Mg-Al 합금계에 Sn 첨가에 따른 석출상 예측 및 열기계가공에 따른 기계적...

Mg-Al 합금계에 Sn 첨가에 따른 석출상

예측 및 열기계가공에 따른 기계적 특성

Mg-Al 합금계에 Sn 첨가에 따른 석출상

예측 및 열기계가공에 따른 기계적 특성

The date of presentation2007.12.7

Nam Seok Kim, Jeong Whan Han

INHA UniversityINHA UniversitySchool of Materials Sci. & Eng.School of Materials Sci. & Eng.

고강도

고강도 고성형 마그네슘 합금 개발고강도 고성형 마그네슘 합금 개발

석출 /분산상 제어 결정립 미세화 평형 /비평형상 제어

고강도 , 고성형성 가공용 마그네슘 합금개발 필요

저비용 고효율 압연 /압출 공정 기술

개발 필요

마그

네슘

가공

재

마그

네슘

주조

재

연성 (Elongation)

비강

도(S

peci

fic

Str

engt

h)

철강재료


Mg-Al

장점주조성 양호기계적 성질 우수

단점온도 증가 시 강도 저하→ 고온취약 Mg17Al12 생성을 억제

Mg2Sn

Liquid

βSn

23290.4

Mg

770.5

770℃ 의 높은 용융점 공정온도 561.2℃

(Mg-Al 합금 473 →℃ 열적안정 )

고온에서 14.85wt% 의 높은 고용도( 저온에서 고용도 낮음→석출 강화형 합금 )

Mg-Sn


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w%

(SN

@H

CP

)

T[ C]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0 100 200 300 400 500 600

T[C]

w%

(SN@

HCP

)

w%(SN@HCP)

0 100 200 300 400 500 6000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Solid solubilitySolid solubilityVertical sectionVertical section

T[C]

W%

(Sn@

HC

P)

- 삼원계 합금에서는 540℃ 에서 최대 11.1wt% 의 고용 (Al 3wt% 일 경우 )



Solidification process

HCP+LIQUID

HCP

HCP+Mg2Sn

HCP+Mg2Sn+Mg17Al12

Mg rich Al 3% 고정 Sn (1,2,3) %

condition

Sn wt%

Thermodynamic calculationThermodynamic calculation

Sn wt%



History of Heat treatmentHistory of Heat treatment

Tem

pera

ture

Time

400 C or 500 C

200 C

Quenching

석출


Ph

as

e F

rac

tio

ns

T[ C]

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0 100 200 300 400 500 600 700

T[C]

Phas

e Fr

acti

ons

f(HCP)f(Mg17Al12)f(Mg2Sn)f(LIQUID)

0 100 200 300 400 500 600 7000

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

Ph

as

e F

rac

tio

ns

T[ C]

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0 100 200 300 400 500 600 700

T[C]

Phas

e Fr

acti

ons

0 100 200 300 400 500 600 7000

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

Ph

as

e F

rac

tio

ns

T[ C]

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0 100 200 300 400 500 600 700

T[C]

Phas

e Fr

acti

ons

0 100 200 300 400 500 600 7000

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

Sn 1%

Sn 2% Sn 3%

Mg rich Al 3% 고정 Sn (1,2,3) %

condition

Thermodynamic calculationThermodynamic calculation


1 2 3 40.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030

0.035

0.040

Pha

se F

ract

ions

Sn(wt%)

1 2 3 4260

280

300

320

340

360

380

400

420

Tem

per

atu

re(

c)

Sn(wt%)

。

1 2 3 4100

120

140

160

180

200

220

240

Tem

pera

ture

( c)

Sn(wt%)

Mg2Sn Mg17Al12

。

1 2 3 40.040

0.045

0.050

0.055

0.060

0.065

0.070

0.075

0.080

Pha

se F

ract

ions

Sn(wt%)

선형적 증가

거의 일정

Precipitation temperature and phase fractionsPrecipitation temperature and phase fractions Precipitation temperature and phase fractionsPrecipitation temperature and phase fractions


A-type

B-type

Grain boundary

Element Wt% At%

MgK 75.19 77.08

AlK 24.81 22.92

Matrix Correction ZAF

Element Wt% At%

MgK 34.46 71.97

SnL 65.54 28.03

Matrix Correction ZAF

Matrix

Mg17Al12(β) Mg2Sn

• 상분석 : coarse lump 상과 fine irregular 상으로 구분• EDAX 분석에 의해 A-type 상은 Mg17Al12(β), B-type 은 Mg2Sn 상으로

추정됨

Phase analysis of as-cast Mg-3Al-xSnPhase analysis of as-cast Mg-3Al-xSn



30 40 50 60 70 80 900

20000

40000

60000

80000

100000

120000

-Mg Mg

2Sn

Mg17

Al

Inte

nsity

2

Mg-3Al-1Sn Mg-3Al-2Sn Mg-3Al-3Sn

α-Mg 감소 Mg2Sn 증가 Mg17Al12감소

Sn 증가에 따른 XRD 변화

XRD-Analysis of Mg-3Al-xSn alloy XRD-Analysis of Mg-3Al-xSn alloy



0

10

20

30

40

50

60

70

80

Aging

Condition

S.S.T

Hv(

98m

N)

As-cast

Mg-3Al-1Sn Mg-3Al-2Sn Mg-3Al-3Sn

Sn 증가에 따른 Hv 변화

Hardness value of Mg-3Al-xSn alloysHardness value of Mg-3Al-xSn alloys

Sn 3 wt% 일 때 Aging 처리 후 53Hv 로

가장 높게 나왔음


열역학적 계산을 통한 수치해석 결과 Sn 의 함량이 증가할 수록 Mg2Sn 상의 석출온도 및 상분율이 선형적으로 증가 . Mg17Al12 상은 거의 일정

조직 분석 결과 조대한 Mg17Al12 상과 미세한 불규칙적 형태인 Mg2Sn 석출상을 관찰

XRD 분석 결과 Sn 의 함량이 늘어날 수록 Mg2Sn 상 증가 , Mg17Al12 상 감소

Sn 3 wt% 일 때 Aging 처리 후 53Hv 로 가장 높게 나왔음 . 이는 고용되어 있던 Mg2Sn 상이 석출되면서 합금의 강화에 기여한 것으로 사료됨

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