KR20170043038A - 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법 및 이에 의한 금속 판재 - Google Patents

조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법 및 이에 의한 금속 판재 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시 예는 극미세화되고 평면이방성이 감소된 미세조직을 구비하여 기계적 특성과 가공성이 우수한 금속 판재 제조방법 및 이에 의한 금속 판재를 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법은 (ⅰ) 금속재료 및 다이를 준비하는 단계, (ⅱ) 금속재료가 다이를 통과하도록 하여 등통로각압축공정(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)을 수행하는 단계, (ⅲ) 상기의 (ⅱ)단계를 반복 수행하여 압축금속재료를 획득하는 단계 및 (ⅳ) 압축금속재료를 압출하여 금속판재를 획득하는 단계를 포함한다.

Description

조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법 및 이에 의한 금속 판재{A metal plate with reduced planar anisotropy by control of microstructure and a metal plate thereof}
본 발명은 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법 및 이에 의한 금속 판재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극미세화되고 평면이방성이 감소된 미세조직을 구비하여 기계적 특성과 가공성이 우수한 금속 판재 제조방법 및 이에 의한 금속 판재에 관한 것이다.
최근 가공 기술의 발달에 따라, 금속으로 복잡한 형상을 제조하는 경우가 증가하고 있는 추세이다. 하지만, 금속은 재료의 구조적 특성 제어와 미세하고 균일한 조직의 형성을 위한 조직제어가 용이하지 않아, 기계적 물성 및 성형성이 취약하다는 단점을 갖고 있다. 따라서, 이를 극복하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있으며, 특히 합금 개발 및 열처리, 미세조직 제어를 통해 성형성 향상을 위한 연구가 진행되고 있는 실정이다. 그 중 미세조직 제어 연구는 등통로각압축공정(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)을 적용하여 금속 조직의 극미세 조직을 얻음으로써, 기계적 특성과 성형성을 향상시키는 연구가 있다.
대한민국 특허 제10-0587536호(발명의 명칭: 동일단면의 금속소재를 연속으로 전단변형하는 ＥＣＡＰ 공정용 금형과 상기 금형을 포함하는 금속소재 가공장치, 이하 종래기술1이라 한다.)에서는, 금속소재가 이동 가능하도록 임의의 각도로 교차한 2개의 채널을 갖되, 상기 채널이 교차하는 교차부위의 내측 곡면 및 외측 곡면의 중심각과 반지름(곡률 반경)이 소정의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 동일 단면의 금속소재를 연속으로 전단변형시키는 ECAP 공정용 금형이 개시되어 있다.
상기 종래기술1의 등통로각압축공정(ECAP)에 의해 생산된 금속은 그 크기에 한계가 있어 가공성이 떨어지고, 단품 소재로써 양산 적용에 어려움이 있다는 제1문제점을 갖는다.
그리고, 상기 종래기술1은, 등통로각압축공정(ECAP)을 반복수행하기는 하나, 온도 조건 등이 특정되지 않아, 금속의 기계적 성질을 향상시키는데 한계가 있다는 제2문제점을 갖는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, (ⅰ) 금속재료 및 다이를 준비하는 단계; (ⅱ) 상기 금속재료가 상기 다이를 통과하도록 하여 등통로각압축공정(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)을 수행하는 단계; (ⅲ) 상기 (ⅱ)단계를 반복 수행하여 압축금속재료를 획득하는 단계; 및 (ⅳ) 상기 압축금속재료를 압출하여 금속판재를 획득하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 금속재료는, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 금속재료는, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 리튬(Li), 망간(Mn) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택되는 둘 이상의 금속으로 형성되는 합금일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅲ)단계에서, 상기 (ⅱ)단계의 등통로각압축공정(ECAP)은 1번 내지 8번 반복 수행될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅱ)단계에서, 상기 다이 입구의 축선과 상기 다이 출구의 축선이 이루는 채널각은 90° 내지 135°이며, 상기 다이의 곡률각이 0° 내지 90° 사이일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅱ)단계의 상기 금속재료는, 10℃ 내지 1000℃의 온도범위에서 유지될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅱ)단계의 상기 다이는, 10℃ 내지 450℃의 온도범위에서 유지될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅳ)단계는, 대칭압출일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅳ)단계는, 비대칭압출일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅳ)단계 이 후, 상기 (ⅳ)단계의 압출공정을 반복 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅳ)단계의 압출은, 압출비가 2 내지 200%일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅳ)단계의 압출공정은, 10℃ 내지 1200℃의 온도범위에서 수행될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅳ)단계의 압출공정이 완료된 금속판재는, 5분(min) 내지 24시간(Hr) 간 열처리될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 열처리는, 100℃ 내지 1000℃의 온도범위에서 수행될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, 본 발명의 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법을 이용하여 제조된 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재를 제공한다.
