마그네슘 합금은 낮은 비중의 경량화 금속 소재이며, 주로 주조 주조재 형태로 상당한 기간 활용되어 왔으며, 최근에는 포스코에서 AZ31 합금으로 판재를 생산하면서 판재상의 마그네슘 소재의 응용이 본격화되고 있다. 포스코에서 판재로 생산되는 합금은 AZ31합금이 주종이며, AZ61 합금의 경우도 일부 생산되고 있으며, 향후 다양한 합금의 판재의 개발이 진행될 예정이다. 마그네슘 합금은 화학적 활성이 커서 내식성 확보를 위한 표면처리가 필수적이며, 내식성의 확보가 상업적 적용을 위하여 필수적이다. 기존의 마그네슘 합금의 표면처리 방법은 주로 AZ91D의 다이캐스팅재에 집중되어 왔으며, 포스코에서 생산되는 AZ31의 스트립 캐스팅재의 표면처리는 합금의 차이로 인하여 새롭게 공정이 개발되어야 한다. 본 발표에서는 AZ31 판재를 이용한 표면처리에서 전처리 공정이 미치는 영향에 대하여 논하고자 한다.
The effect of temperature on the forming limit diagram was investigated for AZ31B magnesium alloy sheet through the limit dome height test in the range from room temperature to $300^{\circ}C$. The formability of AZ31B sheet was improved significantly according to the increasing temperature. Also we studied the springback characteristics through the 2D draw bending test with different blank holding forces at elevated temperatures. Springback quantity was considerably reduced as temperature went up. The blank holding force in the range used, however, had little influence on springback. Experimental results obtained in this study may provide a material database for AZ31B sheet.
AZ31B 마그네슘 합금 판재를 이용하여 자동차 부품을 가공하는 경우에는 판재를 성형하고 이를 접합하여 복잡한 형태의 부품을 만들게 되는데, 대부분의 경우에서 전착도장 공정을 필수로 거치게 된다. 그리고 전착도장 공정은 기존의 자동차 생산 공정에 사용되는 도료 및 공정을 그대로 이용하여야 하며, 현재까지 연구된 결과에 의하면 마그네슘 소재의 전착도장은 전착도장 공정 전에 행해지는 화성처리 공정이 적절하게 처리되었다면 공정상 별다른 문제를 발생시키지 않는다. 즉 마그네슘의 화성처리는 전착도장 공정과 전착도장된 제품의 내식성에 매우 중요한 요소이다. 이러한 화성처리 공정은 화성처리 공정 전단계의 표면 전처리 공정에 크게 영향을 받게 되는데, 본 연구에서는 AZ31B 마그네슘 함금 판재의 전처리-화성처리-전착도장으로 구성되는 마그네슘 표면처리에 있어서 전처리 공정중 산에칭 공정이 화성처리-전착도장의 최종 물성에 미치는 영향에 관하여 조사하였다.
AZ31B 마그네슘 합금 판재를 이용하여 자동차 부품을 가공하는 경우에는 판재를 성형하고 이를 접합하여 복잡한 형태의 부품을 만들게 되는데, 대부분의 경우에서 전착도장 공정을 필수로 거치게 된다. 그리고 전착도장 공정은 기존의 자동차 생산 공정에 사용되는 도료 및 공정을 그대로 이용하여야 하며, 현재까지 연구된 결과에 의하면 마그네슘 소재의 전착도장은 전착도장 공정 전에 행해지는 화성처리 공정이 적절하게 처리되었다면 공정상 별다른 문제를 발생시키지 않는다. 즉 마그네슘의 화성처리는 전착도장 공정과 전착도장된 제품의 내식성에 매우 중요한 요소이다. 이러한 화성처리 공정은 화성처리 공정 전단계의 표면 전처리 공정에 크게 영향을 받게 되는데, 본 연구에서는 AZ31B 마그네슘 함금 판재의 전처리-화성처리-전착도장으로 구성되는 마그네슘 표면처리에 있어서 전처리 공정중 산에칭 공정이 화성처리-전착도장의 최종 물성에 미치는 영향에 관하여 조사하였다.
The effect of process parameters on springback of AZ31B magnesium alloy sheet was investigated by performing 2D draw bending test at the elevated temperatures. And also the springback characteristics were studied different blank holding forces between 30 to 250 kgf. Springback was considerably reduced at higher temperatures than $200^{\circ}C$. The blank holding force in the range used, however, had little influence on springback in isothermal tests. For a given temperature, springback decreased with increasing blank holding force in non-isothermal tests.
