KR20050105825A - Method for superplastic working with high strain rate by using ecap technique - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소재를 초소성 가공하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ECAP(Equal Channel Angular Pressing) 처리 방법을 이용하여 큰 변형율과 높은 변형률 속도로 단시간에 목표하는 형상으로 소재를 가공하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 방법은 다이 및 재료를 가열하는 단계, 다이 및 재료에 대해서 4회 이상 ECAP(Equal Channel Angular Pressing) 실시하는 단계, 단조 다이 및 재료를 예열하는 단계 및 ECAP 처리된 재료에 대하여 고온에서 단조 가공하는 단계를 포함하며, 상기 단계들을 순서대로 처리하는 것을 특징으로 하고 있다.The present invention relates to a method for superplastic processing of a material, and more particularly, to a method for processing a material into a target shape in a short time at a large strain rate and a high strain rate using an ECAP (Equal Channel Angular Pressing) treatment method. will be. The method according to the present invention comprises the steps of heating the die and material, performing at least four equal channel angular pressing (ECAP) on the die and material, preheating the forging die and material, and at high temperature on the ECAP treated material. It includes the step of forging, it characterized in that the steps are processed in order.
본 발명에 의할 경우 소재를 가공할 때 변형율을 향상시키고 또한 변형률 속도도 향상시킬 수 있다. According to the present invention can improve the strain rate and also the strain rate when processing the material.
Description
본 발명은 소재를 초소성 가공하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ECAP(Equal Channel Angular Pressing) 처리 방법을 이용하여 큰 변형율과 높은 변형률 속도로 단시간에 목표하는 형상으로 소재를 가공하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for superplastic processing of a material, and more particularly, to a method for processing a material into a target shape in a short time at a large strain rate and a high strain rate using an ECAP (Equal Channel Angular Pressing) treatment method. will be.
초소성이라함은 매우 낮은 응력하에서 매우 높은 소성 변형율을 나타내는 현상을 말한다. 재료가 초소성을 나타낼 경우에는 복잡한 형상의 제품을 조립이나 용접없이 제조할 수 있다.Superplasticity refers to a phenomenon that shows very high plastic strain under very low stress. If the material exhibits superplasticity, products of complex shape can be produced without assembly or welding.
일반적으로 금속에서 일어나는 초소성 현상은 금속 내부의 결정립의 크기와 모양에 기인한다. 즉, 금속내부에 존재하는 결정립 모양이 등축정이고 결정립 사이가 고각일 때 금속 결정립들은 서로에 대하여 미끄러지는 현상을 경험하게 되는데 이러한 현상들이 전체 변형 거동을 지배하게 되면 대변형에서 파괴가 잘 일어나지 않는 초소성 현상이 발현되게 되는 것이다.Superplasticity, which typically occurs in metals, is due to the size and shape of the grains inside the metal. In other words, when the grain shape in the metal is equiaxed and the grains are at an elevated angle, the metal grains are slid with respect to each other. Superplasticity will be manifested.
그러므로 금속 재료의 초소성을 구현하기 위해서는 미세구조 내부에 고각 결정립계 분율이 높도록 하는 것이 중요하다. 이러한 목적은 결정립사이의 입계각이 고각화 될 수 있도록 재료를 열처리 및 소성 가공함으로써 달성될 수 있다는 것이 당연하다. 그러나 상기의 수단이외에도 고각인 결정립계의 면적을 높임으로써 그 목적을 달성할 수 있다는 것도 한가지 방법이다. 이러한 방법은 결정립계의 면적을 대폭 높임으로써 고각 입계가 차지하는 분율이 낮더라도 결과적으로 고각 결정립계가 차지하는 면적이 높아지게 하는 것이다.Therefore, in order to realize the superplasticity of the metal material, it is important to have a high grain boundary fraction inside the microstructure. It is natural that this object can be achieved by heat treatment and plastic working of the material so that grain boundaries between grains can be raised. However, in addition to the above means, it is also possible to achieve the purpose by increasing the area of the high grain boundaries. This method significantly increases the area of the grain boundary so that even if the fraction of the elevation grain boundary is low, the area occupied by the elevation grain boundary is high.
