소개글
"판금 가공 실험"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 목적
1.1. Al-Mg-Si계 합금에 Zr원소를 첨가
1.2. 합금의 응고과정에서 첨가량에 따른 냉각곡선 분석 및 미세조직 분석
1.3. 효과적인 α-Al 결정립 미세화를 위한 Zr 첨가량 분석
2. 실험 이론 및 원리
2.1. Al-Mg-Si 합금 특징과 조직
2.2. 탈가스 처리
2.3. 결정립(grain) 형성과 특성
2.4. 결정립 미세화 방법
2.5. Zr의 초정 미세화 메커니즘
3. 실험 방법
3.1. 합금화
3.2. GBF처리
3.3. 냉각곡선 분석
3.4. 조직 관찰
4. 실험 결과
4.1. 열분석 곡선
4.2. 조직 사진(4.5Si Zr첨가)
4.3. 조직 사진(3.5Si Zr첨가)
4.4. SDAS값 비교
4.5. 조직 사진 비교
5. 토의 사항
5.1. 실험 고찰
6. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 목적
1.1. Al-Mg-Si계 합금에 Zr원소를 첨가
Al-Mg-Si계 합금에 Zr원소를 첨가이다. Al-Mg-Si계 합금에 Zr원소를 첨가하여 합금의 응고과정에서 첨가량에 따른 냉각곡선을 분석하고 미세조직을 분석하고자 한다. 또한 효과적인 α-Al 결정립 미세화를 위해 Zr을 얼마나 첨가해야하는지 분석해보고자 한다.
Al-Mg-Si 합금은 우수한 성형성과 높은 강도를 가지고 있으며, 다른 알루미늄 합금에 비해 우수한 압출성과 표면처리성을 가진다. 또한 강한 가공에 견딜 수 있으며 복잡한 형상의 주조를 할 때 적합하다. Mg과 Si를 첨가하여 강화 석출물(Mg2Si)을 형성함으로써 우수한 기계적 성질을 얻을 수 있다.
탈가스 처리는 알루미늄 용탕 내의 수소가스 제거를 위해 필요하다. 용탕 내의 수소가스는 결함 형성의 원인이 되므로 불활성 가스를 이용한 GBF(Gas Bubbling Filteration)공정을 통해 수소를 제거한다.
금속의 결정립은 극히 미시적인 단위이므로 현미경을 통해 관찰할 수 있다. 결정립 형성 과정에서 응고 시 초기에 '결정핵'이 생성되며, 이 결정핵이 성장하면서 용해잠열이 방출되어 결정립의 크기가 결정된다. 결정립계는 금속재료에서 내부식성이 약한 부분이지만 기계적 성질에 큰 영향을 미친다.
결정립 미세화 방법에는 공정 조직의 개량처리와 초정 미세화가 있다. 전자는 Sr, Na 등의 제3원소를 첨가하여 공정 Si의 성장을 방해하는 것이며, 후자는 Ti, B, Zr과 같이 GRF(Growth Restrict Factor)가 큰 원소를 첨가하여 초정 α-Al 조직을 미세화하는 것이다.
Zr의 경우 알루미늄 합금에서 결정립 미세화 효과를 얻기 위해 초정 고상핵의 불균질 핵생성을 조장하고 결정성장을 억제하는 기구가 작용한다. 불균형 핵생성은 Al3Zr에 의해 결정화를 유도하는 촉매효과로 인해 핵생성이 증가되며, Zr 첨가로 인한 냉각속도 증가도 결정립 미세화에 기여한다.
1.2. 합금의 응고과정에서 첨가량에 따른 냉각곡선 분석 및 미세조직 분석
합금의 응고과정에서 첨가량에 따른 냉각곡선 분석 및 미세조직 분석이다. Al-Mg-Si계 합금에 Zr을 각각 0.1%, 0.15%, 0.2%, 0.3% 첨가하여 응고과정에서의 냉각곡선을 분석하고 미세조직을 관찰하였다.
