Aluminum alloys alloyed with small quantify of scandium addition has attracted as a structural material for aerospace and automotive applications because dramatic effects in grain refinement as well as an increase of recrystallization temperature can be achieved. Commercial aluminum alloys are characterized by a high level of mechanical properties, sufficient corrosion resistance and good weldability as well as sufficient castability, which makes it possible to be hot- or cold-worked without failure. In order to obtain these requirements in Al-Sc alloys various transition metals are added as alloying elements. Transition metals such as zirconium and scandium have been considered to be the most effective transition elements for additional alloying of Al-(Zn)-Mg-(Cu)-(Zr)-Sc. In the practical view point, it is important to maximize both strength and ductility of Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc alloys before performing artificial aging after quenching from the solution temperature. Recrystallization and precipitate’s effect of Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc alloy containing 0.06~0.16 wt.% Sc are investigated for hot working process and post heat treatment.
After solution heat treatment, both yield strength and elongation of Al-Zn-Mg-Cu-Sc Alloy are simultaneously increased. Enhancement of strength was caused by natural aging whereas Enhancement of elongation is due to both residual stress release and recrystallization behavior. As scandium contents increased, from 0.06wt.% to 0.18wt.% the recrystallized volume fraction decreased due to the increase of recrystallization temperature. During natural aging process, both strength and hardness of Al-Zn-Mg-Cu-Sc alloys are improved compared to as-solution treated alloys, because G.P zone was formed and grown. Furthermore it is shown the dynamic strain aging as the natural aging time of as-quenched alloy increased. This result presents due to the interaction between solute atom and moving dislocation. As natural aging time increase, the dynamic strain aging behavior is disappeared because of vacancy and solute atom consumed by G.P zones nucleate and growth.
During artificial aging process, Al-Zn-Mg-Cu-Sc alloy’s main precipitate is η'. At 125℃ temperature, only η' precipitates were observed. As artificial aging time increases both size and volume fraction of η' precipitates also increase. The Strengthening mechanism of η' precipitates change from dislocation shearing model to dislocation bypass model as their precipitates radius increased to 25nm. That is at η' precipitates radius smaller than 25nm dislocation shearing model can be adapted to strengthening mechanism., dislocation bypassing model can be adapted to strengthening mechanism of η' precipitates radius larger than 30nm.
알루미늄 합금은 가볍고 내식성이 우수하며 가공성이 우수하여 군수분야에서 폭넓게 사용되고 있다. 이러한 알루미늄 합금 가운데 가장 강도가 높은 것이 아연이 첨가된 알루미늄 -아연 의 7000계 합금으로 소총몸체에서 장갑차량의 장갑판재 항공기 골격에 주로 사용되고 있다. 하지만 탄도미사일이나 인공위성등과 같이 항공우주용 군사재료 쓰이기 위해서는 보다 높은 강도와 높은 고온 열안정성을 가져야 하는데 이에 적합한 것이 스칸듐이 첨가된 알루미늄 합금이다. 스칸듐은 알루미늄에 첨가되었을 때 고온에서 재결정을 억제해 주며 강도 증가의 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 스칸듐이 첨가된 알루미늄 합금의 제작 공정은 주조-균질화 처리-압출-단조의 공정을 거쳐서 사용하고자 하는 형상을 설계 할 수 있으며 최적 물성을 위하여 용체화 처리 및 자연시효 인공시효의 열처리 공정을 거칠게 된다. 이러한 열처리 공정 중 발생한 재결정 현상은 잔류응력완화 효과와 함께 합금의 연신율을 부여해 주는 것을 확인 할 수 있었으며 자연시효를 통하여 상온에서의 석출거동 및 인공시효에서 나타나는 석출물이 전구체의 G.P zone이라는 석출물에 대한 정량적인 분석을 실시하여 자연시효간 강도를 제어 할 수 있었다. 또한 자연시효간 생성된 G.P zone이 인공시효시 생성되는 준안정상인 η'상의 전구체로 작용하기 때문에 자연시효처리 시간은 최종 인공시효처리재의 강도 및 연신율에 영향을 미친다. 또한 최종 인공시효처리시 나타나는 주 석출상은 ή 이었고 화학적 조성은 Mg(Zn,Cu,Al)2 임을 알 수 있었다. 이러한 합금의 강화기구는 석출상의 크기가 25-30nm 범위에서 전위가 석출물을 자르고 지나가는 모델에서 우회하는 모델로 변화하게 된다. 따라서 30nm 이상에서는 Orowan이 제시한 강화기구를 따르며 석출물의 형상이 막대형이기 때문에 다른 석출물 보다 2배 강화효과를 볼 수 있었다.
