도 저주기 피로특성이 유지되는 마그네슘 합금 가공재의 가공방법에 대한 연구를 수행하던 중, 마그네슘 합금 가공재에 가공방향과 평행한 방향으로 3 ~ 12 % 변형률의 인장변형을 수행하면, 전위 밀도가 높아져 기계적 강도가 향상되면서도, {10-12} 쌍정에 의한 변형이 일어나 저주기 피로특성이 유지되는 마그네슘 합금 가공재의 가공방법을 개발하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은,
마그네슘 합금 가공재의 가공 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은,
상기 방법으로 가공된 마그네슘 합금 가공재를 제공하는 데 있다.
나아가, 본 발명의 또 다른 목적은,
상기 마그네슘 합금 가공재를 포함하는 자동차용 부품을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
마그네슘 합금 가공재에 가공방향과 평행한 면을 축으로 하여 3 ~ 12 % 변형률의 인장변형을 수행하는 단계를 포함하며,
상기 인장변형이 수행된 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도가 향상되고, 저주기 피로수명은 유지되는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
상기 방법으로 가공된 마그네슘 합금 가공재를 제공한다.
나아가, 본 발명은,
상기 마그네슘 합금 가공재를 포함하는 자동차용 부품을 제공한다.
본 발명에 따른 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법은 마그네슘 합금 가공재에 가공방향과 평행한 면을 축으로 하여 3 ~ 12 % 변형률의 인장변형을 수행함으로써, 전위 밀도가 증가하여 마그네슘 합금 가공재의 항복강도 및 인장강도가 향상되는 효과가 있다.
또한, 상기 항복강도가 인장-압축에 있어 소성 이방성이 향상되기 때문에, 마그네슘 합금 가공재의 가공성이 향상된다.
나아가, 상기 인장변형이 수행된 마그네슘 합금 가공재는 {10-12} 쌍정-쌍정 분리에 의하여 피로변형이 지배되기 때문에, 강도 향상과 더불어 저주기 피로 수명이 유지되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 2에서 제조된 마그네슘 합금 가공재를 전자후방산란회절 감지기로 집합조직을 분석한 사진이고;
도 2는 본 발명의 실시예 1,2, 비교예 1 및 대조군에서 제조된 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도를 나타낸 그래프이고;
도 3은 본 발명의 대조군 및 실시예 1에서 제조된 마그네슘 합금 가공재의 저주기 피로 싸이클을 나타낸 그래프이고;
도 4는 본 발명의 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 마그네슘 합금 가공재의 저주기 피로 싸이클을 나타낸 그래프이고;
도 5는 본 발명의 실시예 1,2, 비교예 1 및 대조군에서 제조된 마그네슘 합금 가공재의 저주기 피로 싸이클을 나타낸 그래프이고;
도 6은 본 발명의 실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 2 및 대조군에서 제조된 마그네슘 합금 가공재의 저주기 피로 수명을 나타낸 그래프이다.
본 발명은,
마그네슘 합금 가공재에 가공방향과 평행한 면을 축으로 하여 3 ~ 12 % 변형률의 인장변형을 수행하는 단계를 포함하며,
상기 인장변형이 수행된 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도가 향상되고, 저주기 피로수명은 유지되는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법을 제공한다.
종래에 일반적인 재료의 항복강도를 향상시키기 위해 사용되고 있는 변형방법은, 항복강도가 향상되는 반면 연신율이 감소하게 되어, 결과적으로 피로특성이 열화되는 문제점이 있었다.
반면, 본 발명에 따라 마그네슘 합금 가공재에 인장변형을 수행하는 경우, 전위 밀도가 증가하여 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도가 향상될 뿐만 아니라, 마그네슘 합금 가공재의 가공시 생성된 기저 집합조직으로 인해, 가공면의 방향에서 인장-압축 피로변형이 가해지는 경우 {10-12} 쌍정-쌍정 분리에 의해 피로변형이 지배된다.
상기한 바와 같이 저주기 피로 저항성이, 연성 고갈 개념(ductility exhaustion concept)이 아닌 {10-12} 쌍정-쌍정 분리에 의해 지배되므로, 인장변형 전과 유사한 수준의 저주기 피로 수명을 유지할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도를 향상시키고, 저주기 피로수명을 유지하기 위하여 마그네슘 합금 가공재에 가공방향과 평행한 면을 축으로 하여 3 ~ 12 % 변형률의 인장변형을 수행한다.
