시효경화, 석출경화, 시효(aging)의 종류

 

<구분>

• 기본 열처리
  • 담금질  (Quenching) 
  • 뜨임 (Tempering)
  • 풀림, 소둔 (Annealing) 
    • 완전소둔 (Full Annealing)
    • 구상화 소둔 (Sphericidizing Annealing)
    • 재결정 소둔 (Recrystallization Annealing)
    • 응력제거 소둔 (Stress Relief Annealing)
    • 균질화 소둔 (Homogenizing Annealing)
  • 불림 (Normalizing)
• 가공열처리 (thermomechanical treatment)
  • 오스포밍 (Ausforming)
  • 아이소포밍 (isoforming)
  • 가공퀜칭
  • 열간가공(제어압연)
  • 오스템퍼링 (Austempering)
• 시효경화열처리  ★
• 심냉처리

 

<기출>

• 금속 21-1-1 Al-Cu 합금의 열처리 시 과포화고용체의 석출과정 순서를 쓰고, 과시효(over aging)에 대하여 설명하시오.
• 금속 21-1-4 Rheo-cast법에 사용되는 Al-Si합금은 Si량을 가능하면 8% 미만으로 한정하고 있는데, 그 이유를 설명하시오.
• 금속 21-2-1 Al-Si 공정 합금의 개량처리 필요성을 기계적 성질 측면에서 설명하시오.
• 금속 21-3-2 주조용 Al-5%Si 합금의 응고조직 형성 과정과 연관하여 수축공(shrinkage) 및 미세 기공(pin hole 등) 주조결함 생성 거동 및 방지대책에 대하여 설명하시오.
• 금속 21-4-4 Al-Si 주조용 합금의 열처리 T4, T6, T7에 대하여 설명하고, 일반 다이캐스팅 주조품 용체화처리 시 나타나는 블리스터(blister)란 무엇인지 설명하시오.
• 금속 20-2-6 Al-Si계 합금의 개량처리에 대하여 설명하시오 
• 금속 20-3-6 Al-Cu계 합금에서 시효경화 열처리 3단계에 대하여 설명하시오.
• 금속 18-4-4 Al-Cu 합금계의 시효, 시효경화 현상, 열처리 및 시효의 종류를 쓰시오.
• 금속 17-1-4 피스톤용 알루미늄 합금인 Y합금에 대하여 설명하시오
• 금속 17-3-4 일반적인 Duralumin과 초Duralumin(Super duralumin)의 경화처리 방법 차이를 설명하시오.
• 금속 16-1-4 알루미늄 합금 제품을 열처리하는 방법 3가지를 설명
• 금속 16-2-2 시효경화 열처리방법을 3가지 설명하고, 그 용도에 대하여 설명
• 금속 15-4-4  Al-Cu 합금의 부분상태 도는 다음과 같다. AI-2%Cu 합금을 정 상응고 (normal solidification) 시키고 있다. 고상에서의 확산을 무시하고 액상에서의 강제유동을 가정하여 (perfect rnixing) 응고가 50% 완료되었을 때의 웅고계면의 조성을 구하시오. (단， Scheil Eq.은 C;=kCo (l - fs)(k- ll 이 다.)
• 금속 14-1-6 AC4C-T6 처리에 대하여 설명하시오
• 금속 14-1-9 알루미늄합금 제품의 열처리 방법을 3가지만 설명하시오

1. 시효경화(석출경화)

 

1) 시효경화의 정의, 시효의 정의 

시효경화(석출경화, Age Hardening) 
A금속과 B금속을 완전 고용상태로 한 후, 상온까지 급랭하면 그 합금은 과포화 상태가 된다. 그것을 상온 내지 적당한 온도로 방치하면 시간의 경과와 함께 그 합금의 경도, 인장강도, 탄성한도, 전기저항 등이 현저하게 높아지는 현상을 말함. 이 현상은 Al-Cu,Al-Ag,Al-Mg,Cu-Be계 합금으로 확인된다.

시효(aging)
시간이 경과함에 따라 재료의 특성이 변하는 것 

시효경화의 개략도

2) 시효의 종류

① 자연시효 (Natural Aging)

용체화처리 이후 상온에서 방치, 용질원자가 국부적으로 집합하여 석출함 

 

② 인공시효 (Artificial Aging)

노 등에 넣어 온도를 강제로 조금 올림 (100 ~ 150도)

내부 원자들의 운동이 더욱 활발해져 시효가 더 빠르게 진행됨 

 

③ 과시효 (Over Aging), 안정화처리 

시효를 오래해서 입자가 조대해져, 강도가 약해지는 현상

강도/경도가 너무 높아 균열의 위험이 있다면 일부러 과시효처리해서 안정화하는 방법도 있음. 안정화처리 

 

④ 변형시효 (Strain Aging) 

상온에서 소성가공한 뒤 낮은 온도에서 가열하거나, 상온에서 방치하면 강도가 증대하고 연성이 감소하는 현상 

냉간가공한 강을 저온뜨임 (100 ~ 150도)할때 발생 
(질소가 많이 고용되어있으면, 가공하면서 전위 주변에 질화물이 모여 전위 이동을 방해 → 경화)

 

3) 시효경화 과정(석출경화)

석출경화는 고체 A내에 다른 고체 B를 석출시켜서 응력이 주어졌을때 전위의 이동을 어렵게 만드는 원리 
크게 용체화처리 - 급랭 - 시효 3가지 단계로 이루어진다 

① 용체화 처리

고체 A내 다른 고체B를 석출시키기 위해 우선 고용체를 생성(용체화처리) 
Al-Cu를 예로 들면 약 550도로 만든 뒤 충분히 고용될때까지 유지 
고상선 직하에서 유지시 빠른 균질화가 가능함 (Al-Cu합금에서는 공정점과 고용한계선 사이에서 용체화처리) 

 

② 상온까지 급냉

이후 천천히 냉각을 시키면 고체A내 고체 B(Al-Cu합금에서는 Cu)가 석출되면서 단단해짐 
원자들이 확산되어 핵을 생성할 여유가 없어 CuAl2를 만들지  못하고 0상을 만들지 못함 
따라서 급랭 후에도 단상 a상을 유지 (과포화 고용체, 비형형조직)

 

③ 시효

시효과정에서 Cu원자들이 핵을 생성하면서 경화되고, 석출물이 생성됨
석출물 (금속간 화합물)은 결정립 내 중간에 위치해서 전위이동을 방해하여 슬립 이동을 저하  
(이때 상온방치하면 자연시효, 100 ~ 150도로 가열해 석출을 촉진하면 인공시효)

GP Zones (GP1, GP2 과정을 거치면서 석출물이 점차 생겨남

과포화 고용체 → GP I (알루미늄 기지조직과 정합관계를 가지는 용질원자 집합체) → (시효진행) → GP II (시간에 따라 Cu원자들이 이용해서 모임 → (시효진행) → 시간이 지나 Cu원자가 모여 CuAl2 조성을 가지는 θ' 석출물 생성 (점점 강도 감소) → 과시효되어 Al 결정립계에 θ라는 CuAl2 석출물이 석출 (좀 더 연화됨) 

 

주조 결함 정리, 주물 결함, 주조 결함 검사 시험, 비파괴검사, 소착, 미스런, 주조 유동성, 용탕

진공주조 (Vacuum Casting)