[재료공학실험]Al 7075 가공조건에 따른 조직 관찰, 경도 및 충격 시험 1부









실험 목적


1. 미세조직관찰

금속 시편을 채취하여 관찰면을 균일하게 연마하고 미세한 조직을 관찰함으로써 그 곳에 나타나는 상, 결정립의 형상 및 분포상태, 크기 또는 결함 등을 측정하여 조직과 기계적 성질, 열처리 등과의 관계를 연구함에 있다.

 

2. 경도시험

목적에는 사용 재료의 경도값을 알고자 하는 경우, 경도값으로부터 강도를 추정하고 싶은 경우 또는 경도값으로부터 시험편의 가공상태나 열처리상태를 비교하고 싶은 경우등이 있다. 재료의 단순경도값을 알고자하는 경우에는 적절한 시험방법을 선택하면 된다. 그러나 경도값으로부터 강도를 추정하는 경우에는 근본 목적이 강도의 추정이므로 침탄처리 등의 표면처리된 시험편이나 가공경화가 많이 일어나는 재료에 있어서 가공에 의한 표면경화가 나타난 시험편은 경도값으로부터 강도를 추정하는데에는 문제가 있다.

 

3. 충격시험

정적부하에는 문제가 없는 재료도 충격적 하중에 대해서는 취약해지는 경우가 있다. 또한 상온에서는 연성을 가지고 있어도 저온에서는 취성파괴하는 일이 있다. 이와 같은 저온 취성, 또는 템퍼링 취성등을 조사하는데 있어 구조재에는 충격시험(Impact test)으로 한다.


또 충격시험에서는 정적의 경우와는 다른 기구에 의한 파괴가 일어나거나 시험편이 단열적으로 승온하고 이것이 변형층이나 파괴상황을 변화시키는 것이다. 이와같은 재료의 충격적인 기계적 성질을 정적인 그것과 다른것이 많으므로 기계등의 안전설계의 자료를 얻기 위하여나 고속의 소성가공에서 가공성의 판단 또는 변형기구의 해명을 위하여 충격 시험이 행하여 진다.


기계, 구조물에는 충격하중을 받는 경우가 적지 않으며, 이러한 충격하중에 대한 강도는 정적인장시험으로부터 구할 수 없다. 왜냐하면 정적인장시험에 있어 연신율 또는 단면수축율이 큰 재료라고해서 반드시 충격에도 강하다고 할 수 없기 때문이다. 파괴역학의 개념이 발달하기 이전부터, 충격파괴 인성시험은 빠르고 저렴하며 간단하기 때문에 구조재의 파괴거동을 결정하는데 있어서 가장 폭넓게 사용 되어 왔다. 특히 온도에 따른 재료의 취성천이 과정을 손쉽게 알아 볼 수 있다는 점은 충격시험의 가장 커다란 장점이라 할 수 있다. 일반적으로 충격시험은 재료의 연성 또는 인선의 판정을 위한 것으로 저온 취성, 노치 취성 등의 성질을 파악 할 수 있다.



실험 이론 및 원리 - 1


1. 알루미늄

(1) 알루미늄 합금의 분류 및 특성

구분

합금명

대표조성

특성

용도

비고

비

열

처

리

용

1XXX

(Pure AL)

99%Al

-연성,용접성,내식성

가공성이 우수

전기,공조,화학식품공업

대표합금:A1100,

A1050,A1060등

3XXX

(Al-Mn)

1.2%Mn

1.0%Mg

-적정강도,성형성

내식성이 우수

주방용품,판금재료Can Body

대표합금:A3003,

A3004등

4XXX

(Al-Si)

13%Si

-내열성,내마모성이

우수

피스톤,용접봉

대표합금:A4032,

A4043등

5XXX

(Al-Mg)

5.5%Mg

1.0%Mn

0.3%Cr

-용접성,성형성

내식성이 우수

-넓은범위의 강도

장갑차,선박용재료

용접구조물,압력용기

대표합금:A5083,

A5052,A5082등

열

처

리

용

2XXX

(Al-Cu-Mg)

6.8%Cu

1.8%Mg

-기계적 성질 및

절삭성이 우수

-내식성이 떨어짐

항공기 구조재

리벳용소재

s.s→Gp zoon→θ"

→θ'→θ(CuAl2)

s.s→Gp zoon→S'

→S(AlCuMg2)

