Browse

Effect of Alloying Elements and Process Parameters on Internal Macro-segregation Behavior of Aluminum Alloys Fabricated by Twin-roll Casting
쌍롤박판주조법 중에 합금원소 첨가 및 공정 변수에 따른 알루미늄 합금 판재 내부 편석 거동 분석

Cited 0 time in Web of Science Cited 0 time in Scopus
Authors
왕천조
Advisor
신광선
Major
공과대학 재료공학부
Issue Date
2019-02
Publisher
서울대학교 대학원
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 재료공학부, 2019. 2. 신광선.
Abstract
Since Al has a low density and high specific strength along with sound corrosion resistance, the Al alloys have a great potential of application as structural materials in various industries. However, the high fabrication cost compared to conventional steel materials is the main obstacle for wider application.
Twin roll casting (TRC) is a continuous casting method which allows the fabrication of strips directly from melt which helps to decrease the fabrication cost and increase the productivity. Despite all the advantages, the segregation forms during the TRC process is apparently harmful. Internal macro-segregation which is usually located in the center layer of the TRC strips cannot be completely removed by thermomechanical process after the initial solidification. Therefore, studies on the formation mechanism of different types of segregation and how to reduce segregation are still necessary.
FEM simulation program DEFORM was used to predicted the solidification behavior during the twin-roll casting of Al alloys. The temperature and liquid fraction distribution of Al alloys with various Mg concentration from 0.5% to 5% were investigated based on the thermodynamic properties calculated using JMatPro program. The effect of casting speed on the temperature and liquid fraction distribution was discussed. Specific points along the thickness direction were selected to track the local strain and liquid fraction during the TRC process. According to the calculated results, freeze range increased and heat transfer coefficient decreased with the increasing Mg concentration which both indicated that more segregation can be expected from high Mg alloys. Furthermore, higher casting speed caused the less contacting time between the roll and melt which delayed the cooling process and resulted in more segregation during the TRC process. Besides, the center layer of the cross-section was calculated to have lower cooling rate and higher deformation while the side layer was confirmed with a higher cooling rate.
As one of the most widely used alloying elements for Al alloys, the effect of Mg element on the macro-segregation behavior of twin-roll cast Al alloys was investigated. From experimental results, larger segregation area was found in samples with high Mg and higher casting speed which matched the simulation results. The types and shapes of internal macro-segregation changed with different casting speed. A vortex-shaped segregation was observed in low-speed samples while a banded structure with channel segregation was found in high-speed samples.
알루미늄 합금은 낮은 밀도, 높은 강도 및 우수한 부식 저항성을 지니고 있어 구조재료로써 산업에 적용되고 있다. 하지만 철강 보다 비싼 생간 원가로 인하여 적용 범위가 국한된다.
Twin-roll casting (TRC) 는 금속의 용탕 상태에서 직접 판재로 주조 가능한 연속 주조 공정이다. TRC 공정을 이용하여 원가 절감 및 생산 효율 향상 등 장점을 가지고 있지만 주조 과정에서 형성되는 중심부 편석 및 주조 결함은 최종 판재 품질에 매우 나쁜 영향을 준다. 특히 중심부 편석은 후속 열처리 및 소성가공 공정을 거쳐도 제거되지 않아 최종 품질에 안 좋은 영향을 끼쳐 편석 형태 및 편석 형성 원인을 규명하는 것은 매우 중요하다고 판단한다.
FEM 전산모사 프로그램인 Deform을 이용하여 TRC 공정 과정에서 합금의 응고 거동을 분석하였으며 마그네슘 함량 0.5%에서 5.0%까지 변화 시켜 TRC 공정 중에서 온도 분포 및 액상 분율을 산출하였다. TRC 공정 중에서 주조속도의 영향을 조사하였으며 판재 두께 방향 각 지점의 액상 분율 및 변형 거동을 분석하였다.
전산모사 결과를 기반으로 TRC 공정을 이용하여 마그네슘 첨가량 및 공정 변수가 다른 판재를 제조하였다. 실험 결과에 의하면 편석 형태가 공정 변수에 따라 변화하고 낮은 주조 속도에서 Vortex-shape 형태를 가지고 있는 구조가 발견되었으며 이러한 구조는 후속 공정을 거치면 Super fine grain 구조가 발달되어 우수한 기계적 성질을 가진다. 반면에 높은 주조 속도로 제조한 판재에서 Banded 주조 및 Channel 편석이 복합적으로 존재하여 비교적으로 비균일한 Grain 구조 및 많은 편석 면적이 발견되었다.
또한, 상용 AA6016 합금을 대상으로 최적 공정 변수를 조사하였다. 13개 공정 변수를 조사한 결과를 기반으로 양산에 도움이 되는 Channel segregation free diagram을 도식화하였다.
Language
eng
URI
http://hdl.handle.net/10371/150720
Files in This Item:
Appears in Collections:
College of Engineering/Engineering Practice School (공과대학/대학원)Dept. of Material Science and Engineering (재료공학부) Theses (Master's Degree_재료공학부)
  • mendeley

Items in S-Space are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Browse