ANALYSIS OF MAGNESIUM ADDITION, HYDROGEN POROSITY AND T6 HEAT TREATMENT EFFECTS ON MECHANICAL AND MICROSTRUCTURAL PROPERTIES OF PRESSURE DIE CAST 7075 ALUMINUM ALLOY

본 논문 요약은 [THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES OF MIDDLE EAST TECHNICAL UNIVERSITY]에서 발표된 논문 "[ANALYSIS OF MAGNESIUM ADDITION, HYDROGEN POROSITY AND T6 HEAT TREATMENT EFFECTS ON MECHANICAL AND MICROSTRUCTURAL PROPERTIES OF PRESSURE DIE CAST 7075 ALUMINUM ALLOY]"을 기반으로 작성되었습니다.

1. 개요:

• 제목: 마그네슘 첨가, 수소 기공 및 T6 열처리가 압력 다이캐스팅 7075 알루미늄 합금의 기계적 및 미세 구조적 특성에 미치는 영향 분석 (ANALYSIS OF MAGNESIUM ADDITION, HYDROGEN POROSITY AND T6 HEAT TREATMENT EFFECTS ON MECHANICAL AND MICROSTRUCTURAL PROPERTIES OF PRESSURE DIE CAST 7075 ALUMINUM ALLOY)
• 저자: 에제 알라트 (ECE ALAT)
• 발행 연도: 2012년 9월
• 발행 저널/학회: 중동 기술 대학교 대학원 자연 및 응용 과학 대학 (THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES OF MIDDLE EAST TECHNICAL UNIVERSITY)
• 키워드: 7075, 인장 강도, 굴곡 강도, 수소 기공, T6 열처리, 압력 다이캐스팅 (7075, tensile strength, flexural strength, hydrogen porosity, T6 heat treatment, pressure die casting.)

2. 연구 배경:

• 연구 주제의 사회적/학문적 맥락:
  알루미늄 합금은 높은 비강성 및 가공상의 이점으로 인해 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 7075 알루미늄 합금은 Al-Zn-Mg-Cu 계열의 단조 조성 알루미늄 합금입니다. 이러한 합금 원소의 상당한 첨가로 인해 7075는 다른 모든 알루미늄 합금보다 높은 강도와 효과적인 석출 경화 특성을 갖습니다.
  반면에 알루미늄 합금은 광범위한 적용을 방해하는 몇 가지 단점을 가지고 있습니다. 알루미늄 합금에서 가장 흔하게 발생하는 결함 중 하나는 수소 기공입니다. 또한 7075의 경우 또 다른 문제는 유동성 부족입니다.
• 연구의 필요성: 마그네슘 첨가는 이러한 결함을 보완하는 데 효과적이라고 생각됩니다. 따라서 본 연구에서는 수소 기공 및 추가적인 마그네슘 함량을 가진 다이캐스팅 7075 알루미늄 합금 샘플을 조사했습니다.

3. 연구 목적 및 연구 질문:

• 연구 목적:
  목표는 수소 함량과 수소 기공 사이의 관계, 그리고 수소 기공, 추가적인 마그네슘 및 T6 열처리가 압력 다이캐스팅 7075 알루미늄 합금의 극한 인장 및 굴곡 강도 특성에 미치는 영향을 결정하는 것이었습니다.
• 연구 가설: 내포된 가설은 다음과 같습니다.
  • 마그네슘 첨가는 다이캐스팅 7075 알루미늄 합금의 유동성 및 기계적 특성에 영향을 미칩니다.
  • 수소 함량은 다이캐스팅 7075 알루미늄 합금의 수소 기공과 관련이 있습니다.
  • 수소 기공, 마그네슘 첨가 및 T6 열처리는 압력 다이캐스팅 7075 알루미늄 합금의 극한 인장 강도 및 굴곡 강도에 영향을 미칩니다.

4. 연구 방법론

• 연구 설계: 마그네슘 첨가, 수소 기공 및 T6 열처리 효과를 조사하기 위한 실험 연구. "압력 다이캐스팅은 2단계로 수행되었습니다. 첫 번째 단계에서는 마그네슘 농도가 증가된 7075 알루미늄 합금을 용융하고 두 번째 단계에서는 합금 첨가 없이 7075 알루미늄 합금을 직접 주조했습니다."
• 자료 수집 방법: "7075 알루미늄 합금 스크랩은 지역 압력 다이캐스팅 회사에서 공급받았습니다. 분광 분석 후 압력 다이캐스팅을 2단계로 수행했습니다… 이러한 주조를 하는 동안 각 주조 작업 전에 수소 함량을 지속적으로 측정했습니다. 최종 작업으로 특정 샘플에 대해 T6 열처리를 수행했습니다. 마지막으로 목표를 달성하기 위해 기계적 및 미세 구조적 시험을 수행했습니다."
• 분석 방법: "기계적 및 미세 구조적 시험을 수행했습니다." 기계적 시험에는 "인장 시험, 굴곡 강도" 및 "경도 시험"이 포함되었습니다. 미세 구조적 시험에는 "광학 현미경" 및 "이미지 분석"이 포함되었습니다.
• 연구 대상 및 범위: 다양한 마그네슘 함량 및 수소 기공을 가진 압력 다이캐스팅 7075 알루미늄 합금 샘플, T6 열처리 유무에 따라.

