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미세조직의 제어와 가압응고에 의한 AZ91합금의 기계적 특성 개선

전문가 제언: ○ Mg합금은 hcp 결정구조에서 유래하는 슬립면의 제한 때문에 취성파괴가 일어나기 쉬워 성형성과 강도가 낮은 것이 결점이다. Mg합금의 강도 향상에는 희토류 원소나 접종제 첨가에 의한 결정립 미세화, 용체화처리와 시효처리에 의한 석출강화 등의 방법이 이용된다. 그러나 Mg-Al계인 AZ91 합금은 응고범위가 넓어 액상과 고상이 공존하는 곤죽 상태로 응고하기 때문에 주조 후에 잔류하는 수축공으로 인하여 결정립을 미세화하여도 주조품의 강도개선은 기대하기 어렵다.

○ 본 연구에서는 SiC접종에 의한 수지상정의 미세화, 가압주조에 의한 상대밀도의 증가(수축공의 감소), 용체화처리에 의한 침상 Mg2Si의 구상화 효과를 보고하고, 최대 인장강도가 72MPa에서 167MPa로 크게 증가함을 보였다. 저자들은 선행연구에서 0.75wt.% Ce첨가와 0.2MPa 가압주조에 의해 인장강도 130MPa를 보고한 바 있다. 본 연구에서는 선행연구의 Ce첨가를 SiC접종으로 대체하고 가압응고는 동일하게 적용하여 153MPa의 인장강도를 얻고 있으므로 강도의 향상에는 희토류 첨가 보다 접종효과가 더 우수함을 시사하고 있다.

○ Al을 함유하는 Mg합금의 결정립 미세화를 위한 접종에는 탄소(C)가 이용된다. C는 핵생성 자리로 작용하는 Al4C3 나노입자를 생성한다. 그러나 Al4C3의 생성에는 과열처리(850~900℃)가 필요하므로 Al4C3를 직접 첨가하기도 한다. 이 외에 Al-4B 또는 Al-5TiB2 모합금도 AZ31 및 AZ91합금의 결정립 미세화에 유용한 접종제로 보고되고 있다. 한편 본 연구에서는 열처리로 용체화처리만을 하고 있으나 시효처리를 추가하면 더 높은 강도가 예상되므로 이에 관한 후속연구가 요구된다.

○ 국내의 경우 합금설계, 가공조직, 열처리 효과와 관련한 Mg합금의 미세조직과 기계적 특성을 다룬 연구는 여러 편이 발표되고 있으나 응고조직의 미세화를 위한 접종제의 효과나 가압응고의 효과를 다룬 연구사례는 찾아보기 어렵다. AZ91 합금의 이용은 주조나 다이캐스팅과 같은 용융가공법에 많이 의존하고 있으므로 응고조직의 개선을 통한 기계적 성질의 향상연구도 균형 있게 다루어져야 할 것이다.

저자: S.N. Chen, W. Yang, H. Yu, Y.L. Zhang
자료유형: 니즈학술정보