압출물의 기계적 특성이 예상과 다를 경우, 일반적으로 빌릿의 초기 조성이나 압출/시효 조건에 주의를 기울입니다. 균질화 자체가 문제가 될 수 있다는 점에 의문을 제기하는 사람은 거의 없습니다. 실제로 균질화 단계는 고품질 압출물 생산에 매우 중요합니다. 균질화 단계를 제대로 제어하지 못하면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.
●파괴압력 증가
●결함이 더 많아짐
●양극산화 후 줄무늬 질감
●낮은 압출 속도
●기계적 성질이 좋지 않음
균질화 단계는 두 가지 주요 목적을 갖습니다. 철을 함유하는 금속간 화합물을 정제하고, 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)을 재분배하는 것입니다. 균질화 전후 빌릿의 미세구조를 검사함으로써 압출 과정에서 빌릿의 성능을 예측할 수 있습니다.
빌렛 균질화가 경화에 미치는 영향
6XXX 압출에서 강도는 시효 중 형성된 Mg 및 Si가 풍부한 상에서 비롯됩니다. 이러한 상을 형성하는 능력은 시효가 시작되기 전에 원소를 고용체에 투입하는 데 달려 있습니다. Mg와 Si가 고용체의 일부가 되려면 금속을 530°C 이상에서 빠르게 급냉해야 합니다. 이 온도 이상에서 Mg와 Si는 자연적으로 알루미늄으로 용해됩니다. 그러나 압출 과정에서 금속은 이 온도 이상에서 짧은 시간 동안만 유지됩니다. 모든 Mg와 Si가 용해되도록 하려면 Mg와 Si 입자가 비교적 작아야 합니다. 그러나 주조 과정에서 Mg와 Si는 비교적 큰 Mg₂Si 블록으로 석출됩니다(그림 1a).
6060 빌렛의 일반적인 균질화 사이클은 560°C에서 2시간입니다. 이 과정에서 빌렛이 530°C 이상에서 장시간 유지되므로 Mg₂Si가 용해됩니다. 냉각 후 훨씬 더 미세한 분포로 재석출됩니다(그림 1c). 균질화 온도가 충분히 높지 않거나 시간이 너무 짧으면 큰 Mg₂Si 입자가 일부 남게 됩니다. 이러한 경우, 압출 후 고용체의 Mg와 Si 함량이 감소하여 고밀도의 경화 석출물을 형성할 수 없게 되고, 결과적으로 기계적 성질이 저하됩니다.
그림 1. 연마된 6060 빌렛과 2% HF 에칭된 6060 빌렛의 광학 현미경 사진: (a) 주조 상태, (b) 부분적으로 균질화된 상태, (c) 완전히 균질화된 상태.
철 함유 금속간 화합물의 균질화 역할
철(Fe)은 강도보다 파괴인성에 더 큰 영향을 미칩니다. 6XXX 합금에서 Fe 상은 주조 과정에서 β상(Al₅(FeMn)Si 또는 Al₈₉(FeMn)₂Si₂)을 형성하는 경향이 있습니다. 이러한 상은 크고 각이 져 있으며, 압출을 방해합니다(그림 2a 참조). 균질화 과정에서 무거운 원소(Fe, Mn 등)가 확산되고, 각이 큰 상은 더 작고 둥글게 변합니다(그림 2b).
광학 이미지만으로는 다양한 위상을 구분하기 어렵고, 이를 신뢰성 있게 정량화하는 것도 불가능합니다. Innoval에서는 빌릿의 균질화를 내부 특징 검출 및 분류(FDC) 방법을 사용하여 정량화하는데, 이 방법은 빌릿에 대한 %α 값을 제공합니다. 이를 통해 균질화의 품질을 평가할 수 있습니다.
그림 2. 균질화 전 (a) 및 균질화 후 (b) 빌릿의 광학 현미경 사진.
특징 감지 및 분류(FDC) 방법
그림 3a는 주사 전자 현미경(SEM)으로 분석한 연마된 샘플을 보여줍니다. 회색조 임계값 기법을 적용하여 그림 3b에서 흰색으로 나타나는 금속간 화합물을 분리하고 식별합니다. 이 기법을 사용하면 최대 1mm²까지의 영역을 분석할 수 있으므로, 1,000개 이상의 개별 특징을 한 번에 분석할 수 있습니다.
그림 3. (a) 균질화된 6060 빌렛의 후방 산란 전자 이미지, (b) (a)에서 식별된 개별 특징.
입자 구성
Innoval 시스템에는 Oxford Instruments Xplore 30 에너지 분산형 X선(EDX) 검출기가 장착되어 있습니다. 이를 통해 식별된 각 지점에서 EDX 스펙트럼을 빠르게 자동으로 수집할 수 있습니다. 이 스펙트럼을 통해 입자 조성을 파악하고 Fe:Si의 상대적인 비율을 추정할 수 있습니다.
합금의 Mn 또는 Cr 함량에 따라 다른 중원소가 포함될 수 있습니다. 일부 6XXX 합금(때로는 상당한 양의 Mn을 함유)의 경우, (Fe+Mn):Si 비율을 기준으로 사용합니다. 이 비율을 알려진 Fe 함유 금속간 화합물의 비율과 비교할 수 있습니다.
β상(Al₅(FeMn)Si 또는 Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): (Fe+Mn):Si 비율 ≈ 2. α상(Al₁₂(FeMn)₃Si 또는 Al₈.₃(FeMn)₂Si): 조성에 따라 비율 ≈ 4–6. 당사 맞춤형 소프트웨어를 사용하면 임계값을 설정하고 각 입자를 α 또는 β로 분류한 다음 미세 구조 내에서 위치를 매핑할 수 있습니다(그림 4). 이를 통해 균질화된 빌릿에서 변형된 α의 대략적인 비율을 얻을 수 있습니다.
그림 4. (a) α 및 β 분류 입자를 보여주는 지도, (b) (Fe+Mn):Si 비율의 산점도.
데이터가 우리에게 말해줄 수 있는 것
그림 5는 이 정보가 어떻게 사용되는지 보여주는 예입니다. 이 경우, 결과는 특정 용광로 내에서 불균일한 가열이 발생했거나 설정 온도에 도달하지 못했음을 나타냅니다. 이러한 경우를 제대로 평가하려면 알려진 품질의 시험 빌릿과 기준 빌릿이 모두 필요합니다. 이러한 빌릿이 없으면 해당 합금 조성에 대한 예상 %α 범위를 설정할 수 없습니다.
그림 5. 성능이 좋지 않은 균질화로의 여러 섹션에서 %α 비교.
게시 시간: 2025년 8월 30일
