| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2021년 봄 (05/12 ~ 05/14, 광주 김대중컨벤션센터) |
| 권호 | 27권 1호 |
| 발표분야 | D. 구조 재료 분과 |
| 제목 | Influence of Si atom on residual stress, lattice strain, and coefficient of thermal expansion (CTE) of Al-12Si alloy produced by selective laser melting (SLM) |
| 초록 | 공정 간 발생되는 잔류응력은 피로 수명, 치수 안정성, 내 식성 및 파괴 강도와 같은 재료의 기계적 특성을 저하시키기 때문에 정확한 예측이 요구된다. 시뮬레이션을 통해 잔류응력 예측이 이루어지고 있지만 서로 다른 냉각속도에 의한 팽창 및 수축에 따른 응력 발생만을 고려하며, 미세조직 변화가 잔류응력에 많은 영향을 끼침에도 불구하고 고려하고 있지 않아 잔류응력의 예측성은 높은 불확실성을 띈다. 따라서 내부응력의 예측성을 개선시키기 위해서는 미세조직 변수에 따른 잔류응력 거동을 분석하는 것은 중요하다. 미세조직 변수들은 석출물과 매트릭스 사이에 열팽창 계수 차이, 결정립의 크기, 그리고 전위 및 용질 원자에 따른 격자 변형이 있다. 하지만 용질 원자에 따른 격자 변형이 잔류응력에 미치는 영향에 관한 연구는 이루어지고 있지 않아, 본 연구는 고용된 용질 원자에 의해 발생된 격자와 잔류응력 간의 관계를 파악하기 위해 수행되었다. Selective Laser melting (SLM)공정으로 제작된 Al-12Si 알루미늄 합금을 540℃에서 1, 7, 26시간 동안 유지한 뒤 수냉하였다. 잔류응력 측정과 미세조직 분석을 위해 XRD, SEM, EBSD를 사용하였으며 그 결과 모든 시편에서는 압축 잔류 응력이 나타났으며, 열처리를 진행하지 않은 시편의 잔류응력은 값은 가장 높았다. 이는 SLM 공정 간 빠른 냉각속도로 인해 Al 매트릭스 내에 Si가 과포화된 상태로 남아있게 되어 극심한 격자 왜곡을 유발하였기 때문이다. 이에 반해, 열처리를 진행한 시편에서는 열처리 시간이 증가함에 따라 잔류응력의 세기도 상승하였는데, 이는 마찬가지로 열처리 시간이 오랫동안 지속될수록 Si 고용도가 증가하게 되어 격자 변형을 더 유발하였기 때문이다. Thermomechanical Analysis (TMA)를 통해 Si 고용도에 따른 열팽창계수(CTE)의 변화를 분석한 결과 과포화된 Si 고용도와 미세한 Si 입자들로 인해 500K 미만에서는 열처리를 진행하지 않은 시편의 CTE가 가장 낮게 나왔다. 또한, 열처리 시간이 증가함에 따라 CTE는 감소하였는데 이는 Si 용질원자의 증가와 기공의 확대 때문이다. Nano-hardness test를 측정한 결과 과포화된 Si와 Orowan strengthening으로 인해 열처리를 진행하지 않은 시편의 경도가 가장 높았으며, 열처리 후 시편들의 경우에는 Orowan strengthening과 조대한 결정립으로 인해 열처리 시간이 증가함에 따라 경도가 하락하였다. Acknowledgement: 본 연구는 2020년도 중소벤처기업부의 기술개발사업 지원에 의한 연구임 [No. S2862570] |
| 저자 | 박성환, 전민정, 이준엽, 이은경 |
| 소속 | 한국해양대 |
| 키워드 | <P>잔류응력; Si 고용도; 열팽창계수(CTE); 경도; 격자변형</P> |
