KR0145523B1

KR0145523B1 - 알루미나 실리카 섬유 강화 알루미늄 기지 금속 복합체의 열처리 방법

Info

Publication number: KR0145523B1
Application number: KR1019950053477A
Authority: KR
Inventors: 김대기
Original assignee: 한승준; 기아자동차주식회사
Priority date: 1995-12-21
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 1998-07-15
Also published as: KR970042412A

Abstract

본 발명은 열처리시간을 단축할 수 있는 알루미나 실리카 섬유가 첨가된 알루미나 실리카 섬유강화 알루미늄 금속 복합재료의 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 알루미나 실리카 섬유강화 알루미늄 금속 복합재료의 열처리 방법은 44~48 wt% 알루미나, 36~40 wt% 실리카, 13~16 wt% 지르코니아를 포함하는 알루미나 실리카 섬유를 7 내지 13 VOL% 함유한 알루미늄 합금을 기지금속으로 구성된 알루미나 실리카 섬유 강화 알루미늄 복합재료를 510±20℃의 온도로 가열하여 용채화처리를 실시하고, 인공 시효온도를 180±10℃, 인공시효시간을 2 내지 8 시간으로하여 인공시효처리하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 인공시효시간은 5 내지 7 시간이다.

Description

알루미나 실리카 섬유 강화 알루미늄 기지 금속 복합체의 열처리 방법

제1도는 종래의 알루미늄 합금의 Al-다른 합금원소의 상태도.

제2도는 종래의 알루미늄 합금의 열처리 사이클을 나타내는 그래프.

제3도는 본 발명에 따른 섬유 집합체의 시험편을 나타내는 정면도 및 평면도.

제4도는 본 발명에 따른 세라믹 섬유 강화 복합체의 시험편의 각 위치를 나타내는 정면도 및 평면도.

제5도는 본 발명에 따른 여러 시편의 여러 온도에서의 시효시간에 대한 복합재의 위치에 따른 경도의 분포을 나타내는 그래프.

제6도는 본 발명에 따른 여러 온도에서의 2 시간동안 시효처리한 시편의 경도의 분포를 나타내는 그래프.

제7도는 본 발명에 따른 여러 온도에서의 4 시간동안 시효처리한 시편의 경도의 분포를 나타내는 그래프.

제8도는 본 발명에 따른 시효온도, 170℃에서의 복합재의 위치에 대한 경도값의 분포를 나타내는 그래프.

제9도는 본 발명에 따른 시효온도, 180℃의 시효온도에서 시효시간의 변화에 대한 복합재의 위치에 따른 경도값의 분포를 나타내는 그래프.

제10도는 본 발명에 따른 열처리 방법을 나타내는 그래프.

[산업상 이용분야]

본 발명은 세라믹 섬유 강화 금속 복합채의 열처리 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 알루미나 실리카 섬유 강화 알루미늄 기지 금속 복합체의 열처리 방법에 관한 것이다.

[종래기술]

알루미늄 합금은 저융점 및 경금속 합금으로서, 특히 자동차 부품으로서의 사용이 증대되고 있다. 즉, 자동차 및 기타 부품의 고성능화, 경량화에 대한 요구는 기존 주철재를 알루미늄 합금으로 대체하려는 노력으로 이어져 왔다. 이러한 저융점의 경량재료는 기존 주철재 및 강 등의 대체재료로서 주목받고 있으나, 인장강도, 압축강도 및 고온 특성 기존 주철재에 비하여 열등하다.

따라서, 기존 주철재로 알루미늄 합금으로 대체하고자 할 때에는, 주조법에 의하여 제조되는 알루미늄 합금의 경우, 강도의 향상, 인성의 향상, 주조시 발생되는 잔류응력 등의 감소 등의 목적으로 열처리를 행하여 사용하였다.

