JP6723215B2 - Aluminum-zinc-copper (Al-Zn-Cu) alloy and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム−亜鉛−銅（Ａｌ−Ｚｎ−Ｃｕ）合金及びその製造方法に関し、より詳細には、鋳造性が改善され、強度及び延伸率がともに向上されたアルミニウム−亜鉛−銅鋳造合金、熱処理合金、加工用合金及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an aluminum-zinc-copper (Al-Zn-Cu) alloy and a method for producing the same, and more specifically, an aluminum-zinc-copper cast alloy having improved castability and improved strength and elongation. , A heat-treated alloy, a processing alloy, and a manufacturing method thereof.
鋳造法は、大量生産が可能であるとの利点等から多くの分野で使用されているが、特に自動車部品において多く使用されており、その他にも電気機器、光学機器、車、紡績機、建築、計測器等の部品製作等に多く使用されている。 The casting method is used in many fields because it can be mass-produced, etc., but it is often used in automobile parts in particular, and in addition, electrical equipment, optical equipment, cars, spinning machines, construction, etc. It is often used for manufacturing parts such as measuring instruments.
一般的に鋳造用アルミニウム合金としては、鋳造性に優れたＡｌ−Ｓｉ系合金及びＡｌ−Ｍｇ系合金等が使用されてきたが、引張強度が低い。このため、相対的に高い引張強度を有するアルミニウム合金としては、押出、圧延、鍛造等の塑性加工用アルミニウム合金が使用されている。このような塑性加工用アルミニウム合金は、塑性加工性に優れるが、鋳造時にクラックが発生する等鋳造性が劣る問題点があった。 Generally, as the aluminum alloy for casting, Al-Si alloys and Al-Mg alloys having excellent castability have been used, but the tensile strength is low. Therefore, as an aluminum alloy having a relatively high tensile strength, an aluminum alloy for plastic working such as extrusion, rolling and forging is used. Such an aluminum alloy for plastic working is excellent in plastic workability, but has a problem of poor castability such as cracking during casting.
一方、アルミニウム合金は軽量合金であって、耐腐食性及び熱伝導性に優れ、構造材として使用されている。アルミニウムは機械的性質が低いので、亜鉛、銅、シリコン、マグネシウム、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、セリウム等の金属中の１種または２種以上を含むアルミニウム合金にし、様々な産業分野、特に自動車、船舶、航空機等の内／外装材の構造材として広く使用されている。アルミニウム−亜鉛合金は、アルミニウムの硬度を高めるために使用されているアルミニウム合金であって、通常合金全体重量に対して１０〜１４重量％の亜鉛を含む。 On the other hand, the aluminum alloy is a lightweight alloy, has excellent corrosion resistance and thermal conductivity, and is used as a structural material. Since aluminum has low mechanical properties, it is made into an aluminum alloy containing one or more of metals such as zinc, copper, silicon, magnesium, nickel, cobalt, zirconium, and cerium, and is used in various industrial fields, particularly automobiles and ships Widely used as a structural material for interior/exterior materials such as aircraft. The aluminum-zinc alloy is an aluminum alloy used for increasing the hardness of aluminum and usually contains 10 to 14% by weight of zinc based on the total weight of the alloy.
自動車、船舶、航空機等の構造材に使用するためには、引張強度、延伸率、衝撃吸収エネルギー等が重要な機械的特性として考慮される。一般的に引張強度及び延伸率は、いずれか一方の特性が向上すると、他方の特性が減殺されるトレード−オフ（ｔｒａｄｅ−ｏｆｆ）の関係にあるので、引張強度と延伸率をともに向上させることは困難であるという問題点があった（図１参照）。 For use in structural materials such as automobiles, ships, and aircraft, tensile strength, draw ratio, impact absorption energy, etc. are considered as important mechanical properties. Generally, the tensile strength and the draw ratio are in a trade-off relationship in which, when one of the properties is improved, the other property is diminished. Therefore, it is necessary to improve both the tensile strength and the draw ratio. Was difficult (see FIG. 1).
本発明の目的は、クラックの発生等が最少化され、鋳造性が改善されたアルミニウム−亜鉛−銅合金を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an aluminum-zinc-copper alloy in which the occurrence of cracks is minimized and castability is improved.
本発明の他の目的は、強度及び延伸率がともに向上されたアルミニウム−亜鉛−銅鋳造合金及び熱処理合金を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an aluminum-zinc-copper cast alloy and a heat-treated alloy having both improved strength and elongation.
本発明の更に他の目的は、鋳造性が改善され、強度及び延伸率がともに向上されたアルミニウム−亜鉛−銅鋳造合金、熱処理合金及び加工用合金を効率的に製造できる製造方法を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of efficiently manufacturing an aluminum-zinc-copper casting alloy, a heat-treated alloy and a working alloy having improved castability and improved strength and elongation. It is in.
本発明の更に他の目的及び利点は、下記の発明の詳細な説明、特許請求の範囲及び図面により、より明確になる。 Still other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.
本発明の一側面によれば、合金全体重量に対して１８重量部〜５０重量部の亜鉛と、０．０５〜５重量部の銅と、残部のアルミニウムとを含み、鋳造状態において引張強度が２３０〜４５０Ｍｐａであり、延伸率が２．７５〜１０％である、アルミニウム−亜鉛−銅合金が提供される。 According to one aspect of the present invention, 18 to 50 parts by weight of zinc, 0.05 to 5 parts by weight of copper, and the balance of aluminum are contained, and the tensile strength in a cast state is Provided is an aluminum-zinc-copper alloy having a stretch ratio of 230-450 Mpa and a stretch ratio of 2.75-10%.
本発明の一実施例によれば、鋳造状態において引張強度は、３１０〜４５０Ｍｐａであることができる。 According to an embodiment of the present invention, the tensile strength in the cast state may be 310 to 450 Mpa.
本発明の一実施例によれば、鋳造状態において延伸率は、４〜１０％であることができる。 According to an embodiment of the present invention, the draw ratio in the cast state may be 4-10%.
本発明の他の側面によれば、合金全体重量に対して１８重量部〜５０重量部の亜鉛と、０．０５〜５重量部の銅と、残部のアルミニウムとを含み、Ｘ線（Ｘ−ｒａｙ）回折像においての格子定数のＺｎ（０００２）面の２θが、３６．３〜３６．９である、アルミニウム−亜鉛−銅合金が提供される。 According to another aspect of the present invention, the alloy contains 18 parts by weight to 50 parts by weight of zinc, 0.05 to 5 parts by weight of copper, and the balance of aluminum, and contains X-ray (X- An aluminum-zinc-copper alloy is provided in which the 2θ of the Zn(0002) plane of the lattice constant in the (ray) diffraction image is 36.3 to 36.9.
本発明の更に他の側面によれば、合金全体重量に対して１８重量部〜５０重量部の亜鉛と、０．０５〜５重量部の銅と、残部のアルミニウムとを含み、Ｘ線回折像においての格子定数のＺｎ（１０００）面の２θが、３８．７〜３８．９である、アルミニウム−亜鉛−銅合金が提供される。 According to still another aspect of the present invention, the alloy contains 18 parts by weight to 50 parts by weight of zinc, 0.05 to 5 parts by weight of copper, and the balance of aluminum with respect to the total weight of the alloy. An aluminum-zinc-copper alloy having a 2(θ) of Zn(1000) plane of 38.7 to 38.9 is provided.
本発明の更に他の側面によれば、合金全体重量に対して１８重量部〜５０重量部の亜鉛と、０．０５〜５重量部の銅と、残部のアルミニウムとを含み、伝導度が３７％ＩＡＣＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄ）以上である、アルミニウム−亜鉛−銅合金が提供される。 According to still another aspect of the present invention, the alloy contains 18 parts by weight to 50 parts by weight of zinc, 0.05 to 5 parts by weight of copper, and the balance of aluminum, and has a conductivity of 37. Provided is an aluminum-zinc-copper alloy having a% IACS (International Annealed Copper Standard) or higher.
本発明の更に他の側面によれば、合金全体重量に対して１８重量部〜５０重量部の亜鉛と、０．０５〜５重量部の銅と、残部のアルミニウムとを含み、Ａｌ基地内のＺｎ相の直径及び長さのうちの少なくとも１つが１０〜１００ｎｍである、アルミニウム−亜鉛−銅合金が提供される。 According to still another aspect of the present invention, the alloy contains 18 parts by weight to 50 parts by weight of zinc, 0.05 to 5 parts by weight of copper, and the balance of aluminum, based on the total weight of the alloy. An aluminum-zinc-copper alloy is provided in which at least one of the diameter and the length of the Zn phase is 10-100 nm.