본 발명은, 등통로각압축공정(ECAP)을 통해 미세조직 제어된 금속을 장선화가 가능한 압출공정에 적용하여 압출판재를 얻음으로써, 가공성이 향상되고 양산 적용이 가능하다는 제1효과를 갖는다.
또한, 본 발명은, 등통로각압축공정(ECAP) 및 압출공정에 온도 조건 등의 공정조건을 한정하여, 금속의 평면이방성을 저감시켜 기계적 성질을 향상시킬 수 있다는 제2효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은, 등통로각압축공정(ECAP) 및 압출공정의 공정 횟수 등의 조절을 통해 금속의 조직을 제어하여 금속의 물성을 제어할 수 있다는 제3효과를 갖는다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 등통로각압축공정(ECAP)의 실시도이다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 대칭압출공정의 실시도이다.
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 비대칭압출공정의 실시도이다.
도4는 본 발명의 실시 예에 따른 인장 시험에 대한 그래프이다.
도5는 본 발명의 실시 예에 따른 r-value 그래프이다.
도6은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 판재의 단면에 대한 비교 SEM이미지이다.
도7은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 판재의 단면 일부위에 대한 비교 SEM이미지이다.
도8은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 판재의 단면 일부위에 대한 비교 SEM이미지이다.
도9은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 판재의 표면 일부위에 대한 비교 SEM이미지이다.
도10은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 판재의 표면 일부위에 대한 비교 SEM이미지이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 등통로각압축공정(ECAP)의 실시도이고, 도2는 본 발명의 실시 예에 따른 대칭압출공정의 실시도이며, 도3은 본 발명의 실시 예에 따른 비대칭압출공정의 실시도이다.
이하, 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
첫째 단계에서, 금속재료(31) 및 다이(10)를 준비할 수 있다.
여기서, 금속재료(31)는, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속일 수 있다.
또한, 금속재료(31)는, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 리튬(Li), 망간(Mn) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택되는 둘 이상의 금속으로 형성되는 합금일 수 있다.
또한, 금속재료(31)는, 철(Fe), 구리(Cu) 및 크롬(Cr)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속일 수 있다.
또한, 금속재료(31)는, 철(Fe)을 포함하는 합금일 수 있다.
또한, 금속재료(31)는, 구리(Cu)를 포함하는 합금일 수 있다.
그리고, 금속재료(31)는, 크롬(Cr)을 포함하는 합금일 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는, 상기의 금속 또는 합금이 금속재료(31)로 사용 가능하다고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 금속 판재 제조방법은, 금속재료(31)의 연성을 증가시키고, 금속재료(31) 조직의 평면이방성을 저감시킬 수 있다.
여기서, 금속재료(31)와 다이(10)는, 금속재료(31)의 취성에 의한 파괴를 예방하고 가공성을 향상시키기 위하여, 각각 100℃ 내지 1000℃의 온도범위에서 예열될 수 있으며, 10분 내지 24시간 유지될 수 있다.
둘째 단계에서, 금속재료(31)가 다이(10)를 통과하도록 하여 등통로각압축공정(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)을 수행할 수 있다.
