KR0119555B1 - 가공성과 비강도가 우수한 극경량 마그네슘합금 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Mg 합금에 관한 것으로 특히 비강도 및 냉간가공성이 우수한 극경량 Mg-Li-Al계 합금과 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 가공성과 비강도가 우수한 극경량 마그네슘은 중량%로 Li : 7-10%, Al : 2-4%, Mg : 나머지로 조성되고 그 제조방법은 Mg, Al을 용해로에 장입하여 10^-4Torr의 진공도와 770±10℃의 온도로 Ar 분위기하에서 용해하는 단계와, 상기 용탕에 순 Li을 투입하여 용해하는 단계와, 상기 용해된 용탕을 770±5℃의 온도에서 주형에 주입하는 단계와, 상기 주조된 제품을 370±5℃에서 4시간동안 균질화처리를 수행하는 단계와,상기 균질화 처리된 제품을 370±5℃에서 50%의 압하율로 열간압연하는 단계로 이루어진다.

Description

가공성과 비강도가 우수한 극경량 마그네슘합금 및 그 제조방법

제1도는 Mg-8% Li-4% Al 합금의 주조상태와 60% 냉간압연상태의 미세조직 사진으로서 (a)는 주조 상태의 조직사진, (b) 압연된 상태의 조직사진.

제2도는 Mg-8% Li 합금에서 Al 첨가량에 따른 압연가공한계도 변화.

제3도는 냉간압연률에 따른 경도 변화.

제4도는 Mg-Li 합금에서 Al 첨가량에 따른 경도변화를 나타낸다.

본 발명은 Mg 합금에 관한 것으로 특히 비강도와 냉간가공성이 우수한 극경량 Mg-Li-Al계 합금과 이의 제조방법에 관한 것이다.

Mg 합금은 경량금속으로 실용금속중 비강도가 가장 높은 금속이고, 치수 안정성, 기계가공성, 진동흡수성 등의 제반 특성이 우수하여 이의 실용화에 많은 연구가 이루어지고 있다.

Mg 합금이 실용성을 얻기 위하여는 강도를 향상시키는 동시에 가공성이 우수해야 하는데 Mg은 HCP의 α단상으로 압연 가공성이 취약한 성질을 나타내므로 보통 Li 원소를 첨가하여 조직을 HCP+BCC(α+β)의 이상구조로 변화시켜 냉간 가공성을 증가시키는 동시에 상온강도를 증가시키고 또한 중간 온도에서 노출 후 강도 안정성을 증가시킨다.

그러나, 현대사회는 더욱 가벼우면서 강력한 기계적 성질을 갖는 소재를 요구하고 있다.

본 발명은 종래 Mg-Li 합금보다 냉간가공성과 비강도가 우수한 Mg-Li-Al계 합금과 이의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중량%로 Li : 7-10%, Al : 2-4%, 나머지는 Mg로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉간 가공성과 비강도가 우수한 극경량 Mg-Li-Al계 합금을 제공한다.

또한 본 발명은 순 Mg, 순 Al을 용해로에 장입하여 10^-4Torr의 진공도와 770±10℃온도의 Ar분위기하에서 용해하는 단계와, 상기 Mg, Al 용탕에 순 Li을 투입하여 용해하는 단계와, 상기 용해된 Mg, Li, Al 용탕을 370±5℃에서 4시간 동안 균질화 처리를 수행하는 단계와, 상기 균질화 처리된 제품을 370±5℃에서 50%의 압하율로 열간압연하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉간가공성과 비강도가 우수한 극경량 Mg-Li계 합금의 제조방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 수치한정에 대하여 상세히 설명한다.

Li은 조직을 α+β의 이상구조로 변화시켜 냉간 가공성을 증가시키는 동시에 강도 안정성을 증가시키는 원소로서 Mg에 6% 이하 첨가시에는 가공성이 좋지 않은 단상인 α상을 나타내고 10%를 초과하면 강도가 저하하므로 7-10%를 첨가한다.

Al은 가공성의 향상과 강도를 향상시키는 원소이나 과다 첨가되면 합금의 비중이 커지므로 2-4% 첨가한다.