그러므로 고각 결정립계의 면적을 높이기 위해서는 고각 입계가 차지하는 분율을 높이거나, 결정립의 크기를 줄임으로써 전체 결정립계의 면적을 크게 하는 것이 바람직하다.Therefore, in order to increase the area of the high grain boundary, it is desirable to increase the fraction of the high grain boundary or increase the area of the whole grain boundary by reducing the size of the grain.
종래, 이러한 목적을 달성하기 위하여 주조법으로 얻은 잉곳 재료에 압출이나 압연 소성 공정을 적용하여 공정 중 혹은 공정 후 열처리를 통해 동적 재결정 혹은 정적 재결정을 유도하여, 내부 결정립이 미세화 됨과 동시에 등축상의 결정립이 형성되도록 하고, 결정립계 불일치각을 고각으로 만들어주는 방법이 시도되었다. 상기 방법으로 할 경우에 내부에 등축상의 결정립이 형성되고 고각 입계의 분율이 높아 초소성 가공시 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 그러나 상기 방법으로 할 경우의 한가지 문제점은 초소성 가공시 변형률 속도(strain rate)가 10-3 ∼ 10-4 s-1 으로 너무 낮다는 것이었다. 즉, 상기 종래의 방법을 통하여 소성가공을 할 경우에는 원하는 변형량은 얻을 수 있지만 변형률 속도가 너무 낮아서 생산성이 저하되거나 또는 과다한 변형률 속도가 생겨나는 부품의 국부적 부분에서는 소재가 파괴되는 경우가 빈번히 발생할 수 있다는 단점이 있었다.Conventionally, in order to achieve this purpose, extrusion or rolling firing processes are applied to the ingot material obtained by casting to induce dynamic recrystallization or static recrystallization through in-process or post-process heat treatment, thereby miniaturizing internal grains and forming equiaxed grains. A method was attempted to raise the grain boundary mismatch angle. In the case of the above method, equiaxed crystal grains were formed inside, and the fraction of the elevation grain boundaries was high, so that good results could be obtained during superplastic processing. One problem with this method, however, was that the strain rate during superplastic processing was too low, 10 −3 to 10 −4 s −1 . In other words, when plastic processing is performed through the conventional method, the desired amount of deformation can be obtained, but the material may be frequently destroyed in the local part of the part where the strain rate is too low to reduce productivity or to generate excessive strain rate. There was a disadvantage.
이러한 종래기술의 단점은 압출이나 압연등의 기존 소성 가공 공정으로 잉곳으로부터 얻을 수 있는 결정립의 크기가 최소 10㎛ 정도로 한계가 있기 때문이다. 즉, 상기 종래기술을 이용하여 재료를 가공할 경우에는 재료 내부 결정립의 고각입계 분율은 크나, 최대한 작게 만들 수 있는 결정립크기에 한계가 있어 초소성이 발현되는 변형률 속도가 낮은 것이다. The disadvantage of this prior art is that the size of the crystal grains obtained from the ingot by the conventional plastic working process such as extrusion or rolling is limited to at least about 10㎛. In other words, when the material is processed using the prior art, the high grain boundary fraction of the internal grains of the material is large, but there is a limit on the grain size that can be made as small as possible, so that the strain rate at which superplasticity is expressed is low.
상기 종래기술의 단점을 보완하기 위하여 보다 작은 크기의 결정립을 얻기 위한 방법이 제안되었다. 그 방법들로서는 분말야금법과 기계적합금화 법을 들 수 있다. In order to make up for the disadvantages of the prior art, a method for obtaining grains of smaller size has been proposed. The methods include powder metallurgy and mechanical alloying.
상기 방법 중 분말야금법을 우선 설명하면 다음과 같다. 분말야금법이라 함은 직경이 수백 내지 수천 마이크로 미터 정도인 분말을 사용하는 방법으로 이들을 소결하여 벌크 소재를 우선 제조한 다음 압연이나 압출 등의 가공을 행하는 방법이다. 상기 방법을 이용할 경우 내부 결정립 크기가 약 2 마이크로 미터정도인 미세한 결정립을 얻을 수 있다. 상기 분말야금법을 사용할 경우에는 초소성을 약 10-2s-1 정도의 빠른 변형률 속도를 얻을 수 있다.First, the powder metallurgy method will be described. Powder metallurgy is a method of using powders of several hundreds to thousands of micrometers in diameter to sinter them and to prepare bulk materials first, and then perform rolling or extrusion. Using this method, fine grains having an internal grain size of about 2 micrometers can be obtained. When using the powder metallurgy, a high strain rate of about 10 −2 s −1 can be obtained.
