Al2Ca 석출상이 AZ61 마그네슘 합금의 고온 변형 중 집합조직 형성 거동에 미치는 영향

Abstract

The magnesium alloy has been limited their industrial application due to the occurence of effect like plastic anistropy and low formability after hot deformation. It has been widely known that this phenomenon is resulted from the formation of basal texture. Thus, controlling the crystallographic texture becomes importatnt to increase the formability. In the previous study, AZ series magnesium has been studied and it has been reported that they usually forms a basal texture and can be different along with the deformation condition like strain rate or temperature. On the other hand, many kinds of elements has been studied as an alloying elements. By these effort, rare earth elements like Ce, Y, Nb has been known that they can contribute to formation of RE texutre in magnesium alloy. Moreover, It has been shown that Ca has the almost simillar atomic radius with RE elements and it varies the behavior of texture formation behavior of magnesium alloy. Ca has been reported that it can form a second-phase like C15 in magnesium alloy and inhibit the development of basal texture during extrusion or rolling under high strain rate by occurrence of particle stimulated nucleation(PSN). However, their main texture component was maintained as a basal texture. Thus, it seems to need futher study about relationship between dislocation mechanism and effect of Ca addition. To investigate relationship between second phase and deformation condition on magnesium alloy, phase and texture analysis were conducted. As mentioned above, C15 (Al2Ca) phase was formed as a reslut of Ca alloying. Ca only contributed to forming second phase and never soluted in matrix at all. They were discomposed to small particle under 2μm by annealing. After then, high temperature plane strain compression was conducted using both alloy used in this study. Plane strain compression were conducted under two strain rate 5×10-2 and 5×10-3s-1 at 723K. Flow stress varied along with the change of deformation condition. High strain rate and second phase made the alloy to have higher stress. Specimens were deformed by the slip and dynamic recrystallization. In the AZ61, it was continuous type DRX was observed. The mechanism of dislocation movement was changed with the strain rate. At the deformation of AZ61, high strain rate made the dislocation to move by the dislocation glide model and it was solute dragging atoms model in low strain rate. By the varification of deformation mechanism, texture formation behavior was changed. Dislocation model contributed to formation of basal texture and thier reinforcement. On the otherhand, Solute dragging atoms model formed tilted 22° away from basal texture. This result support the concept of mechanism change related with the stress exponent. The matrix of AZX611 had only 2wt% Al content and it was insufficient to vary the deformation behavior. Thus, their deformation mechanism was worked same with AZ61 did. However, in this case, it was discontinuous type was dominant. Even the matrix of AZX611 showed same deformation behavior, but they became different with AZ61 due to second phase. At the dislcoation glide mechanism, the basal texture showed decrements but their main component was still basal. Solute dragging atoms model made texture of AZX611 to deform more.

마그네슘 합금은 열간 가공 이후 발생하는 강한 소성 이방성과 낮은 성형성 등의 효과로 인해 산업적 적용이 제한되어왔다. 이러한 현상은 저면집합조직의 형성에 기인하는 것으로 널리 알려져 있다. 따라서 성형성을 개선을 위해서는 결정학적 집합조직을 제어하는 것이 중요하다. 이전 연구에서 AZ계열의 마그네슘이 연구되었으며 일반적으로 저면 집합 조직이 형성되며 변형률 또는 온도와 같은 변형 조건에 따라 다르게 발생할 수 있다고 보고된 바 있다. 이와 함께, 합금원소로서 많은 종류의 원소가 연구되어 왔으며, 이러한 노력으로 Ce, Y, Nb와 같은 희토류 원소는 마그네슘 합금에서 RE 조직 형성에 기여할 수 있음이 알려졌다. 더욱이, Ca는 RE 원소와 거의 유사한 원자 반경을 가지며 마그네슘 합금의 조직 형성 거동을 변화시키는 것으로 나타났으며, 마그네슘 합금에서 C15와 같은 2상을 형성할 수 있고, PSN(입자 자극 핵 생성)의 발생을 통해 높은 변형 속도에서 압출 또는 압연 시 저면 조직의 발달을 억제할 수 있다고 보고되었다. 그러나 주요 집합조직의 성분은 저면 조직으로 유지되었다. 따라서 전위 메커니즘과 Ca 첨가 효과와의 관계에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 생각된다. 마그네슘 합금에 대한 2차상과 변형조건의 관계를 알아보기 위해 상 분석과 조직 분석을 실시하였다. 앞서 언급한 바와 같이 Ca 합금화의 결과로 C15(Al2Ca) 상이 형성되었으며, Ca는 2상 성분을 형성하는 데만 기여하고 기질에는 전혀 고용되지 않았다. 이들은 어닐링에 의해 2μm 이하의 작은 입자로 분해되었다. 이후 본 연구에 사용된 두 합금을 모두 사용하여 고온 평면 변형 압축을 수행하였고, 평면 변형 압축은 723K에서 두 변형 속도 5x10-2 및 5x10-3s-1에서 수행되었다. 유동응력은 변형조건의 변화에 ​​따라 변하였으며, 높은 변형속도와 2상 성분의 존재는 합금의 응력을 높아지도록 만들었다. 시편은 슬립과 동적 재결정에 의해 변형되었다. AZ61에서는 연속형 DRX가 관찰되었으며, 전위 이동 메커니즘은 변형률에 따라 바뀌었다. AZ61의 변형에서 높은 변형률은 전위 활주 모델에 의해, 낮은 변형속도에서 용질 원자 끌림 모델이 전위를 이동하게 했다. 전위 메커니즘의 변형으로 집합조직 형성 거동이 변경되었다. Dislocation 모델은 저면 조직 형성 및 강화에 기여한 반면, 용질 원자 끌림 모델은 기초 조직에서 22° 기울어져 형성되었다. 이 결과는 응력 지수와 관련된 메커니즘 변화의 개념을 뒷받침합니다. AZX611의 매트릭스는 Al 함량이 2wt%에 불과했으며 변형 거동을 변화시키기에는 충분하지 않았다. 따라서 변형 메커니즘은 AZ61과 동일하게 작용하였으며, 이 경우에는 불연속적인 형태로 나타났다. AZX611의 매트릭스조차도 동일한 변형 거동을 나타내었지만 AZ61에서는 2상 성분으로 인해 달라졌다. 전위 활주 메커니즘에서 저면 집합조직은 감소를 나타내었지만 주요 구성 요소는 여전히 저면이었다. 용질 원자 끌림 모델은 AZX611의 질감을 더 변형하도록 만들었습니다.