[금속재료학][재료공학 전공] 합금 조직 관련 논문 요약

문서 내 토픽

1. 금속 주조

금속재료학 #HW4casting이란 금속을 가열하여 녹인 용융을 원하는 mold에 부어 가공하는 것이다. Sand casting이란 모래를 mold재료로 사용하는 주조 공정이다. Permanent-mold casting은 부식이나 열적피로에 높은 저항성을 가진 금속으로 만들어 영구적으로 사용이 가능하다. Die casting을 하면 미세한 결정립이 되며, 연성이 증가한다. 대량생산에 적합하다.
2. Al-Si-Mg 합금

왼쪽 사진은 Al-Si-Mg합금의 OM 이미지이다. Al-Si-Mg 합금은 기계적 성질이 우수하여 주로 자동차 부품으로 사용된다. (a)는 샌드캐스팅, (b)는 수정된 샌드캐스팅, (c)는 permanent mole casting, (d) die casting 조직이다.
3. 응고 조직

응고조직은 결정립, 초정 알루미늄 덴드라이트 셀 수지상 간격(DAS), 공정Si입자 등으로 이루어져있다. (a)에서 공정Si입자가 침상이 되면 응력이 증가한다. DAS 및 결정립의 미세화와 함께 높은 가공경화가 유발되어 응력이 증가하는 것이다.
4. 다이캐스팅 조직

덴드라이트 조직을 갖는 합금과 달리, 구상 초정 Al과 미세한 결정립을 갖는 다이캐스팅재의 공정 Si입자는 대부분 grain boundary에 존재한다. 따라서 가공경화가 증폭되어 피로수명이 저하한다.
5. 주조 방법에 따른 기계적 성질

오른쪽 그래프는 주조 종류에 따른 인장강도, 연신율을 나타낸다. 인장강도와 연신율 모두 Mold casting이 sand casting보다 높다는 것을 알 수 있다. 이렇게 mold casting의 기계적 성질이 sand casting보다 높은 이유는 좀 더 미세한 결정립, 미세하게 분산되는 석출물에 기인한 것으로 예상된다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 금속 주조

금속 주조는 금속 제품 제조에 있어 매우 중요한 공정입니다. 주조 공정을 통해 복잡한 형상의 제품을 효율적으로 생산할 수 있으며, 다양한 금속 합금을 활용할 수 있습니다. 주조 공정에서는 금속의 용융, 주형 충전, 응고 등 복잡한 물리화학적 현상이 발생하며, 이를 이해하고 최적화하는 것이 중요합니다. 주조 공정의 핵심 기술로는 주형 설계, 용탕 처리, 응고 제어 등이 있으며, 이를 통해 주조품의 품질과 생산성을 향상시킬 수 있습니다. 또한 주조 공정은 환경 및 에너지 측면에서도 중요한 의미를 가지므로, 지속 가능한 주조 기술 개발이 필요할 것으로 생각됩니다.
2. Al-Si-Mg 합금

Al-Si-Mg 합금은 알루미늄 합금 중에서도 매우 중요한 합금 시스템입니다. Si와 Mg의 첨가로 인해 우수한 주조성, 내식성, 기계적 특성 등을 나타내며, 특히 자동차 산업에서 널리 사용되고 있습니다. Al-Si-Mg 합금의 미세조직은 Si 상, Mg2Si 상, 고용체 등으로 구성되며, 이들 상의 분포와 형태에 따라 합금의 특성이 크게 달라집니다. 따라서 주조 공정 조건, 열처리 등을 통해 미세조직을 적절히 제어하는 것이 중요합니다. 최근에는 Al-Si-Mg 합금의 특성을 더욱 향상시키기 위해 미량 원소 첨가, 복합재료화 등 다양한 연구가 진행되고 있습니다.
3. 응고 조직

금속 주조품의 응고 조직은 주조품의 기계적 특성, 내구성, 내식성 등에 큰 영향을 미치는 중요한 인자입니다. 응고 조직은 주조 공정 변수(주형 온도, 용탕 온도, 냉각 속도 등)에 따라 크게 달라지며, 이를 이해하고 제어하는 것이 필수적입니다. 일반적으로 응고 속도가 빠를수록 미세한 조직이 형성되며, 이는 기계적 특성 향상으로 이어집니다. 또한 응고 과정에서 발생하는 편석, 기공, 균열 등의 결함을 최소화하는 것도 중요합니다. 최근에는 전산모사, 실험적 연구 등을 통해 응고 조직 형성 메커니즘을 심도 있게 이해하고, 이를 바탕으로 최적의 주조 공정 조건을 도출하는 연구가 활발히 진행되고 있습니다.
4. 다이캐스팅 조직

다이캐스팅은 고압 주조 공정의 일종으로, 복잡한 형상의 제품을 고속으로 생산할 수 있는 장점이 있습니다. 다이캐스팅 공정에서는 매우 빠른 냉각 속도로 인해 미세한 조직이 형성되며, 이는 우수한 기계적 특성으로 이어집니다. 그러나 빠른 냉각 속도로 인해 응고 과정에서 기공, 균열 등의 결함이 발생할 수 있으므로, 이를 최소화하는 것이 중요합니다. 또한 다이캐스팅 공정에서는 금형 충전, 응고 과정에서 복잡한 유동 현상이 발생하므로, 이를 이해하고 제어하는 기술이 필요합니다. 최근에는 전산모사, 실험적 연구를 통해 다이캐스팅 공정의 미세조직 형성 메커니즘을 규명하고, 이를 바탕으로 공정 최적화 연구가 활발히 진행되고 있습니다.
5. 주조 방법에 따른 기계적 성질

금속 주조품의 기계적 성질은 주조 방법에 따라 크게 달라집니다. 일반적으로 중력 주조, 저압 주조, 고압 다이캐스팅 등의 주조 방법에 따라 주조품의 미세조직과 결함 특성이 다르게 나타나며, 이는 인장강도, 연성, 경도 등의 기계적 특성에 직접적인 영향을 미칩니다. 예를 들어 고압 다이캐스팅의 경우 매우 빠른 냉각 속도로 인해 미세한 조직이 형성되어 높은 강도와 경도를 나타내지만, 연성이 상대적으로 낮습니다. 반면 중력 주조의 경우 느린 냉각 속도로 인해 조대한 조직이 형성되어 연성이 우수하지만 강도가 낮습니다. 따라서 주조 제품의 용도와 요구 특성에 따라 적절한 주조 방법을 선택하는 것이 중요합니다. 최근에는 주조 공정 모델링, 실험적 연구 등을 통해 주조 방법과 기계적 특성의 상관관계를 심도 있게 이해하고자 하는 노력이 이루어지고 있습니다.