本発明の一実施例によれば、合金全体重量に対して０重量部超過１重量部未満のマグネシウム及び０重量部超過０．５重量部未満のケイ素のうちの少なくとも１種をさらに含むことができる。 According to an embodiment of the present invention, the alloy further comprises at least one of more than 0 parts by weight and less than 1 parts by weight of magnesium and more than 0 parts by weight and less than 0.5 parts by weight of silicon. it can.
本発明の更に他の側面によれば、上記アルミニウム−亜鉛−銅合金を熱処理したアルミニウム−亜鉛−銅合金であって、引張強度が３３０〜６００Ｍｐａである、アルミニウム−亜鉛−銅合金が提供される。 According to still another aspect of the present invention, there is provided an aluminum-zinc-copper alloy which is a heat-treated aluminum-zinc-copper alloy and has a tensile strength of 330 to 600 MPa. ..
本発明の一実施例によれば、アルミニウム−亜鉛−銅合金の延伸率が４〜１２％であることができる。 According to an embodiment of the present invention, the draw ratio of the aluminum-zinc-copper alloy may be 4 to 12%.
本発明の一実施例によれば、上記熱処理温度は、１５０℃〜５００℃であることができる。 According to an embodiment of the present invention, the heat treatment temperature may be 150°C to 500°C.
本発明の更に他の側面によれば、合金全体重量に対して１８重量部〜５０重量部の亜鉛と、０．０５〜５重量部の銅と、残部のアルミニウムとを含む合金溶湯を製造する第１段階と、第１段階で製造された合金溶湯を金型または砂型に注入して鋳造する第２段階とを含む、アルミニウム−亜鉛−銅合金の製造方法が提供される。 According to still another aspect of the present invention, a molten alloy containing 18 parts by weight to 50 parts by weight of zinc, 0.05 to 5 parts by weight of copper, and the balance of aluminum is produced with respect to the total weight of the alloy. Provided is a method for producing an aluminum-zinc-copper alloy, which includes a first step and a second step in which the molten alloy produced in the first step is poured into a mold or a sand mold and cast.
本発明の一実施例によれば、第１段階は、６５０℃〜７５０℃で行われ、合金が完全溶融された後に脱ガス作業を行うことができる。 According to one embodiment of the present invention, the first stage is performed at 650°C to 750°C, and the degassing operation can be performed after the alloy is completely melted.
本発明の一実施例によれば、鋳造状態においてアルミニウム−亜鉛−銅合金の引張強度が２３０〜４５０Ｍｐａであり、延伸率が２．７５〜１０％であることができる。 According to one embodiment of the present invention, the aluminum-zinc-copper alloy may have a tensile strength of 230 to 450 Mpa and a draw ratio of 2.75 to 10% in a cast state.
本発明の一実施例によれば、アルミニウム−亜鉛−銅合金は、Ｘ線回折像においての格子定数のＺｎ（０００２）面の２θは、３６．３〜３６．９であることができる。 According to one embodiment of the present invention, in the aluminum-zinc-copper alloy, the 2θ of the Zn(0002) plane of the lattice constant in the X-ray diffraction image can be 36.3 to 36.9.
本発明の一実施例によれば、アルミニウム−亜鉛−銅合金は、Ｘ線回折像においての格子定数のＺｎ（１０００）面の２θは、３８．７〜３８．９であることができる。 According to an embodiment of the present invention, in the aluminum-zinc-copper alloy, the 2θ of the Zn(1000) plane of the lattice constant in the X-ray diffraction image may be 38.7 to 38.9.
本発明の一実施例によれば、アルミニウム−亜鉛−銅合金は、Ａｌ基地内のＺｎ相の直径及び長さのうちの少なくとも１つが１０〜１００ｎｍであることができる。 According to an embodiment of the present invention, in the aluminum-zinc-copper alloy, at least one of the diameter and the length of the Zn phase in the Al matrix may be 10 to 100 nm.
本発明の一実施例によれば、上記アルミニウム−亜鉛−銅合金を１５０℃〜５００℃の温度で熱処理して固溶体を形成する段階をさらに含むことができる。 According to an embodiment of the present invention, the method may further include the step of heat treating the aluminum-zinc-copper alloy at a temperature of 150°C to 500°C to form a solid solution.
本発明の一実施例によれば、上記熱処理は、３０分以上加熱して行われることができる。 According to one embodiment of the present invention, the heat treatment may be performed by heating for 30 minutes or more.
本発明の更に他の側面によれば、上記合金から製造される鋳造品が提供される。 According to yet another aspect of the invention, there is provided a cast article made from the above alloy.
本発明の更に他の側面によれば、上記合金から製造される加工アルミニウム合金製品が提供される。 According to still another aspect of the present invention, there is provided a processed aluminum alloy product manufactured from the above alloy.
本発明の一実施例によれば、クラックの発生等が最少化され、鋳造性が改善されたアルミニウム−亜鉛−銅合金を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide an aluminum-zinc-copper alloy in which the occurrence of cracks is minimized and the castability is improved.
本発明の一実施例によれば、強度及び延伸率がともに向上されたアルミニウム−亜鉛−銅鋳造合金及び熱処理合金を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide an aluminum-zinc-copper cast alloy and a heat-treated alloy having both improved strength and elongation.
本発明の一実施例によれば、鋳造性が改善され、強度及び延伸率がともに向上されたアルミニウム−亜鉛−銅鋳造合金、熱処理合金及び加工用合金を効率的に製造することができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to efficiently manufacture an aluminum-zinc-copper cast alloy, a heat-treated alloy, and a working alloy with improved castability and improved strength and elongation.
本発明の一実施例によれば、成形性が改善され、強度、延伸率及び伝導度がともに向上されたアルミニウム−亜鉛−銅合金を効率的に製造することができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to efficiently manufacture an aluminum-zinc-copper alloy having improved formability and improved strength, drawability and conductivity.
本出願で用いた用語は、単に特定の実施例を説明するために用いたものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文の中で明白に表現しない限り、複数の意味を含む。 The terms used in this application are merely used to describe particular embodiments and are not intended to limit the present invention. A singular expression includes plural meanings unless explicitly expressed in a sentence.
本願において、「含む」または「有する」等の用語は明細書に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在を指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたもの等の存在または付加可能性を予め排除するものではないと理解しなくてはならない。 In the present application, terms such as “comprising” or “having” designate the presence of the features, numbers, steps, acts, components, parts or combinations thereof described in the specification and may be one or It should be understood that the presence or possibility of addition of other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not excluded in advance.
本出願において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特別に反対となるような構成の記載がない限り、他の構成要素を除外する意味ではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。また、明細書の全般にわたって、「上に」とは、対象部分の上または下に位置することを意味し、必ずしも重力方向を基準にして上側に位置することを意味するものではない。 In this application, when a part is “comprising” a certain element, this does not mean excluding the other element, unless there is a specific opposite description, and does not include the other element. Means that it can be further included. Further, throughout the specification, “above” means being located above or below the target portion, and does not necessarily mean being located above the gravity direction.
本発明は多様な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるため、特定の実施例を図面に例示し、詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物及び代替物を含むものとして理解されるべきである。 Since the present invention can be modified in various manners and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this should not be construed as limiting the invention to the particular embodiments, but rather as including all transformations, equivalents and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
本発明を説明するに当たって、係わりのある公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を却って不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。 In the description of the present invention, a detailed description of known techniques related to the related art will be omitted when it may make the subject matter of the present invention unclear.
第１、第２等の用語は、多様な構成要素を説明するために使用されるが、上記構成要素が上記用語により限定されることはない。 Terms such as “first” and “second” are used to describe various components, but the above components are not limited by the above terms.
以下に、本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。添付図面を参照して説明するに当たって、同一または対応する構成要素には同一の図面符号を付し、これに対する重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components will be denoted by the same reference symbols, and redundant description thereof will be omitted.
本発明においてのアルミニウム−亜鉛−銅合金は、合金全体重量に対して、１８重量部〜５０重量部の亜鉛と、０．０５〜５重量部の銅と、残部のアルミニウムとから構成され、鋳造状態において引張強度が２３０〜４５０Ｍｐａであり、延伸率が２．７５〜１０％である。 The aluminum-zinc-copper alloy according to the present invention is composed of 18 parts by weight to 50 parts by weight of zinc, 0.05 to 5 parts by weight of copper, and the balance of aluminum with respect to the total weight of the alloy. In the state, the tensile strength is 230 to 450 Mpa and the stretching ratio is 2.75 to 10%.