도1에서 보는 바와 같이, 등통로각압축공정(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)은, 입구와 출구가 동일한 형상이며, 펀치(20)에 의한 힘으로 중간에 굴곡진 부위를 가지는 채널에 재료를 통과시켜서 재료의 최종 형상은 변경되지 않지만 상기의 굴곡진 부위에서 심한 전단 변형을 받음으로써 내부에 강한 집합조직을 형성시키는 기술이다. 이러한 등통로각압축공정(ECAP)을 거친 금속재료는, 기계 가공을 실시할 수 있을 정도로 연성 등이 현저히 향상될 수 있다.
둘째 단계에서, 다이(10) 입구의 축선과 다이(10) 출구의 축선이 이루는 채널각(41)은 90° 내지 135°이며, 다이(10)의 곡률각(42)이 0° 내지 90° 사이일 수 있다.
채널각(41)이 90°미만이면, 금속재료(31)의 다이(10) 통과가 불가능할 수 있고, 채널각(41)이 135°초과이면, 전단변형력이 불충분하여 금속재료(31)의 연성 등 기계적 성질이 본 발명에서 요구되는 수준으로 향상되지 않을 수 있다.
다이(10)의 곡률각(42)이 0° 내지 90° 사이인 경우, 금속재료(31) 전체가 전단변형력을 받을 수 있고, 또한 다이(10)를 원할하게 통과할 수 있다.
둘째 단계의 금속재료(31)는, 10℃ 내지 1000℃의 온도범위에서 유지될 수 있다.
금속재료(31)가 10℃미만이면, 등통로각압축공정(ECAP) 수행 중에 금속재료(31)의 취성에 의하여 금속재료(31)가 파괴될 수 있고, 금속재료(31)가 1000℃초과이면, 금속재료(31)에서 재결정이 일어나 금속재료(31)의 결정립이 조대화되거나 집합조직이 발달하기 어려울 수 있다.
둘째 단계의 다이(10)는, 10℃ 내지 450℃의 온도범위에서 유지될 수 있다.
다이(10)의 온도가 10℃미만이면, 등통로각압축공정(ECAP) 수행 중 금속재료(31)의 온도가 유지되지 않아 금속재료(31)의 파괴가 발생할 수 있고, 다이(10)의 온도가 450℃초과이면, 펀치(20)로부터 금속재료(31)에 전달된 압력에 의해 다이(10)의 온도 상승 효과로, 금속의 결정립이 조대화되거나 집합조직을 제어하기 어렵게 될 수 있다.
셋째 단계에서, 둘째 단계의 등통로각압축공정(ECAP)을 반복 수행하여 압축금속재료(32)를 획득할 수 있다.
이 때, 등통로각압축공정(ECAP)은 1번 내지 8번 반복 수행될 수 있다.
등통로각압축공정(ECAP)을 1번 이상 수행하면, 금속재료(31) 내부에 슬립이 용이한 집합조직의 제어와 조직 미세화가 가능하고, 등통로각압축공정(ECAP)을 8번 초과하여 수행하면, 금속재료(31) 조직의 미세화가 등통로각압축공정(ECAP)을 8번 수행했을 때와 비교하여 차이가 적어, 불필요한 공정이 수행될 수 있다.
여기서, 등통로각압축공정(ECAP)의 수행 횟수를 조절하여 금속재료(31) 조직의 제어를 할 수 있다. 등통로각압축공정(ECAP)의 수행 횟수가 증가할수록 조직이 미세화되고 평면이방성이 감소하는데, 조직의 미세화 정도와 평면이방성 감소 정도는 제품의 요구물성과 성형한계 및 목적에 따라 달라질 수 있다. 구체적으로, 복잡한 형상을 갖는 제품에 대해서는 비용이 증가하더라도 등통로각압축공정(ECAP)의 수행 횟수를 증가시켜 복잡한 형상에 대한 성형성을 증가시킬 수 있고, 상대적으로 단순한 형상을 갖는 제품에 대해서는 등통로각압축공정(ECAP)의 수행 횟수를 감소시킨 금속재료(31)로 제품을 성형할 수 있다.
