KR0127997B1 - 고강도 제진합금 - Google Patents

고강도 제진합금

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KR0127997B1
KR0127997B1 KR1019920700702A KR920700702A KR0127997B1 KR 0127997 B1 KR0127997 B1 KR 0127997B1 KR 1019920700702 A KR1019920700702 A KR 1019920700702A KR 920700702 A KR920700702 A KR 920700702A KR 0127997 B1 KR0127997 B1 KR 0127997B1
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다까유끼 오오다께
도시미찌 오오모리
도시히로 다까무라
다께미 야마다
데쓰야 산페이
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야마시로 요시나리
닛뽄 고오깐 가부시끼가이샤
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Abstract

우수한 강도와 진동감쇠성능을 가지고, 구조물이나 기계 등의 구성요소에 사용하는 것으로, 그들 자체의 진동이나 소음의 발생을 효과적으로 감쇠할 수가 있는 고강도 제진합금의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 제진합금은 Si 0.50wt%초과하고, 또한 제1도 내지 제5도에 도시되어 있는 각 점으로 둘러싸인 범위내에 Aℓ·Si, Mn: 0.1wt%∼[%Aℓ+%Si], 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다.
또 바람직하게는 C, N, P, P, S를 각각 0.01wt%이하로 한다.

Description

[발명의 명칭]
고강도 제진합금
[도면의 간단한 설명]
제1도 내지 제5도는 본 발명이 규정하는 Aℓ 및 Si의 범위를 표시한 도면, 제6도는 Fe-Aℓ-Si합금계의 내부마찰치를 등고선으로 표시한 도면.
(기술분야)
본 발명은 구조물, 기계 등의 구성요소에 사용하는 것으로 우수한 진동감쇠성능을 가지며, 기계 등의 구성요소 자체의 진동이나 소음의 발생을 효과적으로 저감할 수가 있는 고강도 제진합금에 관한 것이다.
(배경기술)
공해문제의 하나로서 생활환경에서의 진동, 소음이 주목되고 있다.
또 정밀기계에 있어서는 더욱 높은 정밀도가 요구됨에 따라 기기자체의 진동을 억제하는 수단을 강구할 필요가 생기고 있다. 이와 같은 문제나 요청에 대응하는 수단을 강구할 필요가 생기고 있다. 이와같은 문제나 요청에 대응하는 수단의 하나로서, 진동의 발생원이 되는 구성요소자체를 진동감쇠가 현저하게 큰 재료(제진재료)로 치환하는 방법이 있다.
현재까지는 거시적으로 동일한 합금이고 또한 진동감쇠성능이 큰 소재가 몇 개발되어 있고, 그 주된 것으로서, 편상흑연주철, Fe기 합금, Mg-Ni합금, Cu-Mn합금, Ni-Ti합금이 있다. 이것들중, 대량으로 사용되는 부재에 대하여는 강도와 코스트면에서 Fe기 합금이 가장 실용적이라고 할 수 있다.
이 Fe기 합금으로서, 일본국 특공소 52-803호에 Fe-Aℓ합금이 제안되어 있고, 이 합금은 Fe에 Aℓ을 2 내지 8% 첨가함으로써 높은 진동감쇠능이 얻어진다고 되어 있다.
또 특공소 56-28982호에서 제안되어 있어 합금은, Fe에 Si를 0.4 내지 4%, Mn을 0.1 내지 1.5% 가하고, 또한 페라이트 결정입도번호를 5번 이하로 한 재료이며, 이 합금은 Si, Mn이 N을 고정하여 전위의 운동에 대한 장애를 제거하여 이 운동이 진동에너지를 흡수한다고 한다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래 합금의 제진특성은 최근의 제진성에 관한 고도한 요구특성에 대하여, 반드시 만족스러운 것은 아니었다.
이와같은 문제에 대하여, 본 발명자는 Fe에 특정한 범위의 Aℓ, Si를 첨가하여, 특히 이것들을 복합첨가함으로써 종래에 없는 우수한 제진성능을 얻는 것을 발견하였다.
(발명의 개시)
이와같은 발견에 의거한 본 발명의 제진합금은 다음과 같은 구성을 가진다.
