Al 합금 보고서

소개글

Al 합금 보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. Al 합금

Ⅱ. Al-Si 합금

Ⅲ. Al-4.5%Cu 합금의 시효경화

본문내용

더 내려가면 Si가 석출된다.
이 실험에서 모합금을 제조하는 이유는 Al과 Si의 융점이 각각 660℃, 1430℃로 차이가 크기 때문이다. 융점의 차가 크면 용융되어 혼합되는 과정에서 산화되어 손실되는 양이 생기기 때문에 모합금을 미리 만들어 산화되어 손실되는 양을 줄이려고 하는 것이다.
장입계산에서 장입은 원료를 로 안에 집어넣는 것을 의미한다. 그렇기 때문에 장입계산을 할 때 용융하는 모든 물질의 손실율까지 고려를 하여(여기서는 Al, Si) 집어넣을 원료의 양을 결정해야한다. 계산에 따라 원료의 양과 제조 시 결과물이 완전히 달라지기 때문에 중요한 작업이라고 할 수 있다. 계산하는 법은 다음과 같다. 모합금을 만드는데 들어가는 원소들의 손실율과 합금 원소의 양 구한다. 그 후 모합금의 양을 미지수로 두고 합금 원소 조성과 합금 원소의 손실율을 곱한 것이 합금 원소의 투입량과 같다고 두어 모합금의 무게를 구한다. 구한 모합금의 무게에 기본이 되는 원료의 조성과 원료의 손실율을 곱하여 모합금에서의 원료의 무게를 구한다. 총 원료는 목표 무게에 원료의 조성을 곱한 것이 되고, 여기서 모합금에서의 원료의 무게를 빼주면 용해로에 추가로 넣을 원료의 무게를 알 수 있다.
고주파 유도로는 맴돌이 전류라고도 불리는 와전류를 이용한 전기로의 한 형식이다. 고주파 자기장 내에 금속과 같은 전기적 양도체를 두면 맴돌이 전류가 유도되어 표피전류가 생기고 금속 자체 저항에 의하여 발생하는 열손실(과전류) 발열하는 방식이므로, 피가열물 내부에 직접 열을 발생시킬 수 있다. 또, 다른 방법처럼 고온의 가열원을 이용하지 않으므로 도달 온도는 이론상 제한이 없고, 효율도 좋으며, 단시간에 큰 에너지를 줄 수 있다. 따라서 가열은 빠르고 온도 제어나 작업도 쉬우며, 또 가열을 국부적으로 제한할 수 있고 용해물은 전자기력으로 인하여 자동적으로 뒤섞인다.
도가니는 화로에 올려놓고 철이나 청동 같은 금속 혹은 유리 같은 내용물을 녹여 거푸집에 붓는데 사용되는 용기이다. 도가니에는 1번, 2번, ···, n번 등이 적혀있다. 이 번호들은 Cu n kg만큼 들어갈 수 있다는 뜻이다. 다른 금속들은 Cu의 비중과 비교하여 계산(도자기 숫자*(금속 밀도/Cu밀도))을 통해 양을 정할 수 있다. 이 실험에서 흑연 도가니를 사용하는 이유는 첫째, Al은 전기전도성이 우수하여 자체 열 발생을 하지 못하므로 보조 열 발생시키기 위해서이다. 둘째, Al에 C가 고용되지 않아 합금 원소 외의 다른 원소들이 고용되지 않기 때문이다.
마지막으로 이러한 실험을 할 때는 항상 보호 장비를 착용하여야한다. 고온이기도 할뿐더러 용융을 하는 금속들 간의 용융 온도차가 800℃이상 차이나면 폭발을 하게 된다. 이 때 튀기게 되면 Fe는 표면장력이 강하여 최대한 구 형태로 만들어져 화상을 입는 부위가 적지만 이것은 Fe에 한해서이고 Al은 표면장력이 약하여 얇게 펴지기 때문에 화상을 입는 부위가 넓어지므로 조심해야한다.