本発明のアルミニウム−亜鉛−銅合金は、上記の組成量により、従来の鋳造合金に比べて著しく改善された成形性を有する。すなわち、本発明に係る鋳造合金は、冷間加工時に断面積が７５％減少してもクラック等が発生しない（図２参照）。 The aluminum-zinc-copper alloy of the present invention has significantly improved formability as compared with the conventional cast alloy due to the above composition amount. That is, in the cast alloy according to the present invention, cracks and the like do not occur even when the cross-sectional area is reduced by 75% during cold working (see FIG. 2).
また、本発明のアルミニウム−亜鉛−銅合金は、鋳造状態において引張強度及び延伸率をともに向上させることができる（図３参照）。 Further, the aluminum-zinc-copper alloy of the present invention can improve both tensile strength and draw ratio in a cast state (see FIG. 3).
本発明において亜鉛（Ｚｎ）は、アルミニウムに合金元素として添加され、引張強度及び硬度を効果的に増加させることができる元素である。本発明に係る鋳造用アルミニウム−亜鉛−銅合金においては、亜鉛が合金全体重量に対して１８重量部〜５０重量部添加される。これに限定されることではないが、亜鉛の含量が１８重量部未満であると、引張強度の増加効果が微々たるものになり、亜鉛の含量が５０重量部を超過すると、鋳造性が低下し、熱間脆性の原因となるおそれがある。 In the present invention, zinc (Zn) is an element that is added to aluminum as an alloy element and can effectively increase tensile strength and hardness. In the casting aluminum-zinc-copper alloy according to the present invention, 18 to 50 parts by weight of zinc is added to the total weight of the alloy. Although not limited to this, if the zinc content is less than 18 parts by weight, the effect of increasing the tensile strength becomes insignificant, and if the zinc content exceeds 50 parts by weight, the castability decreases. , May cause hot brittleness.
これに限定されないが、亜鉛の含量は、２０重量部〜５０重量部、２０重量部〜４５重量部、２０重量部〜４０重量部、３０重量部〜５０重量部、３０重量部〜４５重量部、または、３０重量部〜４０重量部であることができる。これに限定されないが、亜鉛の含量は、合金全体重量に対して３０重量部〜４５重量部が好ましい。この場合、アルミニウム−亜鉛−銅合金は、鋳造状態において引張強度が３５０〜４５０Ｍｐａでありながら、延伸率が４〜１０％になることができる（図３参照）。 Although not limited thereto, the content of zinc is 20 to 50 parts by weight, 20 to 45 parts by weight, 20 to 40 parts by weight, 30 to 50 parts by weight, 30 to 45 parts by weight. Alternatively, it can be 30 to 40 parts by weight. Although not limited thereto, the zinc content is preferably 30 to 45 parts by weight based on the total weight of the alloy. In this case, the aluminum-zinc-copper alloy can have a stretch ratio of 4 to 10% while having a tensile strength of 350 to 450 MPa in a cast state (see FIG. 3 ).
本発明において銅（Ｃｕ）は、アルミニウムに合金元素として添加され、強度上昇に最も大きく寄与する合金元素である。アルミニウム−亜鉛合金に銅を添加すると、熱処理後の冷却時に亜鉛粒子の大きさを減少させ、粒子間の間隔を著しく減少させる（図４及び図５参照）。 In the present invention, copper (Cu) is an alloy element that is added to aluminum as an alloy element and contributes most to the increase in strength. The addition of copper to the aluminum-zinc alloy reduces the size of the zinc particles during cooling after heat treatment and significantly reduces the interparticle spacing (see Figures 4 and 5).
本発明において添加された銅は、亜鉛に固溶され、Ｚｎ析出相／Ａｌ基地相の界面エネルギーを低下させる（図６参照）。析出相と基地相の界面エネルギーが低下すると、析出物の平均の大きさが減少する。よって、銅の添加により、析出相である亜鉛の平均の大きさが減少する。これにより亜鉛粒子間の間隔が大きく減少し、鋳造合金の強度が増加することになる。 The copper added in the present invention is solid-solved in zinc and reduces the interfacial energy between the Zn precipitation phase/Al matrix phase (see FIG. 6). When the interfacial energy between the precipitation phase and the matrix phase decreases, the average size of the precipitates decreases. Therefore, the addition of copper reduces the average size of the precipitation phase zinc. This greatly reduces the spacing between the zinc particles and increases the strength of the cast alloy.
図６を参照すると、Ａｌ相とＺｎ相とがエネルギーの少ない面である最稠密面どうしが接合することになる。Ｚｎ（０００２）とＡｌ（１００）面が接合することになり、結晶学的に、Ａｌ−Ｚｎ結合が最も多い面である。銅の含量を６ｗｔ％まで増加させると、Ａｌ（１１１）とＺｎ（０００１）との間の界面エネルギー（Ｅｉｎｔｅｒ）は、下記の式１により定義することができる。 Referring to FIG. 6, the Al phase and the Zn phase are bonded to each other at the close-packed surfaces, which are surfaces having low energy. The Zn(0002) and Al(100) planes are joined, and crystallographically, this is the plane with the most Al-Zn bonds. When the content of copper is increased up to 6 wt %, the interfacial energy (E inter ) between Al(111) and Zn(0001) can be defined by Equation 1 below.
ＥＡｌ／Ｚｎ（Ｃｕ）、ＥＡｌ及びＥＺｎ（Ｃｕ）は、それぞれＡｌ／Ｚｎ（Ｃｕ）の界面構造、バルクＡｌ及びバルクＺｎ（Ｃｕ）の全体エネルギーであり、Ａは、Ａｌ／Ｚｎ（Ｃｕ）界面の全体面積である。
（参考文献：Ｅｑｕａｔｉｏｎ：Ｐｅｒｄｅｗ−Ｂｕｒｋｅ−Ｅｒｎｚｅｒｈｏｆ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ（ＰＢＥ）［１］ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｘｃｈａｎｇｅ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｓ ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｖｉｅｎｎａ Ａｂ−ｉｎｉｔｉｏ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐａｃｋａｇｅ ｃｏｄｅ（ＶＡＳＰ）.［２、３］［１］ Ｊ．Ｐ．Ｐｅｒｄｅｗ、Ｋ．Ｂｕｒｋｅ、ａｎｄ Ｍ．Ｅｒｎｚｅｒｈｏｆ、Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ． ７７、３８６５（１９９６）［２］Ｇ．Ｋｒｅｓｓｅ ａｎｄ Ｊ．Ｈａｆｎｅｒ、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ４７、５５８（１９９３）［３］Ｇ． Ｋｒｅｓｓｅ ａｎｄ Ｊ．Ｆｕｒｔｈｍｕｌｌｅｒ、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ５４、 １１１６９（１９９６））
E Al/Zn(Cu) , E Al and E Zn(Cu) are the interface structure of Al/Zn(Cu), the total energy of bulk Al and bulk Zn(Cu), respectively, and A is Al/Zn( The total area of the Cu) interface.
(Reference: Equation: Perew-Burke-Ernzerhof application (PBE) [1] for the exchange-correlation potential as implanted inJan. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996) [2] G. Klesse and J. Hafner, Phys. Rev. B47, 558 (1993) [3] G. Kresse and J. Furthmuller, Phys. Rev. B54, 11169 (1996)).
本発明に係る鋳造用アルミニウム−亜鉛−銅合金においては、銅が合金全体重量に対して０．０５重量部〜５重量部で添加される。これに限定されないが、銅の含量が０．０５重量部未満であると、引張強度の増加効果が微々たるものになり、銅の含量が５重量部を超過すると、鋳造性が低下し、熱間脆性の原因となるおそれがある。 In the casting aluminum-zinc-copper alloy according to the present invention, copper is added in an amount of 0.05 to 5 parts by weight based on the total weight of the alloy. Although not limited to this, if the copper content is less than 0.05 parts by weight, the effect of increasing the tensile strength is insignificant, and if the copper content exceeds 5 parts by weight, the castability decreases and the heat May cause brittleness.
