자동차용 ALDC8 합금에 미치는 개량화제와 냉각속도의 영향

Abstract

ALDC8 합금은 Al-Si합금 중 Cu를 첨가하여 기계적 성질을 개선한 대표적인 주조용 합금으로 내마모성이 우수하고 높은 비강도와 낮은 열팽창 계수를 가진다. 이런 특징들 때문에 자동차의 실린더 헤드, 엔진, 압축기 등에 널리 이용되고 있다. 이러한 Al-Si계 합금에서 Si상은 경도가 높고 취성을 가지므로 Si상의 형상과 크기를 제어하는 것이 합금의 성질을 결정하는 가장 중요한 인자가 된다. 개량처리로 인해 공정 Si상이 미세하고 끝이 완만한 섬유상으로 변화되어 인장강도와 연신율이 증가하는 등 전반적인 기계적 성질을 향상시킨다. 따라서 이 합금에서 개량화 처리는 필수적이다. 본 연구는 미세조직 관찰, 기계적 특성 평가와 냉각곡선 관찰을 통해서 공정 Si조직에 개량화제 첨가와 냉각 속도의 변화에 따른 영향에 대해서 알아보았다. 공정 Si는 냉각속도가 빨라짐에 따라 200μm 이상의 크기에서 15μm 으로 미세화 되었으나, 그 모양은 Flake형상을 그대로 유지하고 있었다. Sr첨가 시 Flake형상에서 Fibrous형상으로 가장 크게 변화되었으며 Mischmetal은 냉각속도가 클 경우에 0.5% 첨가 시에도 개량화 효과가 있었다. 개량화제 첨가에 따라 공정 온도는 감소하고 공정핵생성에 필요한 과냉이 증가한다. Sr, 0.5% Mischmetal 첨가와 냉각속도 증가를 통해 공정 Si을 미세화하고 구형화 시킴으로써 인장강도와 연신율이 크게 향상되었다. 이에 반해 경도는 조직이 미세해질 경우 크게 증가하였으나 구형화에는 큰 영향을 받지 않았다. 3% Mischmetal 첨가 시 조대한 Flake형상의 Ce과 La을 포함한 화합물이 형성하여 인장강도와 연신율을 저하 시켰다.; The ALDC8 alloy is most typical aluminum casting alloy improved mechanical properties as add Cu in Ai-Si alloy and have good wear-resistance, high specific strength and low thermal expansion coefficient. Because of its properties, it has wide potential applications in automotive industry for such components as cylinder head, piston and engine. The control of shape and size of the Si crystals is a most important factor that determines properties of the alloy because the Si crystal has high hardness and brittleness in Al-Si alloys. The eutectic Si crystals change fine and round-edge fibrous shape so that improve overall mechanical properties such that increase the tensile strength and strain. Therefore the modification treatment in this alloy is indispensable. This study was performed to seek the effect of addition of modifiers and cooling rate on the eutectic Si crystals by observations of micro structures, mechanical properties and cooling curves. The eutectic Si crystals were refined from 200μm to 15μm as increase the cooling rate, however the flake shape maintained. The morphology changed most actively from flake shape to fibrous shape with the addition of Sr. The modification effect of 0.5% mischmetal was observed with increasing the cooling rate. With the addition of modifiers, the undercooling for nucleation of the eutectic, △θ, was increased, the eutectic temperature was decreased. The both of the spheroidization by addition of Sr, 0.5% mischmetal and the refinement by increase of cooling rate resulted in the increase of tensile strength and strain. On the other hand, the hardness increased as refining micro-structure and was not seriously affected by spheroidization. The addition of 3% mischmetal made the coarse flake shaped compounds with Ce and La and resulted in the decrease of tensile strength and strain.