신소재공학실험 | Al-Cu의 석출경화에 따른 경도측정

 

 

 

TIP

 

 

Al-Cu(98%-2%) 시편을 균일하게 연마하고 미세한 조직을 관찰하 고 상, 결정립의 형상 및 분포상태, 크기 또는 결함 등을 관찰하고 열처리 시간에 따른 경도변화를 측정하는 것이 목적이다.

 

 

 

Al-Cu계 합금

공정온도에서 Al은 5.7% Cu를 고용한다. 온도가 강하함에 따라 용해도는 감소하여 400℃에서 1.5%, 200℃에서 0.5% Cu를 고용한다. 따라서 4% Cu합금을 500℃부근까지 가열한 후 급랭하면 과포화 상태의 고용체를 상온에서 얻을 수 있다. 이러한 과포화상태는 대단이 불안하므로 제 2상을 석출하려는 경향이 크며 시간이 경과함에 따라 경도, 강도가 증가한다. 이를 상온시효(natural aging)라고 한다. 상온보다 약간 높은 온도(100～150℃)로 가열하면 이러한 현상이 더욱 빠르게 진행되는데 이를 인공시효(artificial aging)라고 한다. Al-Cu계 합금은 Al합금의 중요한 위치에 있고 그 사용량도 가장 많다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 우선 작은 시편의 크기 때문에 Mounting을 한다. Resin과 Hardener를 7:3의 비율로 섞어서 Epoxy Hardener를 만들기 위해 뜨거워 질때까지 휘젓는다. 약 20～30분정도 걸린다. Epoxy Hardener를 만들 때 빨리 휘젓게 되면 용액에 기포가 생겨 시편이 잘 안보이게 된다. Epoxy Hardener가 뜨거워지면 Mounting컵에 Al-Cu시편을 가운데 고정시켜준 다음 부어준다. Epoxy Hardener가 완전히 굳도록 2일정도 충분히 굳혀준다.

 

2) Mounting이 다 된후 한 면을 평평하게 하기 위해서 연마기를 이용하여 시편을 연마한다. 이때 물을 뿌리는 이유는 열으로 조직이 변하거나 연마면에 소성변형이 생기는 수가 있기 때문이다. 먼저 가장 거친 220CW의 사포를 이용해 Grinding하고. 400, 600, 1000, 2000CW 순으로 Grinding한다. 연마지를 교체 할 때마다 시간은 증가해서 해준다. 연마 시에 주의사항은 다음과 같다.

① 시편에 무리한 힘을 가하지 않아야 한다. 조연마에서는 시편이 빨리 닳기 때문에 시편에 무리한 힘이 가해지면 국부적인 연마현상이 일어나 면이 평활하게 되지 않는다.

② 입도가 큰 연마지로부터 차례로 연마하여 매회 그 전의 연마지로부터 발생된 흠(scratch)과 직각방향으로 연마하여 전의 흠이 새로운방향의 흠으로 없어질 때까지 연마해야 한다.

③ 다음 연마지로 옮길 때에는 시편에 부착된 연마찌꺼기를 제거한다.

④ 반드시 물을 이용해서 시편의 열에 의한 변형이 일어나지 않도록 냉각 시킨다.

 

3) Grinding과정으로 시편이 평평하게 되면 Polishing을 시행한다. Grinding과정은 사포로 하지만 Polishing과정은 융을 이용하여 시편의 표면을 연마한다. 우선 Diamond suspension 3㎛을 융 표면에 뿌린 후 회전원판을 돌려 Polishing한다. 이때도 Grinding과정과 마찬가지로 그 전에 생긴 흠의 방향과 직각으로연마한다. Polishing이 끝난 후 시편을 깨끗하게 해준다.

 

4) Polishing을 완료한 시편을 부식하지 않게 되면 연마면에서 모상 과 색이 다른 상이라든지, 비금속 개재물 등이 있는 경우를 제외 하고는 아무런 조직도 볼 수 없다. 금속은 빛을 반사하기 때문에 Etching을 하기전까지는 하얗게 보인다. 그렇기 때문에 적당한부식액으로 관찰할 연마 면을 부식시키면 결정입계, 상의 경계, 상의 종류, 결정방향 등이 부식정도에 따라 다르게 나타나므로 조직을 관찰할 수 있게 된다. Etching은 불산과 증류수를 3:7의비율로 섞어 만든 Etching용액에 시편을 1분정도 담가 Etching한다. Etching이 끝나면 증류수를 이용해 시편에 묻은 Etching용액을 씻어낸다.

 

5) Etching을 완료한 시편의 상태를 확인해 Etching의 정도를 확인한다. 광학현미경으로 Etching정도를 확인한다. 그리고 금속 현미경을 이용해 시편의 표면 조직을 50, 200, 1000배율로 사진찍는다. 시편을 시편대 위에 올려 놓을 때에는 시편이광축에 똑바로 수직이 되게 하기 위하여 평압기를 사용한다.

 

6) 마지막으로 열처리 시간을 다르게 한 시편들의 경도를비커스 경도측정기를 이용해 경도를 측정한다.

 

 

 

[신소재공학실험]Al-Cu의 석출경화에 따른 경도측정 레포트