상기 마그네슘 합금 가공재는 AZ31, ZM21, ZC63, AZ91, AZ91D, AM50A, AM60B 및 AZ81 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 제조된 것을 사용할 수 있으나, 당업계에서 사용될 수 있는 상용 마그네슘 합금 가공재라면 이에 제한없이 사용할 수 있다.
또한, 상기 가공재의 가공은 압출 또는 압연의 방법으로 수행할 수 있다.
압출의 방법으로 상기 가공재를 제조한 경우에는, 압출 방향과 동일한 평면상에 있는 모든 축을 따라 인장 변형을 수행할 수 있고, 압연의 방법으로 상기 가공재를 제조한 경우에는 압연 방향과 동일한 평면 상에 있는 모든 축을 따라 인장 변형을 수행할 수 있다. 다만, 상기 가공재의 가공방법이 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 상기 마그네슘 합금 가공재의 가공방향과 평행한 면에 있는 모든 축을 중심으로 인장변형을 수행할 수 있다.
상기 인장변형을 수행하는 경우, 항복강도 및 인장강도를 향상시키는 영향은 전위의 발생에 의해 나타나는 것이므로, 인장변형의 방향은 마그네슘 합금 가공재의 가공방향에 평행한 면 상에 존재한다면, 그 변형의 방향성은 관계가 없다.
본 발명에 따른 마그네슘 합금 가공재의 가공방법에서는, 마그네슘 합금 가공재에 가공방향과 평행한 면을 축으로 하여 3 ~ 12 % 변형률로 인장변형을 수행할 수 있다.
만약, 상기 마그네슘 합금 가공재에 3 % 미만의 변형률로 인장변형을 수행하는 경우에는 항복강도의 증가율이 미미한 문제점이 있고, 상기 마그네슘 합금 가공재에 12 %를 초과하는 변형률로 인장변형을 수행하는 경우에는 저주기 피로 수명이 인장변형 전의 수준으로 유지되지 못하는 문제점이 있다.
한편, 상기 인장변형이 수행된 마그네슘 합금 가공재의 고주기 피로수명이 향상될 수 있다.
통상적으로 피로 파괴란 모든 구조체가 정하중 하에서 충분한 강도를 가지고 있더라도 반복 하중 또는 교번 하중을 받게 되면 그 하중이 비록 작더라도 마침내 파괴를 일으키는 현상을 말한다. 즉, 반복 응력이나 반복 변형을 받는 이러한 현상을 피로라고 하고, 그에 의한 구조체의 파괴를 피로 파괴라고 한다.
고주기 피로 파괴는 이론적으로 소성을 넘지 않는 비교적 낮은 응력 수준에서 균열이 생성, 진전하여 구성품을 파괴시킨다. 통상적으로 104 주기를 경계로 저주기 피로(low cycle fatigue)와 고주기 피로(high cycle fatigue)로 구별할 수 있다.
보통 고주기 피로는 재질 내부에서 균열의 생성에 시간을 필요로 하므로 미소 균열의 생성에 대한 저항성이 중요하고, 저주기 피로는 균열의 진전에 시간을 필요로 하므로 고 응력장 해소에 용이한 연한 재질이 유리하다. 그러므로 고주기 피로에 의한 피로 파괴는 큰 균열의 생성과 동시에 파단이 발생한다.
이때, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 가공재는 가공재의 가공방향과 평행한 면에 있는 축을 따라 인장변형을 수행하여 가공재에 전위밀도를 증가시킬 수 있다. 상기 증가된 전위 밀도로 인해, 항복 강도가 향상되며 이와 같이 항복 강도가 증가하는 경우, 고주기 피로 파괴의 원인이 되는 균열이 생성되기 어렵기 때문에, 고주기 피로 수명이 증가할 수 있다.
본 발명에 따른 마그네슘 합금 가공재의 가공방법에 있어서, 상기 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도는 항복강도일 수 있으며, 상기 인장변형이 수행된 마그네슘 합금 가공재의 항복강도는 인장변형이 수행되기 전의 마그네슘 합금 가공재에 비해 50 % 이상 높은 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 항복강도는 인장 항복강도 또는, 압축 항복강도일 수 있으며, 또는 인장 항복강도 및 압축 항복강도 모두일 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따라 마그네슘 합금 가공재에 인장변형을 수행하는 경우, 전위 밀도가 증가하여 마그네슘 합금 가공재의 인장 항복강도 또는, 압축 항복강도, 또는 인장 항복강도 및 압축 항복강도 모두를 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 상기 인장변형이 수행된 마그네슘 합금 가공재는 225 MPa 이상의인장 항복강도를 가지거나, 101 MPa 이상의 압축 항복강도를 가질 수 있으며, 상기의 모든 항복강도를 동시에 만족할 수도 있다.
