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ISSN : 1225-0562(Print)
ISSN : 2287-7258(Online)
Korean Journal of Materials Research Vol.28 No.12 pp.738-747
DOI : https://doi.org/10.3740/MRSK.2018.28.12.738

Stress Corrosion Cracking Sensitivity of High-Strength 2xxx Series Aluminum Alloys in 3.5 % NaCl Solution

Heesoo Choi1,Daeun Lee1,Soojin Ahn1,Cheoljoo Lee2,Sangshik Kim1†
1Dept. of Materials Engineering and Convergence Technology, ReCAPT, Gyeongsang National University, Jinju 52828, Republic of Korea
2Structural Analysis Team, Korea Aerospace Industries, LTD., Sacheon 52529, Republic of Korea
Corresponding author
E-Mail : sang@gnu.ac.kr (S. Kim, Gyeongsang Nat'l Univ.)
August 18, 2018 November 27, 2018 November 29, 2018

Abstract


For the aerospace structural application of high-strength 2xxx series aluminum alloys, stress corrosion cracking(SCC) behavior in aggressive environments needs to be well understood. In this study, the SCC sensitivities of 2024-T62, 2124-T851 and 2050-T84 alloys in a 3.5% NaCl solution are measured using a constant load testing method without polarization and a slow strain rate test(SSRT) method at a strain rate of 10-6 /sec under a cathodic applied potential. When the specimens are exposed to a 3.5% NaCl solution under a constant load for 10 days, the decrease in tensile ductility is negligible for 2124-T851 and 2050-T84 specimens, proving that T8 heat treatment is beneficial in improving the SCC resistance of 2xxx series aluminum alloys. The specimens are also susceptible to SCC in a hydrogen-generating environment at a slow strain rate of 10−6/sec in a 3.5% NaCl solution under a cathodic applied potential. Regardless of the test method, low impurity 2124-T851 and high Cu/Mg ratio 2050-T84 alloys are found to have relatively lower SCC sensitivity than 2024-T62. The SCC behavior of 2xxx series aluminum alloys in the 3.5% NaCl solution is discussed based on fractographic and micrographic observations.



항공용 고강도 2xxx계 알루미늄 합금의 3.5 % 염수 환경에서의 응력부식균열 민감도

최희수1,이다은1,안수진1,이철주2,김상식1†
1경상대학교 나노신소재융합공학과,2한국항공우주산업 구조해석팀

초록


    © Materials Research Society of Korea. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    1. 서 론

    20세기 초 항공기에 열처리형 2017 알루미늄 합금이 최초로 적용된 이후 우수한 손상허용 특성을 가지는 2xxx(Al-Cu-Mg)계 알루미늄 합금은 지금까지도 항공기 기체용 소재로 널리 사용되고 있다.1-3) 가장 대표적인 Al- Cu-Mg계 합금인 2024 합금의 경우 높은 강도와 파괴 인성 그리고 고온에서도 높은 기계적 물성과 크립 저항 성을 가지는 합금으로 알려져 있다.4) 항공기 부품 적용 시 압연 판재 형상으로는 최대 100 mm 두께로 제작하 여 적용한다.4-7) 2124 합금은 2024 합금과 조성은 동일 하나 허용되는 불순물의 양을 줄임으로써 두께 방향의 연신율과 파괴인성을 증가시킨 합금이다.4) 2124 합금의 물리적 특성은 2024 합금과 동일하나 불순물의 감소에 따른 제작성 증가로 인해 압연 판재 형상으로는 최대 150 mm 두께로 제작이 가능하다.4,8) 2050 합금은 강도, 응력부식균열(stress corrosion cracking, SCC) 저항성과 파괴인성이 높으며, 열처리에 대한 민감도가 낮아 압연 판재 형상으로 최대 200 mm 두께로 제작 가능하여 다 양한 구조물용 소재로 이용된다.4,9) 2xxx계 알루미늄 합 금은 고용강화와 석출강화에 의해 강화가 되는 대표적 인 고강도 알루미늄 합금으로 T6(용체화 처리 후 인공 시효) 또는 T8(용체화 처리, 냉간가공 후 인공시효)과 같 은 시효 열처리로 고강도를 얻는다.10-11) 비평형 석출상 을 결정립 내에 생성시키는 이러한 열처리 중에 CuAl2 또는 Al2CuMg과 같은 석출물이 결정립계에 석출되면서 결정립계에 구리-무석출대(copper-depleted zone)을 생성 하게 된다.12-13) 2xxx계 합금의 SCC 저항성은 이러한 석 출물과 결정립계의 무석출대 그리고 기지와의 전위차 등 에 의해 결정되는 경우가 많다.14-15) 2024 합금은 일반적으 로 T8 열처리 상태에서는 높은 내식성을 갖고 있으나, T3, T4 열처리에서는 SCC에 취약한 것으로 알려져 있다.10,16)