これに限定されないが、銅の含量は、０．０５重量部〜５重量部、０．０５重量部〜４重量部、０．０５重量部〜３重量部、０．０５重量部〜２重量部、０．１重量部〜５重量部、０．１重量部〜４重量部、０．１重量部〜３重量部、０．１重量部〜２重量部、０．５重量部〜５重量部、０．５重量部〜４重量部、０．５重量部〜３重量部、０．５重量部〜２重量部、１重量部〜５重量部、１重量部〜４重量部、１重量部〜３重量部、１重量部〜２重量部、２重量部〜５重量部、２重量部〜４重量部、２重量部〜３重量部、３重量部〜５重量部、または３重量部〜４重量部であることができる。 The copper content may be, but is not limited to, 0.05 to 5 parts by weight, 0.05 to 4 parts by weight, 0.05 to 3 parts by weight, and 0.05 to 2 parts by weight. 0.1 to 5 parts by weight, 0.1 to 4 parts by weight, 0.1 to 3 parts by weight, 0.1 to 2 parts by weight, 0.5 to 5 parts by weight , 0.5 to 4 parts by weight, 0.5 to 3 parts by weight, 0.5 to 2 parts by weight, 1 to 5 parts by weight, 1 to 4 parts by weight, 1 part by weight 3 parts by weight, 1 part by weight to 2 parts by weight, 2 parts by weight to 5 parts by weight, 2 parts by weight to 4 parts by weight, 2 parts by weight to 3 parts by weight, 3 parts by weight to 5 parts by weight, or 3 parts by weight. It can be 4 parts by weight.
これに限定されないが、銅の含量は、合金全体重量に対して１〜４重量部が好ましい。この場合、アルミニウム−亜鉛−銅合金は、鋳造状態において引張強度が３１０〜４５０Ｍｐａでありながら、延伸率が４〜１０％になることができる。 Although not limited thereto, the copper content is preferably 1 to 4 parts by weight based on the total weight of the alloy. In this case, the aluminum-zinc-copper alloy can have a stretch ratio of 4 to 10% while having a tensile strength of 310 to 450 MPa in a cast state.
本発明のアルミニウム−亜鉛−銅合金は、Ｘ線回折像において格子定数のＺｎ（０００２）面の２θが、３６．３〜３６．９である。 In the aluminum-zinc-copper alloy of the present invention, in the X-ray diffraction image, the 2θ of the Zn(0002) plane of the lattice constant is 36.3 to 36.9.
上述したように、本発明に係るアルミニウム−亜鉛−銅合金は、銅が添加され、Ｚｎ析出相／Ａｌ基地相の界面エネルギーが著しく減少する。したがって、アルミニウム−亜鉛合金に銅を添加すると、一定範囲内で、Ｚｎ（０００２）／Ａ１（１００）面の界面エネルギーを急激に減少させる（図７ａ参照）。また、アルミニウム−亜鉛合金に銅を添加すると、Ｚｎ（０００２）面の格子定数を著しく減少させる一方、Ｚｎ（１０００）面の格子定数は、銅の固溶量が増加するほど緩やかに増加する（図７ｂ参照）。よって、本発明により、アルミニウム−亜鉛合金に銅を添加することによるＺｎ（０００２）／Ａ１（１００）面の界面エネルギーの急激な減少は、Ｚｎ（０００２）面の格子定数の著しい減少が直接的な原因である。 As described above, copper is added to the aluminum-zinc-copper alloy according to the present invention, and the interfacial energy between the Zn precipitation phase/Al matrix phase is significantly reduced. Therefore, when copper is added to the aluminum-zinc alloy, the interfacial energy of the Zn(0002)/A1(100) plane is rapidly reduced within a certain range (see FIG. 7a). When copper is added to the aluminum-zinc alloy, the lattice constant of the Zn(0002) plane is significantly reduced, while the lattice constant of the Zn(1000) plane is gradually increased as the solid solution amount of copper is increased ( See Figure 7b). Therefore, according to the present invention, a sharp decrease in the interfacial energy of the Zn(0002)/A1(100) plane due to the addition of copper to the aluminum-zinc alloy is directly caused by a significant decrease in the lattice constant of the Zn(0002) plane. It is a cause.
上記のような格子定数は、Ｘ線回折像において最高のピークの角度と一致する。したがって、アルミニウム−亜鉛合金に銅を添加すると、Ｚｎ（０００２）面の格子定数が著しく減少し、Ｘ線測定時にＺｎ（０００２）面の２θを増加させる（図８参照）。 The lattice constant as described above coincides with the angle of the highest peak in the X-ray diffraction image. Therefore, when copper is added to the aluminum-zinc alloy, the lattice constant of the Zn(0002) plane is remarkably reduced, and 2θ of the Zn(0002) plane is increased during X-ray measurement (see FIG. 8).
これにより、本発明のアルミニウム−亜鉛−銅合金は、Ｘ線回折像において格子定数のＺｎ（０００２）面の２θが増加して３６．３〜３６．９である（図９参照）。 As a result, in the aluminum-zinc-copper alloy of the present invention, in the X-ray diffraction image, the 2θ of the Zn(0002) plane of the lattice constant increased to 36.3 to 36.9 (see FIG. 9).
上述したように格子定数は、Ｘ線回折像において最高のピークの角度と一致する。また、アルミニウム−亜鉛合金に銅を添加すると、Ｚｎ（１０００）面の格子定数は増加し、Ｘ線測定時にＺｎ（１０００）面の２θを減少させる。 As described above, the lattice constant matches the angle of the highest peak in the X-ray diffraction image. Moreover, when copper is added to the aluminum-zinc alloy, the lattice constant of the Zn(1000) plane is increased, and 2θ of the Zn(1000) plane is decreased during X-ray measurement.
これにより、本発明のアルミニウム−亜鉛−銅合金は、Ｘ線回折像において格子定数のＺｎ（１０００）面の２θが減少して３８．７〜３８．９である（図１０参照）。 As a result, in the aluminum-zinc-copper alloy of the present invention, the 2θ of the Zn(1000) plane of the lattice constant decreased in the X-ray diffraction image to be 38.7 to 38.9 (see FIG. 10).
一方、アルミニウム基地には銅が固溶されないため、Ａｌピークの位置は、Ｃｕ添加により直接的な影響を受けることはない（図１１及び図１２参照）。 On the other hand, since copper is not solid-dissolved in the aluminum base, the position of the Al peak is not directly affected by Cu addition (see FIGS. 11 and 12).
本発明のアルミニウム−亜鉛−銅合金は、Ａｌ基地内のＺｎ相の直径及び長さのうちの少なくとも１つが、１０〜１００ｎｍであることができる。 In the aluminum-zinc-copper alloy of the present invention, at least one of the diameter and the length of the Zn phase in the Al matrix can be 10 to 100 nm.
上述したように、本発明によりアルミニウム−亜鉛合金に銅を添加すると、析出相である亜鉛の平均の大きさが減少する（図１３ａ及び図１３ｂ参照）。これにより亜鉛粒子間の間隔が大きく減少し、鋳造合金の強度が増加する。これに限定されないが、Ａｌ基地内のＺｎ相の直径及び長さのうちの少なくとも１つが１０ｎｍ未満であるか、１００ｎｍ超過である場合は、銅添加による合金の強度の増加が微々たるものになるおそれがある。 As mentioned above, the addition of copper to the aluminum-zinc alloy according to the present invention reduces the average size of the precipitation phase zinc (see Figures 13a and 13b). This greatly reduces the spacing between the zinc particles and increases the strength of the cast alloy. Although not limited to this, when at least one of the diameter and the length of the Zn phase in the Al matrix is less than 10 nm or exceeds 100 nm, the strength of the alloy is slightly increased by the addition of copper. There is a risk.
本発明のアルミニウム−亜鉛−銅合金は、合金全体重量に対して、１８重量部〜５０重量部の亜鉛と、０．０５〜５重量部の銅と、残部のアルミニウムとを含み、伝導度が３７％ＩＡＣＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄ）以上であることができる。本発明に係るアルミニウム−亜鉛−銅合金は、引張強度及び延伸率だけではなく、伝導度も向上される（図１６参照）。 The aluminum-zinc-copper alloy of the present invention contains 18 to 50 parts by weight of zinc, 0.05 to 5 parts by weight of copper, and the balance of aluminum with respect to the total weight of the alloy, and has a conductivity of It may be 37% IACS (International Annealed Copper Standard) or more. The aluminum-zinc-copper alloy according to the present invention has improved conductivity as well as tensile strength and draw ratio (see FIG. 16).