상기 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도는 최대 압축강도일 수 있고, 상기 인장변형이 수행된 마그네슘 합금 가공재는 325 MPa 이상의 최대 압축강도를 가질 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따라 마그네슘 합금 가공재에 인장변형을 수행하는 경우, 전위 밀도가 증가하여 마그네슘 합금 가공재의 압축강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 인장변형이 수행된 마그네슘 합금 가공재의 소성 이방성이 향상될 수 있으며, 상기 소성 이방성은 0.45 내지 1 의 값을 가질 수 있다.
소성 이방성(tension-compression yield asymmetry)이란, 압축 항복 응력(CYS, compressive yield stress)을 인장 항복 응력(tension yield stress)로 나눈 값으로 표현되며, 압축 항복 응력과 인장 항복 응력의 차이가 적을수록 1에 수렴하는 값을 가지며, 1에 가까운 값을 가질수록 마그네슘의 가공성이 우수하다고 할 수 있다.
본 발명에 따른 마그네슘 합금 가공재의 가공방법에 의해 가공된 마그네슘 합금 가공재는 인장 항복 응력의 증가율이 압축 항복 응력의 증가율보다 높기 때문에 0.45 내지 1의 소성 이방성을 가져, 인장변형이 수행되기 전보다 높은 가공성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명은,
상기 방법으로 제조되는 마그네슘 합금 가공재를 제공한다.
본 발명에서는, 마그네슘 합금 가공재를 가공방향에 따라 인장 변형하는 간단한 공정으로 마그네슘 가공재의 기계적 강도뿐만 아니라, 저주기 피로 수명이 그대로 유지되면서도 소성 이방성이 향상된 마그네슘 합금 가공재를 제공할 수 있다.
나아가, 본 발명은
상기 마그네슘 합금 가공재를 포함하는 자동차용 부품을 제공한다.
자동차 부품의 특성상 적용하고자 하는 마그네슘 합금의 경우에는 구조용 재료로서의 일정 수준 이상의 강도를 확보해야 하고, 반복적인 하중이나 변형을 받는 분위기 하에서 사용하기 위해 일정 수준 이상의 피로 수명도 확보해야 한다.
본 발명에 따라 제조된 마그네슘 합금 가공재는 기계적 강도뿐만 아니라, 저주기 피로 수명이 그대로 유지되면서도 소성 이방성이 향상되므로, 가벼운 무게를 가지면서도 일정수준 이상의 강도 및 피로수명과 가공성을 요구하는 자동차의 부품으로 제공될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 하기 실시예들은 본 발명의 설명을 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<대조군>
열간압연된 상용 AZ31 마그네슘 합금(Al 3.6 %, Zn 1.0 %, Mn 0.5 %)을 대조군으로 하여 비교하였다.
<실시예 1>
상용 열간압연된 AZ31 마그네슘 합금(Al 3.6 %, Zn 1.0 %, Mn 0.5 %) 가공재를 가공재의 압연방향을 축으로 하여 5 %의 변형률로 인장변형을 수행하여 마그네슘 합금 가공재를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에서 10 %의 변형률로 인장변형을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 마그네슘 합금 가공재를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1에서 6 %의 변형률로 인장변형을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 마그네슘 합금 가공재를 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1에서 8 %의 변형률로 인장변형을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 마그네슘 합금 가공재를 제조하였다.
<실시예 5>
상기 실시예 1에서 12 %의 변형률로 인장변형을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 마그네슘 합금 가공재를 제조하였다.
<실시예 6>
상기 실시예 1에서 3 %의 변형률로 인장변형을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 마그네슘 합금 가공재를 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1에서 15 %의 변형률로 인장변형을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 마그네슘 합금 가공재를 제조하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1에서 2 %의 변형률로 인장변형을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 마그네슘 합금 가공재를 제조하였다.
인장변형률(%)
대조군 ×
실시예 1 5
실시예 2 10
실시예 3 6
실시예 4 8
실시예 5 12
실시예 6 3
비교예 1 15
비교예 2 2
<실험예 1> 마그네슘 합금 가공재의 미세조직 관찰
상기 실시예 2에서 제조된 마그네슘 합금 가공재의 집합조직을 분석하기 위해, 전자 후방 산란 회절(EBSD, electron back scattered diffraction) 감지기를 이용하여 집합조직을 분석하고, 그 결과를 도 1에 도시하였다.