그러나 상기 방법의 문제점은 가공 코스트가 높으며 가공과정이 복잡하다는 것이다. 분말야금법은 우선 분말을 사용하여야 하기 때문에, 아토마이징(atomizing) 등의 기술을 이용하여 분말을 제조하여야 하는 공정이 필요하게 되며 본 공정은 매우 까다롭고도 복잡한 공정이다. 또한 분말의 특성상 표면에너지가 매우 높기 때문에 알루미늄과 같이 산소와 친화력이 높은 합금에서는 산화반응이 일어나기 쉬우며 그 결과 표면에 산화층이 형성되게 된다. 상기 산화층의 양은 표면적에 비례하게 되는데 분말의 경우에는 소재의 양에 비하여 표면적이 아주 크기 때문에 산화층의 양은 무시할 수 없을 정도로 많아져서 가공되는 소재의 순도에 영향을 미치게 되며 결과적으로는 기계적 특성까지 저해될 우려가 있다.However, the problem with the method is that the machining cost is high and the machining process is complicated. Since powder metallurgy must first use a powder, a process of preparing a powder using a technique such as atomizing is required, and this process is a very difficult and complicated process. In addition, since the surface energy is very high due to the characteristics of the powder, an oxidation reaction is likely to occur in an alloy having a high affinity with oxygen such as aluminum, and as a result, an oxide layer is formed on the surface. The amount of the oxidized layer is proportional to the surface area. In the case of powder, the amount of the oxidized layer is so large that it can not be ignored because the surface area is very large compared to the amount of the material. There is concern.
기계적 합금화 법은 분말 야금법의 한가지 특별한 방법으로서 높은 에너지상태의 볼 분쇄기 안에서 연성이 좋은 분말상태의 금속들이 충돌하는 볼과 볼사이에 끼어서 짓눌려 접합된 후 이것이 다시 충돌로 파괴되어 떨어져 나가고 또 다시 눌려 결합되고, 떨어져 나가는 등의 압접과 파괴의 반복과정을 통하여 서로 다른 두 금속상이 미세한 혼합물을 이루게 되며, 이를 계속하면 녹이지 않고도 균일한 합금상의 분말을 얻을 수 있는 공정이다. 상기 방법을 이용할 경우에도 미세한 초기 결정립을 얻을 수 있어서 이후 압연 또는 압출 과정을 통하여 얻을 수 있는 결정립 크기를 약 2 마이크로미터 이하로 미세하게 할 수 있어 10-2s-1 이상의 변형 속도에서 초소성을 보이는 소재를 얻을 수 있다.Mechanical alloying is a special method of powder metallurgy. In a high-energy ball mill, ductile powdered metals are crushed and squeezed between the colliding ball and the ball, which is then broken down by collision and then crushed again. The two different metal phases form a fine mixture through repeated processes of bonding and breaking, such as bonding and falling apart. If this is continued, a uniform alloy powder can be obtained without melting. Even when the above method is used, fine initial grains can be obtained so that the grain size obtained through the subsequent rolling or extrusion process can be made fine to about 2 micrometers or less, so that the superplasticity at a strain rate of 10 -2 s -1 or more can be obtained. You can get the visible material.
그러나, 상기 분말야금법에서 지적된 바와 마찬가지로 기계적 합금화 방법도 상기 서술한 상세한 과정으로부터 이해될 수 있듯이 공정이 복잡하며 또한 사용되는 볼 분쇄장치로부터 철 등의 불순물이 혼입될 수 있으므로 합금의 순도를 해치게 될 위험이 있다.However, as pointed out in the powder metallurgy method, the mechanical alloying method, as can be understood from the above-described detailed process, is complicated and impairs the purity of the alloy because impurities such as iron can be mixed from the ball mill used. There is a risk.