5. 주요 연구 결과:

• 주요 연구 결과:
  • "마그네슘 함량이 증가함에 따라 인장 및 굴곡 강도 값이 약간 감소했습니다."
  • "수소 함량이 증가함에 따라 수소 기공이 선형적으로 증가했습니다. 이 관계는 다음과 같이 나타났습니다: 수소 기공률 % = 3.0325 x 수소 함량 + 0.4006"
  • "수소 함량이 증가함에 따라 수소 기공이 증가하고 결국 인장 및 굴곡 강도 값이 감소했습니다."
  • "블리스터링은 기계적 특성에 대한 열처리 효과를 감소시킵니다."
• 통계적/정성적 분석 결과: 통계적 및 정성적 결과는 4장과 부록 전체의 그림과 표에 제시되어 있습니다. 예를 들어, "표 11. 마그네슘 농도 및 UTS 값" 및 "그림 39. 7075에 대한 수소 함량과 수소 기공률 % 사이의 관계를 보여주는 그래프"가 있습니다.
• 데이터 해석: 마그네슘 함량 증가는 기계적 강도를 약간 감소시켰습니다. 수소 함량 증가는 수소 기공 증가와 기계적 강도 감소로 이어졌습니다. T6 열처리는 강도를 향상시켰지만 블리스터링은 T6 처리의 효과를 감소시켰습니다.
• 그림 목록:
  • 그림 1. 단조 알루미늄 합금의 합금 계열 [1].
  • 그림 2. Al-Zn 합금의 2원상태도 [1].
  • 그림 3. Al-Mg-Zn 3원상태도, 액상선 투영 [1].
  • 그림 4. Al-Mg-Zn 3원상태도, 고상선 투영 [1].
  • 그림 5. 1기압 수소 압력에서 알루미늄의 수소 용해도 [1].
  • 그림 6. 사형 주조 알루미늄 및 알루미늄 합금 봉재에서 수소 함량의 함수로서의 기공률 [1].
  • 그림 7. 3가지 알루미늄 합금의 사형 주조 봉재에 대한 수소 기공률에 따른 극한 인장 강도 [1].
  • 그림 8. 알루미늄 합금 356의 인장 및 항복 강도에 대한 가스 함량의 영향 [1].
  • 그림 9. 작업자 측면에서 본 최신 냉간 챔버 다이캐스팅 기계의 주요 구성 요소 [11].
  • 그림 10. 상단에서 본 최신 냉간 챔버 다이캐스팅 기계의 주요 구성 요소 [11].
  • 그림 11. 냉간 챔버 [11].
  • 그림 12. 7075에 대한 열처리 효과 [9].
  • 그림 13. 2024-T4 시트의 인공 시효 곡선 [29].
  • 그림 14. Al-Zn-Mg-Cu 합금의 4단계 석출 순서 [29].
  • 그림 15. 합금 7075-O 시트, 어닐링, 500배 [1].
  • 그림 16. 실험 절차 흐름도.
  • 그림 17. 유도 용해로 전면도.
  • 그림 18. 유도 용해로 평면도.
  • 그림 19. Hyscan II 수소 함량 측정 장비.
  • 그림 20. 구성 요소 레이아웃의 개략도.
  • 그림 21. HIDROTEKNIK MEP200 HPDC 기계.
  • 그림 22. 인장 및 3점 굽힘 시험편을 포함하는 다이 어셈블리.
  • 그림 23. 전용 금형 및 고압 다이캐스팅 기계용으로 그려진 PQ2 다이어그램. 빨간색 점선은 2단계 [34]에 대해 최적의 작동 매개변수 설정을 나타냅니다.
  • 그림 24. 챔버.
  • 그림 25. T6 열처리.
  • 그림 26. 열처리된 샘플.
  • 그림 27. 저항 용해로.
  • 그림 28. Foundry Master UV 진공 CCD 분광계 장비.
  • 그림 29. Mares 50톤 유압 인장 시험기.
  • 그림 30. 3점 굽힘 시험편.
  • 그림 31. 3점 굽힘 시험편 치수.
  • 그림 32. Metacut-M 250 절단기.
  • 그림 33. 금속 조직 검사를 위해 절단된 샘플.
  • 그림 34. Forcipol 2V 연마기-연마기 장비.
  • 그림 35. SOIF XJP - 6A 광학 현미경.
  • 그림 36 마그네슘 조성 대 UTS.
  • 그림 37. 마그네슘 조성 대 굴곡 강도.
  • 그림 38. 수소 가스 기공과 수축 기공의 구별.
  • 그림 39. 7075에 대한 수소 함량과 수소 기공률 % 사이의 관계를 보여주는 그래프.
  • 그림 40. 수소 기공률 % 대 극한 인장 강도 (MPa).
  • 그림 41. 파단 후 인장 시험편 사진.
  • 그림 42. 파단 후 인장 시험편 사진.
  • 그림 43. 수소 함량 대 굴곡 강도.
  • 그림 44. T6 열처리된 7075 샘플의 블리스터링.
  • 그림 45. 블리스터링 및 경도 시험 압흔.
  • 그림 46. 압력 다이캐스팅 7075의 결정립 구조, 100배.
  • 그림 47. 샘플 3-13의 게이트 출구에서의 수소 기공률.
  • 그림 48. 샘플 3-13의 러너에서의 수소 기공률.
  • 그림 49. 게이트 출구 및 러너 수소 기공률 분석 비교.
  • 그림 A. 1. 샘플 2-1 (7075+Mg), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 2. 샘플 2-2 (7075+Mg), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 3. 샘플 2-3 (7075+Mg), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 4. 샘플 2-4 (7075+Mg), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 5. 샘플 2-5 (7075+Mg), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 6. 샘플 3-1 (7075), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 7. 샘플 3-3 (7075), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 8. 샘플 3-4 (7075), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 9. 샘플 3-5 (7075), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 10. 샘플 3-7 (7075), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 11. 샘플 3-8 (7075), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 12. 샘플 3-10 (7075), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 13. 샘플 3-11 (7075), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 14. 샘플 3-13 (7075), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 15. 샘플 3-14 (7075), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 16. 샘플 3-16 (7075), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 17. 샘플 3-17 (7075), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 18. 샘플 3-18 (7075), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 19. 샘플 3-19 (7075), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 A. 20. 샘플 3-20 (7075), 100배에 대한 미세 구조 시험 보고서.
  • 그림 B. 1. 처음 7개 7075+Mg 샘플에 대한 3점 굽힘 시험 보고서.
  • 그림 B. 2. 2-x 식별된 7075+Mg 샘플에 대한 3점 굽힘 시험 보고서.
  • 그림 B. 3. 7075 샘플에 대한 3점 굽힘 시험 보고서