本発明の一実施例によれば、合金全体重量に対して、０重量部超過、１重量部未満のマグネシウム及び０重量部超過、０．５重量部未満のケイ素のうちの少なくとも１種をさらに含むことができる。 According to one embodiment of the present invention, the alloy further comprises at least one of more than 0 parts by weight, less than 1 parts by weight magnesium and more than 0 parts by weight, less than 0.5 parts by weight silicon. Can be included.
本発明において、マグネシウム（Ｍｇ）は、アルミニウムに合金元素として添加され、引張強度及び硬度を効果的に増加させることができる元素である。本発明に係るアルミニウム−亜鉛−銅合金においては、マグネシウムが合金全体重量に対して、０重量部超過、１重量部未満に添加されるが、マグネシウムの含量が１重量部以上であると、結晶粒系腐食と応力腐食等が発生し、耐食性低下及び延伸率の急激な低下の原因となるおそれがある。 In the present invention, magnesium (Mg) is an element that is added to aluminum as an alloy element and can effectively increase tensile strength and hardness. In the aluminum-zinc-copper alloy according to the present invention, magnesium is added in an amount of more than 0 parts by weight and less than 1 parts by weight with respect to the total weight of the alloy. Grain-based corrosion and stress corrosion may occur, which may cause a decrease in corrosion resistance and a sharp decrease in elongation.
これに限定されないが、マグネシウムの含量は、０．１重量部〜０．９重量部、０．１重量部〜０．７重量部、０．１重量部〜０．５重量部、０．１重量部〜０．３重量部、０．２重量部〜０．９重量部、０．２重量部〜０．７重量部、０．２重量部〜０．５重量部、または０．２重量部〜０．３重量部であることができる。これに限定されないが、マグネシウムの含量は、合金全体重量に対して０．１重量部〜０．３重量部が好ましい。この場合、アルミニウム−亜鉛−銅合金は、鋳造状態において引張強度が３８０〜４５０Ｍｐａでありながら、延伸率が４〜１０％となることができる。 The magnesium content may be, but is not limited to, 0.1 to 0.9 parts by weight, 0.1 to 0.7 parts by weight, 0.1 to 0.5 parts by weight, and 0.1 to 0.5 parts by weight. Parts by weight to 0.3 parts by weight, 0.2 parts by weight to 0.9 parts by weight, 0.2 parts by weight to 0.7 parts by weight, 0.2 parts by weight to 0.5 parts by weight, or 0.2 parts by weight. Parts to 0.3 parts by weight. Although not limited thereto, the magnesium content is preferably 0.1 part by weight to 0.3 part by weight based on the total weight of the alloy. In this case, the aluminum-zinc-copper alloy can have a stretch ratio of 4 to 10% while having a tensile strength of 380 to 450 MPa in a cast state.
本発明においてケイ素（Ｓｉ）は、アルミニウムに合金元素として添加され、鋳造性改善及び機械的性質の改善に寄与できる元素である。本発明に係る鋳造用アルミニウム−亜鉛−銅合金においては、ケイ素が合金全体重量に対して０重量部超過、０．５重量部未満に添加されるが、ケイ素の含量が０．５重量部超過であると、強度が増加せず、延伸率を急激に低下させる原因となるおそれがある。 In the present invention, silicon (Si) is an element that is added to aluminum as an alloying element and can contribute to improving castability and mechanical properties. In the casting aluminum-zinc-copper alloy according to the present invention, silicon is added in an amount of more than 0 parts by weight and less than 0.5 parts by weight with respect to the total weight of the alloy, but the content of silicon exceeds 0.5 parts by weight. In that case, the strength does not increase, which may cause a sharp decrease in the stretching ratio.
これに限定されないが、ケイ素の含量は、０．０５重量部〜０．４重量部、０．０５重量部〜０．３重量部、０．０５重量部〜０．２重量部、０．０５重量部〜０．１重量部、０．１重量部〜０．４重量部、０．１重量部〜０．３重量部、または０．１重量部〜０．２重量部であることができる。これに限定されないが、ケイ素の含量は合金全体重量に対して０．０５重量部〜０．２重量部が好ましい。この場合、アルミニウム−亜鉛−銅合金は、鋳造状態において引張強度が３８０〜４５０Ｍｐａでありながら、延伸率が４〜１０％になることができる。 Although not limited thereto, the content of silicon may be 0.05 parts by weight to 0.4 parts by weight, 0.05 parts by weight to 0.3 parts by weight, 0.05 parts by weight to 0.2 parts by weight, and 0.05 parts by weight. Parts by weight to 0.1 parts by weight, 0.1 parts by weight to 0.4 parts by weight, 0.1 parts by weight to 0.3 parts by weight, or 0.1 parts by weight to 0.2 parts by weight. .. Although not limited to this, the content of silicon is preferably 0.05 to 0.2 parts by weight based on the total weight of the alloy. In this case, the aluminum-zinc-copper alloy can have a stretch ratio of 4 to 10% while having a tensile strength of 380 to 450 MPa in a cast state.
本発明の熱処理アルミニウム−亜鉛−銅合金は、上記アルミニウム−亜鉛−銅合金を熱処理したアルミニウム−亜鉛−銅合金であって、引張強度が３３０〜６００Ｍｐａである。熱処理により合金の引張強度を著しく増加させることができる。 The heat-treated aluminum-zinc-copper alloy of the present invention is an aluminum-zinc-copper alloy obtained by heat-treating the above-mentioned aluminum-zinc-copper alloy, and has a tensile strength of 330 to 600 Mpa. The heat treatment can significantly increase the tensile strength of the alloy.
また、本発明の熱処理アルミニウム−亜鉛−銅合金は、延伸率が４〜１２％であることができる。熱処理により合金の引張強度及び延伸率をともに著しく増加させることができる。 Further, the heat treated aluminum-zinc-copper alloy of the present invention may have a draw ratio of 4 to 12%. Both the tensile strength and the draw ratio of the alloy can be remarkably increased by the heat treatment.
本発明において、上記熱処理温度は、１５０℃〜５００℃であることができる。これに限定されないが、上記熱処理温度が１５０℃未満である場合は、延伸率を向上させることはできるものの、引張強度が低下するおそれがあり、５００℃超過である場合は、引張強度は向上できるものの、延伸率が低下するおそれがある。 In the present invention, the heat treatment temperature may be 150°C to 500°C. Although not limited thereto, when the heat treatment temperature is lower than 150° C., the stretching ratio can be improved, but the tensile strength may decrease, and when it is higher than 500° C., the tensile strength can be improved. However, the stretching ratio may be reduced.
図１４は、本発明の一実施例に係るアルミニウム−亜鉛−銅合金を製造する方法を概略的に示す順序図である。図１５は、本発明の一実施例に係るアルミニウム−亜鉛−銅合金を製造する工程及び工程ごとに合金の特性を概略的に示す図である。 FIG. 14 is a flow chart schematically showing a method for manufacturing an aluminum-zinc-copper alloy according to an embodiment of the present invention. FIG. 15 is a diagram schematically showing steps of manufacturing an aluminum-zinc-copper alloy according to an example of the present invention and characteristics of the alloy at each step.
図１４及び図１５を参照すると、先ず、第１段階Ｓ１００で、鋳造用合金材料を準備して合金溶湯を製造する。 Referring to FIGS. 14 and 15, first, in a first step S100, an alloy material for casting is prepared and a molten alloy is manufactured.
より具体的には、合金全体重量に対して１８重量部〜５０重量部の亜鉛と、０．０５〜５重量部の銅と、残部のアルミニウムとを含む合金溶湯を製造する。 More specifically, a molten alloy containing 18 parts by weight to 50 parts by weight of zinc, 0.05 to 5 parts by weight of copper, and the balance of aluminum is produced with respect to the total weight of the alloy.
このとき、第１段階Ｓ１００は、６５０℃〜７５０℃で行われ、合金が完全溶融された後に脱ガス作業を行うことができる。 At this time, the first step S100 may be performed at 650° C. to 750° C., and the degassing operation may be performed after the alloy is completely melted.
次に、第２段階Ｓ２００では、製造された合金溶湯を金型または砂型に注入して鋳造する。上記のように鋳造された合金は、上述したように次のような特徴がある。 Next, in the second step S200, the manufactured molten alloy is poured into a mold or a sand mold for casting. The alloy cast as described above has the following characteristics as described above.
