KR20150052895A - 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법 - Google Patents
마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법에 관한 것으로, 상세하게는 마그네슘 합금 가공재에 가공방향과 평행한 방향으로 압축변형을 가하여 {10-12} 쌍정을 형성시키는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1의 마그네슘 합금 가공재를 180 내지 300 ℃의 온도에서 열처리하는 단계(단계 2);를 포함하는 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상방법은 마그네슘 합금 가공재에 상기 가공재의 변형방향과 평행한 방향으로 압축변형을 가하고 열처리를 수행함으로써, 압축변형으로 인해 발생된 쌍정 내의 잔류 인장응력을 제거하여 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명에 따른 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상방법은 마그네슘 합금 가공재에 상기 가공재의 변형방향과 평행한 방향으로 압축변형을 가하고 열처리를 수행함으로써, 압축변형으로 인해 발생된 쌍정 내의 잔류 인장응력을 제거하여 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율을 향상시키는 효과가 있다.
Description
본 발명은 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법에 관한 것으로, 상세하게는 가공재의 변형방향과 평행한 방향으로 압축변형을 가하고 열처리를 수행하여 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
마그네슘은 밀도가 1.74g/㎝3 로 알루미늄 및 철강을 포함하는 구조용 금속 중에서 최소의 밀도를 가지는 가장 가벼운 금속이다.
또한, 비강도가 높고, 기계가공성이 뛰어나며, 진동흡수능, 전자파 차폐성 등이 우수한 특징이 있고, 지구상 여덟번째로 풍부한 원소로서 지구상의 약 2.7 %를 차지하며, 특히 바닷물의 0.13 %가 마그네슘으로 구성되어 있으므로 자원이 무한히 제공된다고 할 수 있다. 나아가, 재활용이 용이하여 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.
한편, 마그네슘 합금의 강도 향상 방법과 관련된 종래의 기술로서, 대한민국 등록특허 제10-0385132호는 마그네슘-아연합금의 강도 향상방법이 개시된 바 있다.
구체적으로는, 순수 마그네슘(Mg) 및 이에 첨가된 아연(Zn)으로 구성된 Ms-Zn 합금에 있어서, 상기 Mg-Zn 합금에 Ag 1∼3wt.%를 용탕온도 690℃∼710℃인 상태에서 첨가하여 용해하는 제 1 단계; 제 1 단계를 거친 Mg-Zn 합금을 350℃∼400℃에서 12시간 동안 균질화 처리하는 제 2 단계; 제 2 단계를 거친 Mg-Zn 합금을 압출가공하는 제 3 단계를 포함하며, Mg-Zn 합금의 결정립도는 제 1 단계 내지 제 3단계의 과정을 거치면서, 제 1 단계 과정을 거치기 전의 Mg-Zn 합금에 비하여 1/3 크기로 미세화되어 경도 및 강도가 향상되는 Mg-Zn 합금의 강도 향상 방법이 개시된 바 있다. 그러나, 상기 마그네슘 합금의 강도 향상방법은, 이미 가공된 마그네슘 합금 가공재에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0558085호는 결정립 미세화를 통해 마그네슘 합금의 강도를 증가시키는 방법이 개시된 바 있다.
구체적으로는, 마그네슘 합금의 연성을 증가시키는 동시에 그로 인하여 발생되는 강도저하를 억제하기 위한 마그네슘 합금의 제조방법에 있어서, 마그네슘 합금 및 ECAP 가공을 위한 다이를 280 ~ 350℃로 가열하는 과정 I, 마그네슘 합금에 대해 ECAP 가공하는 과정 II, 마그네슘 합금 및 ECAP 가공하기 위한 다이를 200 ~ 250℃ 사이로 예열하는 과정 III, 및 마그네슘 합금에 대해 ECAP 가공하는 과정 IV 를 포함하고, 상기 과정 I 및 과정 II를 1회 내지 2회 반복 한 이후 상기 과정 III 및 과정 IV를 2회이상 반복하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 ECAP 처리시 결정립 미세화를 통한 마그네슘 합금의 강도 확보 방법이 개시된 바 있다.