본 발명의 목적은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 상용화 되어 있는 주조 잉곳 압출재, 압연재를 이용하여 빠른 변형률 속도를 가지는 초소성 재료를 가공하는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for processing a superplastic material having a high strain rate using a casting ingot extruded material, a rolled material that is commercialized in order to solve the problems of the prior art.
본 발명의 또 하나의 목적은 가공시 불순물이 유입되지 않는 초소성 벌크 소재를 가공하는 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method for processing a superplastic bulk material which does not introduce impurities during processing.
상기 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은As a method for solving the technical problem to be achieved by the present invention, the present invention
다이 및 재료를 가열하는 단계,Heating the die and material,
다이 및 재료에 대해서 4회 이상 ECAP(Equal Channel Angular Pressing) 실시하는 단계, Equal Channel Angular Pressing (ECAP) at least four times on dies and materials,
단조 다이 및 재료를 예열하는 단계 및Preheating the forging die and material, and
ECAP 처리된 재료에 대하여 고온에서 단조 가공하는 단계를 포함하며, 상기 단계들을 순서대로 처리하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 발명이다.An invention is directed to a method comprising forging an ECAP treated material at high temperature, wherein the steps are processed sequentially.
이하, 각 단계에 대하여 구체적인 설명을 하기 전에 ECAP(Equal Channel Angular Pressing) 처리법에 대하여 우선 설명 하기로 한다. ECAP 방법은 소재 내부에 집합조직을 발달시킴으로써 소재의 특성을 향상시키는 것을 특징으로 하고 있다. 즉, ECAP 처리 방법은 도 1에서 나타낸 것처럼 입구, 출구 및 굴곡부위를 가지고 있으며, 입구(5)와 출구(6) 및 임의의 지점에서의 가공되는 축에 수직인 단면형상이 가공되는 재료의 단면형상이 동일하고, 중간에 굴곡진 부분(3)이 있는 형태의 채널을 통하여 재료를 통과시키는 방법을 말한다. ECAP 처리를 하면 가공되는 재료는 굴곡부위에서 극심한 전단변형을 겪게 되게 되며 반복 가공함에 따라 결정립이 미세화된다.Hereinafter, the ECAP (Equal Channel Angular Pressing) treatment method will be described first before describing each step. The ECAP method is characterized by improving the properties of the material by developing the texture inside the material. That is, the ECAP treatment method has an inlet, an outlet, and a bent portion as shown in Fig. 1, and a cross section of a material in which a cross-sectional shape perpendicular to the axis to be processed at the inlet 5 and the outlet 6 and any point is processed. It refers to a method of passing material through a channel of the same shape and having a curved portion 3 in the middle. ECAP treatment results in extreme shear deformations at the bends and the grains are refined by repeated processing.
상기 ECAP 을 처리하기전에 다이 및 재료를 가열하는 단계가 필요하다. ECAP 처리는 상기에서 설명한 바와 같이 재료에 대하여 극심한 전단변형을 겪게 하는 과정이기 때문에 재료에 가해지는 전단응력이 일정치 이상이 될 경우에는 재료의 파손이 수반될 수 있으므로 미리 다이와 재료를 가열하여야 한다. 다이와 재료의 가열온도는 알루미늄의 경우에는 80 ∼ 250℃, 마그네슘 합금의 경우에는 250 ∼ 350℃가 바람직하다.The step of heating the die and the material prior to processing the ECAP is necessary. Since the ECAP treatment is a process that causes extreme shear deformation of the material as described above, if the shear stress applied to the material is above a certain value, the material may be damaged, so the die and the material must be heated in advance. The heating temperature of the die and the material is preferably 80 to 250 ° C in the case of aluminum and 250 to 350 ° C in the case of a magnesium alloy.
