본 연구에서는 Al-10Cu 주조 합금을 UST로 다양한 냉각 속도로 처리했을 때 금속 내부의 미세 구조와 침전물의 변화를 다양한 각도에서 관찰했습니다. UST 처리된 소재의 결정립 크기가 처리되지 않은 UST 소재의 입자 크기보다 컸음에도 불구하고, 항복강도의 큰 감소는 없었으며, 그 원인을 여러 측면에서 조사하였다.
서론
Al 주조 및 Al-Cu 주조 합금
따라서 주조재 제조 시 균일한 응고와 미세한 입자의 미세구조를 얻기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다[6]. 본 연구에서는 주조재의 결정립을 미세화하는 여러 가지 방법 외에 급속냉각속도변화법과 용융금속초음파처리(UST)를 동시에 적용하였다.
초음파 용탕 처리 (Ultrasonic Melt Treatment, UST
UST가 용융물에 수행되면 위에서 언급한 초음파에 의한 공동 기포가 수소 탈기에 기여합니다. 금속간 화합물 정제 및 합금 균질화와 같은 다른 효과도 초음파로 인한 음향 캐비테이션 및 음향 흐름 현상으로 인해 알려져 있습니다.
이론적 배경
Al-Cu 합금의 상변태
냉각 속도가 Al 주조 합금의 미세조직에 미치는 영향
Al-Cu 합금의 강화 기구
Al-Cu 주조합금에는 Cu만이 용해되기 때문에 고용강화에 따른 용어이다. 침전물의 종류에 따라 다르지만 일반적으로 그렇습니다.
실험 방법
- Al-10Cu 합금의 주조
- 금속 시편 준비
- 미세조직 분석
- SEM (Scanning electron microscope)
- EBSD (Electron backscatter diffraction)
- TEM (Transmission electron microscope)
- 조성 분석
- EDS (Energy dispersive spectrometer)
- EPMA (Electron probe microanalyzer)
- 기계적 성질 분석
- 나노인덴테이션
- 비커스 경도 시험
- 인장시험
TEM 분석은 JEOL의 JEM-2100F 모델을 사용하여 수행하였다. 그 후 특정 부분에 대한 포인트 분석이 수행되었습니다. EPMA 분석은 JEOL의 JXA-8530F 모델 FE-EPMA(전계 방출 전자 프로브 마이크로분석기)를 사용하여 수행되었습니다.
나노인덴테이션은 Hysitron의 TI 750 Ubi 모델을 사용하여 수행되었습니다. Berkovich 100nm 팁을 사용하였고, Strain control 방법을 이용하여 측정하였다. Vickers 경도 테스트는 Durable의 DuraScan G5 모델을 사용하여 수행되었습니다.
결과 및 논의
UST가 Al-10Cu 주조 합금의 미세조직에 미치는 영
- SDAS 및 결정립
- Al-10Cu 주조 합금 (수 분 후 취출)
- Al-10Cu 주조 합금 (2분 이내 취출)
- 순수 Al (대조군)
- 결정립 크기 및 분포
- Al-10Cu 주조 합금 (수 분 후 취출)
- Al-10Cu 주조 합금 (2분 이내 취출)
- 순수 Al (대조군)
- UST 처리가 Al-10Cu 주조 합금의 미세조직에 미치는
RU 시료에서도 냉각속도가 증가함에 따라 SDAS가 감소하는 경향이 동일한 것으로 확인되었다. UST 여부에 관계없이 냉각속도가 빠를수록 SDAS가 작아지는 것을 SEM 이미지를 통해 확인하였고, 각 AN 및 AU 샘플에 대한 SDAS 변화의 수치계산 결과를 그림 4.6의 그래프에 나타내었다. 특히, 평균값을 기준으로 볼 때 NUST 시료의 경우 냉각속도가 증가함에 따라 결정립 미세화 효과가 뚜렷이 관찰되었으나, UST 시료의 경우 냉각속도를 증가시켜도 뚜렷한 변화가 없는 것으로 나타났다. 입자 크기가 관찰되었으며 유사하게 유지되었습니다.
