Al 합급재료의 석출경화(시효거동)의 관찰

소개글

Al 합급재료의 석출경화(시효거동)의 관찰에 대한 보고서 자료입니다.

목차

(1) 실험목적

(2) 이론적 배경

(3) 실험방법

(4) 실험결과

본문내용

4 12h은 78.81, 24h은 79.8로 실험에서의 경도값이 점점 올라가는 것을 볼 수 있다. 이것은 앞에서도 설명 했듯이 금속의 모재상 내부에 미세하고 균일한 분포의 2차 상의 입자를 형성함으로써 즉 상의 존재로 인해 합금의 강도와 경도를 증가했다고 볼 수 있다. 이 강도와 경도값은 보통 온도와 시효 기간에 따라 달라진다. 이것은온도에 따른 고용도의 차이 때문이다. 즉 고온에서는 제2상이 용해되어야 하고 온도가 감소함에 따라 제2상의 고용도가 감소해야 한다. 그러나 분산강화계에서는 제2상의 고용도가 고온에서도 매우 작다. 따라서 재료가 고온에서 유지될 때 석출경화계 합금에서는 제2상이 기지 중에 재용해함으로써 고온에서는 연화(軟化)된다. 이러한 제2상에 의한 강화의 크기는 제2상 입자의 분포에 따라 달라지며, 제2상 입자의 형상, 부피분률, 평균입자지름 및 평균입자간거리가 강화의 정도를 나타내는데 중요한 인자이다. 만일 이동하는 전위가 제.2상 입자를 만나게 되면 전위는 제2상 입자를 자르고 지나가든가 아니면 석출상 사이에서 휘어 지나가면서 제2상 주위에 전위 루프(loop)를 남기게 된다. 이같이 전위가 휘어 지나가는데 필요한 응력은 입자간 거리의 임계거리를 갖는 Frank-Read원의 작동에 필요한 임계전단응력과 같다.
따라서 최대의 강화효과를 얻기 위해서는 제2상입자간 거리를 가능한 짧게 할 필요가 있다. 그러므로 같은 부피분율의 제2상입자가 존재한다면 제2상의 평균입자지름이 적을수록, 구상보다는 판상이나 본상으로 존재할수록 평균입자간 거리가 짧아지기 때문에 강화효과가 크게 나타난다. 또한 제2상 입자가 전위에 의해 잘려지는 경우에는 입자의 크기가 클수록 강화효과가 커지게 된다.
위의 그림은 우리가 실험한 실험데이터와 값이 다르다. 실험데이터값은 시간의 증가에 따라 경도값이 계속 증가해 24h의 경도값이 79.8로 가장 큰 경도값을 보인 반면 위의 그래프는 증가하다가 감소한다. 아무래도 경도값을 잘못 측정한 것이 아닐까 생각한다. 위 개략도에서 시간의 증가에 따라, 강도는 증가하여 최고치를 보이며 그후에 감소하는데 이러한 장시간 후의 강도와 경도의 감소를 과시효라고 한다. 이것은 합금이 극히 높은 온도에서 또는 장시간 시효되면 석출물이 크게 성장하고 비정합이며 그의 수도 적어 강도가 감소하기 때문이다. 시효온도가 감소할 때 최대강도가 증가하기 때문에 적절온도가 높은 온도보다 바람직하다. 상태도의 지렛대법칙을 사용하면 낮은 온도에서 석출물이 더 형성됨을 알 수 있다. 또한 적절한 온도를 사용하면 합금내가 더욱 균질한 물성을 나타낸다. 높은 시효온도를 사용하면 합금의 외부는 뜨거우나 내부는 차갑게 유지된다. 온도가 너무 낮으면 시효시간은 실질적인 처리를 하기에 너무 나 길게 된다(예를 들어 10,000시간).
♣ 시효경화의 요건
어떤 합금들은 시효경화될 수 없다. 시효경화가 되기 위해서는 몇 가지 조건이 충족되어야 한다.
1. 두 번째 성분을 용해하기 위해 시료를 단상영역으로 가열하는 것이 가능 해야 한다. 이후의 냉각시 합금은 용해선을 넘어 단상영역을 벗어나 두상 (two phase)영역으로 가야 한다.
2. 합금이 급냉될 수 있어야 한다. 어떤 합금들은 석출이 일어나지 않고 과 포화된 용액을 만들 정도로 빠르게 냉각될 수 없다.
3. 석출이 기지의 격자와 간섭하여 강도를 증가시킬 수 있어야 한다.
4. 석출물은 강하고 취약하고 연한 연성 기지에 둘러 싸인다. 보통 석출물은 금속간화합물이다.
강화 형상은 석출 열처리 온도가 높을수록 가속화된다. 또 모든 합금이 석출 경화에 필요한 조성과 상태도를 갖고 있는 것은 아니다. 더구나 석출 경화를 위해서는 석출물과 기지 계면에 격자 변형이 형성되어야 한다. 알루미늄과 구리합금에서는 아래그림에 나타낸 것과 같이 중간상 입자의 내부와 주위에 결정 격자의 변형이 일어난다. 소성변형시에 전위의 이동은 이러한 격자 변형에 의해 효과적으로 제지되며, 결과적으로 합금은 경화되고 강해진다. 석출상이 형성되면 이들 석출상 입자는 슬립(전위의 이동)을 효과적으로 제지하지 못하며, 따라서 과시효(연화 또는 약화)가 일어나게 된다.
(평형 석출상( )이 형성되는 몇가지 단계를 보이는 개략도)
- 참 고 자 료 -
재료과학과 공학 : 358~365 page
www.alportal.net/kor/bunya1-d4.htm
www.metal.or.kr/college/m_basic/strength/m_strength3.html

키워드

Al,   석출경화,   시효경화,   시효거동관찰,   경도,   결함