    일반적으로 SCC 기구는 양극분해(anodic dissolution) 기구와 수소취성(hydrogen embrittlement) 기구로 나뉘어 진다.10,17-18) 즉 표면에 존재하는 부동태 피막이 염화 이 온(Cl−) 이나 변형 계단(slip step)에 의해 손상되면서 이 부위에서 발생한 부식 손상이 응력집중부 역할을 하면 서 SCC 균열이 생성 및 성장해 나가게 된다.19-20) 양극 분해 환경의 경우에는 인장응력에 의해 양극분해가 조 장되면서 국부적인 피팅이 발생하여 SCC 현상을 일으 킬 수 있으며, 수소발생 환경에서는 국부적인 부식 손 상부에서 수소가 균열 표면에 흡착되면서 균열선단을 취 화 시키면서 SCC 균열을 생성 및 성장시킬 수 있다.18,20) 이처럼 양극분해와 수소취성 모두 SCC를 생성하고 성 장시키는 주요한 기구임에도 불구하고 시험의 수월성 등 으로 인해 대부분 SCC 저항성은 양극분해 환경에서 평 가되는 것이 일반적이다.21) 즉 SCC 시험의 경우 미국 부식협회(NACE) 규격 TM0190-2012에 의거하여 분극전 위를 제어하지 않고 일정한 하중이 가해진 시편을 일정 시간 노출한 후 인장시험을 하여 노출 전과 후의 인장 특성 변화를 이용하여 SCC 저항성을 측정하고 있다.

    본 연구에서는 항공용으로 널리 사용되고 있는 2024- T62 합금과 이의 변종인 2124-T851 합금 그리고 후판 용으로 개발된 2050-T84 합금에 대해서 L(longitudinal) 과 T(transverse) 방향으로 3.5 % 염수에서의 SCC 민감 도를 측정하였다. SCC 민감도 측정은 일반적으로 널리 사용하는 일정하중 하에서 양극분해 환경에 노출하는 일 정하중 시험법뿐만 아니라 수소발생 환경에서 시편을 저 속으로 인장하면서 시험하는 저속인장 시험법을 이용하 여 측정하였다. 두 시험을 통해 각 합금의 양극분해 환 경과 수소취성 환경에서의 SCC 민감도에 대한 평가를 실시하였으며, 시험 후 시편의 파면과 표면 그리고 미 세조직 분석을 통해 각 합금의 SCC 기구를 고찰하였다.

