고규소-Al 합금의 기계가공성에 미치는 열처리의 효과에 대하여

국문 초록 (Abstract)

1. 緖論
高珪素-Al 合金은 鑄物用 Al合金材로서 熱膨脹係數가 적고 耐磨耗性도 우수하여 그 用途가 넓고 重要한 合金이다.
그러나 이 合金의 實用化에 있어서의 결함은 初晶珪素의 粗大化가 기계적性質이나 機械加工性에 큰 영향을 준다는 點이다.
그러므로 初晶珪素의 微細化에 對한 硏究는 多角度로 行하여지고 있으나, 熱處理가 機械加工性에 미치는 影響에 對해서는 거의 없다.
本 實驗에서는 熱處理가 機械加工性에 미치는 영향을 鑄造材와 熱處理材로 區分하여, 切削速度, 切削깊이를 변화시켜서 微細化處理, 熱處理와 機械加工性과의 相互關係를 組織, 機械的性質, 표면거칠기, chip 형태 등으로 조사 검토하였다.
2. 實驗 方法
使用된 原料는 純 Al(ALCOA 製 97.7%)와 金屬 Si(98.0%)를 高周波 誘導爐에서 12번 흑연도가니를 使用하여 Al-Si 母合金(Si 30% 目標)를 製造하였다. 그것을 電氣爐에서 4번 흑연도가니를 使用하여 再溶解시킨후, 純 Al을 첨가하여 Al-Si合金(Si 20% 目標)를 製造했다. 初晶微細化는 所定의 微細化劑를 첨가하여 微細化處理를 行한 後, 직경 20 ㎜ø, 길이 200 ㎜의 金型을 200℃정도로 豫熱하여 溶湯을 鑄入하여 試片을 製造한다. 熱處理는 上記 試片을 515℃∼520℃에서 8시간, 176∼178℃에서 16시간 熱處理를 行하였다. 組織검사 및 硬度측정用 試片은 試片底面에서 15 ㎜되는 곳을 절단하여 측정했다. 機械加工性은 試片底面에서 20 ㎜ 되는 곳부터 平 bite를 使用하여 表面으로부터 1 ㎜ 두께로 切削한 後, 직각 bite를 使用하여, 폭 2 ㎜씩, 切削速度 및 切削깊이를 變化시키면서 切削하여 chip를 채취한다. 포면거칠기 측정은 폭 10 ㎜씩을, 切削速度를 變化시키면서 切削한 後 표면거칠기를 측정한다.
3. 實驗結果 및 考察
3. 1. 初晶Si에 미치는 熱處理의 影響
금속현미경 組織相으로는 큰 차이가 없어 Scaning으로 관찰하였다. 熱處理는 初晶 Si과 eutectic組織인 기지조직과의 境界(boundary)부근을 變化시키며 그로 因하여 機械加工性이 향상되었다.
3.2. 기지조직에 미치는 熱處理의 영향
기지조직에 대한 熱處理效果는 금속현미경 관찰로서도 뚜렷이 나타났다. Photo 1.에서 보는 것같이 熱處理하므로서 기지조직 內의 共晶 Si이 재결정하여 침상모양의 共晶 Si이 구상형태로 되었으며, 기지조직을 균질화하여 기계가공성, 특히 표면거칠기를 현저하게 향상시킨다.
3.3. 切削速度에 對하여
切削速道에 對한 표면거칠기는 切削速度에 따라 향상되었고, 熱處理로 더욱 향상시킨다. 微細化效果도 또한 표면거칠기를 향상시키나 微細化劑에 따라서는 감소시키는 것도 있다.
3.4. 切削 깊이에 對하여
高珪素-Al合金의 加工에 있어서 bite의 마모현상은 무시되나, 過多한 切削깊이는 build-up edge의 형성이 두드러져 적당한 절삭깊이의 설정이 요구된디. 熱處理나 微細化處理에 의한 영향은 절삭깊이가 적을때는 뚜렷이 나타나나 切削깊이가 클 때는 별 차이가 없다. 이것은 build-up-edge의 형성으로 切削性을 저하시키기 때문이다.
4. 結論
1) 熱處理는 기지조직內의 共晶 Si를 구상형태로 만든다.
2) 高珪素-Al合金의 切削速度는 클수록 표면거칠기가 향상된다.
3) 高珪素-Al合金의 切削깊이는 적을수록 양호하다.