재료공학실험 | 열처리에 따른 Al7075의 경도 및 미세구조 변화 관찰

 

 

 

알루미늄합금은 알루미늄(Al)의 성질을 개량하여 우수한 특성을 발휘한다. 고력 알루미늄합금은 알루미늄에 구리를 첨가한 것으로 강도가 크며, 두랄루민이 그 대표적인 예이다. 이것에 마그네슘을 첨가하면 초 두랄루민, 다시 아연을 첨가한 초 두랄루민은 항공기의 재료로 사용된다. 고력 알루미늄합금은 내식성에서 문제점이 있다. 구조용 알루미늄합금은 마그네슘, 아연을 가한 것인데 내식성이 우수하며 철도차량, 교량 등에 사용된다.

본 실험에서는 7000계(Al-Zn-Mg)합금을 실험에 사용할 건데 이 합금의 용체화 처리와 인공시효의 따른 열처리 변화를 통해 미세조직과 경도 값을 관찰하고 온도에 따른 시간의 변화와 시간에 따른 온도의 변화를 통해 미세조직과 경도 값의 변화를 비교분석 할 수 있다.

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실험 방법

1. 시편 준비

1) 판형 7000계 알루미늄 시편을 가로 1.25㎝ 세로1.25㎝ 높이 1㎝ 로 7개 준비한다.

Elements	Zn	Mg	Cu	Cr	Fe	Si	Ti	Ni
wt%	5.2	2.0	2.03	0.327	0.31	0.17	0.17	0.13

 

2. 열처리(Heat treatment)

1) 시편 중 6개에 대하여 450℃ 에서 24hr동안 둔뒤(용체화 처리), 1개는 대조 군으로서 남겨둔다.

시효처리 : 용체화처리 된 시편 중 3개를 100℃, 150℃, 200℃ 에서 10hr씩 열처리한다.

시효처리 : 용체화 처리된 시편중 2개를 150℃에서 1hr , 24hr 씩 각각 둔다.

 

3. Mounting

1) 응고되는 수지의 가이드 형틀을 판유리에 놓고 유리판면에 이현제를 발라놓는다. 그리고 표면에 부착되어 있는 기름이나 먼지를 제거한 피 검면을 밑으로 하여 형틀의 중앙에 배치한다.

 

2) 에폭시 수지를 용기에 넣고 촉매 등의 경화제를 가하여 잘 혼합한 다음 조합한 수지 액을 형틀내에 주입하여 방치하면 15～60분 내에 중합이 완료되어 응고 경화한다.

 

4. 연마(Polishing)

1) 조 연마 과정으로서 사포를 이용해 거친 면인 #100을 시작으로 #220, #600, #1000, #1500을 거쳐 조밀한 #2000 차례로 연마를 한다. 다음 번의 사포로 넘어갈 때 마다 연마방향을 90°로 전환해주며 연마 면의 스크레치를 제거해주며, 잔존입자들을 제거해준다. 또한, 반드시 연마 면을 수평을 맞춰주어야 광학현미경 관찰이 가능하다.

2) #2000번을 거친 시편을 마지막 연마처리를 하게 되는데 폴리셔를 통해 나노 입자의 알루미나(Al₂O₃)용액을 사용해 융으로 피 검면을 경면화 하는 작업으로 마무리 한다.

 

5. 부식(Etching)

부식 액이 Grain 표면보다 Grain Boundary에 더빨리 침투하므로 Grain의 형상을 볼 수 있다.

알루미늄의 표면을 관찰하기 위한 부식 액으 로는 Kellers부식 액이 있다. 시편을 Kellers부식 액(증류수 190㎖, 질산 5㎖, HC 3㎖, HF 2㎖의 혼합액)에 10～30초 정도 담가놓고 부식시킨다.

 

6. 미세조직 관찰

Optical Microscopy을 사용하는데 500～1000배율의 광학현미경을 통해 표면을 관찰 및 촬영한다. 광 축에 수직이 되게 올리고, 밝기를 균일하게 하여 중심부에 밝은 부분이 위치하게 하고 초점을 맞춘다. 배율은 저 배율에서 고 배율로 옮기며 촬영하고, 촬영사진에 size meter를 통해 표면 특징을 좀더 측량적으로 접근해 불 수 있다.

 

7. 경도측정

Vikers Hardness tester를 이용하여 기계적 특성 중 하나인 경도 값을 측정한다. 비커스 경도계는 피라미드형의 작은 다이아몬드로 관찰 표면에 압흔을 내어 가로, 세로 비율로 압흔의 깊이를 제어, 조정하여 측정 값을 얻어낸다.

 

 

 

 

 

 

[재료공학실험]열처리에 따른 Al7075의 경도 및 미세구조 변화 관찰 레포트