도 1에 도시한 바와 같이, 실시예 2의 마그네슘 합금 가공재의 미세조직을 관찰한 결과, {10-11}수축 쌍정과, {10-11}-{10-12} 이중쌍정이 발생하였음을 확인할 수 있다.
또한, 마그네슘 합금 가공재를 인장변형함으로써 전위 밀도가 크게 증가한 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 본 발명에 따라 마그네슘 합금 가공재를 가공하는 경우, 전위 밀도의 증가로 인한 항복강도의 증가와 함께, 인장변형으로 인한 쌍정에 의해 피로특성이 유지됨을 알 수 있다.
<실험예 2> 마그네슘 합금 가공재의 강도 및 이방성 관찰
상기 실시예 1,2, 비교예 1 및 대조군에서 제조된 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도를 관찰하기 위해, INSTRON 8801(Norwood, MA) 시험기계를 사용하여 5.0×10-3s-1의 변형률로 상온에서 인장 및 압축테스트를 실시하고 그 결과를 표 2 및 도 2에 도시하였다.
인장 항복 응력(MPa) 압축 항복 응력(MPa) 최대 압축 응력(MPa) 소성이방성(CYS/TYS)
대조군 149 66 292 0.44
실시예 1 225 101 325 0.45
실시예 2 248 119 342 0.48
비교예 1 251 131 362 0.52
표 2에 나타낸 바와 같이, 인장 항복 강도는 대조군의 149 MPa 보다 인장변형을 실시한 실시예 1 ,2 및 비교예 1이 76 내지 102 MPa 정도 더욱 높은 수치를 나타내는 것을 알 수 있다.
압축 항복 강도의 경우에도 실시예 1, 2 및 비교예 1이 대조군보다 35 내지 65 MPa 정도 더 높은 수치를 나타내며, 최대 압축 강도의 경우에도 33 내지 70 MPa 만큼 높게 나타난다.
이때, 인장변형률이 증가함에 따라 인장 항복강도와 압축 항복강도가 동시에 증가함을 확인할 수 있고, 특히 인장 항복강도의 증가율이 압축 항복강도의 증가율보다 크기 때문에, 인장-압축 소성 이방성(tension-compression yield asymmetry)이 1의 값으로 수렴하는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 가공재의 인장변형을 통해 마그네슘 합금 가공재의 항복강도 및 인장강도를 증가시키면서도, 소성이방성을 줄여 가공성 또한 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 압축 인장강도-압축변형률 그래프에 있어서 인장변형을 수행한 변형률이 높아질수록 압축 항복 강도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
가공변형률-압축변형률 그래프에 있어서, 인장변형을 실시한 실시예 1, 2 및 비교예 1의 피크가 대조군보다 높은 압축변형률에서 나타남을 확인할 수 있다.
이를 통해, 인장변형률이 증가함에 따라 전위 밀도가 이에 비례하게 증가하여, {10-12} 쌍정의 활동 응력이 증가하고, 이에 따라 압축 항복 강도가 증가함을 알 수 있다.
또한, 가공변형률 그래프에서 피크가 지연되는 것은, 쌍정분리 소진이 지연된 것을 뜻하며, 이는 인장변형률이 증가함에 따라 쌍정 응력이 증가하고, 이에 따라 압축 항복 응력이 증가하면서 {10-12} 쌍정의 발생시점이 지연됨으로써 쌍정분리가 소진되는 것 또한 지연됨을 의미한다.
<실험예 3> 마그네슘 합금 가공재의 저주기 피로 특성 관찰
상기 실시예 1,2, 비교예 1 및 대조군에서 제조된 마그네슘 합금 가공재의 피로 싸이클 및 저주기 피로 수명을 관찰하기 위해, INSTRON 8801(Norwood, MA)으로 1 Hz의 속도에서 변형 진폭(strain amplitude) 1.0 %의 조건으로 저주기 피로 테스트를 실시하고, 그 결과를 도 3 내지 5에 도시하였다.