ECAP 처리법은 상기에서도 설명하였듯이 재료에 대하여 극심한 전단응력을 도입시키는 단계로서 ECAP 처리를 하면 가공되는 재료내부에는 미세한 결정립을 가지는 집합조직이 발달하게 된다. 그러나, 상기 ECAP 처리를 1회만 적용할 경우에는 재료내부에 생성되는 결정립 대부분은 고각입계가 아닌 저각입계를 갖기 때문에 상기 종래기술에서 설명한 초소성을 구현하는데는 적절하지 않다. 그러나 ECAP 가공을 반복해서 실시하는 횟수가 증가할수록 결정립들 사이의 각도가 저각에서 고각으로 변화하여 고각입계의 분율이 증가하며 내부 결정립의 크기는 더욱 미세화 해지며 4회 이상 실시한 경우에는 약 0.5 마이크로미터 정도의 초미세결정립을 얻을 수 있다. 본 발명자들은 이러한 초미세구조를 갖는 ECAP 가공 재료는 내부에 형성된 결정입계의 고각입계의 분율이 기존의 분말야금법이나 기계적 합금화법에 비하여 낮음에도 불구하고, 비교적 낮은 온도에서 빠른 변형률 속도에서 우수한 성형성 (초소성) 을 보인다는 것을, ECAP 처리 후 부품을 성형하기 위한 단조 가공 단계에서 발견했다. As described above, the ECAP treatment step introduces extreme shear stress into the material. When the ECAP treatment is performed, an aggregate structure having fine grains is developed in the processed material. However, when the ECAP treatment is applied only once, most of the grains generated in the material have low grain boundaries rather than high grain boundaries, which is not suitable for implementing the superplasticity described in the prior art. However, as the number of times of repeated ECAP processing increases, the angle between grains changes from low angle to high angle, increasing the fraction of high grain boundary, and the size of internal grain becomes finer, and if it is done more than 4 times, it is about 0.5 micrometer. Ultrafine grains of degree can be obtained. The present inventors have found that the ECAP processing material having such an ultrafine structure has excellent molding at a high strain rate at a relatively low temperature, although the fraction of the high grain boundary of the grain boundary formed therein is lower than that of the conventional powder metallurgy or mechanical alloying. It was found in the forging step to form the part after the ECAP treatment, showing its stiffness (superplasticity).
초소성 가공을 위한 온도가 너무 낮을 경우에는 내부 전위의 이동 속도가 늦어서 초소성이 구현되기 곤란하며 너무 높을 경우에는 결정립 성장이 활발히 일어나 미세 결정립으로 인한 입계 미끄러짐 기구가 제대로 그 기능을 발휘할 수 없기 때문에 적절한 범위의 온도 선택이 필요하다. 상기 알루미늄 6061 이라고 명명된 알루미늄 합금에 대하여 ECAP 공정 후 단조 가공의 온도는 200 ∼ 300℃ 내외가 적당한 온도였으며, AZ31과 AZ61등의 마그네슘 합금 경우에는 250 ∼ 350℃ 내외가 적당한 온도임을 알아내었다.If the temperature for the superplastic processing is too low, it is difficult to realize superplasticity due to the slow moving speed of the internal potential, and if it is too high, the grain growth will actively occur, so that the grain boundary sliding mechanism due to the fine grains cannot function properly. An appropriate range of temperature selection is required. For the aluminum alloy named aluminum 6061, the temperature of forging after the ECAP process was about 200 to 300 ° C., and it was found that the temperature of about 250 to 350 ° C. was suitable for magnesium alloys such as AZ31 and AZ61.
본 발명에 적용될 있는 알루미늄 합금의 조성 범위는 상기 Al 6061의 조성을 포함한 0.15∼0.40% Cu - 0.4∼0.8% Si - 0.3∼1.0% Fe - 0.1∼0.5% Mn - 0.8∼1.2% Mg - 0.05∼0.5% Zn - 0.04∼0.35% Cr 및 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물이 포함된 조성이 바람직하다.The composition range of the aluminum alloy to be applied to the present invention is 0.15 to 0.40% Cu-0.4 to 0.8% Si-0.3 to 1.0% Fe-0.1 to 0.5% Mn-0.8 to 1.2% Mg-0.05 to 0.5 including the composition of Al 6061. Preference is given to compositions comprising% Zn-0.04-0.35% Cr and the balance Al and other unavoidable impurities.