    2. 실험 방법

    본 연구에서는 대표적인 항공용 고강도 2xxx 합금인 2024-T62, 2124-T851 그리고 2050-T84 합금의 염수환 경에서의 SCC 저항성을 측정하기 위해서 Fig. 1에서 보 는 바와 같은 봉상의 시편을 판재의 중간 부위에서 채 취하였다. 각 합금의 합금 원소는 Table 1에 나타내었다. 각 합금의 미세조직 관찰을 위해서 기계적 연마 후 켈 러 용액(95 ml H2O + 2.5 ml HNO3+ 1.5ml HCl + 1 ml HF)에서 에칭하였다. Fig. 2는 각각 (a) 2024-T62, (b) 2124-T851 및 (c) 2050-T84 합금의 후방산란전자회절 (EBSD)을 이용하여 관찰한 사진을 보여주고 있다. 합금 에 따라 재결정의 정도는 다소 차이가 있었으며, 특히 2050-T84 합금의 재결정의 정도가 가장 낮은 것을 알 수 있다. 세 합금 모두 연신된 결정립 형태를 보여주고 있 으며, 각 합금의 평균 결정립 크기는 Table 2에 나타내 었다.

    각 합금의 SCC 저항성은 링을 이용하는 일정하중 시 험법(constant load test method)과 일정연신율 변형기 (constant extension rate tester, CERT)에서 환경을 제어 하면서 저속으로 연신을 하는 저속인장 시험법(slow strain rate test method)을 이용하여 측정하였다. 각 시험과 관 련한 장비와 장치는 참고문헌22)에 나타나 있다. 일정하 중 시험법의 경우에는 대기 중에서 변형률 속도 1 × 10−3 s−1로 시험한 인장특성 결과와 3.5 % 염수에서 전위의 제 어 없이 항복강도의 80 % 하중을 가하면서 10일간 노 출한 후 대기 중에서 변형률 속도 1 × 10−3s−1로 시험한 인장특성 결과의 차이를 이용하여 SCC 민감도를 평가 하였다. 저속인장시험법의 경우에는 대기 중에서 변형률 속도 1 × 10−6s−1로 시험한 인장특성 대비하여 3.5 % 염 수에서 전위를 Ecorr − 0.1 VSCE로 제어하면서 변형률 속도 1 × 10−6s−1로 시험한 인장특성의 변화 정도를 이용하여 SCC 저항성을 평가하였다. Table 3에 본 연구에서 사용 한 시험 조건을 정리하였다. 저속인장시험 시에 전위 제 어를 위해 3.5 % 염수에서 양분극 시험을 실시하여 자 유부식전위(Ecorr)를 측정하였다. 3.5 % 염수에서 각 합금 의 자유부식전위를 Table 4에 나타내었다. 양극분해 환 경에서의 SCC 기구와 관련한 고찰을 위하여 일정하중 시험 및 저속인장 시험 후 시편의 표면과 파면을 SEM 을 이용하여 관찰하였다. 또한 SCC 균열의 성장 거동 을 파악하기 위해서 시험 후 시편을 연마 및 에칭하여 미세조직을 관찰하였다.

    3. 결과 및 고찰

    고강도 열처리 알루미늄 합금의 SCC 거동은 합금 원 소, 결정립의 형상과 크기, 석출물의 종류와 분포, 결정 립계의 무석출대 존재 유무 등 다양한 미세조직적 인자, 환경적 인자 및 가해진 응력에 의해 영향을 받을 수 있 다.12-13,23-25) 항공용 고강도 알루미늄 합금의 SCC를 일 으키는 응력은 항공기 운용 중 발생하는 응력뿐만 아니 라 열처리, 가공, 장착 중에 발생하여 항공기에 잔류하 는 응력 등 다양한 형태의 응력이 작용할 수 있다.10-11,16) 한편 SCC 기구는 크게 SCC 균열 선단에서 금속의 우 선적 양극분해(anodic dissolution)에 의하여 균열이 전파 한다는 양극분해 이론과 SCC의 생성 및 전파 과정이 수 소취성(hydrogen embrittlement)에 의해 발생한다는 수소 취성 이론이 있다.18,20,26-27) 따라서 시험 환경이나 방법에 따라 SCC를 발생시키는 주된 기구가 변할 수 있으며, 이에 따라 SCC 저항성과 관련된 경향도 달리 측정될 수 있다. 이처럼 SCC 거동은 재료적인 인자뿐만 아니라 환 경적인 변수 및 응력 상태 등에 따라 다르게 나타날 수 있다.