넷째 단계에서, 압축금속재료(32)를 압출할 수 있다.
넷째 단계는, 대칭압출일 수 있다. 또는, 넷째 단계는, 비대칭압출일 수도 있다.
대칭압출은, 도2에서 보는 바와 같이, 압축금속재료(32)를 대칭적으로 압축하여 압출하는 공정을 의미하고, 비대칭압출은 도3에서 보는 바와 같이, 압축금속재료(32)를 비대칭적으로 압축하여 압출하는 공정을 의미할 수 있다.
이러한 압출을 통해 등통로각압축공정(ECAP)을 통해 형성된 압축금속재료(32)를 압출공정에서 조직 미세화 효과 유지 및 전단변형 효과를 극대화시킬 수 있도록 적용할 수 있으며, 또한 등통로각압축공정(ECAP)에서 얻어진 단품의 장선화가 가능하고 대량 생산에 적합한 금속판재(33)로 형성할 수 있다.
넷째 단계 이 후, 넷째 단계의 압출 공정을 반복 수행할 수 있다.
넷째 단계의 압출은, 압출비가 2 내지 200%일 수 있다.
압출비가 2%미만인 경우, 금속판재(33)의 전단변형 효과가 제한적일 수 있고, 압출비가 200%초과인 경우, 압출한계와 불균일 변형에 의한 후속 압출에서 금속판재(33)의 파손 위험이 증가할 수 있다.
넷째 단계의 압출공정은, 10℃ 내지 1200℃의 온도범위에서 수행될 수 있다.
압출공정의 온도가 10℃미만인 경우, 균열이 발생하여 금속판재(33)의 결함이 증가할 수 있고, 압출공정의 온도가 1200℃초과인 경우, 금속판재(33)의 결정립이 조대화되어 조직의 미세화 비율이 감소할 수 있다.
넷째 단계의 압출공정이 완료된 금속판재(33)는, 5분(min) 내지 24시간(Hr) 간 열처리될 수 있다.
이 때의 열처리는, 100℃ 내지 1000℃의 온도범위에서 수행될 수 있다.
열처리 온도가 100℃미만인 경우, 압출공정에서 발생된 소재의 열처리 효과를 기대하기 어렵고, 열처리 온도가 1000℃초과인 경우, 금속판재(33)의 표면에서 산화가 발생할 수 있다.
본 발명인 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법을 이용하여 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예 및 실험 예를 통해 구체적으로 설명하기로 한다. 단, 하기 실시 예 또는 실험 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 하기 실시 예 또는 실험 예에 의해서 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[실시 예 1]
알루미늄(Al), 아연(Zn) 및 마그네슘(Mg)이 각각 3 : 1 : 96의 중량비율로 함유된 AZ31이라 불리는 마그네슘합금(이하, "AZ31합금"이라 한다.)을 금속재료(31)로 선택하였다. 그리고, AZ31합금의 주조재를 압출비 약 5:1로 압출하여 직경 40㎜의 압출재로 제조한 후, 압출재의 중심부로부터 직경 35㎜, 높이 70㎜의 ECAP시편을 제작하였다.
ECAP공정은, 채널각(41)이 112.5°이고 곡률각(42)이 30°인 분리형 다이(10)를 이용하여 공정 횟수마다 연신율을 0.75(ε=0.75)로 설정하여 수행하였다. ECAP공정 속도는 1㎜/s로, ECAP공정 온도는 200℃로 고정하여, 4번의 ECAP공정을 수행하였다.
반복 ECAP공정을 거친 ECAP시편을 압출하여, 중심 위치로부터 직경 35㎜, 높이 30㎜의 압출시편을 제작하였다. 그리고 이러한 압출시편에 대해 압출공정을 수행하였다. 압출공정 속도는 0.5㎜/s로, 압출공정 온도는 200℃로 고정하였다. 압출비는 18.5 : 1로 하여 최종 AZ31합금 판재는 너비 26㎜, 두께 2㎜로 제작되었다.