(1) Si는 0.50wt%초과하고, 또한 제1도에 표시한 점 A4(Al : 7.05wt%, Si : 0.95wt%), B4(Al : 6.5wt%, Si : 1.10wt%), C4(Al : 4.70wt%, Si : 2.75wt%), D4(Al : 2.25wt%, Si : 2.45wt%), E4(Al : 1.00wt%, Si : 3.60wt%), F4(Al : 1.00wt%, Si : 0.50wt% 초과), G4(Al : 7.50wt%, Si : 0.50wt% 초과)로 둘러싸인 범위내의 Aℓ 및 Si, Mn : 0.1wt% 미만, [%Aℓ+%Si](단 % Aℓ:Aℓ함유량[wt%], %Si:Si함유량[wt%]) 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 고강도 제진합금.
(2) Si는 0.50wt%초과하고, 또한 제2도에 표시한 점 A6(Al : 7.45wt%, Si : 0.55wt%), B6(Al : 3.30wt%, Si : 1.50wt%), C6(Al : 1.00wt%, Si : 2.75wt%), D6(Al : 1.00wt%, Si : 0.50wt%초과), E6(Al : 7.50wt%, Si : 0.50wt%초과)로 둘러싸인 범위내의 Aℓ 및 Si, Mn : 0.1wt% 미만, [%Aℓ+%Si](단 % Aℓ:Aℓ함유량[wt%], %Si:Si함유량[wt%]) 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 고강도 제진합금.
(3) Si는 0.50wt%초과하고, 또한 제3도에 표시한 점 A8(Al : 5.35wt%, Si : 0.50wt%), B8(Al : 5.35wt%, Si : 0.80wt%), C8(Al : 3.30wt%, Si : 1.00wt%), D8(Al : 2.30wt%, Si : 1.40wt%), E8(Al : 1.00wt%, Si : 2.35wt%), F8(Al : 1.00wt%, Si : 0.50wt% 초과)로 둘러싸인 범위내의 Aℓ 및 Si, Mn : 0.1wt% 미만, [%Aℓ+%Si](단 % Aℓ:Aℓ함유량[wt%], %Si:Si함유량[wt%]) 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 고강도 제진합금.
(4) Si는 0.50wt%초과하고, 또한 제4도에 표시한 점 A10(Al : 4.60wt%, Si : 0.50wt%), B10(Al : 4.60wt%, Si : 0.70wt%), C10(Al : 3.20wt%, Si : 0.90wt%), D10(Al : 2.25wt%, Si : 1.15wt%), E10(Al : 1.00wt%, Si : 2.15wt%), F10(Al : 1.00wt%, Si : 0.50wt% 초과)로 둘러싸인 범위내의 Aℓ 및 Si, Mn : 0.1wt% 미만, [%Aℓ+%Si](단 % Aℓ:Aℓ함유량[wt%], %Si:Si함유량[wt%]) 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 고강도 제진합금.
(5) Si는 0.50wt%초과하고, 또한 제5도에 표시한 점 A12(Al : 4.00wt%, Si : 0.50wt%), B12(Al : 4.00wt%, Si : 0.70wt%), C12(Al : 2.40wt%, Si : 095wt%), D12(Al : 1.00wt%, Si : 1.90wt%), E12(Al : 1.00wt%, Si : 1.30wt%), F12(Al : 2.05wt%, Si : 0.50wt% 초과)로 둘러싸인 범위내의 Aℓ 및 Si, Mn : 0.1wt% 미만, [%Aℓ+%Si](단 % Aℓ:Aℓ함유량[wt%], %Si:Si함유량[wt%]) 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 고강도 제진합금.
[발명의 상세한 설명]
이하 본 발명에 있어서 성분조성의 한정이유를 설명한다. Fe계 제진합금중 많은 것은 진동이 가하여졌을 때의 자벽의 비가역적 이동에 의한 자기-기계적 히스테리시스(履歷現象)를 진동에너지 흡수에 이용하는 것이며, 이것은 자기특성과 밀접한 관련을 가지고 있다. 한편 Fe-Aℓ-Si삼원합금은 야마모도 : 덴끼각카이 논문집(山本: 電氣學會論文集), Vol. 5(1944), 175. 등에 보고되어 있는바와 같이, 투자율 등의 자기특성이 성분비에 의하여 특징적으로 변화하는 것이 알려져 있다.
