일반기술

고강도/고연성을 갖는 경량합금

연성이 향상된 Die Casting/Squeeze Casting용 고강도 마그네슘(Mg) 합금 에너지 절약을 위한 운송수단의 경량화가 절실히 요구되는 가운데 (S가 39-1 참조) 고강도/고연성을 갖는 경량합금이 필요하게 되었다. 이에 가장 가벼운 구조용 상용합금인 마그네슘 합금이 주목을 받아왔으며, 특히 AZ91은 적절한 강도를 갖고 있고 마그네슘 합금의 문제점인 내식성의 보완으로 많은 주목을 받아왔다. 그러나, 연성의 부족에 따른 가공성 저하와 낮은 내열성과 낮은 내마모성이 그 사용을 제한하여 왔다. 이는 이 합금의 주 강화상인 Mg17Al12가 매우 취약할 뿐 만 아니라 저융점이라는 특징을 갖고 있기 때문이다. 본 연구에서는 이러한 AZ91 마그네슘 합금의 취약점을 개선을 목적으로 하였으며, 다음과 같은 합금설계 및 제조공정을 개발하였다. 공정변수가 비교적 간단하고 제조원가를 절감할 수 있는 용탕단조법을 사용하여 합금의 주조결함을 제거하고 조직의 미세화를 얻고자 하였으며, 합금설계는 취약한 Mg17Al12상을 줄이고 강하고 열적으로 안정한 Mg2Si상을 첨가하여 강도 및 내열성을 증가시키고자 하였다. 또한 미세원소 첨가에 의해서 Mg2Si상의 형태를 제어하여 강도 및 연성을 증가시키고자 하였다.본 연구에서는 AZ91합금에 Si를 소량 첨가하고, Al을 줄이면서 여러 합금을 제조하였다. 이 합금들을 용탕단조한 후 인장성질을 평가한 결과, 강도와 연성이 가장 적절한 값을 갖는 합금은 AZ51-Si합금 이었다. 그러나 이 합금에서 Mg2Si상은 chinese script 형태로서 기지와의 계면에서 균열이 쉽게 발생하며 균열성장에 대한 저항성이 적었다. 이러한 형태를 제어하고자 AZ51-Si합금에 Ca, P를 첨가하여 용탕단조한 결과, chinese script 형태를 분산상의 형태로 제어하여, 보다 높은 강도 및 연성을 얻었으며, 이러한 기계적 성질을 AZ91에 비해 우세하였다.