AZ31 마그네슘 합금 판재는 경량화가 요구되는 분야에 사용되는 것을 목표로 설계되어 상업화가 추진되고 있으며, 이의 적용을 위해서는 마그네슘 판재의 내 부식성을 제어하는 표면처리 공정이 필수적이다. 표면처리에서는 강판 및 알루미늄판재의 표면처리 공정에 이용되는 화성처리-전착도장 공정에 따라야 하겠지만, 산 용액에 매우 취약한 마그네슘 소재의 특성상 같은 처리 조건을 적용하기 어렵다. 산 종류에 따른 AZ31 마그네슘합금판재 표면처리효과를 알아보기 위해 여러 종류의 산 처리 후 내 부식성을 알아보고 HH(Heat and Humidity; 가압, 가습 조건에서 열처리) 공정을 접목시킨 표면처리 결과에 대하여도 관찰하였다. 그 중 불산을 이용한 표면처리는 농도별로 진행하여 산세의 농도가 표면에 주는 영향에 대하여도 알아보았다.
마그네슘 합금의 화성처리는 주로 탈지-산세-디스머트-화성처리의 4단계를 거쳐 진행되는 것으로 알려져 있다. 즉, 마그네슘 합금은 공기 중에서 자연 산화막이 쉽게 생성되며 이때 생성된 산화막을 제거하기 위한 산세 공정이 필수적이다. 본 연구에서는 AZ91D 마그네슘 주조재에 주로 사용되어 왔던 다양한 산 종류에 따른 AZ31B 마그네슘 판재의 산 에칭 후의 표면 상태 및 부식 거동을 관찰하였다. 따라서 AZ31B에 적합한 산 종류를 선별하고 그에 따른 표면 거동에 대한 논의를 통하여 마그네슘 합금의 표면에 대한 이해를 높이고자 한다.
The purpose of this study is to predict the forming limit diagram (FLD) of strain-rate sensitive materials on the basis of the Marciniak and Kuczynski (M-K) theory. The strain-rate effect is taken into consideration in such a way that the stress-strain curves for various strain-rates are inputted into the formulation as point data, not as curve-fitted models such as power function. To solve the nonlinear system of equations derived from the equilibrium and constraints in the groove region and the safe zone, the Newton-Raphson method is used. The theoretical FLDs using four different yield criteria, that are von Mises, Hill (1948), Hill (1979), Logan and Hosford, are compared with the experimental, numerical (FEA) and other theoretical results. A new trial is made where a modified M-K model having n-step grooves is introduced to describe a real localized neck.
In this study, the formability of AZ31B magnesium alloy sheets was investigated by the analytical and experimental approaches. Tensile tests and limit dome height tests were rallied out at several temperatures between $25^{\circ}C$ and $300^{\circ}C$ to obtain the mechanical properties and forming limit diagram (FLD). The FLD-based criterion considering the strain-path and the blank temperature was used to predict the forming limit in a deep-drawing process of cross-shaped cup by finite element analysis. This criterion proved to be very useful in determining the optimal process conditions such as blank shape, punch velocity, minimum comer radius, fillet size, and so on, through the comparison between FEA and experimental data. In particular, the temperature of each tool that provided the best formability of the blank was determined by coupled temperature-deformation analyses. A practical method that can greatly reduce the forming time by increasing the punch speed during the forming process was suggested.
The purpose of this study is to predict the forming limit diagram (FLD) of strain-rate sensitive materials on the basis of the Marciniak and Kuczynski (M-K) theory. The strain-rate effect is taken into consideration in such a way that the stress-strain curves for various strain-rates are inputted into the formulation as point data, not as curve-fitted models such as power function. Tensile tests and R-value tests were carried out at several levels of temperature and strain-rate from $25^{\circ}C$ to $300^{\circ}C$ and 0.16 to 0.00016/s, respectively to obtain the mechanical properties of AZ31B magnesium alloy sheet. The FLD of this material was experimentally obtained by limit dome height tests with the punch velocity of 0.1 and 1.0 mm/s at $250^{\circ}C$. The M-K theory-based FLD predicted using Yld2000-2d yield criterion was compared with the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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