그러나, 상기 방법으로 마그네슘 합금의 강도를 증가시키는 경우, ECAP 가공을 위한 장치를 별도로 사용해야 하며, 역시 이미 가공된 재료의 강도를 증진시킬 수 없는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 마그네슘 합금 가공재 기계적 강도 및 연신율을 향상시키기 위한 연구를 수행하던 중, 마그네슘 합금 가공재에 상기 가공재의 변형방향과 평행한 방향으로 압축변형을 가하고 열처리를 수행함으로써, 압축변형으로 인해 발생된 쌍정 내의 잔류 인장응력을 제거하여 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율을 향상시키는 방법을 개발하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은,
마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은,
상기 방법으로 제조되는 기계적 강도 및 연신율이 향상된 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 방향으로 압축변형을 가하여 {10-12} 쌍정을 형성시키는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1의 마그네슘 합금 가공재를 180 내지 300 ℃의 온도에서 열처리하는 단계(단계 2);를 포함하는 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
상기 방법으로 제조되는 기계적 강도 및 연신율이 향상된 마그네슘 합금 가공재를 제공한다.
나아가, 본 발명은,
상기 마그네슘 합금 가공재를 포함하는 자동차용 부품을 제공한다.
본 발명에 따른 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상방법은 마그네슘 합금 가공재에 상기 가공재의 변형방향과 평행한 방향으로 압축변형을 가하고 열처리를 수행함으로써, 압축변형으로 인해 발생된 쌍정 내의 잔류 인장응력을 제거하여 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 대조군, 비교예 2 및 실시예 3, 4에서 제조된 마그네슘 합금 가공재의 응력-변형률 및 가공 경화율-변형률 그래프이고,
도 2는 비교예 2 및 실시예 4의 인장테스트 후, 전자 후방 산란 회절(EBSD, electron back scattered diffraction) 감지기를 이용하여 집합조직을 관찰한 사진이고,
도 3은 비교예 2 및 실시예 4의 인장테스트 후, 집합조직의 분율을 나타낸 그래프이고,
도 4는 비교예 2 및 실시예 4의 변형 상태에서의 활동응력의 변화를 나타낸 그래프이다.
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도 3은 비교예 2 및 실시예 4의 인장테스트 후, 집합조직의 분율을 나타낸 그래프이고,
도 4는 비교예 2 및 실시예 4의 변형 상태에서의 활동응력의 변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명은
마그네슘 합금 가공재에 가공방향과 평행한 방향으로 압축변형을 가하여 {10-12} 쌍정을 형성시키는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1의 마그네슘 합금 가공재를 180 내지 300 ℃의 온도에서 열처리하는 단계(단계 2);를 포함하는 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법에 있어서, 상기 단계 1은 마그네슘 합금 가공재에 가공방향과 평행한 방향으로 압축변형을 가하여 {10-12} 쌍정을 형성시키는 단계이다.
쌍정(twin)이란, 2개의 동종 결정이 하나의 평면을 대칭면으로 하거나 하나의 직선을 2회 대칭축으로서 결합해 있는 것을 말한다.
마그네슘 합금 가공재에 압축변형을 가하여 {10-12} 쌍정을 형성시키는 경우, 상기 쌍정이 형성된 집합조직을 제어함으로써 후속 가공을 통해 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서, 본 발명에서는 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율를 향상시키기 위하여 마그네슘 합금 가공재에 압축 변형을 가하여 쌍정을 형성시킨다.
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.