그래서 이 성분계의 제진성능을 내부마찰치(Q-¹)를 측정하는 방법으로 조사한바, 제6도에 표시한 바와 같은 결과를 얻었다. 동도면에 의하면 Fe에 대하여 Aℓ, Si를 소정의 범위에서 복합첨가함으로써, 각각의 단독첨가에서는 얻을 수 없는 우수한 제진성을 얻을 수 있다는 것을 알았다.
또 제진합금이 적용이 되는 대상은 거의 기계구조용 재료로서 이와같은 용도에서는 JIS규격의 최저 등급의 강도는 최소한 확보할 필요가 있으며, 이 때문에 본 발명에서는 Aℓ함유량을 1wt%이상으로 규정한다. 또한 이와같은 이유에서 상기 제6도의 공시재도 역시Aℓ함유량이 1wt%이하의 범위의 것은 제외하고 Mn을 약 12wt% 첨가한 것을 사용한다.
또, Si는 제진특성을 안정시키는 효과가 있다. 즉, 제6도에 표시된 바와 같은 Aℓ, Si의 범위에 있어서도 Si가 0.5wt%이하의 영역에서는 특성으 편차, 즉 약간의 성분 변동으로 성능이 크게 변한다는 문제가 있기 때문에 Si첨가량은 0.5wt%초과라 규정한다.
이상의 결과에서, 본 발명에서는 제진특성(내부마찰치)으로서 Q-¹＞4×10-13를 얻는 경우에는 Aℓ 및 Si를 제1도의 범위에, Q-¹＞6×10-³를 얻는 경우에는 Aℓ 및 Si를 제2도의 범위에 Q-¹＞8×10-¹를 얻는 경우에는 Aℓ 및 Si를 제3도의 범위에, Q-¹＞1.0×10-²를 얻는 경우에는 Aℓ 및 Si를 제4도의 범위에, Q-¹＞1.2×10-²를 얻는 경우에는 Aℓ 및 Si를 제5도의 범위에, 각각 규정한다. Mn은 반강자성원소이고, 그것 자체는 제진특성 향상에 효과는 없으나, 본 발명에서는 강도를 확보하기 위해서, 0.1wt%이상 첨가한다. 그러나 Mn의 대량첨가는 제진특성을 열화시키는 것이 예상된다. 제2표는 제진특성에 미치는 Mn량의 영향을 조사한 것이고, Mn량을 Aℓ량과, Si량의 합계 이하로하면 제진특성의 열화를 방지할 수 있는 것을 알 수 있다. 이상의 이유에서 Mn은 0.1wt%∼[%Aℓ+%Si](단, %Aℓ: Aℓ함유량[wt%], %Si:Si함유량[wt%])의 범위로 한다.
또한 그 밖의 불순물에 대하여는 하기와 같은 관점에서 규제하는 것이 바람직하다.
C는 침입형 고용원소이고, 자벽의 이동도(이동도)를 감소시키서, 제진특성을 열화시키기 때문에 0.01wt%이하로 하는 것이 바람직하다.
N도 C와 마찬가지의 이유로 제진성능을 열화시키기 때문에 0.01wt%이하로 하는 것이 바람직하다.
O도 C, N과 마찬가지의 이유로 제진성능을 열화시키기 때문에 0.01wt%이하로 하는 것이 바람직하다.
P는 입계에 편석하여, 가공성을 열화시키기 때문에 0.01wt%이하로 하는 것이 바람직하다.
S는 열간가공성을 열화시키기 때문에 0.01wt%이하로 하는 것이 바람직하다.
이상 말한 바와같이 본 발명의 합금은 우수한 강도와 제진성능을 가지고 있으며, 진동, 소음방지재료로서 유용한 것이다.
(실시예)
제1표에 표시한 화학조성의 본 발명 합금 및 비교합금(어느것이나, C:10 내지 30ppm, N:2 내지 26ppm)에 대하여 제진특성을 평가하기 위해서 내부마찰치(Q-1)를 측정하였다. 각 합금은 용제후, 주형에서 강괴로 만들어, 이것을 1200 내지 1250℃에 가열한 후, 두께6㎜까지 열간압연하였다. 이 소재로부터 두께0.8㎜×폭10㎜×길이100㎜의 판상을 잘라내어, 1050℃에서 진공소둔하여 시험편을 제작하였다. 사이 내부마찰의 측정에 있어서, 시험편에 진공중에서 양끝자유단의 가로 진동을 가하여, 그 자유감쇠곡선으로부터 내부마찰을 구하였다.
그 결과를 제1표에 아울러 표시하였다.
제6도은 제1표에 표시한 값을 기초로 Fe-Aℓ-Si삼원 합금의 내부마찰치를 등고선 표시한 것이다. 도면중의 각 곡선은 내부마찰치가 같은 점을 연결한 것이고, 각 곡선에 부여한 사각형내의 수자는 내부마찰치를 ×10-3의 단위로 표시한 것이다.
또 제2표는 상기와 동일한 방법으로 얻어진 시험편에 대하여, 동일한 내부마찰 측정방법에 의해서 제진특성에 미치는 Mn량의 영향을 조사한 것이다.
(산업상의 이용가능성)
강도가 요구되고 또한 진동이나 소음의 발생을 방지할 필요가 있는 구조물이나 기계 등의 구성요소의 소재합금으로서 이용할 수 있다.