[비교 예 1]
알루미늄(Al), 아연(Zn) 및 마그네슘(Mg)이 각각 3 : 1 : 96의 중량비율로 함유된 AZ31이라 불리는 마그네슘합금(이하, "AZ31합금"이라 한다.)을 금속재료(31)로 선택하였다. 그리고, AZ31합금을 압출하여 중심 위치로부터 직경 35㎜, 높이 30㎜의 압출시편을 제작하였다. 그리고 이러한 압출시편에 대해 압출공정을 수행하였다. 압출공정 속도는 0.5㎜/s로, 압출공정 온도는 200℃로 고정하였다. 압출비는 18.5 : 1로 하여 최종 AZ31합금 판재는 너비 26㎜, 두께 2㎜로 제작되었다.
[실험 예 1]
[실시 예 1]에 의해 제조된 AZ31합금 판재(이하 "실시예1합금판재"라 한다.)의 기계적 물성치를 파악하기 위해 인장실험을 수행하였다. 사용된 시편은, 실시예1합금판재를 와이어 방전가공법으로 가공하여 얻은 게이지 길이 7㎜, 폭 3㎜ 및 두께 2㎜의 미세인장시험편이었다. 그리고, 이 미세인장시험편은 이방성의 영향을 파악하기 위하여 압출방향에 대하여 각각 0°, 45°, 90°의 방향으로 채취하여 제작하였다. 인장실험은 상온에서 초기 변형률 속도 1X10-3/s로 수행하였으며, 실시예1합금판재의 평면이방성을 확인하기 위해 각 조건에서 r-value를 구하였다.
인장 시험 후 기계적 물성치와 미세조직과의 상관관계를 분석하고자 실시예1합금판재의 수직단면과 표면에 대하여 미세조직을 관찰하였다.
[실험 예2]
[비교 예 1]에 의해 제조된 AZ31합금 판재(이하 "비교예1합금판재"라 한다.)의 기계적 물성치를 파악하기 위해 인장실험을 수행하였다. 사용된 시편은, 비교예 1합금판재를 와이어 방전가공법으로 가공하여 얻은 게이지 길이 7㎜, 폭 3㎜ 및 두께 2㎜의 미세인장시험편이었다. 그리고, 이 미세인장시험편은 이방성의 영향을 파악하기 위하여 압출방향에 대하여 각각 0°, 45°, 90°의 방향으로 채취하여 제작하였다. 인장실험은 상온에서 초기 변형률 속도 1X10-3/s로 수행하였으며, 비교예 1합금판재의 평면이방성을 확인하기 위해 각 조건에서 r-value를 구하였다.
인장 시험 후 기계적 물성치와 미세조직과의 상관관계를 분석하고자 비교예 1합금판재의 수직단면과 표면에 대하여 미세조직을 관찰하였다.
도4는 본 발명의 실시 예에 따른 인장 시험에 대한 그래프이다.
도4의 (a)는 비교예1합금판재의 인장 시험에 대해 0°방향 그래프(111), 45°방향 그래프(112) 및 90°방향 그래프(113)를 도시하고, 도4의 (b)는 실시예1합금판재의 인장 시험에 대해 0°방향 그래프(121), 45°방향 그래프(122) 및 90°방향 그래프(123)를 도시한다.
실시예1합금판재의 항복강도는 각각의 방향에서 비교예1합금판재의 항복강도와 비슷한 수준을 유지하였으나, 연신율(strain)에서는 비교예1합금판재가 각도별 최대 11.8% 차이를 보이는 것에 비해 실시예1합금판재는 각각의 방향에 대한 비교에서 최대 0.5%의 차이만을 나타내었다.
이에 따라, 반복적인 ECAP공정과 압출공정에 의해 제조된 실시예1합금판재의 극미세화된 미세조직의 평면이방성이 줄어든 것으로 확인되었다. 그리고, 평면이방성이 줄어든 만큼 실시예1합금판재의 가공성이 향상되었음을 확인하였다.