Figure 10. Key Components of Modern Cold Chamber Die Casting Machine from Top View [11].

6. 결론 및 논의:

• 주요 결과 요약: "마그네슘 함량이 증가함에 따라 인장 및 굴곡 강도 값이 약간 감소했습니다… 수소 함량이 증가함에 따라 수소 기공이 선형적으로 증가했습니다… 수소 함량이 증가함에 따라 수소 기공이 증가하고 결국 인장 및 굴곡 강도 값이 감소했습니다… 블리스터링은 기계적 특성에 대한 열처리 효과를 감소시킵니다."
• 연구의 학문적 의의: 본 연구는 압력 다이캐스팅 7075 알루미늄 합금의 기계적 특성에 대한 마그네슘 첨가 및 수소 기공의 영향에 대한 정량적 데이터를 제공합니다. 또한 수소 함량과 기공률 사이의 선형 관계를 강조합니다.
• 실용적 의미: 연구 결과는 마그네슘 첨가가 유동성을 향상시킬 수 있지만 다이캐스팅 7075 합금의 기계적 강도에 부정적인 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다. 기공률을 최소화하고 기계적 특성을 유지하려면 수소 함량 제어가 중요합니다. T6 열처리 중 블리스터링은 열처리 효과를 극대화하기 위해 해결해야 합니다.
• 연구의 한계: "수축 기공률 값은 일정하지 않았습니다. 이러한 이유로 예방할 수 없었습니다. 결국, 이들은 조밀한 구조를 방해하고 일부 샘플의 성능 저하를 야기했습니다." 연구에서는 수축 기공률 제어의 어려움을 인정했으며, 이는 결과에 영향을 미쳤을 수 있습니다.

7. 향후 후속 연구:

• 후속 연구 방향: "고압 다이캐스팅 작업에서는 게이팅 설계 효과도 고려해야 합니다… 따라서 주조 제품의 수소 기공률 분석 외에도 러너에서의 수소 기공률도 평가해야 합니다." 향후 연구에서는 기공률에 대한 게이팅 설계의 영향을 조사하고 수축 기공률 및 블리스터링을 최소화하기 위해 주조 매개변수를 최적화해야 합니다.
• 추가 탐구가 필요한 영역: 다이캐스팅 7075 알루미늄 합금의 기계적 특성에 대한 마그네슘 첨가, 수소 기공, 수축 기공 및 블리스터링 간의 상호 작용을 완전히 이해하기 위한 추가 탐구가 필요합니다.

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9. 저작권:

• 본 자료는 "ECE ALAT"의 논문: "[Paper Title]"을 기반으로 요약되었습니다.
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