본 발명에 적용될 수 있는 마그네슘 합금은 상기의 AZ31과 AZ61 합금의 조성을 포함한 마그네슘이 중량백분율로 85% 이상 함유되고 알루미늄이 2 ∼ 10%, 아연이 0.5 ∼ 5% 함유되며 나머지 기타 불가피한 잔부가 포함된 조성이 바람직하다.Magnesium alloys that can be applied to the present invention contain 85% or more of magnesium containing the composition of the above-described AZ31 and AZ61 alloys, 2-10% of aluminum, 0.5-5% of zinc, and other remaining unavoidable residues. The composition is preferred.
상기의 온도 범위는 단조하기 전의 다이 온도에도 민감하게 영향받는데, 그 이유는 상기 다이로 단조되는 재료가 열을 빼앗기기 때문이다. 본 발명의 발명자들은 상기와 같은 단조 온도에 대하여 연구한 결과 다이를 예열하지 않고 초소성 가공할 경우에는 알루미늄의 경우에는 400℃ 이상의 온도가 필요한데 이러한 경우에는 상기에서 설명하였듯이 결정립 성장으로 인하여 초소성 효과가 감소하게 된다는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명에서는 초소성을 구현하기 위하여 단조전 다이을 예열하는 과정을 필수 구성요소로 추가하였다. 상기 다이의 예열 온도는 가공되는 재료보다 50℃ 낮은 온도 내지는 가공되는 재료와 동일한 온도의 범위내로 세팅될 수 있다. 이러한 단조 방법을 항온단조라고 한다.The above temperature range is sensitively affected by the die temperature before forging because the material forged into the die loses heat. The inventors of the present invention have studied the forging temperature as described above, in the case of superplastic processing without preheating the die, in the case of aluminum requires a temperature of 400 ℃ or more in this case, as described above, superplastic effect due to grain growth Was found to decrease. Accordingly, in the present invention, the preheating die forging process is added as an essential component in order to realize superplasticity. The preheating temperature of the die may be set within a range of 50 ° C. lower than the material being processed or the same temperature as the material being processed. This method of forging is called constant temperature forging.
(실시예 1)(Example 1)
본 발명에 의한 방법의 효과를 관찰하기 위하여 하기와 같은 실험을 행하였다. 실험대상은 알루미늄 6061재라고 명명된 알루미늄 합금에 대하여 실시하였으며 그 합금은 중량백분율로 0.56% Si - 0.22% Fe - 0.24% Cu - 0.02% Mn - 1.01% Mg - 0.01% Zn - 0.06% Cr 및 잔부 Al을 주(主) 조성으로 포함하고 있었다.In order to observe the effect of the method according to the present invention, the following experiment was conducted. The test subject was conducted on an aluminum alloy named aluminum 6061 material, which alloyed by weight percentage 0.56% Si-0.22% Fe-0.24% Cu-0.02% Mn-1.01% Mg-0.01% Zn-0.06% Cr and balance Al was included as the main composition.
재료는 직경 17mm, 길이 100mm 의 봉상으로 가공되어 실험에 사용되었다. ECAP 처리전 다이 및 재료를 가열하는 단계는 약 80 내지 250℃ 가 적절한데 본 실시예에서는 120℃로 하여 실험에 적용하였다.The material was processed into a rod having a diameter of 17 mm and a length of 100 mm and used for the experiment. The step of heating the die and the material before the ECAP treatment is suitably about 80 to 250 ° C. In this example, 120 ° C. was applied to the experiment.
ECAP 을 실시하는 과정은 상기 소재를 다이의 입구에 삽입한 후 가압하는 것으로 실시되며 재료가 매회 ECAP 다이의 출구를 빠져나오면 다시 입구에 삽입한다. 이 때 입구에 재장입할 때 마다 재료는 장입축을 중심으로 일정한 패턴으로 회전될 수 있는데, 본 실시예에서는 재료의 재장입시마다 장입축을 중심으로 90도씩 회전시키는 방법이 선택되었다.The process of ECAP is performed by inserting the material into the inlet of the die and then pressurizing. When the material exits the outlet of the ECAP die each time, it is inserted into the inlet again. At this time, each time the material is reloaded at the entrance, the material may be rotated in a predetermined pattern around the charging axis. In this embodiment, a method of rotating the material by 90 degrees about the charging axis is selected every time the material is reloaded.
