Al-Zn-Mg-Cu 합금의 열간균열 특성에 미치는 합금조성 및 냉각속도의 영향 = The influence of alloying compositions and cooling rate on hot tear susceptibility of the Al-Zn-Mg-Cu alloys

국문 초록 (Abstract)

알루미늄 합금은 자동차 산업 및 수송기계 분야에서 경량화의 목적으로 가장 대표적으로 사용되는 소재이다. 이 중 합금원소로서 Zn, Mg, Cu를 첨가하는 7000계 알루미늄 합금은 알루미늄 합금 중 가장 높은 기계적 특성을 나타내며 구조재 및 고강도를 필요로 하는데 적용 가능한 합금이다. 하지만 주로 단조공정 등을 사용하여 제조하여 제조비용이 높은 단점이 있다. 이를 주조용 합금으로 개발 할 시 공정단축을 통한 제조비용의 절감과 보다 다양한 형상의 부품이 제조 가능하다. 하지만 주조품의 문제점인 열간균열, 기공, 편석 등의 주조결함이 발생할 가능성이 있어 이에 대한 주조성 평가가 필요하다.
본 연구에서는 고강도 주조용 알루미늄 합금 개발의 일환으로서, 대표적인 고강도 알루미늄 합금인 7000계 알루미늄 합금의 주조성을 평가하고자 대표적 주조결함인 열간균열 특성에 대한 연구를 진행하였다. 7000계 알루미늄 합금 중 가장 대표적 합금인 AA7075합금을 기준으로 첨가되는 합금원소의 조성과 결정립 미세화제의 첨가, 냉각속도의 변화 등에 따른 열간균열 민감도를 평가하고 파단면과 미세조직을 관찰하여 그 상관성을 고찰하였다.
총 8단계의 발생경향을 갖는 열간균열 민감도 평가용 금형을 사용하여 각 균열의 위치와 형상에 따른 점수를 부여하고 열간균열 민감도 지수로 나타내었다. 평가인자로서 조성에 따른 응고범위, 결정립 크기, 공정상의 영향 등을 관찰하고, 냉각속도를 측정하여 그 영향을 관찰하였다.
그 결과 AA7075합금의 열간균열 민감도 지수는 67로 나타났다. Zn, Mg, Cu의 조성변화에 따른 열간균열 민감도의 변화는 AA7075 합금과 비교하여 각각 6~11%이내의 열간 균열 민감도 차이를 보였다. 또한 미세조직 분석결과 대부분 결정립계를 따라 균열이 전파되는 것이 관찰되었다. 또한 Cu의 첨가량이 3.6 wt% 첨가 시 평균 결정립의 크기가 AA7075에 비해 42%감소하며, 열간균열 민감도 또한 가장 낮은 값을 나타내었다. 결정립 미세화제 첨가에 따른 영향으로서 열간균열 민감도가 Ti 기준 0.05 wt%첨가 시 약 25% 감소하였으나, 그 이상 첨가 시 오히려 다시 증가되는 것이 관찰되었다. 냉각속도 변화의 경우 냉각속도 감소에 따라 열간균열 민감도 또한 감소하는 것이 관찰 되었다.