대표합금:A2024,

A2011,A2117등

6XXX

(Al-Mg-Si)

1.5%Mg

1.5%Si

-성형성,내식성

표면처리성이 우수

-적정강도

건축용재료

구조용재료

s.s→Gp zoon→β"

→β'(Mg2Si)

대표합금:A6063,

A6061,A6005A등

7XXX

(Al-Zn-Mg)

4~8%Zn

1~3%Mg

-우수한강도 및

용접성

항공기 구조재

방산용 재료

s.s→Gp zoon→η"

→η'(MgZn2)

대표합금:A7075,

A7003, A7050등



(2) 알루미늄 합금의 용도 지침

합금 계통

합금호칭

재료특성의 개요

용도례

JIS

A.A

순

알

루

미

늄

계

1060

1060

도전재료61% IACS보증, 강도를 필요로 할때는 6101를 사용한다.

전선, 부스바

1060

1070

1050

1080

1070

1050

가공성,표면처리성이 우수, 내식성은 알루미늄 합금 중 최양이다. 강도는 순알루미늄이 낮지만 순도가 저하할수록 다소 강도가 높아진다.

네임프레트, 장식품,

화학공업탱크류,

용접선

1100

1200

1100

1200

AI순도가 99.9%이상의 일반용의 알루미늄, 양극산화 처리후의 외관이 약간의 흰띠가 되는 이외는 상기와 동일

주방용품, 인쇄판,

건재, 캡

AI

|

Cu

계

2011

2011

쾌삭합금, 절삭성이 우수, 강도가 높다. 내식성이 떨어진다. 내식성이 요구될 경우는 6262계 합금을 사용한다.

주방용품, 광학부품,

나사류

2024

2017

2024

2024

2017

2024

Cu를 많이 함유하고 있어 내식성은 좋지 않으나 강도가 높고 구조용재로서주로 사용된다. 단조품에도 적용된다.

항공기 기어, 하브,

유압부품

2117

2117

용체화 처리후 리벳용제로서 상온시 효속도를 느리게 한 합금

리벳용제

2018

2218

2018

2218

단조용합금, 단조성이 우수, 고온강도가 높기 때문에 내열성이 요구되는 단조품에 주로 사용되나 내식성이 떨어진다.

피스톤, 실린더

-

2219

강도가 높고, 저온 및 고온특성이 우수 용접성 양호하나 내식성이 불량

저온용 탱크

2025

2025

단조용 합금, 단조성이 양호하며 경도가 높지만 내식성이 떨어진다.

프로펠러 자석드럼

2N01

2618

단조용 합금, 내열성이 있고 강도가 높지만 내식성이 떨어진다.

항공기 엔진, 유압부품

AI|Mn계

3003

3203

3003

-

1100보다 강도가 약 10% 높고 가공성 내식성이 우수함

주방용품,

화장품 케이스

3004

3004

3003에 비하여 강도가 높고 가공성이 우수 내식성이 양호

알루미늄캔, 지붕판,

전구구금, 칼라알루미늄

3105

3105

3003에 비하여 약산 강도가 높고, 기타 특성은 3004와 유사

도장판, 건재

AI|Si계

4032

4032

내열성, 내마모성이 우수, 열팽차계수 적다.

피스톤,실린더헤드

4043

4043

탕흐름 좋고, 응고수축이 적고, 황산양극산화 처리에 의하여 회색으로 자연발색을 한다.

용접선, 건축외장

AI|Mg계

5005

-

5005

5050

가공성, 내식성이 우수, 양극산화후 사상이 양호, 6063형재와 칼라매치가 된다.

건축용 내외장, 차량,

선박의 내장

5052

5052

중성도를 가진 가장 대표적인 합금, 내식성, 가공성이 좋음.

특히 경도에서 피로 강도도 높고, 내해수성이 우수하다.

일반관금, 선반, 차량,

건축 캔엔드

5652

5652

5052의 불순물 원소를 규제하여 과산화수소의 분해를 억제한 합금으로 기타특성은 5052와 동등

과산화수소 용기

5154

5154

5052와 비교하여 강도가 약20% 높다. 기타특성은 5052와 동등

5052와 같음, 용접선




합금 계통

합금호칭

재료특성의 개요

용도례

JIS

A.A

AI|Mg계

5254

5254

5154의 불순물 원소를 규제하여 과산화수소의 분해를 억제한 합금으로 기타특성은 5052와 동등

과산화수소 용기

5454

5454

5052와 비교하여 강도가 약20% 높다.