ECAP 이후 재료는 이후 최종 소재의 크기에 맞추어 절단될 수도 있는데, 본 실시예에서는 직경 10mm, 두께 2mm의 동전형상으로 제조하기 위하여 직경 13.75mm, 두께 14.3mm로 절단된 후 단조에 사용되었다.The material after the ECAP may then be cut to fit the size of the final material, in this embodiment was cut to 13.75mm diameter and 14.3mm thickness to produce a coin shape of 10mm in diameter, 2mm in thickness was used for forging.
본 실시예에서는 단조 온도와 다이의 예열온도를 250℃로 하여 실험하였다.In this example, the forging temperature and the preheating temperature of the die were set at 250 ° C.
본 실시예를 종래 기술과 대비하기 위하여 본 실시예에서는 단조 속도를 18mm/min, 즉 초기 변형률 속도를 2×10-2s-1 로 정하여 단조하였다. 각 ECAP 횟수에 따른 결과를 살펴보기 위하여 ECAP 미실시, 1회 실시 및 6회 실시 후의 단조결과를 관찰하고 그 결과를 도 2에 도시하였다.In order to contrast this embodiment with the prior art, the present embodiment was forged by setting the forging speed to 18 mm / min, that is, the initial strain rate to 2 × 10 −2 s −1 . In order to examine the results according to the number of ECAP, the forging result after the non-execution, once and six times was observed, and the results are shown in FIG. 2.
도 2에서 볼 수 있듯이 ECAP을 실시하지 않은 경우에는 시료의 표면에 부분적인 파괴가 일어나서 표면형상이 매끄럽지 못하다는 것을 알 수 있으며, 1회만 실시한 경우에도 실시하지 않은 경우보다는 양호하나 역시 매끄럽지 못한 표면을 얻을 수 밖에 없었다. 그러나 6회 ECAP을 실시한 후에는 표면 형상이 아주 매끄러운 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 도시하지는 않았지만 4회 이상의 ECAP 실시이후에는 모두 6회 ECAP 실시한 결과와 유사하게 양호한 결과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.As can be seen in Figure 2, when the ECAP is not performed, it can be seen that the surface shape is not smooth due to partial destruction of the surface of the sample, and even if only one time, the surface is better than the case where the surface is not smooth. I had to get it. However, after six ECAPs, good results were obtained with very smooth surface shapes. In addition, although not shown, it was found that after four or more ECAPs, all of the results were similar to those of six ECAPs.
상기의 결과를 종래의 기술과 비교하여 보면 종래의 기술 중 빠른 변형률 속도에서 초소성을 구현할 수 있다고 알려진 분말야금법이나 기계적 합금화법과 유사한 변형률속도 조건에서 아주 양호한 결과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.Comparing the above results with the conventional techniques, it can be seen that very good results can be obtained under strain rate conditions similar to those of powder metallurgy or mechanical alloying, which are known to realize superplasticity at high strain rates.
(실시예 2)(Example 2)
마그네슘 합금에 대해서도 상기 알루미늄 합금에 대한 실시예 1과 유사한 실험을 행하였다. 마그네슘 재료의 규격, 실험 방법은 상기 알루미늄 실시예와 동일하나 온도에 따른 재료의 물성치가 달라지므로 각 단계를 적용하는 온도는 마그네슘에 적합하게 변경하여 실시하였다. 사용한 마그네슘 합금은 통상 AZ61 이라고 명명되어진 합금으로 주 조성이 알루미늄, 아연 및 마그네슘이며 이들이 중량비율로 6 : 1 : 96 의 비율로 첨가되어 있으며 나머지 기타 불가피한 잔부가 포함된 합금이었다. An experiment similar to Example 1 for the aluminum alloy was also performed for the magnesium alloy. Specifications and experimental methods of the magnesium material is the same as the aluminum embodiment, but the physical properties of the material is changed according to the temperature, so that the temperature for each step is changed to suit magnesium. Magnesium alloys used were alloys commonly named AZ61, the main composition being aluminum, zinc and magnesium, which were added in a weight ratio of 6: 1: 96 and contained the remaining unavoidable residues.
