Strip casted and rolled magnesium sheet is become exiting material for car manufacturer, due to its better formability and specific strength compare with conventional extruded sheet. TWB technology was attractive for car body designer, because it saves the weight of the car without strength loss. In this study, the laser welding performance of magnesium sheet was investigated for Mg TWB panel manufacturing. The material was strip casted and rolled magnesium alloy sheet contains 3 wt% Al and 1 wt% Zn (AZ31). Lamp pumped Nd:YAG laser of 2kW was used and its laser light was delivered by optical fiber of 0.6mm core diameter to material surface with focusing optics of 200mm focal length for TWB welding. The microstructure of weld bead was investigated to check internal defects such as inclusion, porosity and cracks. Also mechanical properties and formability were evaluated for press forming of car body. For the results, there was no crack but inclusion or porosity on weld at some conditions.The tensile strength of weld was over 95% of base metal. Inner and outer panel of engine hood were press formed and assembled at elevated temperature.
In this paper, friction welded joints were constructed to investigate the mechanical properties of welded 15-mm diameter solid bars of Mg alloy (AZ31B). The main friction welding parameters were selected to endure reliable quality welds on the basis of visual examination, tensile tests, impact energy test, Vickers hardness surveys of the bonds in the area and heat affected zone (HAZ), and macrostructure investigations. The study reached the following conclusions. The tensile strength of the friction welded materials (271 MPa) was increased to about 100% of the AZ31B base metal (274 MPa) under the condition of a heating time of 1 s. The metal loss increased lineally with an increase in the heating time. The following optimal friction welding conditions were determined: rotating speed (n) = 2000 rpm, heating pressure (HP) = 35 MPa, upsetting pressure (UP) = 70 MPa, heating time (HT) = 1 s, and upsetting time (UT) = 5 s, for a metal loss (Mo) of 10.2 mm. The hardness distribution of the base metal (BM) showed HV55. All of the BM parts showed levels of hardness that were approximately similar to friction welded materials. The weld interface of the friction welded parts was strongly mixed, which showed a well-combined structure of macro-particles without particle growth or any defects. In addition, an acoustic emission (AE) technique was applied to derive the optimum condition for friction welding the Mg alloy nondestructively. The AE count and energy parameters were useful for evaluating the relationship between the tensile strength and AE parameters based on the friction welding conditions.
The dissimilar welding between magnesium alloy and steel sheet was required in automobile industry to increase the strength of the dissimilar joints. Laser brazing is one of the good joining processes for Mgsteel dissimilar joint. In this study, the effect of coating materials was evaluated on the laser brazing for the dissimilar joint between AZ31 and coated steels such as Zn, Sn and Ni. Diode direct laser was used to braze the lap-edge joint with Mg600 filler wire and Superior #21 flux. The wettability was best on Zn coated steel. The interlayer was formed at the interface between brazement and steel for all coating materials. The strengths of brazed specimen were 146.5N/mm, 204.6N/mm and 101.6N/mm for Zn, Sn and Ni coated steel respectively.
To improve the shortcomings and expand the advantages of the single-roll melt drag method, which is a type of continuous strip casting method, the melt drag method with a molding belt is applied to AZ31 magnesium alloy. By attaching the forming belt to the melt drag method, the cooling condition of the thin plate is improved, making it possible to manufacture thin plates even at high roll speed of 100 m/min or more. In addition, it is very effective for continuous production of thin plates to suppress oxidation of the molten metal on the roll contact surface by selecting the protective gas. As a result of investigating the relationship between the contact time between the molten metal and the roll and the thickness of the sheet, it is possible to estimate the thickness of the sheet from the experimental conditions. The relationship between the thin plate thickness and the grain size is one in which the thinner the thin plate is, the faster the cooling rate of the thin plate is, resulting in finer grain size. The contact state between the molten metal and the roll greatly affects the grain size, and the minimum average grain size is 72 ㎛. The thin plate produced using this experimental equipment can be rolled, and the rolled sample has no large cracks. The tensile test results show a tensile strength of 303 MPa.
본 연구에서는 Mg합금의 반응고성형 공정기술을 개발하기 위하여 여러 가지 전단속도와 냉각속도에 따른 Mg합금의 점도와 딕소트러픽 거동을 분석하였으며, 이를 전산모사연구와 비교 검토하였다. 전산모사연구에서는 미세조직과 공정변수를 고려한 반응고 슬러리의 유변학적 거동을 분석하였다. 반응고 온도영역에서의 Mg합금(AZ91D) 슬러리의 점도는 고상율에 따라 지수함수적으로 증가하였으며, 전단속도가 증가하면 감소하는 경향을 나타났다. Mg합금 슬러리의 유변학적 거동을 정확하게 분석하기 위하여 Carreau 모델을 사용하여 ANYCAST 프로그램에서 고압다이캐스팅용 금형으로의 Mg합금 반응고 슬러리의 충진거동을 모사하였다. 전산모사된 결과는 동일한 조건에서의 실제 실험결과와 잘 일치하였다.