도5는 본 발명의 실시 예에 따른 r-value 그래프이다.
도5는 실시예1합금판재의 극미세화된 미세조직의 평면이방성이 줄어든 것을 더 증명하기 위하여 상온에서 압출방향과 이루는 각도를 변수로 소성변형률비(r-value)를 측정한 그래프이다.
여기서, 네모형상의 포인트는 비교예1합금판재의 r-value값을 표시하고, 세모형상의 포인트는 실시예1합금판재의 r-value값을 표시한다.
비교예1합금판재의 소성변형률비는 0°방향일 때 가장 작고, 방향 각도의 커질수록 증가하는 경향을 보였다. 이에 따라, 압출방향에 따른 이방성 차이가 현저하게 나타남을 확인하였다.
실시예1합금판재의 경우, 소성변형률비가 압출방향과 무관하게 일정한 수준을 유지하고 있었다. r-value값은 높을수록 시편의 두께 변화에 대한 저항성이 크다는 것을 의미하며, 실시예1합금판재의 r-value값은 크지만 일정한 수준을 유지하는 것으로 보아, 실시예1합금판재의 균일한 연신율 결과와 일치하는 것을 확인하였다.
도6, 도7 및 도8은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 판재의 단면 각 일부위에 대한 비교 SEM이미지이다. (이하 하단에서, 합금판재의 폭 길이 방향은 가로방향이라 하고, 두께 길이 방향은 세로방향이라고 한다.)
도6의 (a)는 비교예1합금판재 단면의 세로방향 모서리 인접한 부위에 대한 SEM이미지이고, 도6의 (b)는 실시예1합금판재 단면의 세로방향 모서리 인접한 부위에 대한 SEM이미지이다.
도7의 (a)는 비교예1합금판재 단면의 가로방향 모서리 인접한 부위에 대한 SEM이미지이고, 도7의 (b)는 실시예1합금판재 단면의 가로방향 모서리 인접한 부위에 대한 SEM이미지이다.
도8의 (a)는 비교예1합금판재 단면의 중앙 부위에 대한 SEM이미지이고, 도7의 (b)는 실시예1합금판재 단면의 중앙 부위에 대한 SEM이미지이다.
도6, 도7 및 도8에서 보는 바와 같이, 비교예1합금판재 단면에서는 불균일한 결정립들이 다수 관찰되었고, 실시예1합금판재 단면에서는 결정립 미세화와 동시에 등축적한 결정립을 갖는 것이 관찰되었다.
도9 및 도10은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 판재의 표면 일부위에 대한 비교 SEM이미지이다. (여기서, 표면은 폭 길이 방향의 넓은 표면을 의미한다.)
도9의 (a)는 비교예1합금판재 표면의 압출방향 길이의 모서리 인접한 부위에 대한 SEM이미지이고, 도9의 (b)는 실시예1합금판재 표면의 압출방향 길이의 모서리 인접한 부위에 대한 SEM이미지이다.
도10의 (a)는 비교예1합금판재 표면의 중앙 부위에 대한 SEM이미지이고, 도9의 (b)는 실시예1합금판재 표면의 중앙 부위에 대한 SEM이미지이다.
도9 및 도10에서 보는 바와 같이, 비교예1합금판재 표면에서는 압출방향으로 연신된 불균일한 결정립들이 다수 발견되었으나, 실시예1합금판재 표면에서는 실시예1합금판재 단면보다 더 균일한 미세조직을 갖는 것이 확인되었다.