이때, 상기 단계 1은 마그네슘 합금 가공재에 압축변형을 가하여 수행될 수 있으며, 상기 압축변형은 마그네슘 합금 가공재의 가공방향과 평행한 방향으로 수행할 수 있다. 상기 마그네슘 합금 가공재의 가공은 압출 또는 압연으로 수행될 수 있으나, 상기 마그네슘 합금 가공재의 가공 방법이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기와 같이 마그네슘 합금 가공재의 압연면 또는 압출방향에 대해 수평한 방향으로 압축변형을 수행하는 경우, 결정립의 c축이 인장되는 응력상태가 되어 {10-12} 쌍정이 쉽게 발생할 수 있다.
반면에, 마그네슘 합금 가공재의 압연면 또는 압출방향에 대하여 수평한 방향으로 인장응력이 가해지는 경우에는 {10-12} 쌍정이 발생하기 어렵다.
한편, 상기 압축변형은 1 ~ 10 % 범위의 변형량으로 수행될 수 있고, 바람직하게는 3 내지 10 % 범위의 변형량으로 수행될 수 있다.
만약, 상기 압축변형이 1 % 미만의 변형량으로 수행되는 경우에는 {10-12} 쌍정을 형성시키기 어려운 문제점이 발생할 수 있고, 상기 압축변형이 10 % 초과의 변형량으로 수행되는 경우에는 {10-12} 쌍정이 이미 10 % 압축변형에 포화되기에 더 이상의 향상 효과를 기대할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 단계 1의 마그네슘 합금 가공재를 180 내지 300 ℃의 온도에서 열처리하는 단계이다.
상기 단계 2의 단계 1에서 생성된 집합조직인 쌍정을 열처리를 통하여 조절함으로써, 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율를 향상시키는 단계이다.
상기 단계 2의 열처리를 통해서, {10-12} 쌍정을 이용한 집합조직을 효과적으로 제어할 수 있다.
상기와 같이 마그네슘 합금 가공재를 압축 변형을 수행한 후, 열처리를 수행하면 쌍정 내의 잔류 인장응력이 제거되고 압축변형에 의해 발생된 전위 또한 제거된다. 이로써, 쌍정분리 응력이 증가되고, 동시에 기저면 슬립의 활동 응력은 감소된다.
이와 같이, 쌍정 분리응력이 증가되면 쌍정 분리 활동이 억제되고, 반면에, 기저면 슬립의 활동 응력은 감소되기 때문에 쌍정 부분의 기저면 슬립 활동은 활발해진다.
이러한 기저면 슬립은 마그네슘 합금 가공재의 변형에 기여하기 때문에 마그네슘 합금 가공재의 연신율이 향상되면서도, 쌍정 분리 활동이 억제되기 때문에 항복 강도 및 인장강도는 동시에 향상되는 효과가 있다.
이때, 상기 단계 2의 열처리는 180 내지 300 ℃의 온도에서 수행할 수 있다.
만약, 상기 단계 2의 열처리를 180 ℃ 미만의 온도에서 수행하는 경우에는 쌍정 내의 잔류 인장응력의 제거가 이루어지지 않아 기계적 강도 및 연신율이 향상되는 효과가 미미한 문제점이 있고, 상기 단계 2의 열처리를 300 ℃ 초과의 온도에서 수행하는 경우에는 재결정이 발생하여 쌍정의 효과가 사라지는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 단계 2의 열처리는 10 내지 500 분 동안 수행할 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 150 분 동안 수행할 수 있다.
만약, 상기 단계 2의 열처리를 10 분 미만의 시간 동안 수행하는 경우에는 쌍정 내의 잔류 인장응력의 제거가 이루어지지 않아 기계적 강도 및 연신율이 향상되는 효과가 미미한 문제점이 있고, 상기 단계 2의 열처리를 500 분 미만의 시간 동안 수행하는 경우에는 재결정이 발생하여 쌍정의 효과가 사라지는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법에 있어서, 상기 기계적 강도는 인장강도일 수 있다.