사실은 동일하지만 NUST 샘플과 비교하여 결정립 미세화 효과가 관찰된 이유는 다음과 같이 추론할 수 있다. 용탕에 초음파 처리를 하면 결정립 미세화 효과가 있는 것으로 잘 알려져 있으며, 따라서 AU 및 AN 샘플의 경우 AU 샘플의 결정립은 AN 샘플의 결정립보다 작은 크기를 갖게 됩니다. 그러나 반면에 UST에 의해 결정립 크기가 감소되는 조건은 초음파 처리를 하지 않은 주조 시료에 비해 열역학적으로 덜 안정적이라고 가정할 수 있다.
즉, NUST 샘플이 열역학적으로 더 안정적인 상태에 있으면 UST 샘플은 충분한 에너지가 주어지면 NUST 샘플의 입자 크기에 도달하기 위해 변경을 시도합니다. 모든 Al 시료에 대해 주조물 중심 부근에서 EBSD 분석을 실시하였지만, 순수 Al 자체의 결정립 크기가 Al-10Cu 합금의 결정립 크기보다 크고, 냉각 속도가 증가함에 따라 주조 시료의 직경 크기가 감소하는 것으로 나타났다. 이므로 이러한 현상이 발생할 가능성이 높습니다.
UST가 Al-10Cu 주조 합금의 기계적 성질에 미치는 영향
- 항복 강도 및 연신율
- UST 처리가 Al-10Cu 주조 합금의 기계적 성질에 미
- 고용체 강화 요인 (나노인덴테이션, 비커스 경도 시
- 결정립 미세화 요인
- 석출 경화 요인
연신율의 경우 ASTM E8/E8M 테스트 결과는 일반적으로 UST 시편이 NUST 시편임을 나타냅니다. 그러나 특히 3단계의 경우 UST 샘플의 측정된 경도값이 NUST 샘플에 비해 약간 낮은 것으로 나타났다. 특히 UST 샘플번호의 경우 3. 비커스 경도 시험 시 표면상태가 좋지 않아 편차가 조금 컸다.
따라서 각 경도시험 결과와 1차 α영역 내 Cu 조성 분석을 통해 NUST와 UST 시료에서 고용경화 효과가 유사한 것으로 예상되었다. 석출 경화를 확인하려면 침전물을 관찰해야 하므로 RN 및 RU 샘플에 대해 TEM 분석을 수행했습니다. 보다 정확하게 말하면 NUST 4단계 샘플의 강화 효과는 다음과 같습니다.
결론 및 요약
향후 과제
그러나 이를 확인하려면 온도를 높이고 RU 샘플을 노화시키는 실험이 필요합니다. 본 실험에서 추출 시간이 증가함에 따라 동일한 냉각 속도로 UST 샘플에서 입자 성장이 발견되면 위의 가설을 보다 직접적으로 테스트할 수 있습니다. ③ 위 실험에서 결정립 성장이 발견되지 않으면 주조 후 추출 시간에 따라 UST 시료의 결정립 크기가 달라지는 현상에 대해 또 다른 가설을 세울 수 있다.
이 경우에는 AU와 RU 조건을 만족하는 시료를 여러 차례 준비하고 결정립 크기를 측정하는 실험을 통해 확인할 수 있다. ④ 또한, 서로 다른 냉각 속도에서 노화 처리 전후의 UST 및 NUST 샘플에 대한 미세 구조 연구가 필요합니다. ② 또한 TEM 분석 시 RU 시료에서 왜 침전물이 발견되지 않았는지에 대한 추가 연구가 필요하다.
참고 문헌
34; Influence of Indirect Ultrasonic Vibration on the Microstructure and Mechanical Behavior of Al-Si-Cu Alloy." Materials Science and Engineering: A. 34; Broad Prospects for Commercial Application of the Ultrasonic (Cavitation) Melt Treatment of Light Alloys." Ultrasonic sonochemistry. 34;Effect of Ultrasonic Melt Treatment on Degassing and Structure of Aluminum Alloys." Materials Science Forum.
34;Interactive effects of grain refinement, eutectic modification and solidification rate on tensile properties of Al-10Si alloy.". 34;Effect of Sc solute distribution on microalloying effect and mechanical properties of Al-Cu alloys with minor addition of Sc." Acta Materialia. 34; Effects of trace elements on precipitation processes and mechanical properties in Al-Cu-Li alloy".