Ⅲ. Al-4.5%Cu 합금의 시효경화
그림 2. Al Cu 상태도
Al 4.5%Cu 합금 전에 Al Cu합금에 대해서 알아야한다. 전술하였듯이 Al Cu 합금은 2000계열 합금으로 기계적 성질 및 절삭성이 우수하나 내식성과 용접성이 떨어지며 고온취성이 있다. 또한 Cu의 첨가는 도전율을 해치고, 고용량에 따라 경도를 상승 시킨다. 그리고 주조 균열-응고 수축 결함이 발생하기 쉽다. Al에 대한 Cu의 최대 고용도는 548℃ 공정온도에서 최대이며, 석출물(Al+CuAl)을 형성하여 고용경화를 일으키므로 강도를 증가 시킬 수 있다. Cu 첨가로 Al 합금 강도의 내응력부식 균열성, 내피로 및 내부식피로 특성, 상온과 극저온에서의 연성 등을 높일 수 있다. Al-Cu-Mg계 고강도합금에서 Cu%가 많을수록 용체화 처리 후 시효경화가 일어나기까지의 잠복기간과 시효경화가 포화될 때까지의 기간이 단축된다. 이러한 내용들을 바탕으로 Al Cu 합금은 고용체에 의한 시효경화를 이용하여 경도를 증가시킨 대표적인 합금이라고 볼 수 있다.
여러 합금 원소들을 첨가하여 합금의 성질을 바꿀 수도 있다. 일단 Cu는 5~6%Cu에서 인장강도가 높고, Mg을 넣어 첨가량이 증가함에 따라 인장강도, 항복강도, 경도가 향상되지만 연신율은 0.3% 이상에서 약간 저하한다. Si는 주조성의 개선을 위하여 첨가되지만 인장강도, 항복강도도 약간 향상시키는 역할을 한다. 그러나 0.5%Si 이상 첨가하면 연신율이 저하한다. 대표적인 Si첨가 합금으로 라우탈 합금이 있으며 Si를 이용하여 주조성과 피삭성을 개선한 합금이다.
경도를 증가시킬 때 사용되는 시효경화에는 상온 시효, 인공 시효 두 가지가 있다. 시효경화는 석출물을 이용하므로 시효경화를 알기 위해서는 석출물에 대하여 알아야한다. 석출물이 형성이 되면 강도가 증가하게 된다. 여기에는 2가지 방법이 있다. 첫째로 절단(Cutting)이다. 전위가 석출물을 절단하기 위해서는 큰 에너지가 필요하고 이 때 들어가는 에너지만큼 강도가 증가하게 되는 것이며 석출물이 클수록 에너지가 더욱 많이 필요하여 강도가 석출물의 크기가 클수록 더욱 증가하게 된다. 두 번째로 보우잉(Bowing)이다. 전위는 석출물 주변을 돌아서 가게 되는데 이 때 들어간 에너지만큼 강도가 증가하며 석출물이 작고 많을수록 에너지가 더 필요하게 되고 석출물의 크기가 작을수록 강도가 증가하게 된다. 이렇듯 석출물을 이용하는 상온 시효와 인공 시효 중 상온 시효는 상온에서 놔두고 시간의 경과에 따라 강도와 경도가 증가시키는 방법이고 인공 시효는 인위적으로 100~180℃에서 가열하여 강도와 경도를 증가시키는 방법이다.
Al 4.5%Cu합금의 시효경화는 용체화 처리, 인공 시효 순으로 이루어지며 이를 T6 열처리라고 한다. 첫 번째 용체화 처리는 온도를 용체화 처리 온도인 548℃까지 높인 후 급냉을 하는 것을 말한다. 두 번째로 인공 시효는 aging이라고도 불리며 용체화 처리 후 다시 온도를 130~190℃ 영역까지 높인 후 온도를 유지하는 것을 말한다. aging 시에는 석출물이 결정립계 내에 생기도록 해야 한다. 그래야

키워드

Al,   합금,   Al-Si 합금,   Al 합금,   Al-4.5%Cu 합금,   시효경화,   Al합금