상기와 같이, 마그네슘 합금 가공재의 가공방향에 따라 압축변형을 실시하여 쌍정을 형성하고, 형성된 쌍정의 잔류 인장응력을 열처리를 통해 제거함으로써, 마그네슘 합금 가공재의 인장강도, 또는 연신율, 또는 이들 모두를 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 상기 단계 2의 열처리된 마그네슘 합금 가공재는 69 MPa 이상의 항복강도를 가지거나, 13.0 % 이상의 연신율을 가지거나, 250 MPa 이상의 인장강도를 가질 수 있으며, 상기의 모든 기계적 강도 및 연신율을 동시에 만족할 수도 있다.
또한, 본 발명은
상기 방법으로 제조되는 기계적 강도 및 연신율이 향상된 마그네슘 합금 가공재를 제공한다.
주조재를 응용한 마그네슘 합금 가공재는 강도와 같은 기계적 성질 및 연신율이 취약한 것으로 알려져 있다.
본 발명에서는, 이러한 마그네슘 합금 가공재를 가공방향에 따라 압축하고, 이를 열처리하는 간단한 공정으로 마그네슘 가공재의 인장강도와 같은 기계적 강도 및 연신율을 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 발명은
상기 마그네슘 합금 가공재를 포함하는 자동차용 부품을 제공한다.
본 발명의 제조방법에 따라 제조되는 마그네슘 합금 가공재는 기계적 강도 및 연신율이 향상되므로, 이러한 마그네슘 합금 가공재를 자동차용 부품으로 사용하는 경우, 마그네슘의 특성상 자동차의 차체 무게가 감소되면서도 높은 기계적 강도 및 연신율을 갖는 자동차를 제조할 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>
단계 1: 상용 열간압연된 AZ31 마그네슘 합금(Al 3.6 %, Zn 1.0 %, Mn 0.5 %) 가공재를 가공재의 압연면과 평행한 방향을 축으로 하여 3 %의 변형률로 압축변형을 수행하였다.
단계 2: 상기 압축변형이 수행된 가공재를 200 ℃의 온도에서 30 분간 열처리를 수행하여 기계적 강도 및 연신율이 향상된 마그네슘 합금 가공재를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1의 단계 2에서 120 분간 열처리하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 기계적 강도 및 연신율이 향상된 마그네슘 합금 가공재를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1의 단계 1에서 5 %의 변형률로 압축변형을 수행하고, 단계 2에서 250 ℃의 온도에 60 분간 열처리를 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 기계적 강도 및 연신율이 향상된 마그네슘 합금 가공재를 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 3의 단계 2에서 300 ℃의 온도에서 열처리하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 수행하여 기계적 강도 및 연신율이 향상된 마그네슘 합금 가공재를 제조하였다.
<실시예 5>
상기 실시예 1의 단계 1에서 6 %의 변형률로 압축변형을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 기계적 강도 및 연신율이 향상된 마그네슘 합금 가공재를 제조하였다.
<실시예 6>
상기 실시예 2의 단계 1에서 6 %의 변형률로 압축변형을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 기계적 강도 및 연신율이 향상된 마그네슘 합금 가공재를 제조하였다.
<비교예 1>
상용 열간압연된 AZ31 마그네슘 합금(Al 3.6 %, Zn 1.0 %, Mn 0.5 %)가공재를 가공재의 압연면과 평행한 방향을 축으로 하여 3 %의 변형률로 압축변형을 수행하여 마그네슘 합금 가공재를 제조하였다.
<비교예 2>
상기 비교예 1에서 5 %의 변형률로 압축변형을 수행한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 수행하여 마그네슘 합금 가공재를 제조하였다.