鋳造状態において引張強度が２３０〜４５０Ｍｐａであり、延伸率が２．７５〜１０％であることができる。また、Ｘ線回折像において格子定数のＺｎ（０００２）面の２θは、３６．３〜３６．９であることができる。Ｘ線回折像において格子定数のＺｎ（１０００）面の２θは、３８．７〜３８．９であることができる。Ａｌ基地内のＺｎ相の直径及び長さのうちの少なくとも１つが１０〜１００ｎｍであることができる。 In the cast state, the tensile strength may be 230 to 450 Mpa and the draw ratio may be 2.75 to 10%. Further, in the X-ray diffraction image, 2θ of the Zn(0002) plane having a lattice constant can be 36.3 to 36.9. In the X-ray diffraction image, 2θ of Zn(1000) plane having a lattice constant can be 38.7 to 38.9. At least one of the diameter and the length of the Zn phase in the Al matrix can be 10 to 100 nm.
したがって、本発明によれば、上記合金から製造される鋳造品が提供される。また、上記合金から製造される加工アルミニウム合金製品が提供される。 Therefore, according to the present invention, there is provided a cast article made from the above alloy. Also provided are processed aluminum alloy products made from the above alloys.
一方、上記アルミニウム−亜鉛−銅合金を１５０℃〜５００℃の温度で熱処理し、固溶体を形成する段階Ｓ３００をさらに含むことができる。 Meanwhile, the method may further include the step S300 of heat-treating the aluminum-zinc-copper alloy at a temperature of 150°C to 500°C to form a solid solution.
上記固溶体は、上記アルミニウム−亜鉛−銅を熱処理して形成することができる。上記熱処理は、均質化処理及び／または溶体化処理であってもよい。上記固溶体の生成により、上記アルミニウム−亜鉛−銅合金は上記固溶体が含まれた状態となる。 The solid solution can be formed by heat treating the aluminum-zinc-copper. The heat treatment may be a homogenization treatment and/or a solution treatment. Due to the formation of the solid solution, the aluminum-zinc-copper alloy is in a state of containing the solid solution.
上記固溶体を生成する段階の温度範囲は、１５０℃〜５００℃であることができる。上記温度範囲は、アルミニウム−亜鉛−銅合金の液状が生じなく、固溶体を形成できる最高固溶限界温度を考慮して決定することができる。アルミニウム−亜鉛−銅合金の場合、５００℃超過範囲の温度では、単相を形成せず多相を形成するため、不連続析出物が生成されない。上記固溶体を生成する段階は、３０分以上加熱して行われることができる。これに限定されないが、上記熱処理は、４５０℃で１２０分間行われることが固溶体形成に好ましい。 The temperature range of the step of forming the solid solution may be 150°C to 500°C. The above temperature range can be determined in consideration of the maximum solid solution limit temperature at which a liquid of the aluminum-zinc-copper alloy is not formed and a solid solution can be formed. In the case of an aluminum-zinc-copper alloy, at a temperature in the range exceeding 500°C, a single phase is not formed but a multiphase is formed, so that discontinuous precipitates are not formed. The step of forming the solid solution may be performed by heating for 30 minutes or more. Although not limited to this, the heat treatment is preferably performed at 450° C. for 120 minutes to form a solid solution.
次に、上記固溶体を含むアルミニウム−亜鉛−銅合金を用いて不連続析出物を強制的に生成する（Ｓ４００）。 Next, a discontinuous precipitate is forcibly generated using the aluminum-zinc-copper alloy containing the solid solution (S400).
上記析出物を強制的に生成する段階は、合金内部に不連続析出物またはラメラ析出物を生成する工程であって、上記固溶体を含むアルミニウム合金を時効処理し、単位面積当たり５％以上の不連続析出物またはラメラ析出物を強制的に形成させる。上記時効処理は、１２０℃〜２００℃の温度範囲で上記固溶体を形成する段階よりも低い温度で行われることができる。例えば、上記時効処理は、１６０℃で行われることができる。上記時効処理は、５分〜４００分間行われることができる。一例として、上記合金材料が析出促進金属を含む場合は、上記固溶体を生成した後に水冷（ｗａｔｅｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）または空冷（ａｉｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）を行い、少なくとも２時間以上時効処理することで、不連続析出物を強制的に生成することができる。 The step of forcibly forming the precipitates is a step of forming discontinuous precipitates or lamellar precipitates inside the alloy, which is performed by aging the aluminum alloy containing the solid solution and containing 5% or more of impurities per unit area. Force formation of continuous or lamellar precipitates. The aging treatment may be performed at a temperature lower than the step of forming the solid solution in the temperature range of 120°C to 200°C. For example, the aging treatment can be performed at 160°C. The aging treatment may be performed for 5 minutes to 400 minutes. As an example, in the case where the alloy material contains a precipitation promoting metal, water-cooling (water quenching) or air cooling (air quenching) is performed after the solid solution is generated, and discontinuous precipitates are formed by aging treatment for at least 2 hours or more. Can be forced to generate.
上記のように、時効処理前の水冷または空冷は、温度降下速度を非常に速く急冷することで、追って配向型析出物を形成することができる。温度降下速度を遅くして徐々に冷却する場合、不連続析出物またはラメラ析出物を強制的に形成してもこの析出物が配向されないことがある。 As described above, in water cooling or air cooling before the aging treatment, an oriented precipitate can be formed later by rapidly cooling the temperature drop rate very quickly. In the case of slowing the rate of temperature decrease and gradually cooling, even if the discontinuous precipitate or the lamella precipitate is forcibly formed, the precipitate may not be oriented.
上記のように、不連続析出物またはラメラ析出物を強制的に形成した後に、上記析出物を含むアルミニウム−亜鉛合金を塑性加工して配向性の析出物を形成する（Ｓ５００）。 After the discontinuous precipitate or the lamella precipitate is forcibly formed as described above, the aluminum-zinc alloy containing the precipitate is plastically worked to form an oriented precipitate (S500).
配向性の析出物を形成する配向段階は、強制的に形成された不連続析出物を人為的に配向させる工程であって、圧延、引抜及び／または押出により行われることができる。 The orientation step of forming oriented precipitates is a process of artificially orienting the discontinuous precipitates that are forcibly formed, and can be performed by rolling, drawing and/or extruding.
断面積減少率である引抜率（ｄｒａｗｉｎｇ ｒａｔｉｏ）は、少なくとも５０％以上であることができる。引抜率が増加するほど配向性の析出物その自体の厚さと配向性の析出物と間の距離が減少し、引張強度特性が向上されることができる。 The drawing ratio, which is the cross-sectional area reduction ratio, may be at least 50% or more. As the drawing rate is increased, the thickness of the oriented precipitate itself and the distance between the oriented precipitate and the oriented precipitate are decreased, so that the tensile strength characteristics can be improved.
上記配向段階は、液体窒素雰囲気で行われることができる。液体窒素雰囲気で配向される場合、配向段階で発生する熱を最少化し、不連続析出物の整列を円滑にして引張強度を高めることができる。 The alignment step may be performed in a liquid nitrogen atmosphere. When oriented in a liquid nitrogen atmosphere, the heat generated in the orientation step can be minimized to facilitate the alignment of discontinuous precipitates and increase tensile strength.
上記アルミニウム−亜鉛−銅合金は、下記に記載の１）〜５）のうちの１つ以上の特徴を有することができる。
１）上記アルミニウム−亜鉛−銅合金の単位面積当たり５％以上に強制的に生成された不連続析出物またはラメラ析出物を含む。
２）上記不連続析出物またはラメラ析出物の平均縦横比は、２０以上である。
３）上記不連続析出物またはラメラ析出物の平均長さは、１．４μｍ以上である。
４）上記不連続析出物またはラメラ析出物の平均間隔は、１０５ｎｍ以下である。
５）上記不連続析出物またはラメラ析出物の平均厚さは、５５ｎｍ以下である。
The aluminum-zinc-copper alloy may have one or more of the features 1) to 5) described below.
1) It contains discontinuous precipitates or lamella precipitates forcibly formed in an amount of 5% or more per unit area of the aluminum-zinc-copper alloy.
2) The average aspect ratio of the discontinuous precipitate or lamella precipitate is 20 or more.
3) The average length of the discontinuous precipitate or lamella precipitate is 1.4 μm or more.
4) The average distance between the discontinuous precipitates or the lamellar precipitates is 105 nm or less.
5) The average thickness of the discontinuous precipitate or lamella precipitate is 55 nm or less.