    양극분해 환경에서 3.5 % 염수에 10일간 노출한 3종 의 2xxx계 알루미늄 합금의 노출 전과 후의 인장특성 변 화를 Table 5와 Fig. 3에 나타내었다. 이전의 7xxx계 알 루미늄 합금의 연구 결과와 유사하게 항복강도와 인장 강도는 환경에 노출하기 전과 후에 의미 있는 변화의 경 향을 나타내지 않았으나, 연신율의 감소폭은 합금에 따 라 현저한 차이를 보이고 있다.7) 예를 들어 2050-T84 합금의 경우 3.5 % 염수/양극분해 환경에서 SCC 민감도 는 L과 T 방향 모두 관찰되지 않았다. 이에 반해 2124- T851 합금의 경우에는 L과 T 방향으로 약 10 % 내외 의 연신율의 감소폭이 측정되었으며, 2024-T62 합금은 L 방향으로 23 %, T 방향으로 45 %의 연신율 감소폭을 보 임으로써 SCC 민감도뿐만 아니라 이방성에 대해서도 다 른 두 합금에 비해 현저히 높은 것으로 측정되었다. 이 러한 SCC 민감도의 차이를 확인하기 위해서 SEM을 이 용하여 인장 후 시편의 파면과 표면을 관찰하였다.

    Fig. 453.5 % 염수에서 80 %의 항복강도를 가 하여 10일간 노출한 후 대기 중에서 L과 T 방향으로 인 장 시험한 (a) 2024-T62, (b) 2124-T851 및 (c) 2050- T84 시편의 파면(Fig. 4)과 파단된 면 근처의 표면(Fig. 5)을 SEM을 이용하여 관찰한 사진을 보여주고 있다. Fig. 4의 저배율 파면 관찰 사진을 보면 L 방향의 2050- T84와 2124-T851 합금은 인장파단이 시편의 중앙부에서 발생하여 원주부에서 전단에 의해 최종적으로 파단되는 일반적인 인장파단 양상을 보이고 있다. T 방향의 경우 에도 연신된 결정립의 영향으로 취성적인 파단 형태를 보이고 있으나, 시편 표면의 부식에 의해 손상된 부위 에서 균열이 생성된 흔적은 관찰되지 않았다. 이처럼 2050-T84와 2124-T851 합금의 경우 노출 동안 표면에 발생한 부식 손상에 의해 균열이 생성되어 내부로 성장 되는 SCC 현상이 일어나지 않은 것을 알 수 있다. 두 합금에서의 이러한 경향은 표면 관찰 결과에서도 유사 하게 관찰되었다. 2050-T84 합금의 경우 표면에 부식 손 상이 거의 관찰되지 않은데 비해, 2124-T851 합금의 경 우에는 피팅 형태의 부식 손상이 다소 관찰되고 있다. 이러한 2124-T851 합금의 표면 피팅은 SCC로 발전되지 는 않았으나, Table 5에서 보는 바와 같이 인장 연신율 을 다소 감소시킨 것으로 판단된다. 이에 비해 연신율 감소폭이 가장 컸던 2024-T62 합금의 경우에는 표면에 서 균열이 생성되어 내부로 진전된 전형적인 SCC에 의 해 파단된 단면을 보여주고 있다. 실제로 고배율 파면 관찰에서 보는 바와 같이 깊이 100에서 350 μm 내외의 피팅들이 2024-T62 시편 표면에서 다수 관찰되고 있다. SCC 이방성의 경우에도 결정립의 종횡비가 높은 2024- T62 합금의 T 방향 민감도가 L 방향에 비해 현저히 높 은 것을 알 수 있다. 3.5 % 염수/양극분해 환경에서 SCC 균열을 발생시키지 않는 2050-T84와 2124-T851 합금에 서는 SCC 이방성 또한 관찰되지 않았다.