<비교예 3>
상기 비교예 1에서 6 %의 변형률로 압축변형을 수행한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 수행하여 마그네슘 합금 가공재를 제조하였다.
| 구분 | 압축변형 (%) |
열처리 | |
| 온도() | 시간(분) | ||
| 실시예 1 | 3 | 200 | 30 |
| 실시예 2 | 3 | 200 | 120 |
| 실시예 3 | 5 | 250 | 60 |
| 실시예 4 | 5 | 300 | 60 |
| 실시예 5 | 6 | 200 | 30 |
| 실시예 6 | 6 | 200 | 120 |
| 대조군 | - | - | - |
| 비교예 1 | 3 | - | - |
| 비교예 2 | 5 | - | - |
| 비교예 3 | 6 | - | - |
<실험예 1> 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 관찰
상기 실시예 1 내지 6, 대조군, 비교예 1 내지 3에서 제조된 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율을 관찰하기 위해, INSTRON 8801 시험기계를 사용하여 5.0×10-3s-1의 변형률로 상온에서 인장테스트를 실시하고 그 결과를 표 2 및 도 1, 4에 도시하였다.
| 구분 | 기계적 강도 및 연신율 | ||
| 항복강도(MPa) | 인장강도(MPa) | 연신율(%) | |
| 실시예 1 | 69 | 255 | 15.0 |
| 실시예 2 | 71 | 253 | 16.8 |
| 실시예 3 | 75 | 250 | 14.4 |
| 실시예 4 | 68 | 257 | 16.8 |
| 실시예 5 | 79 | 261 | 13.0 |
| 실시예 6 | 78 | 266 | 13.8 |
| 대조군 | 149 | 250 | 13.2 |
| 비교예 1 | 39 | 252 | 11.8 |
| 비교예 2 | 56 | 261 | 10.8 |
| 비교예 3 | 65 | 276 | 9.4 |
표 2에 나타낸 바와 같이, 마그네슘 합금 가공재를 압축변형하고 열처리를 실시한 실시예 1 내지 6의 경우, 압축변형 및 열처리 모두가 수행되지 않은 대조군과 비교하여 인장강도 및 연신율이 대체적으로 향상된 것을 확인할 수 있다.
또한, 항복강도의 경우, 압축변형만이 수행된 비교예 1 내지 3과 비교하여, 열처리까지 수행된 실시예 1 내지 6이 1 내지 14 MPa 정도 더욱 높은 수치를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 마그네슘 합금 가공재를 압축변형하고 열처리를 수행하는 경우 쌍정이 생성되고 상기 쌍정 사이의 잔류 인장응력이 제거됨으로써 인장강도 및 연신율이 향상됨을 확인할 수 있다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 응력-변형률 그래프에서 압축변형만 수행한 비교예 2의 경우 전형적인 S자 모양의 곡선을 나타내고, 열처리를 수행한 실시예 3 및 4의 경우에도 S자 모양의 곡선을 나타내나, 실시예 3 및 4는 항복강도가 눈에 띄게 증가하며 비교예 2의 경우보다는 S자 모양이 완화된 것을 확인할 수 있다.
가공경화율-변형률 그래프에서는 열처리를 실시한 실시예 3 및 4의 경우 비교예 2의 경우 보다 다소 피크가 늦게 나타나며, 또한 피크의 값도 감소하는 것으로 나타났다.
이를 통해, 압축변형만 수행한 경우보다 열처리를 수행하는 경우 마그네슘 합금 가공재의 항복강도가 증가함을 알 수 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 마그네슘 합금 가공재의 결정립의 c축은 압연방향(RD)으로부터 수직방향(TD)을 향해 ±30 °의 각도를 향하고 있다. 기저면 슬립과 쌍정분리는 상기 각도 내에서 경쟁하여, 상기 두 가지의 변형 상태는 비교예 2와 실시예 4 모두의 변형, 특히 초기 변형에 기여한다.
기저면 슬립 및 쌍정분리의 활동 응력은 쌍정이 형성되지 않은 영역의 프리즘 슬립의 활동응력에 비해 매우 작으며, 이는 또한 쌍정분리로부터 기저면 슬립으로의 주된 변형 상태의 전환이 특정한 각도에서 일어남을 알 수 있다.