상기한 목적중에서도 강도향상을 위하여는 이미 널리 알려져 있는 소입 후 인공시효시키는 T₆열처리를 많이 사용하고 있다.

제1도에 의거하여 설명하면, 알루미늄 부품을 일단 T₁의 온도로 올려 일정기간 유지하여 모든 조직이 α 상으로 되도록 용채화한다. 이를 물이나 기름속에 넣어 급냉하여 β 상의 합금이 석출되지 않도록 한다. 그리고나서, 다시 T₂의 온도에서 일정기간 유지하여 β 라는 석출물이 형성되도록 시효강화처리를 한다. 이렇게 하는 근본적인 이유는 α 상내에 β 상을 미세하게 석출시킴으로써, 분산강화 효과를 얻어 강도를 향상시키기 위함이다.

이를 제2도에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

여기서, A 구간 및 B 구간은 각각 용채화 처리구간 및 시효 처리 구간을 나타낸다. 또한, A 구간 및 B 구간에 있어서 온도 및 시간은 널리 공지된 통상의 온도 및 시간을 의미한다. 통상 당업자는 A 및 B 구간의 조건을 변경하여 최적의 강도를 얻는 것이 일반적이다.

그러나, 경량화 및 고성능화의 요구가 강해지면서, 이를 해결하는 수단으로, 알루미늄 금속을 경도가 높고, 강인한 강화섬유에 의해 강화하는 기술이 알려져 있다. 특히, 41~48 wt% 알루미나, 36∼48wt% 실리카, 13~16wt% 지르코니아를 포함하는 알루미나 실리카 섬유를 7 내지 13 voL% 함유한 알루미늄 합금을 기지금속으로 구성된 알루미나 실리카 섬유 강화 알루미늄 복합재료가 주철재를 대체할 수 있는 합금으로 제시되고 있다.

[종래기술의 문제점]

그러나, 이 알루미나 실리카 섬유 강화 알루미늄 기지 금속 복합체의 열처리 방법에 대하여는 아직 정확한 모델이 제시되지 못하여 자동차부품이 필요로 하는 강도를 얻지 못하는 문제점이 있었다.

[본 발명의 목적]

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 자동차 부품이 필요로 하는 강도를 얻을 수 있는 알루미나 실리카 섬유 강화 알루미늄 기지 금속의 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[본 발명의 개요]

본 발명의 알루미나 실리카 섬유 강화 알루미늄 기지 금속의 열처리 방법은 44~48 wt% 알루미나, 36~40 wt% 실리카, 13~16 wt% 지르코니아를 포함하는 알루미나 실리카 섬유를 7 내지 13 voL% 함유함 알루미늄 합금을 기지금속으로 구성된 알루미나 실리카 섬유 강화 알루미늄 기지 금속 복합재료를 510±20℃의 온도로 가열하고, 상기 온도에서 1 내지 2 시간동안 유지한 후, 상온으로 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.

중량%로 46 %의 알루미나, 38%의 실리카, 16%의 지르코니아를 함유하는 지르코니아가 첨가된 알루미나 실리카 섬유에 비섬유입자를 제거하는 탈립처리를 하였다. 이 탈립처리에 의하여 비섬유입자가 현저히 감소하였다. 이 탈립처리에 의하여 섬유집합체내에 함유되어 있는 입경이 150㎛이상인 비섬유입자의 함유량을 0.2wt% 이하로 되었다. 이 때, 지르코니아가 첨가된 알루미나 실리카 섬유의 기본 물성은 표1과 같다.

이어서, 지르코니아가 함유된 알루미나 실리카 섬유(이하, HTZ 라 한다)을 콜로이탈 실리카중에서 분산시키고 교반하여, 제3표에 도시된 바와 같이, 직경 41mm, 높이 30mm인 예비성형체를 형성하였다.

또한 그것을 건조한 후, 1100℃에서 소성하여, 개개의 HTZ섬유를 콜로이달 실리카에 의해 결합시켰다.