上記で説明したように、本発明のアルミニウム−亜鉛−銅合金は、製造工程中に強制的に不連続析出物またはラメラ析出物を形成し、これを用いて形成された配向性の析出物を含むことにより、引張強度、延伸率及び伝導度がともに向上された、物理的特性に優れた金属材料として提供することができる。 As explained above, the aluminum-zinc-copper alloy of the present invention forcibly forms discontinuous precipitates or lamella precipitates during the manufacturing process, and the oriented precipitates formed by using this are formed. By including it, it is possible to provide a metal material having improved physical properties, in which both tensile strength, draw ratio and conductivity are improved.
したがって、本発明のアルミニウム−亜鉛−銅合金は、鋳造のみで引張強度及び延伸率をともに改善し、加工時に強度及び延伸率をさらに改善できるので、鋳造材及び加工材の製造に有用に活用することができる。 Therefore, the aluminum-zinc-copper alloy of the present invention can improve both the tensile strength and the drawing rate only by casting and further improve the strength and the drawing rate at the time of working, so that the aluminum-zinc-copper alloy is usefully utilized for the production of cast materials and worked materials be able to.
以下では、本発明の具体的な製造例及び比較例、これらの特性評価結果に基づいて本発明をより詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on specific production examples and comparative examples of the present invention and the results of evaluation of these characteristics.
（実施例１〜４６及び比較例１〜１０）
表１に、本発明のアルミニウム−亜鉛合金の実施例及び比較例の含量を示した。
(Examples 1 to 46 and Comparative Examples 1 to 10)
Table 1 shows the contents of Examples and Comparative Examples of the aluminum-zinc alloy of the present invention.
表１に示されている含量のアルミニウム−亜鉛−銅合金を電気炉溶解及び高周波誘導溶解により鋳造した。すべての合金は９９．９％純度の原素材を用いて鋳造した。電気炉を用いて各試片当たり５ｋｇずつ溶融させ、７００℃の温度を維持した。完全溶融した後にＡｒガスにより１０分間脱ガス作業を行い、その後に１０分間溶融状態を維持した後、金属鋳型または砂型に注入した。注入後５分後に鋳造（ｃａｓｔ）されたインゴットをモールドから取り出した。鋳造時に生成した不純物を除去するために、４５０℃で１２０分間均質化処理を行った。引き続き、圧下率２０％ごとに４００℃で１５分ごとにアニーリングを行い、総冷間加工面積減少率７５％に鍛造（ｓｗａｇｉｎｇ）を行った。１時間が経過した後にスエージングされた結果物を４５０℃で２時間の間に溶体化処理し、その後に水冷処理した。その後１６０℃で３６０分間に不連続析出物を生成するための析出処理を行った。なお、表１に記載される「アニーリングの温度」が「ａｓ ｃａｓｔ」である例は、モールドから取り出されたままの鋳造状態のインゴットの例であり、アニーリングを行わなかった例である。 The aluminum-zinc-copper alloys with the contents shown in Table 1 were cast by electric furnace melting and high frequency induction melting. All alloys were cast using 99.9% pure raw material. 5 kg of each sample was melted using an electric furnace and the temperature of 700° C. was maintained. After completely melting, degassing operation was performed with Ar gas for 10 minutes, and after that, the molten state was maintained for 10 minutes and then poured into a metal mold or a sand mold. Five minutes after the injection, the cast ingot was taken out from the mold. A homogenization treatment was performed at 450° C. for 120 minutes in order to remove impurities generated during casting. Subsequently, annealing was performed at a rolling reduction of 20% at 400° C. every 15 minutes, and forging was performed at a total cold work area reduction rate of 75%. After 1 hour, the swaged product was solution-treated at 450° C. for 2 hours and then water-cooled. After that, a precipitation treatment for forming a discontinuous precipitate was performed at 160° C. for 360 minutes. The example in which the "annealing temperature" shown in Table 1 is "as cast" is an example of an ingot in a cast state as it is taken out from the mold, and is an example in which no annealing is performed.
（鋳造後の冷間加工性の評価）
図２は、本発明の一実施例に係る鋳造合金の成形性が優れることを示す写真である。図２に示すように、銅を含まないアルミニウム−亜鉛合金の場合は、鋳造後の冷間加工時に、断面積減少率１７％からクラックが発生するが、本発明のアルミニウム−亜鉛−銅合金は、断面積減少率が７５％の場合にもクラックが発生せず、成形性に優れたことが確認された。
(Evaluation of cold workability after casting)
FIG. 2 is a photograph showing that the cast alloy according to one example of the present invention has excellent formability. As shown in FIG. 2, in the case of an aluminum-zinc alloy containing no copper, cracking occurs from the cross-sectional area reduction rate of 17% during cold working after casting, but the aluminum-zinc-copper alloy of the present invention It was confirmed that no cracks were generated even when the cross-sectional area reduction rate was 75%, and the moldability was excellent.
（鋳造状態の機械的特性の評価）
図３は、本発明の実施例に係るアルミニウム−亜鉛−銅合金が従来の合金に比べて引張強度及び延伸率がともに向上されたことを示すグラフである。
(Evaluation of mechanical properties in cast state)
FIG. 3 is a graph showing that the aluminum-zinc-copper alloy according to the example of the present invention has improved tensile strength and elongation as compared with the conventional alloy.
図４は、本発明の一実施例に係る亜鉛相の大きさの減少及び粒子間の間隔の減少による合金の機械的特性の向上を示す写真である。Ａｌ−Ｚｎ合金にＣｕを添加すると、熱処理後の冷却時に、亜鉛粒子の大きさの減少により粒子間の間隔が大きく減少し、合金基地内での粒子による強度の向上を示している。 FIG. 4 is a photograph showing an improvement in mechanical properties of an alloy due to a reduction in size of a zinc phase and a reduction in spacing between particles according to an embodiment of the present invention. When Cu is added to the Al-Zn alloy, the size of the zinc particles is reduced during cooling after the heat treatment, and the spacing between the particles is greatly reduced, indicating that the strength of the particles in the alloy matrix is improved.
図５は、本発明の一実施例に係る銅添加時に、銅が亜鉛粒子内部に固溶されることを示す写真である。銅が亜鉛粒子内部に固溶され、亜鉛析出相／アルミニウム基地相の界面エネルギーを減少させることを示している。 FIG. 5 is a photograph showing that copper is solid-dissolved in zinc particles when copper is added according to an embodiment of the present invention. It is shown that copper is solid-dissolved inside the zinc particles and reduces the interfacial energy of the zinc precipitation phase/aluminum matrix phase.
（Ｃｕ添加によるＺｎ相の界面エネルギー及び格子定数の評価）
表２及び図７ａは、本発明の一実施例に係る銅添加による亜鉛相の界面エネルギーの変化を示している。ＤＦＴ（Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｔｈｅｏｒｙ）によるＺｎの格子定数を計算（０°Ｋ）すると、Ａｌ−Ｚｎ合金にＣｕの添加は、Ｚｎ相とＡｌ相との界面エネルギーを大きく減少させることを示す。Ｃｕの添加により、Ｚｎ（０００２）／Ａｌ（１００）面の界面エネルギーが急激に減少する。
(Evaluation of Zn phase interface energy and lattice constant by addition of Cu)
Table 2 and FIG. 7a show changes in the interfacial energy of the zinc phase due to the addition of copper according to one embodiment of the present invention. When the lattice constant of Zn by DFT (Density Functional Theory) is calculated (0° K), it is shown that addition of Cu to the Al-Zn alloy greatly reduces the interfacial energy between the Zn phase and the Al phase. By adding Cu, the interfacial energy of the Zn(0002)/Al(100) plane is rapidly reduced.
図７ｂは、本発明の一実施例に係る銅添加による亜鉛の格子定数の変化を示すグラフである。Ａｌ−Ｚｎ合金にＣｕを添加すると、Ｚｎ（０００２）面の格子定数を減少させ、一定範囲においてＺｎ相内のＣｕ固溶量の増加がＺｎ（０００２）面の格子定数を減少させることを示している。Ｚｎ（１０００）面の格子定数は、Ｃｕ固溶量が増加するほど増加する。Ｚｎ（０００２）面／Ａｌ（１１１）面の界面エネルギーの減少には、Ｚ（０００２）面の格子定数の減少が直接的な原因であることを示す。 FIG. 7b is a graph showing changes in the lattice constant of zinc with the addition of copper according to an embodiment of the present invention. It is shown that when Cu is added to the Al-Zn alloy, the lattice constant of the Zn(0002) plane is reduced, and the increase of the Cu solid solution amount in the Zn phase reduces the lattice constant of the Zn(0002) plane in a certain range. ing. The lattice constant of the Zn(1000) plane increases as the Cu solid solution amount increases. It is shown that the decrease in the interface energy of the Zn(0002) plane/Al(111) plane is directly caused by the decrease in the lattice constant of the Z(0002) plane.