비교예 2는 22°에서, 즉, 쌍정 분리는 0 내지 22°사이의 쌍정 부분의 주된 변형 상태이고, 반면, 기저면 슬립은 22°이상의 각도에서 지배적이다.
반면, 실시예 4에서는 열처리를 통한 쌍정 내 잔류 인장 응력 및 전위의 제거로 인해 쌍정 분리 응력을 증가시키고, 동시에 기저면 슬립의 활동응력은 감소시켜, 주된 변형 상태의 전환은 10°이하의 낮은 각도에서 눈에 띄게 나타난다.
이를 통해, 쌍정분리 활동은 실시예 4의 마그네슘 합금 가공재의 변형에서는 지연되며, 결과적으로 쌍정 부분의 기저면 슬립 활동은 향상되고 연장되어 변형에 기여함을 알 수 있고, 열처리에 의해 쌍정 분리 활동이 지연되어 기계적 강도 및 연신율이 향상함을 알 수 있다.
<실험예 2> 집합조직 분석에 따른 기계적 강도 및 연신율 관찰
상기 비교예 2 및 실시예 4에서 제조된 마그네슘 합금 가공재의 집합조직을 분석하기 위해, INSTRON 8801 시험기계를 사용하여 2 % 및 5 %의 변형률로 상온에서 인장테스트를 실시한 후, 전자 후방 산란 회절(EBSD, electron back scattered diffraction) 감지기를 이용하여 집합조직을 분석하고, 그 결과를 도 2 및 도 3에 도시하였다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 2의 경우, 2 %의 변형률로 인장시험을 실시한 경우 쌍정 부피 분율(Vf)이 19.5 % 에서 4.9 %로 14.6 %가 감소하여 대부분의 쌍정이 사라진 반면, 실시예 4의 경우에는 19.9 % 에서 11.5 %로 8.4 %의 적은 감소율을 나타내며, 상당량의 쌍정이 남아있는 것을 알 수 있다.
5 %의 변형률로 인장시험을 실시한 경우에도, 비교예 2의 경우 쌍정 부피 분율(Vf)이 17.4 %가 감소하여 쌍정 분리가 거의 모두 일어난 반면, 실시예 4의 경우는 14.4 %가 감소하여 비교예 2 보다 적은 감소폭을 보이며, 여전히 쌍정 부분이 남아있는 것을 알 수 있다.
이를 통해, 초기 변형에서의 쌍정분리 활동이 열처리로 인해 지연되며, 이로 인해 압축변형 후 열처리를 수행하는 경우 쌍정분리 활동이 지연됨으로써 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율이 증가함을 알 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 2 %의 인장시험 후에는, 비교예 2가 실시예 4 보다 훨씬 많은 양의 쌍정이 분리되었음을 알 수 있다.
비교예 2 및 실시예 4 모두에서, 쌍정분리된 분율은 c축과 하중 축(loading axis) 사이의 각도에 의존하며, 각도가 증가할수록 점진적으로 쌍정분리된 분율이 감소하는 것을 확인할 수 있고, 이를 통해 쌍정분리는 c축과 하중 축 사이의 각도가 높을수록 어려워짐을 알 수 있다.
게다가, 비교예 2의 25° 및 실시예 4의 10°에서 쌍정분리된 분율은 급격히 떨어지고, 이를 통해 쌍정분리에서 기저면 슬립으로의 주된 변형의 전환이 상기 각도에서 발생함을 알 수 있다.
이를 통해, 쌍정분리에 수용된 변형이 쌍정 부피 분율에 비례한다는 것을 알 수 있고, 이는 열처리에 의해 쌍정부분의 향상되고 연장된 기저면 슬립활동이 연신율을 향상시킴을 알 수 있다.
결과적으로, 열처리를 통해 {10-12} 쌍정을 이용한 집합조직을 효과적으로 제어할 수 있음을 알 수 있다.
