열처리가 필요 없는 유망 주조 알루미늄 합금

본 소개 자료는 ['METAL 2019 Conference Proceedings']에서 발행한 ["'열처리가 필요 없는 유망 주조 알루미늄 합금'"] 논문의 연구 내용입니다.

1. 개요:

제목: 열처리가 필요 없는 유망 주조 알루미늄 합금 (PROMISING CASTING ALUMINUM ALLOYS WITHOUT REQUIREMENT FOR HEAT TREATMENT)
저자: Pavel SHURKIN, Torgom AKOPYAN, Askar MUSIN
출판 연도: 2019
발표 저널/학회: METAL 2019 Conference Proceedings (2019년 5월 22일 - 24일, 체코 브르노)
키워드: 주조, Al-Zn-Mg 시스템, 니켈, 칼슘, 세륨

2. 초록 (Abstract)

Al-Zn-Mg 시스템을 기반으로 Ca, Ni 및 Ce를 도핑한 세 가지 종류의 알루미늄 합금을 연구했습니다. Hot tearing 경향, 상 조성 및 구조 형성 조사를 수행했습니다. Ca, Ni, Ce 그룹의 원소로 합금하는 것은 상용 A206 합금보다 우수한 주조 특성을 향상시키는 데 효과적입니다. 사형 주조 중 느린 냉각 후 구조는 주로 침상 Al3Fe를 포함합니다. 그러나 영구 금형 주조 후 철 함유 상은 3원 상 Al10CaFe2, Al9FeNi 및 Al10CeFe2뿐입니다. Zn 및 Mg 함량의 대부분은 주조 결과 알루미늄 고용체에 존재하여 as-cast 상태에서 적절한 기계적 특성을 유발합니다. 또한 철 함량이 높으면 새로운 합금을 재활용 유형에 포함시킬 수 있으며, 이는 저급 알루미늄 또는 스크랩을 사용하여 생산할 수 있는 기회를 의미합니다.

3. 연구 배경:

연구 주제 배경:

대부분의 주조 알루미늄 합금은 공정 구성 성분과 재활용성으로 인해 주조성이 우수한 Al-Si (4xx) 합금입니다 [1, 2]. 그러나 비열처리 Al-Si 합금은 일반적으로 as-cast 상태에서 극한 인장 강도(UTS)가 제한되거나 연성이 낮습니다 [2, 4, 5]. Al-Mg (5xx) 합금은 높은 연성을 얻을 수 있지만 종종 항복 강도(YS)가 낮습니다 [2, 6-8]. 일반적으로 단조 제품에 사용되는 Al-Zn-Mg (7xxx) 합금은 시효 후 높은 강도를 제공하지만 공정 액상이 부족하여 주조성이 좋지 않습니다 [1].

선행 연구 현황:

이전 연구에서는 Al-Zn-Mg 합금에 공정 형성 원소와 철을 첨가하는 방법을 탐구했습니다 [10, 11]. Al-Zn-Mg-Ni-Fe 합금은 T6 상태에서 높은 UTS를 달성하여 가능성을 보여주었습니다 [11]. Al-Zn-Mg 합금에 칼슘을 첨가하면 내식성을 개선하고 밀도를 낮출 수 있으며 [12], 일부 연구에서는 Al-Zn-Mg-Ca-Fe 합금에 초점을 맞추고 있습니다 [10]. 세륨은 알루미늄 합금에서 공정 상을 형성하지만 [14], Al-Zn-Mg 합금에서의 사용은 제한적이며, 일부 연구에서는 Al-Zn-Mg-Cu 합금에서 거친 Al8Cu4Ce 형성을 보여줍니다 [15].

연구 필요성:

열처리 없이 as-cast 상태에서 높은 강도와 연성을 나타내고 잠재적으로 재활용 재료를 활용할 수 있는 주조 알루미늄 합금에 대한 필요성이 있습니다.

4. 연구 목적 및 연구 질문:

연구 목적:

as-cast 상태에서 사용하기 위한 Al-Zn-Mg-Ni(Ca, Ce)-Fe 시스템을 기반으로 하는 새롭고 유망한 고강도 알루미늄 합금을 얻을 수 있는 주요 기회를 입증합니다.

핵심 연구:

주조 특성, 미세 구조 및 기계적 특성 조사를 결정합니다.

5. 연구 방법

이 연구는 Al-5.5% Zn-1.5% Mg 매트릭스를 기반으로 0.5% Fe와 1% Ni, 1% Ca 및 1% Ce로 별도로 도핑된 세 가지 실험용 알루미늄 합금을 만드는 것을 포함했습니다. 합금은 순수 재료와 모합금을 용융하여 생산되었습니다. 용탕 정제는 C2Cl6 분말 주입을 사용하여 수행되었습니다. 화학 조성은 ARL3460 방출 분광계(emission spectrometer)를 사용하여 분석되었습니다 (Table 1). Hot tearing 테스트는 펜슬형 주물을 사용하여 수행되었습니다. 미세 구조 분석은 SEM (TESCAN VEGA 3) 및 전자 마이크로프로브 분석(Oxford AZtec)을 사용하여 수행되었습니다. 시편은 전해 에칭되었습니다. 느린 냉각(사형) 및 영구 금형 주물(Figure 1)이 생산되었습니다. 인장 시험은 Z250 Zwick/Roell 기계를 사용하여 as-cast 샘플에서 수행되었습니다.

