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다방향 충격단조(MDIF)에 의한 Mg-Gd-Y-Zr 합금의 초소성 연신

전문가 제언: ○ Mg합금은 hcp 결정구조로 인한 슬립계의 제한으로 상온 성형이 곤란한데다 가공 시에 집합조직이 형성되어 기계적 성질의 이방성을 야기한다. 이에 대한 대책으로 수 100%의 균일한 연신을 나타내는 초소성(superplasticity)이 주목되고 있다. ECAP가공으로 초미세립을 갖는 AZ31, AZ61, AZ91, ZK60 등의 Mg합금들에서 초소성이 보고되었다. 본고에서는 열간압연으로 66㎛의 조대립 조직에서도 초소성이 관찰된 바 있는 Mg-9Gd-3Y-0.5Zr합금에 다방향충격단조(MDIF)를 적용하여 초소성 현상에 미치는 미세조직의 영향을 알아본다.

○ MDIF(Multi-Directional Impact Forging)법은 단조패스마다 가공재를 90° 회전시켜 압축하는 가공법으로 고속해머를 사용하여 변형률을 작게 하면서 단조패스를 여러 번 반복하는 가공법이다. MDIF가공으로 형성된 층상쌍정은 450℃ 예열에 의한 정적재결정으로 평균 입도 76㎛의 결정립으로 되어 초기 변형률 속도 1×10-3s-1～5×10-4s-1 범위의 450℃ 인장에서 200～300%의 초소성 연신을 보인다. 변형과정에서 일어나는 동적재결정은 응력집중을 완화시키므로 초소성 변형에 유리하게 작용한다.

○ 금속재료의 초소성은 입계슬립기구에 의한 현상이므로 10㎛ 이하의 미세립 조직에서 일어나는 것으로 설명되고 있다. 그러나 MDIF가공에서는 76㎛의 조대립에서도 초소성 현상을 보여 이례적이다. 초소성 기구는 입계슬립이 아니라 전위활주에 율속되는 전위 크리프에 의한 것으로 설명된다. 압출이나 압연공정의 가공열처리에서도 입계슬립에 의한 초소성에서 요구되는 10㎛ 이하의 미세립을 얻을 수 있지만 이 경우에는 강한 집합조직이 형성되는 문제가 있다. 따라서 조대립에서 초소성이 발현되는 MDIF가공법은 실용적 관점에서 주목할 만하다.

○ 국내에서도 ECAP과 같은 강소성 가공법에 의해 AZ31, AZ61 Mg합금의 초소성 연구가 홍익대, 포항공대 등에서 이루어져 국내외 학술지에 발표되어 왔다. 그러나 MDIF법에 의한 연구사례는 없다. MDIF법은 집합조직의 형성이 없으며 산업적 규모로 적용이 용이하므로 Mg합금의 난가공성을 초소성으로 해결하는 실용기술로 발전이 기대된다.

저자: J.L. Li, D. Wu, Q.B. Yang, R.S. Chen
자료유형: 니즈학술정보