열처리를 수행하면 쌍정 내의 잔류 인장응력이 제거되고 압축변형에 의해 발생된 전위 또한 제거된다. 이로써, 쌍정분리 응력이 증가되고, 동시에 기저면 슬립의 활동 응력은 감소된다.
이와 같이, 쌍정 분리응력이 증가되면 쌍정 분리 활동이 억제되고, 반면에, 기저면 슬립의 활동 응력은 감소되기 때문에 쌍정 부분의 기저면 슬립 활동은 활발해진다.
이러한 기저면 슬립은 마그네슘 합금 가공재의 변형에 기여하기 때문에 마그네슘 합금 가공재의 연신율이 향상되면서도, 쌍정 분리 활동이 억제되기 때문에 항복 강도 및 인장강도는 동시에 향상되는 효과가 있다.
Claims (11)
- 마그네슘 합금 가공재에 가공방향과 평행한 방향으로 압축변형을 가하여 {10-12} 쌍정을 형성시키는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1의 마그네슘 합금 가공재를 180 내지 300 ℃의 온도에서 열처리하는 단계(단계 2);를 포함하는 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 기계적 강도는 인장강도인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 가공재의 가공은 압출 또는 압연의 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 1의 압축변형은 1 ~ 10 % 범위의 변형량으로 수행되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 1의 압축변형은 3 ~ 10 % 범위의 변형량으로 수행되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 2의 열처리를 통해 상기 단계 1에서 형성된 쌍정 내의 잔류 인장응력을 제거함으로써 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율이 향상되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 2의 열처리된 마그네슘 합금 가공재는 69 MPa 이상의 항복강도를 갖는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 2의 열처리된 마그네슘 합금 가공재는 13.0 % 이상의 연신율을 갖는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 2의 열처리된 마그네슘 합금 가공재는 250 MPa 이상의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법.
- 제1항의 방법으로 제조되는 기계적 강도 및 연신율이 향상된 마그네슘 합금 가공재.
- 제10항의 마그네슘 합금 가공재를 포함하는 자동차용 부품.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020130134004A KR20150052895A (ko) | 2013-11-06 | 2013-11-06 | 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020130134004A KR20150052895A (ko) | 2013-11-06 | 2013-11-06 | 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법 |
Publications (1)
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|---|---|
| KR20150052895A true KR20150052895A (ko) | 2015-05-15 |
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| KR1020130134004A KR20150052895A (ko) | 2013-11-06 | 2013-11-06 | 마그네슘 합금 가공재의 기계적 강도 및 연신율 향상 방법 |
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|---|---|
| KR (1) | KR20150052895A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106637010A (zh) * | 2017-01-12 | 2017-05-10 | 西南大学 | 一种改变镁合金中析出相取向的方法 |
| KR20190036725A (ko) * | 2017-09-28 | 2019-04-05 | 한국기계연구원 | 전연신율이 향상된 마그네슘 합금 판재의 제조 방법 |
| KR20210130452A (ko) * | 2020-04-22 | 2021-11-01 | 경북대학교 산학협력단 | 시효처리 시간의 단축을 위한 공정을 포함하는 고강도 석출 경화형 Mg-Al계 마그네슘 합금 가공재의 제조방법 |
-
2013
- 2013-11-06 KR KR1020130134004A patent/KR20150052895A/ko active Search and Examination
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| KR20190036725A (ko) * | 2017-09-28 | 2019-04-05 | 한국기계연구원 | 전연신율이 향상된 마그네슘 합금 판재의 제조 방법 |
| KR20210130452A (ko) * | 2020-04-22 | 2021-11-01 | 경북대학교 산학협력단 | 시효처리 시간의 단축을 위한 공정을 포함하는 고강도 석출 경화형 Mg-Al계 마그네슘 합금 가공재의 제조방법 |
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