    본 연구에서는 3.5 % 염수에서 Ecorr − 0.1 VSCE의 전위 를 시편에 인가하면서 변형률 속도 1 × 10−6s−1로 저속인 장시험을 실시하여 수소취성 환경에서 3종의 2xxx계 알 루미늄 합금의 L과 T 방향으로의 SCC 저항성을 측정 하였다. 저속인장 시험법의 경우에도 SCC 저항성은 일 정하중 시험법과 마찬가지로 대기에서의 연신율 대비 환 경에서의 연신율 변화로 평가하였다. 그러나 수소발생 환 경에서 저속인장 시험법에 의해 측정된 각 합금의 SCC 저항성은 시편 표면의 피팅부에서 SCC 균열로 발전해가 는 일정하중 시험법과는 다른 경향을 나타낼 수 있다. Table 6과 Fig. 6의 결과에서 보는 바와 같이 양극분해 환경에서와 유사하게 2050-T84 합금이 수소취성 환경에 서도 다른 합금에 비해 우수한 SCC 저항성을 나타내었 으며, SCC 시험의 오차 범위를 고려하였을 때 L과 T 방 향의 SCC 민감도 차이는 크지 않은 것으로 판단된다. 2050-T84 합금의 다소 일반적이지 않은 SCC 이방성은 낮은 재결정도에 기인하는 것으로 판단된다. 즉 시편의 표면에 흡착된 수소는 결정립계를 따라 더 쉽게 시편을 취화시킬 수 있을 것으로 예상되며, Fig. 2의 미세조직 에서 보는 바와 같이 2050-T84 합금의 T 방향 시편과 L 방향 시편의 노출되는 결정립계 영역의 차이는 거의 없을 것으로 판단된다. 2124-T851 합금의 경우에는 L 방 향으로는 SCC 민감도가 관찰되지 않았으나, T 방향으 로는 상대적으로 다소 높은 SCC 민감도를 나타내었다. 양극분해 환경에서 가장 높은 SCC 민감도를 보였던 2024-T62 합금이 수소취성 환경에서도 L과 T 방향 모 두 높은 SCC 민감도를 나타내었다. 전술한 바와 같이 수소취성 환경에서 가공재 알루미늄 합금의 SCC 이방 성은 각 합금마다 재결정 정도의 차이에 따라 달라지는 환경에 노출되는 결정립계 영역과 관련이 있는 것으로 판단된다.