진공도를 10^-4Torr로 한정하는 것은 Mg과 Li은 증기압이 높아 소실되거나 산화성이 매우 크므로 Ar가스를 사용하여 대기압보다 높게 유지해야 하며 10^-4Torr미만으로 하면 산화가 일어나고 10^-4Torr 초과하면 생산단가가 높아진다.

용해도를 770±10℃로 하고 주조온도를 770±5℃로 하는 이유는 Mg-Li 합금에 Al을 완전히 용해시키고 강도를 향상시키기 위해서이다.

균질화 처리온도는 370±5℃에서 4시간동안 수행하는 이유는 주조시 성분에 편석된 것을 균질화하기 위한 것으로 이보다 낮으면 균질화 효과가 저하되고 높으면 산화가 발생되어 압연가공성이 떨어지기 때문이다.

370℃에서 50%의 압하율로 열간 압연하는 이유는 그 이상의 온도에서는 산화가 일어나고 그 이하의 온도에서는 균일이 발생하기 때문이다.

이하, 본 발명의 실시예를 나타낸다.

[실시예]

표 1과 같이 평량한 Mg, Al을 용해로에 장입하여 10^-4Torr의 진공도를 유지한 후 Ar 가스를 대기압보다 높게 주입하여 Ar분위기 하에서 이들을 완전히 용해한 후 Li을 투입하였다.

용해온도는 770±10℃로 하고 770±5℃에서 주형에 주입하였다.

주조한 제품을 내부의 편석과 응력을 제거하기 위하여 370±5℃에서 4시간 동안 균질화 처리를 수행한 후 370℃에서 50%의 압하율로 열간압하였다.

이렇게 제조된 시료의 물성치가 표 2에 나타나 있다.

상기 표2에 나타낸 바와 같이 본 발명에 의한 합금이 비강도, 가공성이 우수함을 알 수 있다.

제1도는 본 발명에 의해 제조된 Mg-8% Li-4% Al 합금이 주조상태 및 60% 냉간가공상태의 미세조직 사진으로 Mg 고용체인 α상(밝은부분)과 Li 고용체인 β상(검은부분)의 이상조직으로 형성되어 있으며 압연가공을 하면 압연방향으로 연신된 조직이 얻어지는 것을 나타낸다.

제2도는 Mg-8% Li 합금에서 Al 첨거에 따른 가공한계값을 나타낸 것으로 Al 첨가량 증가에 따라 가공한계값은 40%에서 60%로 증가하고 있음을 보여주고 있다.

제3도는 냉각압연율에 따른 경도의 변화를 나타낸 것으로 가공도가 증가함에 따라 경도가 상승하였다. 이는 가공에 의해 형성된 전위가 전위셀을 형성하고 가공에 따른 전위의 교차 등에 의해 전위의 움직임이 방해받아 가공경화 정도가 커지기 때문이다. 또한 Al 첨가량 증가에 따라서도 경도가 증가함을 보여주고 있다.

제4도는 Mg-Li 합금에서 Al 첨가량에 따른 경도의 변화를 나타낸 것으로 Al 첨가량이 중가될수록 경도가 증가됨을 보이고 있다.

Al 첨가량이 1%에서 4%까지는 급격한 경도의 상승을 보이고 있으나 4% 이상에서는 이 재료의 장점인 비강도의 효과가 적으므로 Al의 첨가량이 2-4%가 이상적임을 나타내고 있다.

이와 같이 구성된 본 발명은 그 비중이 1.34로서 Mg의 1.7에 비하여 가볍고 지금까지 실용금소 소재 중 비강도가 가장 크다.

따라서 본 발명 합금은 항공기, 로케트, 미사일 등의 우주항공재료와 경주용 자동차 부품, 고속열차 등의 부품제조에 활용이 예상된다.

Claims (1)

1. Mg, Al을 용해로 장입하여 10^-4Torr의 진공도와 770±10℃의 온도로 Ar분위기하에서 용해하는 단계와, 상기 용탕에 순 Li을 투입하여 용해하는 단계와, 상기 용해된 용탕을 700±5℃의 온도에서 주형에 주입하는 단계와, 상기 주조된 제품을 370±5℃에서 4시간동안 균질화 처리를 수행하는 단계와, 상기 균질화 처리된 제품을 370±5℃에서 50%의 입하율로 열간압연하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉간가공성과 비강도가 우수한 극경량 Mg-Li계 합금의 제조방법.