A356합금의 열처리 조건이 응고조직 및 기계적 특성에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

주조용 A356은 Al-Si계 알루미늄 합금으로서 고액공존영역의 범위가 넓고 Si 조절을 통해 유동성과 용탕 충진이 용이한 합금이며 아울러 주조균열이 적은 합금을 만들 수 있음에 따라 다량의 Si을 첨가함에도 불구하고 용탕의 점성 증가나 산화경향이 없는 등 많은 장점을 가지고 있는 합금이다. 따라서 이러한 장점을 이용하여 여러 분야에 널리 사용함에 따라 이 합금의 기계적 성질 향상은 필수 연구요소라고 할 수 있다. A356 합금의 기계적 강도를 향상시키는 방법 중에는 첫 번째, 고액공존영역에서 강력한 기계적 또는 전자기 교반을 수반하여 취성에 약한 초정 α상의 수지상 조직을 파괴하여 구상화를 통해 연성과 기계적 강도를 동시에 향상시키는 방법이 있다. 두 번째로 A356 용탕 내에 SiC나 Al2O3와 같은 강화입자를 첨가하여 균일하게 분산시켜 복합재료(MMC: Metal Matrix Composite)로 만들어 분산강화를 시키는 방법이 있다. 이는 석출경화와 달리 고온에서도 강화 입자가 고용되지 않고 그대로 남아 있어 기계적 강도에 영향을 미치지 않는 장점이 있으나 균일하게 분산시키는 것이 어려운 단점이 있다. 마지막으로 A356을 열처리 하는 방법이 있다. 이는 A356 내에 균일한 고용체를 얻기 위해 고상선 밑의 온도로 가열하는 용체화 처리 후 급냉하여 온도의 저하와 함께 용해도가 급격히 감소하여 과포화 고용체의 상태로 만들어 준다. 이 과포화 된 고용체를 100-200℃로 유지시켜주게 되면 과포화 되었던 고용체들이 제 2상으로 석출을 하게 되어 전위(Dislocation)의 운동에 대한 석출물의 저항 작용에 의해 기계적 강도를 향상 시키는 방법이다. 본 논문은 이들과 관련하여 다음과 같은 연구를 수행하였다. 첫 번째로 용탕을 온도별로 용탕 내에 임펠러를 장착하고 500 rpm 속도로 교반 후 수냉을 하였다. 이를 통해 용탕 교반에 의해 초정 α상이 수지상에서 구상화 되었는지 확인 하였다. 두 번째로 강화입자 중 하나인 Al2O3를 용탕에 첨가한 후 용탕 내에 임펠러로 500 rpm의 속도로 교반하여 용탕 내에 Al2O3를 분산시켰고 이를 용탕 온도별로 수냉하여 미세조직과 경도를 분석하였다. 이와 같은 실험결과를 비교하기 위해 용탕 내에 어떠한 처리도 하지 않고 용탕의 온도별로 수냉하여 미세조직과 경도를 분석하였다. 그리고 열처리 효과를 고찰하기 위하여 위의 세 가지 실험 즉, 용탕의 교반, 강화입자 투입 및 무 처리 시편을 용체화 처리 및 시효처리 시간 변화를 통해 미세조직과 경도 값의 변화를 관찰하였다. 결론적으로 용탕 교반에 의한 효과는 미세조직이 수지상에서 구형으로 변화되었으나 경도가 저하됨을 확인 하였다. 아울러 용탕 내 Al2O3강화 입자 투입효과는 무 처리한 용탕과 비슷한 결과가 나왔으며 이들 시편을 T6열처리 하였을 때 3시간 시효처리 하였을 경우 경도가 열처리 전보다 약 두 배가 향상됨을 알 수 있었다.