6. 주요 연구 결과:

주요 연구 결과 및 제시된 데이터 분석:

Hot tearing 테스트(Figure 2)는 실험 합금(A1, A2, A3)이 상용 A206 합금보다 더 나은 주조 특성을 가짐을 보여주었습니다. 느린 냉각 후 미세 구조 분석(Figure 3)은 주로 침상 Al3Fe 상을 나타냈습니다. 영구 금형 주물은 더 미세한 미세 구조를 나타냈습니다(Figure 4). A1(Ni 함유) 합금은 Al9FeNi 상과 과포화 알루미늄 고용체를 나타냈습니다. A2(Ca 함유) 합금은 (Al, Zn)4Ca 및 Al10CaFe2를 나타냈습니다. A3(Ce 함유) 합금은 Al10CeFe2를 나타냈습니다. 인장 시험(Figure 5)은 A1 및 A2 합금이 UTS > 330 MPa 및 YS > 220 MPa, 연신율 > 5%를 달성했음을 보여주었습니다. A3 합금은 YS는 낮지만 연신율은 더 높았습니다.

Figure 2 Pencil-type hot tearing test castings:
(a) A1 alloy; (b) A2 alloy; (c) A3 alloy; (d) A206 commercial alloy — Figure 2 Pencil-type hot tearing test castings: (a) A1 alloy; (b) A2 alloy; (c) A3 alloy; (d) A206 commercial alloy

Figure 3 As-cast microstructures of experimental alloys after slow cooling:
(a) A1 alloy; (b) A2 alloy; (c) A3 alloy — Figure 3 As-cast microstructures of experimental alloys after slow cooling: (a) A1 alloy; (b) A2 alloy; (c) A3 alloy

Figure 4 As-cast microstructures of experimental alloys after permanent mold casting:
(a) A1 alloy; (b) A2 alloy; (c) A3 alloy; (d) Al7Si0.3Mg alloy; (e) Al12Si2Cu alloy;

Figure 5 Tensile properties of experimental alloys under as-cast state: (a) UTS; (b) YS; (c) El

그림 이름 목록:

Figure 1 Bar permanent casting (봉상 영구 금형 주조)
Figure 2 Pencil-type hot tearing test castings: (a) A1 alloy; (b) A2 alloy; (c) A3 alloy; (d) A206 commercial alloy (펜슬형 고온 균열 시험 주조: (a) A1 합금; (b) A2 합금; (c) A3 합금; (d) A206 상용 합금)
Figure 3 As-cast microstructures of experimental alloys after slow cooling: (a) A1 alloy; (b) A2 alloy; (c) A3 alloy (느린 냉각 후 실험 합금의 as-cast 미세 구조: (a) A1 합금; (b) A2 합금; (c) A3 합금)
Figure 4 As-cast microstructures of experimental alloys after permanent mold casting: (a) A1 alloy; (b) A2 alloy; (c) A3 alloy; (d) Al7Si0.3Mg alloy; (e) Al12Si2Cu alloy; (영구 금형 주조 후 실험 합금의 as-cast 미세 구조: (a) A1 합금; (b) A2 합금; (c) A3 합금; (d) Al7Si0.3Mg 합금; (e) Al12Si2Cu 합금)
Figure 5 Tensile properties of experimental alloys under as-cast state: (a) UTS; (b) YS; (c) El (as-cast 상태에서 실험 합금의 인장 특성: (a) UTS; (b) YS; (c) El)

7. 결론:

주요 결과 요약:

Ni, Ca, Ce 및 Fe를 첨가한 Al-Zn-Mg 시스템을 기반으로 하는 새로운 주조 알루미늄 합금을 as-cast 상태에서 조사했습니다. 이러한 원소의 첨가는 고온 균열 저항을 개선했습니다. 영구 금형 주조 후 3원 상(Al9FeNi, Al10CaFe2, Al10CeFe2)을 포함하는 미세하고 분산된 구조가 얻어졌습니다. 공정 금속간 화합물과 과포화 고용체의 조합은 상용 비열처리 주조 알루미늄 합금보다 우수한 높은 기계적 특성을 나타냈습니다. 높은 철 함량은 2차 재료 또는 저급 알루미늄의 사용을 허용합니다.

8. 참고 문헌:

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9. 저작권:

본 자료는 "[SHURKIN, P., AKOPYAN, T., & MUSIN, A.]"의 논문: "[열처리가 필요 없는 유망 주조 알루미늄 합금]"을 기반으로 합니다.
논문 출처: [DOI: 10.37904/metal.2019.742]

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