    수소환경에서의 고강도 2xxx계 알루미늄 합금의 SCC 거동을 이해하기 위하여 저속인장 시험된 L 방향과 T 방향 시편의 파면(Fig. 7)과 표면(Fig. 8)을 SEM을 이용 하여 관찰하였다. Fig. 7은 각각 L과 T 방향으로 3.5 % 염수에서의 저속인장시험 후의 (a) 2024-T62, (b) 2124- T851 및 (c) 2050-T84 합금의 파면을 보여주고 있다. 세 시편 모두 인장파단은 표면에서 시작된 것을 알 수 있 었다. 가장 높은 SCC 민감도를 보이는 2024-T62 합금 의 경우에는 L과 T 방향 시편의 원주부 표면의 거의 대 부분에서 취성적 영역이 형성되었고, 이러한 영역에서 SCC 균열이 생성되면서 최종 인장파단이 일어난 것을 볼 수 있다. Fig. 8의 표면 관찰에서도 2024-T62 합금 의 경우에 취성적 영역에서 생성된 수십 마이크론 깊이 의 균열이 표면에 전체적으로 존재하는 것을 알 수 있 다. 상대적으로 SCC 민감도가 낮은 2124-T851 합금의 경우에는 L 방향 시편의 표면에 약 50 μm 깊이의 취성 적인 영역과 조대한 금속간 화합물과 기지 간의 전위차 에 의한 표면 손상이 관찰이 되고 있다. SCC 민감도가 높았던 T 방향 시편에서는 수소취성 현상이 결정립계를 따라서 집중적으로 발생하면서 생성된 것으로 판단되는 균열 형태의 손상이 파면에서 관찰되었다. 이러한 경향 은 Fig. 8의 표면 관찰에서도 잘 나타나고 있다. SCC 민감도가 낮은 2050-T84 합금의 경우도 2124-T851 합 금과 유사한 파면 양상을 나타내었다. 그러나 T 방향 시 편에서 2124-T851 합금과 같은 균열 형태의 손상은 2050-T84 합금에서는 관찰되지 않았다. 표면 관찰에서도 2050-T84 합금의 경우 L과 T 방향 모두 균열 형태의 손상은 관찰되지 않았으며, 시편 표면에 전반적으로 박 리 형태의 손상만이 관찰되었다. 2050-T84과 2124-T851 합금의 파면에서 조대한 금속간 화합물은 이러한 화합 물과 기지 간의 전위차에 의해 기지가 부식되면서 드러 나는 것으로 보인다. 기존의 연구결과에 의하면 이러한 화합물은 Al-Cu-Mn-Fe계 금속간 화합물일 것으로 예상 되며, Al-Cu-Mn-Fe계 금속간 화합물은 기지의 부식전위 보다 높은 부식전위를 가지므로 전위차에 의해 국부적 인 갈바닉 부식을 야기한다. 이러한 금속간 화합물은 기 지의 부식 및 용해를 발생시키며, 결정립계와 입내에 동 시에 존재하면서 합금의 SCC 거동에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.26,28) 특히 2124-T851 합금의 경우 Fig. 7(b)에서 보는 바와 같이 T 방향 시편에서는 SCC 균열 의 형태로 발전하는 것을 알 수 있다.

    본 연구에서는 수소취성 환경에서 생성된 균열의 전파 경로를 확인하기 위해서 파단면 부위를 절단한 시편을 연마 및 에칭한 후 미세조직과 균열을 관찰하였다. Fig. 9는 각각 L과 T 방향으로 3.5 % 염수에서의 저속인장 시험 후의 (a) 2024-T62, (b) 2124-T851 및 (c) 2050- T84 합금의 결정립과 균열의 경로를 보여주고 있다. Fig. 9를 통해서 관찰되는 경향 또한 Fig. 78에서 관찰된 경향과 유사한 것을 알 수 있다. 즉 SCC 민감도가 가 장 높은 2024-T62 합금에서는 L과 T 방향의 시편 모두 상당한 SCC 균열이 표면에서 발행하여 결정립계를 따 라서 내부로 성장된 것을 확인할 수 있다. T 방향의 SCC 민감도가 높은 2124-T851 합금에서는 T 방향 시 편의 표면에서 SCC 균열이 주로 발생한 것을 알 수 있 고, 2024-T62 합금과 마찬가지로 균열은 결정립계를 따 라 성장한 것을 관찰하였다. 이에 비해 상대적으로 가 장 낮은 SCC 민감도를 보이는 2050-T84 합금에서는 시 편 내부로 진전된 균열이 거의 관찰되지 않았다.