먼저 Zr을 0.1% 첨가한 경우, 응고 개시 온도가 높게 나타나 미세한 초정 Al 입자가 관찰되었다. 또한 공정 Si 입자의 크기도 미세해져 기계적 성질 향상이 기대된다. 0.15% 첨가 시에도 유사한 경향을 보였다.
그러나 Zr 첨가량이 0.2%를 넘어서면서 미세화 효과가 감소하는 것으로 나타났다. 0.3% 첨가 시 냉각곡선의 응고 개시 온도가 낮아지고 조대한 초정 Al 입자가 관찰되었다. 이는 Zr의 낮은 성장 억제 인자로 인해 과냉이 부족하여 Al3Zr 핵생성 입자만 존재하게 되어 결정립 미세화 효과가 감소하기 때문인 것으로 분석된다.
결론적으로 Al-Mg-Si계 합금에 Zr을 0.2% 첨가하는 것이 가장 효과적인 미세화 방법인 것으로 확인되었다. 이를 통해 합금의 기계적 성질 향상을 기대할 수 있을 것이다.
1.3. 효과적인 α-Al 결정립 미세화를 위한 Zr 첨가량 분석
Al-Mg-Si계 합금에 Zr원소를 첨가하여 합금의 응고과정에서 첨가량에 따른 냉각곡선 분석 및 미세조직 분석을 실시하였다. 이를 통해 효과적인 α-Al 결정립 미세화를 위한 Zr 첨가량을 분석하고자 하였다.
Al-Mg-Si계 합금은 우수한 성형성과 높은 강도를 가지며, 다른 알루미늄 합금에 비해 우수한 압출성과 표면처리성을 지닌다. 또한 강한 가공에 견딜 수 있어 복잡한 형상의 주조에 적합하다. Mg과 Si를 첨가하여 강화 석출물(Mg₂Si)을 형성함으로써 우수한 기계적 성질을 가질 수 있다.
결정립 형성은 액체의 온도가 응고점에 도달하자마자 용액의 일부에서 결정핵이 생성되며, 이 결정핵이 성장하면서 인접한 결정과 부딪치면서 계속 성장한다. 결정립계는 금속재료 분야에서 결함(면결함)으로 분류되지만 기계적 성질에 매우 큰 영향을 미친다. 결정립 크기는 금속의 종류, 불순물, 냉각속도 등에 따라 달라지며, 일반적으로 결정립이 작을수록 강도가 증가하지만 가공성이 나빠지는 경향이 있다.
결정립 미세화를 위한 방법으로는 공정 조직의 개량처리와 초정 미세화가 있다. 공정 조직의 개량처리는 Sr, Na 등의 제3원소를 첨가하여 공정 Si의 성장을 억제하는 방법이며, 초정 미세화는 Ti, B, Zr과 같은 성장억제인자(GRF)가 큰 원소를 첨가하여 초정 α-Al 조직을 미세화하는 방법이다.
Zr...
참고 자료
William L. Masterton 외 2인, 마스터톤의 일반화학, 제 7판, 사이플러스, pg.121 ~ pg.124, pg.549 ~ pg.562
두산백과(Faraday’s law, 주사 전자 현미경, 표준 전극전위)
Daniel C. Haris, 분석화학, 제 8판, 자유아카데미, pg.321 ~ pg.329
https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=studycadcam&logNo=220626792675&proxyReferer=http%3A%2F%2Fwww.google.com%2Furl%3Fsa%3Dt%26rct%3Dj%26q%3D%26esrc%3Ds%26source%3Dweb%26cd%3D1%26ved%3D2ahUKEwiDu5em9LriAhUawosBHQbqAIkQFjAAegQIABAB%26url%3Dhttp%253A%252F%252Fm.blog.naver.com%252Fstudycadcam%252F220626792675%26usg%3DAOvVaw2FG6x-xre94DnXJYXEpS3u
https://m.blog.naver.com/ricedaum/30033599287
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