図８は、銅添加による亜鉛（０００２）面の格子定数の変化を示すグラフである。Ａｌ−Ｚｎ合金にＣｕの添加は、Ｚｎ（０００２）面の格子定数を減少、すなわちＸ線測定時にＺｎ（０００２）の２θを増加させることを示す。 FIG. 8 is a graph showing changes in the lattice constant of the zinc (0002) plane due to the addition of copper. It is shown that addition of Cu to the Al-Zn alloy decreases the lattice constant of the Zn(0002) plane, that is, increases 2θ of Zn(0002) during X-ray measurement.
（合金のＸ線分析）
図９は、本発明の一実施例において合金の銅含量に応ずるＺｎ（０００２）面のピーク角度（２θ）及び格子定数の変化を示すグラフである。図１０は、本発明の一実施例において合金の銅含量に応ずるＺｎ（１０００）面のピーク角度（２θ）及び格子定数の変化を示すグラフである。
(X-ray analysis of alloy)
FIG. 9 is a graph showing changes in the peak angle (2θ) of the Zn(0002) plane and the lattice constant according to the copper content of the alloy in one example of the present invention. FIG. 10 is a graph showing changes in the peak angle (2θ) of the Zn(1000) plane and the lattice constant according to the copper content of the alloy in one example of the present invention.
本発明の実施例に係る合金をＸ線分析すると、Ｚｎ（０００２）面の２θは減少して３６．３°以上３６．９°以下の範囲であり、Ｚｎ（１０００）面の２θは増加して３８．７°以上３８．９°範囲であることが分かる。 When X-ray analysis is performed on the alloys according to the examples of the present invention, the 2θ of the Zn(0002) plane decreases and is in the range of 36.3° or more and 36.9° or less, and the 2θ of the Zn(1000) plane increases. It can be seen that the range is 38.7° or more and 38.9°.
図１１は、本発明の一実施例において合金の銅含量に応ずるＡｌ（１１１）面のピーク角度（２θ）及び格子定数の変化を示すグラフである。図１２は、本発明の一実施例において合金の銅含量に応ずるＡｌ（２００）のピーク角度（２θ）及び格子定数の変化を示すグラフである。Ａｌ基地にはＣｕが固溶されないので、Ａｌピークの位置はＣｕ添加により直接的な影響を受けないことが分かる。 FIG. 11 is a graph showing changes in the peak angle (2θ) of the Al(111) plane and the lattice constant according to the copper content of the alloy in one example of the present invention. FIG. 12 is a graph showing changes in the peak angle (2θ) of Al (200) and the lattice constant according to the copper content of the alloy in one example of the present invention. Since Cu does not form a solid solution in the Al base, it can be seen that the position of the Al peak is not directly affected by the addition of Cu.
（合金の微細組職の分析）
図１３ａは、本発明の一実施例において銅添加による合金の熱処理後の冷却時に亜鉛相の大きさの変化を示すＴＥＭ写真である。図１３ｂは、図１３ａに示された測定部位の亜鉛相の大きさを示すグラフである。
(Analysis of alloy fine structure)
FIG. 13a is a TEM photograph showing a change in size of a zinc phase during cooling after heat treatment of an alloy with addition of copper in an example of the present invention. FIG. 13b is a graph showing the size of the zinc phase at the measurement site shown in FIG. 13a.
Ａｌ基地内のＺｎ相の大きさは、１０ｎｍから１００ｎｍ範囲であって銅添加により亜鉛相の大きさが著しく減少することを確認できる。 The size of the Zn phase in the Al matrix is in the range of 10 nm to 100 nm, and it can be confirmed that the size of the zinc phase is significantly reduced by the addition of copper.
（引抜加工後の電気伝導度の評価）
図１６は、本発明の実施例に係るアルミニウム−亜鉛−銅合金の真変形率（ｔｒｕｅ ｓｔａｉｎ）による伝導度の変化を示すグラフである。
(Evaluation of electrical conductivity after drawing)
FIG. 16 is a graph showing a change in conductivity according to a true strain rate of an aluminum-zinc-copper alloy according to an example of the present invention.
本発明の実施例１３及び実施例３３による合金を熱処理した後に引抜加工時の伝導度を測定した結果、伝導度が３７％ＩＡＣＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄ）以上であることが分かる。特に、実施例１３による合金の伝導度は５３％ＩＡＣＳまで増加することが分かる。 As a result of measuring the conductivity during the drawing process after heat treating the alloys according to Example 13 and Example 33 of the present invention, it can be seen that the conductivity is 37% IACS (International Annealed Copper Standard) or more. In particular, it can be seen that the conductivity of the alloy according to Example 13 increases up to 53% IACS.
以上、本発明の一実施例について説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載した本発明の思想から逸脱しない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除または追加等により本発明を多様に修正及び変更することができ、これらも本発明の権利範囲内に含まれるものといえよう。
Although one embodiment of the present invention has been described above, a person having ordinary knowledge in the technical field can add a component within a range not departing from the idea of the present invention described in the claims, The present invention can be modified and changed in various ways by changing, deleting or adding, and these are also included in the scope of the right of the present invention.
Claims (15)
１８ｗｔ％〜５０ｗｔ％の亜鉛と、
０．５〜４ｗｔ％の銅と、
０ｗｔ％超１ｗｔ％未満のマグネシウムと、
０ｗｔ％超０．５ｗｔ％未満のケイ素と、
残部のアルミニウム及び不可避不純物からなり、
鋳造状態において引張強度が３１０〜４５０Ｍｐａであり、延伸率が２．７５〜１０％であり、
Ｘ線回折像において格子定数のＺｎ（０００２）面の２θが３６．３〜３６．９である、鋳造アルミニウム−亜鉛−銅合金。 Based on the total weight of the alloy,
18 wt% to 50 wt% zinc,
0.5-4 wt% copper,
More than 0 wt% and less than 1 wt% magnesium,
Silicon of more than 0 wt% and less than 0.5 wt%,
The balance is aluminum and inevitable impurities,
Tensile strength in the cast state is 310～450Mpa, stretching rate Ri from 2.75 to 10% der,
A cast aluminum-zinc-copper alloy in which 2θ of Zn(0002) plane of lattice constant is 36.3 to 36.9 in an X-ray diffraction image .
引張強度が３３０〜６００Ｍｐａである、鋳造アルミニウム−亜鉛−銅合金。 The cast aluminum-zinc-copper alloy according to any one of claims 1 to 5 ,
A cast aluminum-zinc-copper alloy with a tensile strength of 330-600 MPa.
１８ｗｔ％〜５０ｗｔ％の亜鉛と、
０．５〜４ｗｔ％の銅と、
０ｗｔ％超１ｗｔ％未満のマグネシウムと、
０ｗｔ％超０．５ｗｔ％未満のケイ素と、
残部のアルミニウム及び不可避不純物からなる合金溶湯を６５０℃〜７５０℃で製造し、合金が完全溶融された後に脱ガス作業を行う第１段階と、
第１段階で製造された合金溶湯を金型または砂型に注入して鋳造する第２段階と、を含み、
鋳造状態において引張強度が３１０〜４５０Ｍｐａであり、延伸率が２．７５〜１０％であり、
Ｘ線回折像において格子定数のＺｎ（０００２）面の２θが３６．３〜３６．９である、アルミニウム−亜鉛−銅合金を得る、鋳造アルミニウム−亜鉛−銅合金の製造方法。 Based on the total weight of the alloy,
18 wt% to 50 wt% zinc,
0.5-4 wt% copper,
More than 0 wt% and less than 1 wt% magnesium,
Silicon of more than 0 wt% and less than 0.5 wt%,
A first step of producing a molten alloy containing the balance aluminum and unavoidable impurities at 650°C to 750°C, and performing degassing after the alloy is completely melted;
A second step of injecting the molten alloy produced in the first step into a mold or a sand mold for casting,
Tensile strength in the cast state is 310～450Mpa, stretching rate Ri from 2.75 to 10% der,
A method for producing a cast aluminum-zinc-copper alloy, which obtains an aluminum-zinc-copper alloy in which 2θ of Zn(0002) plane having a lattice constant of 36.3 to 36.9 in an X-ray diffraction image .
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