본문내용
1. 서론
전 세계적으로 경제적, 환경적, 사회적 문제들로 인해서 더 좋은 특성을 가진 새로운 재료를 원하고 있다. 그 중 마그네슘이 앞으로 미래에 각광 받을 재료라는 것은 자명하다. 마그네슘은 그동안 성형이 어렵고, 활성금속이어서 쉽게 부식되는 등의 이유로 철강과 알루미늄과 비교하여 관심이 적었던 재료였다. 하지만 지금은 기술의 발전으로 마그네슘을 주조하고 성형하는 것이 어렵지 않게 되었고, 이를 통해서 마그네슘의 낮은 비중, 높은 비강도 등 우수한 특성들이 산업에서 이용되기 시작했다. 마그네슘의 낮은 강도와 내식성 등을 향상시키기 위해서 다양한 합금들이 연구되었고, 현재는 이런 합금들을 이용하여 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 이 레포트를 통해 마그네슘이 가지는 우수한 특성 및 제법, 마그네슘 합금에 대해 알아보고, 일반적으로 산업에서 사용되고 있는 AZ91 합금의 제작공정 및 미세조직과 마그네슘 합금의 적용분야에 대해서 알아보고자 한다.
2. 금속재료의 조직관찰 및 특성 평가
2.1. 목적
금속재료의 특성은 그 재료의 구조에 기인한다. 따라서 재료가 나타내는 특성의 근원을 이해하고 이를 변화시키기 위해서는 재료의 미세조직 및 구조를 관찰하고 분석할 필요가 있다. 이 실험의 목적은 미세조직 관찰을 위한 시편 전처리 과정과 경도시험/인장시험을 통한 미세구조와 기계적 특성의 관계 및 미세조직의 변화와 재료의 물성 변화의 관계를 이해하는 것이다.
2.2. 배경지식
2.2.1. 탄소강
탄소강은 철과 탄소의 합금으로, 탄소 함량이 0.02~2.11%인 것을 말한다. 순철에 탄소를 넣어 철의 강도를 높인 합금이다. 탄소 함량에 따라 극저탄소강, 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강으로 나뉜다.
극저탄소강은 탄소 함량이 0.02~0.12%로, 냉간 가공하여 강도를 높여 사용하며 프레스 성형용 박판에 쓰인다. 저탄소강은 탄소 함량이 0.13~0.20%로, 강도에 대한 요구보다 절삭 가공성을 중요시하여 용접용으로 사용된다. 중탄소강은 탄소 함량이 0.21~0.50%로, 단조, 주조, 절삭 가공, 용접이 용이하여 차축, 기계구조부재에 쓰인다. 고탄소강은 탄소 함량이 0.51~2.11%로, 내마모성과 고항복점이 요구되는 물품에 사용된다.
구조용 탄소강은 탄소 함량이 0.05~0.6%로, 건축, 교량, 선박, 철도 차량 등의 구조물에 쓰이는 판, 봉, 관, 형강 등의 재료로 널리 사용된다. 주철제공업에 의해 제조된 림드강이 많이 쓰이며, 대부분 단조 또는 압연 상태 그대로 사용되지만 강의 용도에 따라 열처리를 하여 사용하기도 한다.
2.2.2. 기계구조용 탄소강
기계구조용 탄소강은 자동차, 항공기, 각종 기계류 또는 구조물에 사용되는 강재이다. 열처리를 통하여 안정한 강인성을 나타내는 탄소강을 기계구조용 탄소강 또는 강인강이라고 한다. 탄소량의 범위는 0.07~0.61%이며, 저탄소의 강종에서는 P, S, Cu, Ni 및 Cr의 함량을 낮게 한다.
탄소량의 증가에 따라 강도는 증가하지만 연성, 인성은 저하한다. 저탄소강은 침탄 처리를 하는 것 이외에는 강화열처리를 하지 않고 normalizing하여 성질을 개선하거나 인발 등의 냉간 가공으로 강도를 올려서 사용한다. 중탄소강은 열처리나 냉간 가공으로 강도를 얻는다.
탄소강은 질량효과가 커서 지름 15mm 이상의 부품에서는 소입성을 확보할 수 없으며, 따라서 기계구조용 저합금강을 사용한다. 기계구조용 탄소강은 열처리를 통하여 안정한 강인성을 나타내는 특성 때문에 자동차, 항공기, 각종 기계류 또는 구조물에 주로 사용된다.
2.2.3. 탄소 공구강
탄소 공구강은 구조용 탄소강과 공구용 탄소강은 조성으로는 명확한 구별이 어렵다. 대략 실용상으로는 0.60%C 까지를 구조용, 0.60~1.50%C까지를 공구용으로 규정하고 있다. 탄소량이 많은 것은 경도가 크고, 적은 것은 대신 인성이 크다. 따라서 칼날이나 바이트와 같은 절삭용 공구는 경도가 큰 것이어야 하고, 단조용 공구와 같이 타격을 많이 받는 부품의 재료는 인성이 좋은 것을 사용하여야 한다. 공구강의 가공온도는 탄소함유량에 따라 다르나, 대략 950~1,000℃에서 시작하여 850~900℃에서 완료되며, 단조가 끝나면 조직이 거칠어지지 않도록 급랭시킨다. 공구강 중의 탄소 함유량이 0.8% 이상이 되면 시멘타이트가 망상으로 나오기 때문에 그대로 쓰면 취약하므로 반드시 680~730℃에서 3~10시간 정도 풀림 처리하여 시멘타이트를 구상화하여야 한다. 구상화한 공구강은 물 또는 10% 소금물 중에 담금질한 후, 사용목적에 따라 적당히 템퍼링 처리한다. 사용온도가 200℃이상으로 되면 경도가 낮아지므로 고속절삭은 불가능하다. 공구강으로서의 구비조건을 열거하면 다음과 같다. -고온경도를 가질 것 -내마모성과 인성이 클 것 -열처리가 용이할 것 -가공이 용이하여 값이 저렴할 것 이와 같은 조건을 만족시키기 위하여 합금 공구강을 많이 사용하고 있으나, 열처리 방법이나 가공이 간단해서 가격이 낮다는 장점 때문에 탄소 공구강(carbon tool steel)도 많이 사용하고 있다.
2.2.4. 합금강
합금강은 탄소강의 성질을 개량하기 위하여 특수한 원소를 첨가한 강철을 말한다. 특수강은 크게 탄소강을 보다 강하게 하여 구조용(構造用)으로 쓰는 것과 특수한 용도에 알맞도록 특별한 성질로 만든 것 등 두 종류로 구분할 수 있다. 합금원소의 첨가량에 따라 저합금강과 고합금강으로 나뉘며, 저합금강은 강의 경도를 증가시키는 쪽을 주 목적으로 하여 강도와 인성이 증가하며, 구조용으로 주로 사용하며, 고합금강은 내식성, 내마모성, 내열성, 내한성 등의 특수성질을 부가하기 위해 주로 만들게 된다.
주로 니켈(Ni), 크롬(Cr), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 티타늄(Ti), 코발트(Co)의 합금원소를 많이 첨가한다. 크롬강 (Cr)은 강에 크롬을 가하면 매우 가늘게 되어 강도, 경도가 현저하게 증가하고 내마모성, 내식성, 내열성이 많이 개선된다. 니켈-크롬강 (Ni-Cr)은 니...
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