비열처리형 Al-5Mg-2Si-Mn 주조용 합금의 공정 Mg2Si 개량화 기구 연구 = Modification Mechanism of Eutectic Mg2Si in a Non-Heat-Treatable Al-5Mg-2Si-Mn Casting Alloy

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 비열처리형 Al–5Mg–2Si–Mn계 주조용 합금인 Magsimal-59를 대상으로, 서로 다른 함량의 Sr, Sr + P, La, Ba를 첨가하였을 때, 미세조직 변화를 바탕으로 최적의 개량화제 첨가량과 그에 대한 거동을 규명하고자 하였다. 연구 결과, 개량화 원소를 첨가한 합금의 공정 Mg2Si는 망상 구조가 감소하고 fiber 형태로 개량화 되었다. Sr, P 동시 첨가 시, Al-5Ti-1B 내 존재하는 TiB₂ 입자가 AlP 및 Al2Si2Sr상의 핵생성 사이트로 작용하는 거동을 보였다. La 첨가 시, TiB2 입자가 개량화제와 먼저 반응하여 Al20Ti2La의 핵생성 사이트로 작용하는 거동을 보였다. Ba 첨가 시, Sr + P 첨가와 비슷한 거동을 보였다. TiB2 입자가 Al2Si2Ba상의 핵생성 사이트로 작용하는 거동을 보였다. 또한 Al2Si2Ba 상은 공정상의 성장을 억제하는 쌍정과 비슷한 기구를 관찰하였다. 즉, 개량화 원소 첨가는 공정 Mg2Si의 핵생성 사이트인 TiB2를 먼저 소모하여 핵생성 사이트 poisoning 기구와 성장을 방해하는 기구가 각각 또는 복합적으로 작용하는 것으로 기대한다. 이 결과로 상의 균일한 분포를 유도하여, 국부 응력 집중을 완화시키는 효과를 기대하였고, 인장강도와 연성 향상의 결과와 일치했다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study investigates the as-cast Al–5Mg–2Si–Mn alloy (Magsimal-59) with varying additions of Sr, Sr+P, La, and Ba to determine the optimal modifier content and its behavior from microstructural changes. Modifications reduce the Mg2Si dendritic network and promote a fibrous Mg2Si morphology. In Sr+P containing alloys, TiB2 particles in the Al-5Ti-1B inoculant act as nucleation sites for AlP and Al2Si2Sr prior to eutectic reaction. La addition drives TiB2 to react with the modifier and form Al20Ti2La as a nucleation site. Ba addition displays behavior similar to Sr+P, with TiB2 acting as a nucleation site for Al2Si2Ba, and this phase exhibiting a twin-like growth-suppressing mechanism. Collectively, trace elements deplete TiB2 -the eutectic Mg2Si nucleation siteproducing nucleation-site poisoning and growth-inhibition effects, either individually or in combination. The resulting more uniform phase distribution reduces local stress concentration, consistent with observed improvements in tensile strength and ductility.
Consequently, an appropriate level of modifier elements may enable the use of Magsimal-59 in large, integrated components even without heat treatment.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 2. 이론적 배경 4
• 2.1 알루미늄 합금 4
• 2.1.1 Al-Mg-Si계 합금 4
• 2.1.2 Al-Mg-Si계 합금의 미세조직 6
• 2.2 첨가 원소의 영향 8
• 2.2.1 Al-Mg-Si계 합금에서 첨가 원소의 영향 9
• 2.2.2 희토류 계 원소 10
• 2.2.3 알칼리 토금속 계 원소 13
• 2.3 알루미늄 합금의 미세조직 제어 15
• 2.3.1 결정립 미세화 기구 16
• 2.3.2 공정상 개량화 기구 19
• 3. 실험방법 22
• 3.1 합금 제조 22
• 3.2 미세조직 관찰 23
• 3.3 기계적 특성 평가 23
• 4. 결과 27
• 4.1 개량화제 첨가가 냉각 곡선에 미치는 영향 27
• 4.2 개량화제 첨가가 미세조직에 미치는 영향 33
• 4.3 개량화제 첨가가 기계적 특성에 미치는 영향 44
• 5. 고찰 46
• 5.1 Sr + P 첨가에 의한 개량화 기구 46
• 5.2 La 첨가에 의한 개량화 기구 50
• 5.3 Ba 첨가에 의한 개량화 기구 52
• 5.4 격자 불일치도 계산 53
• 5.5 성장 억제 기구 63
• 5.6 공정 Mg2Si의 개량화가 기계적 특성에 미치는 영향 65
• 6. 결론 66
• 7. 참고문헌 68