또한, 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 및 대조군에서 제조된 마그네슘 합금 가공재의 저주기 피로 수명을 관찰하기 위해 변형 진폭 0.5 %의 조건으로 저주기 피로 테스트를 실시하고, 상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 2 및 대조군에서 제조된 마그네슘 합금 가공재의 저주기 피로 수명을 관찰하기 위해 변형 진폭 1.0 %의 조건으로 저주기 피로 테스트를 실시하여 그 결과를 도 6에 도시하였다.
도 3 내지 5에 도시한 바와 같이, 초기의 사이클에서는 실시예 1의 경우 약 230 MPa 정도의 최고 인장응력, 실시예 2의 경우 약 275 MPa, 비교예 1의 경우에는 약 280 MPa로, 인장변형량이 증가할수록 높은 하중을 보이는 것으로 나타났다. 그러나, 대조군의 경우에는 약 175 MPa의 낮은 하중을 나타낸다.
또한, 이력 곡선(hysteresis loop)은 실시예 1, 2 및 비교예 1의 경우 첫번째, 두번째 싸이클과 반수명 싸이클도 거의 유사한 형태를 나타내나, 대조군의 경우에는 변형률에 따른 응력에 차이를 보이며 싸이클이 일치하지 않아 피로 특성이 저조한 것으로 나타났다.
이를 통해, 대조군의 경우에는 반복되는 하중으로 인해 전위가 증가하여 싸이클 경화(cyclic hardening)가 나타나는 반면, 실시예 1, 2 및 비교예 1에서는 인장변형에 의해 미리 생성된 전위가 초기 변형 동안 재배열하면서 싸이클 연화(cyclic softening)가 발생하여 동일한 수준의 전위밀도 상태를 유지하기 때문에 이력곡선이 거의 동일한 것을 알 수 있다.
따라서, 싸이클 거동의 차이를 보이는 구간이 수십 사이클 이내로 수명에 영향이 미치지 않아 우수한 저주기 피로 특성을 나타낸다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 0.5 %의 변형률 진폭으로 저주기 피로 테스트를 실시한 경우, 대조군 및 실시예 1, 2의 경우 약 2000 번의 유사한 피로 수명을 갖는 것으로 나타났으나, 비교예 1의 경우 약 1500 번의 저주기 피로 수명을 갖는 것으로 나타났다.
또한, 1.0 %의 변형률 진폭으로 저주기 피로 테스트를 실시한 경우, 대조군 및 실시예 1 내지 6 및 비교예 2의 경우 약 450 내지 600 번의 저주기 피로 수명을 갖는 것으로 나타났으나, 인장변형률이 15 %인 비교예 1의 경우에는 약 400 번의 저주기 피로 수명을 갖는 것으로 나타났다.
이를 통해, 2 내지 12 %의 인장변형률로 인장된 마그네슘 합금 가공재의 경우, 인장변형하지 않은 마그네슘 합금 가공재와 유사한 저주기 피로 수명을 갖는 것으로 나타났고, 특히, 3 내지 12 %의 인장변형률로 인장된 가공재는 높은 기계적 강도를 함께 상당한 저주기 피로 수명을 갖는 것을 알 수 있다.

Claims (15)

  1. 마그네슘 합금 가공재에 가공방향과 평행한 면을 축으로 하여 3 ~ 12 % 변형률의 인장변형을 수행하여 {10-11} 수축 쌍정과 {10-11}-{10-12} 이중쌍정을 형성시키는 단계를 포함하며,
    상기 인장변형이 수행된 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도가 향상되고, 저주기 피로수명은 유지되는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인장변형이 수행된 마그네슘 가공재의 고주기 피로수명이 향상되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가공재의 가공은 압출 또는 압연의 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도는 항복강도인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 인장변형이 수행된 마그네슘 합금 가공재의 항복강도는 인장변형이 수행되기 전의 마그네슘 합금 가공재에 비해 50 % 이상 높은 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 항복강도는 인장 항복강도인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 항복강도는 압축 항복강도인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 인장 항복강도는 225 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 압축 항복강도는 101 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도는 최대 압축강도인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 최대 압축강도는 325 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 인장변형이 수행된 마그네슘 합금 가공재의 소성 이방성이 향상되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 소성 이방성은 0.45 내지 1 인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 변형률은 5%인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법.
  15. 제14항에 있어서, 5%의 변형률로 인장변형이 수행된 마그네슘 합금 가공재를 1.0%의 변형률 진폭으로 저주기 피로 테스트를 하는 경우 인장변형이 수행되지 않은 대조군에 대비하여 향상된 저주기 피로 수명을 갖는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법.
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