결과적으로, 소정의 공정조건에서 반복적인 ECAP공정과 압출공정에 의해 제조된 금속판재(33)는, 극미세화된 미세조직과 균일한 결정립을 가짐과 동시에 평면이방성이 줄어들어, 기계적 특성과 성형성이 향상되었음이 확인되었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 다이
20 : 펀치
31 : 금속재료
32 : 압축금속재료
33 : 금속판재
41 : 채널각
42 : 곡률각
111 : 0°방향 그래프
112 : 45°방향 그래프
113 : 90°방향 그래프
121 : 0°방향 그래프
122 : 45°방향 그래프
123 : 90°방향 그래프

Claims (15)

  1. 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법에 있어서,
    (ⅰ) 금속재료 및 다이를 준비하는 단계;
    (ⅱ) 상기 금속재료가 상기 다이를 통과하도록 하여 등통로각압축공정(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)을 수행하는 단계;
    (ⅲ) 상기 (ⅱ)단계를 반복 수행하여 압축금속재료를 획득하는 단계; 및
    (ⅳ) 상기 압축금속재료를 압출하여 금속판재를 획득하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법.
  2. 청구항1에 있어서,
    상기 금속재료는, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속인 것을 특징으로 하는 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법.
  3. 청구항1에 있어서,
    상기 금속재료는, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 리튬(Li), 망간(Mn) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택되는 둘 이상의 금속으로 형성되는 합금인 것을 특징으로 하는 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법.
  4. 청구항1에 있어서,
    상기 (ⅲ)단계에서, 상기 (ⅱ)단계의 등통로각압축공정(ECAP)은 1번 내지 8번 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법.
  5. 청구항1에 있어서,
    상기 (ⅱ)단계에서, 상기 다이 입구의 축선과 상기 다이 출구의 축선이 이루는 채널각은 90° 내지 135°이며, 상기 다이의 곡률각이 0° 내지 90° 사이인 것을 특징으로 하는 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법.
  6. 청구항1에 있어서,
    상기 (ⅱ)단계의 상기 금속재료는, 10℃ 내지 1000℃의 온도범위에서 유지되는 것을 특징으로 하는 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법.
  7. 청구항1에 있어서,
    상기 (ⅱ)단계의 상기 다이는, 10℃ 내지 450℃의 온도범위에서 유지되는 것을 특징으로 하는 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법.
  8. 청구항1에 있어서,
    상기 (ⅳ)단계는, 대칭압출인 것을 특징으로 하는 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법.
  9. 청구항1에 있어서,
    상기 (ⅳ)단계는, 비대칭압출인 것을 특징으로 하는 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법.
  10. 청구항1에 있어서,
    상기 (ⅳ)단계 이 후, 상기 (ⅳ)단계의 압출공정을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법.
  11. 청구항1에 있어서,
    상기 (ⅳ)단계의 압출은, 압출비가 2 내지 200%인 것을 특징으로 하는 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법.
  12. 청구항1에 있어서,
    상기 (ⅳ)단계의 압출공정은, 10℃ 내지 1200℃의 온도범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법.
  13. 청구항1에 있어서,
    상기 (ⅳ)단계의 압출공정이 완료된 금속판재는, 5분(min) 내지 24시간(Hr) 간 열처리되는 것을 특징으로 하는 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법.
  14. 청구항13에 있어서,
    상기 열처리는, 100℃ 내지 1000℃의 온도범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법.
  15. 청구항1 내지 청구항14 중 어느 한 항의 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재 제조방법을 이용하여 제조된 조직제어에 의한 평면이방성 저감 금속 판재.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107442592A (zh) * 2017-07-28 2017-12-08 江苏大学 一种集成挤压与Bc方式等径转角剪切变形大应变模具
CN109967543A (zh) * 2019-04-16 2019-07-05 西南交通大学 等通道转角挤压方法
KR20200134591A (ko) * 2019-05-22 2020-12-02 포항공과대학교 산학협력단 금속 압연재의 성형성 검증 방법
CN112626430A (zh) * 2020-11-30 2021-04-09 西南交通大学 Hcp结构金属塑性变形方法及其在工业纯钛上的应用

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107442592A (zh) * 2017-07-28 2017-12-08 江苏大学 一种集成挤压与Bc方式等径转角剪切变形大应变模具
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KR20200134591A (ko) * 2019-05-22 2020-12-02 포항공과대학교 산학협력단 금속 압연재의 성형성 검증 방법
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