Transcript 신소재특화설계

Mg-Al 합금계에 Sn 첨가에 따른 석출상
예측 및 열기계가공에 따른 기계적 특성
The date of presentation
2007.12.7
Nam Seok Kim, Jeong Whan Han
INHA University
School of Materials Sci. & Eng.
고강도 고성형 마그네슘 합금 개발
고강도, 고성형성
가공용 마그네슘 합금
개발 필요
비강도(Specific Strength)
저비용 고효율
압연/압출 공정 기술
개발 필요
고강도
연성(Elongation)
 석출/분산상 제어
 결정립 미세화
 평형/비평형상 제어
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Mg-Al
Mg-Sn
770.5
Liquid
Mg
Mg2Sn
90.4
232
βSn


장점
주조성 양호
기계적 성질 우수
단점
온도 증가 시 강도 저하
→ 고온취약 Mg17Al12 생성을 억제


770℃의 높은 용융점
공정온도 561.2℃
(Mg-Al합금 473℃→열적안정)

고온에서 14.85wt%의 높은 고용도
(저온에서 고용도 낮음→석출 강화형 합금)
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m
Vertical section
Solid solubility
12
12
11
11
w%
(SN@
HCP)
10
10
w%(SN@HCP)
w%
(SN@HCP)
W%(Sn@HCP)
99
88
77
66
55
44
33
22
11
00
0
100
200
300
400
500
600
T[C]
T[C]
T[C]
- 삼원계 합금에서는 540℃에서 최대 11.1wt%의 고용 (Al 3wt%일 경우)
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m
Sn wt%
Thermodynamic calculation
condition
 Mg rich
 Al 3% 고정
 Sn (1,2,3) %
Solidification process
HCP+LIQUID
HCP
HCP+Mg2Sn
Sn wt%
HCP+Mg2Sn+Mg17Al12
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m
History of Heat treatment
400℃~500℃에서
일정시간 유지
Temperature
Quenching
400 C or 500  C
200℃까지 승온
200 C
적정시간 유지
Quenching
석출
Time
냉각
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0.1
0.10
Sn 1%
Thermodynamic calculation
f(HCP)
f(M
g17Al12)
f(M
g2Sn)
f(LIQUID)
0.09
0.09
Phase
Fractions
Phase
Fractions
0.08
0.08
condition
0.07
0.07
0.06
0.06
0.05
0.05
0.04
0.04
0.03
0.03
 Mg rich
 Al 3% 고정
 Sn (1,2,3) %
0.02
0.02
0.01
0.01
0.000
0
100
200
300
400
500
600
700
400
500
600
700
T[C] T[C]
0.1
0.10
Sn 2%
0.09
0.09
0.09
0.09
0.08
0.08
0.08
0.08
0.07
0.07
0.07
0.07
Phase
Fractions
Phase
Fractions
Phase
Fractions
Phase
Fractions
0.1
0.10
Sn 3%
0.06
0.06
0.05
0.05
0.04
0.04
0.06
0.06
0.05
0.05
0.04
0.04
0.03
0.03
0.03
0.03
0.02
0.02
0.02
0.02
0.01
0.01
0.01
0.01
0.000
0.000
0
100
200
300
T[C] T[C]
400
500
600
700
0
100
200
300
T[C] T[C]
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Precipitation temperature and phase fractions
Mg17Al12
420
400
380
360
340
320
300
280
260
선형적 증가
240
220
200
180
160
거의 일정
140
120
100
1
2
3
1
4
Sn(wt%)
0.040
0.035
0.075
0.030
0.070
0.025
0.020
0.015
0.010
2
3
4
Sn(wt%)
0.080
Phase Fractions
Phase Fractions
Temperature(
。c)
Temperature(
。c)
Mg2Sn
0.065
0.060
0.055
0.050
0.045
0.005
0.040
0.000
1
2
3
Sn(wt%)
4
1
2
3
Sn(wt%)
4
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Phase analysis of as-cast Mg-3Al-xSn
• 상분석 : coarse lump상과 fine irregular 상으로 구분
• EDAX 분석에 의해 A-type 상은 Mg17Al12(β), B-type 은 Mg2Sn 상으로 추정됨
Matrix
Grain boundary
A-type
B-type
Mg2Sn
Mg17Al12(β)
Element
Wt%
At%
MgK
34.46
71.97
22.92
SnL
65.54
28.03
ZAF
Matrix
Correction
ZAF
Element
Wt%
At%
MgK
75.19
77.08
AlK
24.81
Matrix
Correction
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XRD-Analysis of Mg-3Al-xSn alloy
120000
Intensity
100000
-Mg
Mg-3Al-1Sn
Mg-3Al-2Sn
Mg-3Al-3Sn
80000
Mg2Sn
Mg17Al
Sn 증가에 따른 XRD 변화
 α-Mg
 Mg2Sn
 Mg17Al12
60000
40000
20000
0
30
40
50
60
2
70
80
90
감소
증가
감소
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Hardness value of Mg-3Al-xSn alloys
80
70
Mg-3Al-1Sn
Mg-3Al-2Sn
Mg-3Al-3Sn
Sn 증가에 따른 Hv 변화
Hv(98mN)
60
50
Sn 3 wt% 일 때
Aging 처리 후 53Hv로 가
장 높게 나왔음
40
30
20
10
0
As-cast
S.S.T
Condition
Aging
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 열역학적 계산을 통한 수치해석 결과 Sn의 함량이
증가할 수록 Mg2Sn상의 석출온도 및 상분율이
선형적으로 증가. Mg17Al12상은 거의 일정
 조직 분석 결과 조대한 Mg17Al12상과 미세한
불규칙적 형태인 Mg2Sn석출상을 관찰
 XRD분석 결과 Sn의 함량이 늘어날 수록
Mg2Sn상 증가, Mg17Al12상 감소
 Sn 3 wt%일 때 Aging처리 후 53Hv로 가장 높게
나왔음. 이는 고용되어 있던 Mg2Sn상이 석출되면서
합금의 강화에 기여한 것으로 사료됨