The formability of magnesium alloy sheets at room temperature is generally low because of the inherently limited number of slip systems, but higher at temperatures over $150^{\circ}C$. Therefore, prior to the practical application of these materials, the forming limits should be evaluated as a function of the temperature and strain rate. This can be achieved experimentally by performing a series of tests or analytically by deriving the corresponding modeling approaches. However, before the formability analysis can be conducted, a model of flow stress, which includes the effects of strain, strain rate and temperature, should be carefully identified. In this paper, such procedure is carried out for Mg alloy AZ31 and the concept of flow stress surface is proposed. Experimental flow stresses at four temperature levels ($150^{\circ}C$, $200^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $300^{\circ}C$) each with the pre-assigned strain rate levels of $0.01s^{-1}$, $0.1s^{-1}$ and $1.0s^{-1}$ are collected in order to establish the relationships between these variables. The temperature-compensated strain rate parameter which combines, in a single variable, the effects of temperature and strain rate, is introduced to capture these relationships in a compact manner. This study shows that the proposed concept of flow stress surface is practically relevant for the evaluation of temperature and strain dependent formability.
Kim, Min Soo;Kim, Jong Seop;Park, Su Jeong;Koo, Bon Heun
한국재료학회지
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제32권6호
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pp.301-306
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2022
This study explored the possibility of forming a coating layer containing alginic acid on the surface of a magnesium alloy to be used as a biomaterial. We formed a coating layer on the surface of a magnesium alloy using a plasma electrolytic oxidation process in an electrolytic solution with different amounts of alginic acid (0 g/L ~ 8 g/L). The surface morphology of all samples was observed, and craters and nodules typical of the PEO process were formed. The cross-sectional shape of the samples confirmed that the thickness of the coating layer became thicker as the alginic acid concentration increased. It was confirmed that the thickness and hardness of the sample significantly increase with increasing alginic acid concentration. The porosity of the surface and cross section tended to decrease as the alginic acid concentration increased. The XRD patterns of all samples revealed the formation of MgO, Mg2SiO4, and MgF2 complex phases. Polarization tests were conducted in a Stimulate Body Fluid solution similar to the body's plasma. We found that a high amount of alginic acid concentration in the electrolyte improved the degree of corrosion resistance of the coating layer.
The specific strength of magnesium alloy is four times that of iron and 1.5 times that of aluminum. For this reason, its use is increasing in the transportation industry which is promoting weight reduction. At room temperature, magnesium alloy has low formability due to Hexagonal closed packed (HCP) structure with relatively little slip plane. However, as the molding temperature increases, the formability of the magnesium alloy is greatly improved due to the activation of other additional slip systems, and the flow stress and elongation vary greatly depending on the temperature. In addition, magnesium alloys exhibit asymmetrical behavior, which is different from tensile and compression behavior. In this study, a jig was developed that can measure the plane deformation behavior on the surface of a material in tensile and compression tests of magnesium alloys in warm temperature. A jig was designed to prevent buckling occurring in the compression test by applying a certain pressure to apply it to the tensile and compression tests. And the tensile and compressive behavior of magnesium at each temperature was investigated with the developed jig and DIC equipment. In each experiment, the strain rate condition was set to a quasi-static strain rate of 0.01/s. The transformation temperature is room temperature, 100℃. 150℃, 200℃, 250℃. As a result of the experiment, the flow stress tended to decrease as the temperature increased. The maximum stress decreased by 60% at 250 degrees compared to room temperature. Particularly, work softening occurred above 150 degrees, which is the recrystallization temperature of the magnesium alloy. The elongation also tended to increase as the deformation temperature increased and increased by 60% at 250 degrees compared to room temperature. In the compression experiment, it was confirmed that the maximum stress decreased as the temperature increased.
The high rate of corrosion of magnesium alloys makes it limited for industrial applications. Therefore, surface treatment is required to enhance their corrosion resistance. In our study, a chemical conversion coating for protecting the corrosion of the magnesium alloy, AZ31B, was prepared by using a phosphate-permanganate solution. The chemical conversion coating had a limited protection ability due to defects arising from cracks and pores in the coating layer. The sol-gel coating was prepared by using trimethoxymethylsilane (MTMS) and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS) as precursors, and aluminum acetyl acetonate as a ring opening agent. The corrosion protection properties of sol-gel and conversion coatings in 0.35wt% NaCl solution were measured by the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and potentiodynamic polarization test. The EIS results indicated that the resistance of the chemical conversion coating with the sol-gel coating was significantly improved through the sol-gel sealed phosphate-permanganate conversion coating. The results of the potentiodynamic polarization test revealed that the sol-gel coating decreased the corrosion current density ($I_{corr}$). The SEM image showed that the sol-gel coating sealed conversion coating and improved corrosion protection.
The apparent activation energy, the applied stress exponent, and rupture life have been measured from creep experiments over the range of $200^{\circ}C$ to $220^{\circ}C$ and the applied stress range of 64MPa to 94MPa. The materials were used AZ31 magnesium alloys treated by plasma electrolytic oxidation of $20{\mu}m$ and $40{\mu}m$ at surface to investigate the its influence on creep behavior, and creep tests were carried out under constant applied stress and temperature. The experimental results showed that the dipper the thickness of surface treatment the higher the activation energy and stress exponent. And the higher temperature and applied stress, the lower stress exponent and activation energy, respectively. Also the dipper the thickness of surface treatment the longer creep rupture time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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