본 실시예에서는 우선 ECAP 처리전 다이 및 재료를 가열하는 단계의 온도를 300℃로 하여 실시하였다. 그리고 단조 전 다이와 재료를 가열하는 온도는 300℃로 하여 실험에 이용하였다. In this embodiment, first, the temperature of the step of heating the die and the material before the ECAP treatment was performed at 300 ° C. And the temperature which heats the die and material before forging was made into 300 degreeC, and was used for experiment.
본 실시예에 의한 효과를 보다 명확하게 관찰하기 위하여 동일한 형상의 시료에 대하여 동일한 방식으로 6회 ECAP을 실시한 후 원하는 형상의 무늬를 형성시킨 닫힌 다이를 사용하여 단조 성형을 실시하였다. 높이 14mm에서 2mm로 압축되면서 닫힌 다이를 횡으로 채운 결과를 도 3에 나타내었다.In order to more clearly observe the effect of the present embodiment, forging was performed using a closed die in which a pattern of a desired shape was formed after six ECAPs were performed in the same manner on a sample of the same shape. 3 shows the result of horizontally filling the closed die while compressing the height from 14mm to 2mm.
도 3에서 볼 수 있듯이, 단조된 시료는 어떠한 표면 크랙이나 요철도 가지지 않으며 무늬의 형상이 뚜렷하게 표시되는 것을 알 수 있었다. 즉, 상기 시료의 형상 뿐만 아니라 무늬의 미세한 형상까지 뚜렷이 표시되는 것을 보면 시료의 소성변형능력이 매우 탁월하다는 것을 알 수 있고, 또한 단조시 3×10-2s-1로 높은 변형률 속도에도 형상 변형이 용이하다는 것을 볼 때 재료가 우수한 초소성을 가지고 있다는 것을 알 수 있다. 4회이상 ECAP 을 실시한 이후에는 모두 유사하게 이와 같은 우수한 결과를 얻을 수 있었다.As can be seen in Figure 3, the forged sample did not have any surface cracks or irregularities, it was found that the shape of the pattern is clearly displayed. That is, not only the shape of the sample but also the fine shape of the pattern is clearly displayed, indicating that the plastic deformation capacity of the sample is very excellent, and the shape deformation even at a high strain rate at 3 × 10 −2 s −1 during forging. It is seen from this ease that the material has excellent superplasticity. After four or more ECAPs, the results were similar.
본 발명에 의할 경우 주조 잉곳 압출재, 압연재와 같이 흔히 사용되고 있는 재료에 대하여 복잡한 제조 과정없이 저렴하고 간편한 방식의 초소성 가공을 실시할 수 있다.According to the present invention it is possible to perform superplastic processing in a cheap and simple manner without complicated manufacturing process for materials commonly used such as cast ingot extrusion material, rolled material.
도 1은 ECAP 처리를 위한 다이의 형상을 나타내는 개략도1 is a schematic diagram showing the shape of a die for an ECAP process
도 2는 6061 알루미늄 소재에 대하여 본 발명에 따른 방법을 적용하여 초소성 가공을 실시하였을 경우 ECAP 실시횟수에 따른 가공형상도Figure 2 is a machining geometry according to the number of times ECAP is carried out when the superplastic processing by applying the method according to the invention for 6061 aluminum material
도 3은 AZ31 마그네슘 소재에 대하여 본 발명에 따른 방법을 적용하였을 경우의 가공형상도3 is a schematic view of the workpiece when AZ31 magnesium material is applied to the method according to the present invention.
(부호의 설명)(Explanation of the sign)
1 : 압입봉 2 : 곡률각1 indentation bar 2 curvature angle
3 : 굴곡부위 4 : 재료3: bend part 4: material
5 : 입구 6 : 출구5: entrance 6: exit
Claims (6)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109908408A (en) * | 2019-03-18 | 2019-06-21 | 何煜冰 | A kind of preparation method and application of the pure Zinc material of human body degradable biological |
| US10851447B2 (en) | 2016-12-02 | 2020-12-01 | Honeywell International Inc. | ECAE materials for high strength aluminum alloys |
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2004
- 2004-05-03 KR KR1020040031092A patent/KR20050105825A/en not_active Application Discontinuation
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| US11248286B2 (en) | 2016-12-02 | 2022-02-15 | Honeywell International Inc. | ECAE materials for high strength aluminum alloys |
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