5154와 거의 같은 특성을 가지지난 엄한 환경에서 내식성은 5154보다 우수하다.

호일

5052

5052

내식성이 우수, 절삭가공에 의한 표면사상, 양극산화 처리성과 그 염색성이 좋다.

카메라경통, 통신기기

부품, 화스너(지퍼)

5082

5082

5083에 가까운 강도를 가지며 성형가공성, 내식성이 좋다.

 

5182

5182

5082에 비하여 약50%강도가 높다. 기타 특겅은 5082와 동등

 

5083

5083

용접구조용 합금, 실용비열처리합금 중 가장 강도가 높은 내식재료로 용접구조에 적합하나 내해수성 저온특성도 양호

선박, 차량, 저온용 탱크, 압력용기

5086

5086

5154보다 강도가 높고 내해수성이 우수한 비열처리계 용접구조용 합금

선박, 압력용기, 컴퓨터 디스크

5N01

-

강도는 3003과 같으나 광휘처리후의 양극화산화 처리로 광휘도를 얻을 수 있다.가공성, 내식성도 양호하다.

주방용품, 카메라, 장식부품, 명판

AI|Mg

|Si계

6061

6061

열처리형의 내식성합금, T6처리로 높은 내력차가 얻어지지만 용접계수 강도가 떨어지기 때문에 볼트, 리벳구조용에 주로 사용

선박, 육상구조물,

차량

6N01

-

중 강도의 압출용합금, 6063의 중간의 강도를 가지며 압출성 우수복잡한 대형 형재

차량, 육상구조물,

선박

6063

6063

대표적인 압출용 합금, 6061보다 강도가 낮으나, 압출성 우수 복잡한 단면형상의 형재를 얻으며 내식성, 표면처리성도 양호

건축, 차량, 가구,

가전제품

6101

6101

고강도 도전용재, 55% IACS보증

전선, 부스바

6151

6151

특히 단조 가공성이 우수 내식성, 표면처리성이 좋고 복잡한 단조품에 적용

기계, 자동차 부품

-

6262

내식성쾌삭합금, 2011에 비하여 내식성, 표면처리성이 한단계 우수하고 6061과 동등의 강도를 가진다

카메라경통, 기화기부품,

브레이크 부품,

가스기구 부품

7072

7072

전극전위가 낮고 방식성 크랏트 피재로서 주로 사용되지만, 희생양극 작용을 이용 하여 열교환 핑거에도 적용된다.

알루미늄 합금 피재, AI제열교환 핑거

7075

7075

알루미늄 합금중 최고의 강도를 가진 합금의 하나로 내식성은 떨어진다.7072와의 그랏드에 의하여 내식성이 개선되지만, 가격이 높다.

항공기,

스키용구 부품

7N01

-

용접구조용 합금, 강도가 높다. 용접부의 강도가 상온방치에 의하여 모재강도에 가까이 회복한다. 내식성도 상당히 양호.

차량, 기타 육상구조물

7003

7003

용접구조용 압출 합금, 7N01 강도가 약간 낮다. 압출성 양호, 엷은 대형 형재를 얻을 수 있다. 기타특성은 7N01거의 같음.

차량, 오토바이임(rim)


(3) 조질기호

기호

정 의

F

가공경화된 상태

O

완전annealing 되어 충분한 재결정 → 연신율↑

H

가공경화(가공경화의 정도가 중요할 때 사용)

H22, H24,……H28…(뒤의 수가 높을수록 가공경화가 심하다)

H1x : 가공경화만 한 것

H2x : 가공경화 후 일부 annealing

H22, H24,……H28…(뒤의 수가 높을수록 annealing 정도 감소)

H3x : 가공경화 후 안정화 처리

→ 상온보다 약간 높은 온도에서 유지

→ 상온에서의 자연시효 방지

→ 상온에서의 연성 유지

T

T1 : 열간가공 후 냉각 → 상온유지 → 자연시효

T2 : 열간가공 후 냉간가공 → 자연시효

T3 : 고용처리 → 급냉 → 냉간가공 → 자연시효

T4 : 고용처리 → 급냉 → 자연시효

T5 : 열간가공 → 급냉 → 인공시효

T6 : 열간가공 → 급냉 → 고용처리 → 급냉 → 인공시효

→ 가장 일반적인 열처리







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