    본 연구를 통해 3.5 % 염수에서 양극분해 환경과 수 소취성 환경 모두에서 2024-T62 합금에 비해 2124-T851 합금이 현저히 낮은 SCC 민감도를 가지는 것을 알 수 있었다. 즉 파괴인성 및 손상허용 특성이 우수한 2024- T62 합금에 비해 불순물인 Fe와 Si 함량을 낮춘 2124- T851 합금이 그리고 T6 열처리에 비해 시효 전에 냉간 가공을 도입한 T8 열처리가 SCC 민감도를 낮추는데 유 리하다는 것을 확인하였다. 일반적으로 알루미늄 합금에 서 불순물로 존재하는 Fe와 Si 원소는 조대한 금속간 화 합물을 석출시킴으로써 부식 손상을 조장하고 궁극적으 로 SCC 저항성을 낮출 수 있다는 결과는 여러 연구에 서 보고되어 있다.24,29-30) 시효 전에 냉간가공을 실시하는 T8 열처리에 경우 T6에 비해 상대적으로 결정립계보다 는 입내에서의 석출을 유도하게 된다. 이처럼 결정립계 에 유도된 석출물은 결정립계를 따라 성장하는 SCC 균 열의 생성과 성장을 도울 것으로 예상되며 따라서 T6에 비해 T8 열처리한 2xxx계 알루미늄 합금의 SCC 저항성 이 증가될 수 있을 것으로 판단된다. Li이 0.9 % 첨가된 2050-T84 합금의 경우 담금질 민감도(quench sensitivity) 를 감소시키면서 손상허용특성을 증가시킨 후판용 고강 도 알루미늄 합금으로 항공기 기골에 사용되고 있다.31-32) 본 연구 결과 2050-T84 합금은 기계적 특성뿐만 아니 라 SCC 저항성에서도 2024-T62 합금에 비해 우수한 것 을 알 수 있었다. Li이 첨가된 알루미늄 합금의 경우 기 지와 전기화학적 전위차가 큰 T1(Al2CuLi) 석출물을 입 내와 결정립계에 석출시킴으로써 피팅과 같은 국부적 부 식 손상을 조장할 수 있다. 이러한 국부적인 부식 손상 부는 응력집중에 의해 쉽게 균열이 시작될 수 있는 시 작점으로 작용하면서 SCC가 쉽게 발생할 수 있다.33) 따 라서 Li의 첨가는 SCC 민감도를 낮출 수 있다.9,34) 그 러나 부식 저항성에 큰 영향을 미치는 Cu/Mg의 비가 2050-T84 합금에서 10.6으로 세 합금 중 가장 높은 것 을 알 수 있다. 따라서 SCC 저항성을 낮출 수 있는 Li 의 첨가에도 불구하고 높은 Cu/Mg의 비와 SCC에 유리 한 T8 열처리의 시행으로 인해 세 합금 중에서 2050- T84 합금이 3.5 % 염수에서 가장 낮은 SCC 민감도를 나타낸 것으로 판단된다.

    4. 결 론

    본 연구에서는 항공용 고강도 2024-T62, 2124-T851 그리고 2050-T84 합금의 3.5 % 염수에서 SCC 민감도 를 양극분해 환경에서 일정하중 시험법과 그리고 수소 취성 환경에서 저속인장 시험법을 이용하여 측정하여 다 음과 같은 결론을 얻었다.

    • 1) 3.5 % 염수/양극분해 환경에서 2050-T84 및 2124- T851 합금은 L과 T 방향 모두 SCC 민감도가 관찰되지 않았다. 이에 비해 2024-T62 합금은 SCC 민감도와 이 방성 모두 상대적으로 높은 것을 알 수 있었으며, 시편 표면의 피팅 형태의 부식 손상에서 SCC 균열이 생성되 어 진전된 것을 알 수 있다. 양극분해 환경에서의 SCC 민감도는 각 합금의 자유부식전위 값과 다소 일치하는 것으로 관찰되었다.

    • 2) 3.5 % 염수/수소취성 환경에서도 2050-T84 및 2124- T851 합금의 SCC 민감도가 2024-T62 합금에 비해 현 저히 낮은 것으로 측정되었다. 수소취성 환경에서 2024- T62 시편의 원주부에 전체적으로 깊이 약 100 μm 내외 의 취성적 영역이 관찰되었으며, SCC 균열이 이곳에서 생성 및 내부로 진전되어 간 것을 알 수 있었다. 2050- T84 및 2124-T851 합금의 경우 수소에 의해 발생한 취 성적 영역보다는 조대한 금속간 화합물과 기지의 전위차 에 의한 손상에서 SCC 균열이 시작된 것으로 판단된다.