Claims (5)

  1. C: 0.01wt%이하, N: 0.01wt%이하, O:0.01wt%이하, P: 0.01wt%이하, S: 0.01wt%이하, Si: 0.50wt% 초과하고, 제1도에 표시한 점 A4(Al : 7.05wt%, Si : 0.95wt%), B4(Al : 6.5wt%, Si : 1.10wt%), C4(Al : 4.70wt%, Si : 2.75wt%), D4(Al : 2.25wt%, Si : 245wt%), E4(Al : 1.00wt%, Si : 3.60wt%), F4(Al : 1.00wt%, Si : 0.50wt% 초과)로 둘러싸인 범위내의 Aℓ Si, Mn: 0.1wt%∼[%Aℓ+%Si](단, %Aℓ: Aℓ함유량[wt%], %Si: Si함유량[wt%]), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 고강도 제진합금.
  2. C: 0.01wt%이하, N: 0.01wt%이하, O:0.01wt%이하, P: 0.01wt%이하, S: 0.01wt%이하, Si: 0.50wt% 초과하고, 제1도에 표시한 점 A4(Al : 7.05wt%, Si : 0.95wt%), B4(Al : 6.5wt%, Si : 1.10wt%), C4(Al : 4.70wt%, Si : 2.75wt%), D4(Al : 2.25wt%, Si : 245wt%), E4(Al : 1.00wt%, Si : 3.60wt%), F4(Al : 1.00wt%, Si : 0.50wt% 초과)로 둘러싸인 범위내의 Aℓ Si, Mn: 0.1wt%∼[%Aℓ+%Si](단, %Aℓ: Aℓ함유량[wt%], %Si: Si함유량 [wt%]), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 고강도 제진합금.
  3. C: 0.01wt%이하, N: 0.01wt%이하, O:0.01wt%이하, P: 0.01wt%이하, S: 0.01wt%이하, Si: 5.35wt% 초과하고, 제3도에 표시한 점A8(Al : 3.05wt%, Si : 0.50wt%), B8(Al : 5.35t%, Si : 0.80wt%), C8(Al : 3.30wt%, Si : 1.00wt%), D8(Al : 2.30wt%, Si : 1.45)wt%), E8(Al : 1.00wt%, Si : 2.35wt%), F8(Al : 1.00wt%, Si : 0.50wt% 초과)로 둘러싸인 범위내의 Aℓ Si, Mn: 0.1wt%∼[%Aℓ+%Si](단, %Aℓ: Aℓ함유량[wt%], %Si: Si함유량[wt%]), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 고강도 제진합금.
  4. C: 0.01wt%이하, N: 0.01wt%이하, O:0.01wt%이하, P: 0.01wt%이하, S: 0.01wt%이하, Si: 5.35wt% 초과하고, 제5도에 표시한 점A10(Al : 4.60wt%, Si : 0.50wt%초과), B10(Al : 4.60wt%, Si : 0.70wt%), C10(Al : 3.20wt%, Si : 0.90wt%), D10(Al : 2.55wt%, Si : 1.15)wt%), E10(Al : 1.00wt%, Si : 2.15wt%), F10(Al : , 1.00wt%, Si : 0.50wt% 초과)로 둘러싸인 범위내의 Aℓ 및 Si, Mn: 0.1wt%∼[%Aℓ+%Si](단, %Aℓ: Aℓ함유량[wt%], %Si: Si함유량[wt%]), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 고강도 제진합금.
  5. C: 0.01wt%이하, N: 0.01wt%이하, O:0.01wt%이하, P: 0.01wt%이하, S: 0.01wt%이하, Si: 0.50wt% 초과하고, 제5도에 표시한 점A12(Al : 4.00wt%, Si : 0.50wt%), B12(Al : 4.00t%, Si : 0.70wt%), C12(Al : 2.40wt%, Si : 0.95wt%), D12(Al : 1.00wt%, Si : 1.90)wt%), E12(Al : 1.00wt%, Si : 1.30wt%), F12(Al : 2.05wt%, Si : 0.50wt% 초과)로 둘러싸인 범위내의 Aℓ 및 Si, Mn: 0.1wt%∼[%Aℓ+%Si](단, %Aℓ: Aℓ함유량[wt%], %Si: Si함유량[wt%]), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 고강도 제진합금.
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