    Acknowledgment

    This study was supported by the Industrial Technology Innovation Program(10067503, Development of Manufacturing Technology for Aerospace Grade Ti-6Al-4V Sheet and Hot Forming) funded By the Ministry of Trade, Industry and Energy(MI, Korea), and the Engineering Research Center(ERC) Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by the Ministry of Education, Science and Technology(2018R1A5A607- 5959).

    Figure

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    The schematic illustration of (a) constant load and (b) slow strain rate test specimen used in this study. All the units are mm.

    MRSK-28-738_F2.gif

    The EBSD IPF maps of (a) 2024-T62, (b) 2124-T851 and (c) 2050-T84.

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    The reduction in tensile elongation values of 2xxx series aluminum alloys after exposure to 3.5 % NaCl solution at a stress of 80 % yield strength for 10 days. The tensile tests were conducted in air at a strain rate of 10−3s−1.

    MRSK-28-738_F4.gif

    The SEM fractographs of tensile tested (a) 2024-T62, (b) 2124-T851 and (c) 2050-T84 specimens with the grain direction of L and T, respectively, after exposure to 3.5 % NaCl solution at a stress of 80 % yield strength for 10 days. The tensile tests were then conducted in air at a strain rate of 10−3s−1.

    MRSK-28-738_F5.gif

    The SEM surface morphologies of tensile tested (a) 2024- T62, (b) 2124-T851 and (c) 2050-T84 specimens with the grain direction of L and T, respectively, after exposure to 3.5 % NaCl solution at a stress of 80 % yield strength for 10 days. The tensile tests were then conducted in air at a strain rate of 10−3s−1.

    MRSK-28-738_F6.gif

    The reduction in tensile elongation values of 2xxx series aluminum alloys, tested at a strain rate of 10−6s−1 in 3.5% NaCl solution under a cathodic applied potential of Ecorr − 0.1 VSCE.

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    The SEM fractographs of (a) 2024-T62, (b) 2124-T851 and (c) 2050-T84 specimens with the grain direction of L and T, respectively, tested at a strain rate of 10−6S−1 in 3.5 % NaCl solution under a cathodic applied potential of Ecorr − 0.1 VSCE.

    MRSK-28-738_F8.gif

    The SEM fractographs of (a) 2024-T62, (b) 2124-T851 and (c) 2050-T84 specimens with the grain direction of L and T, respectively, tested at a strain rate of 10−6s−1 in 3.5 % NaCl solution under a cathodic applied potential of Ecorr − 0.1 VSCE.

    MRSK-28-738_F9.gif

    The optical micrographs of (a) 2024-T62, (b) 2124-T851 and (c) 2050-T84 specimens with the grain direction of L and T, respectively, tested at a strain rate of 10−6s−1 in 3.5 % NaCl solution under a cathodic applied potential of Ecorr − 0.1 VSCE. The specimens were cut perpendicular to the loading direction, polished and etched for micrographic observation.

    Table

    The chemical compositions of 2xxx series aluminum alloys used in this study.

    The average grain sizes of 2xxx series aluminum alloys used in this study.

    The test conditions of 2xxx series aluminum alloys used in this study.

    The Ecorr values of 2xxx series aluminum alloys, tested in 3.5 % NaCl solution.

    The constant load test results of 2xxx series aluminum alloys used in this study. The specimens were exposed in 3.5 % NaCl solution under the stress of 80 % of yield strength for 10 days, and subsequently tested in air at a strain rate of 10−3s−1.

    The slow strain rate test results of 2xxx series aluminum alloys used in this study. The specimens were stressed at a strain rate of 10−6s−1 in air and 3.5 % NaCl solution under a cathodic applied potential.

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