이 경우, 제3도에 도시된 바와 같이, 개개의 HTZ섬유는 X-Y평면내에서는 무작위하게 배열되고, Z방향으로 적충된 상태로 배향되었다. 이 때 체적분율이 7, 10, 13 %인 HTZ 섬유 예비 성형체를 제조하였다. 그리고, 기지금속을 JIS 규격 AS8A를 사용하여, 용탕 단조법에 의해 복합재료를 제조하였다.

그리고, 제조된 복합재료의 시험편은 제4도와 같다.

제5도는 여러 온도에서 시효 시간에 따른 복합재 및 기지 금속의 로크웰 경도값을 나타낸다. 도면에서 알 수 있듯이 160℃ 내지 190℃의 범위내에서는 시효 온도가 증가할수록 경도값이 증가하며, 시효시간이 2 시간 내지 4 시간범위 내에서는 시효시간이 증가할수록 경도값이 증가하는 경향을 나타냄을 알 수 있었다.

복합화된 소재를 510℃에서 2 시간동안 용채화처리를 하여, 12℃의 물에 급냉시킨 후, 160℃, 170℃, 180℃, 190℃에서 각각 2 시간, 4 시간의 인공 시효 처리를 하였다. 제6도는 인공 시효시간을 2시간으로 한 경우, 각 온도 변화에 따른 로크 웰 경도값을 나타낸다. 제6도에서 알수 있는 바와 같이, 인공시효시간을 2시간 실시한 경우에는 시효온도를 190℃로 하는 것이 가장 높은 경도값을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 또한 제7도는 인공 시효시간을 4 시간으로 한 경우, 각 온도 변화에 따른 로크 웰 경도값을 나타낸다. 도면의 결과로부터 알 수 있듯이, 시효온도를 180℃로 한 경우가 가장 높은 경도값을 얻을 수 있다.

이차로 이중 최고 경도치의 시효온도에서 20 분, 40 분, 1 시간, 2 시간, 6시간, 8 시간, 16 시간의 인공 시효 처리를 하였다. 제8도는 시효 온도를 170℃로 한 경우, 각 시편에 대한 시효 시간에 따른 경도값을 나타낸다. 시효 시간을 4시간으로 한 경우에 최대 경도값을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 제9도는 시효 온도를 180℃로 한 경우, 시효 시간에 따른 경도값을 나타낸다. 도면으로부터 시효시간을 6시간으로 한 경우가 가장 높은 경도값을 나타낸다. 그러나 시효시간은 1시간부터 16시간까지 거의 변화가 없는 경도값을 나타내는 것으로 밝혀졌다.

시편의 종류와 조건은 표2와 같이 구분하였다.

* A는 기지, B, C, 및 D는 복합재임

각각의 온도에서 시간별로 인공 시효 처리를 하여 경도측정으로부터 얻은 HTZ섬유로 강화된 복합재료의 열처리 조건은 제10도에 도시된 바와 같이, HTZ섬유로 강화된 복합재료를 510±20℃ 온도까지 가열한다. 이 온도에서 2시간동안 유지한 후, 수냉한다. 그리고나서, 180℃±10℃에서, 6 시간동안 유지시킨다. 그후, 공냉 또는 로냉을 실시한다. 이것이 최적의 강도를 얻을 수 있는 조건이지만, 시효시간은 2 시간 내지 8시간인 경우에도 거의 동일 한 경도값을 나타내었다.

[발명의 효과]

본 발명에 의하면, 최적의 열처리 조건이 확정되므로써, 최적의 시간과 에너지를 사용하여 우수한 강도의 알루미나 실리카 섬유 강화 알루미늄 기지 금속 복합재료를 얻을 수 있다.

Claims

44~48 wt% 알루미나, 36~40 wt% 실리카, 13~16 wt% 지르코니아를 포함하는 알루미나 실리카 섬유를 7 내지 13 voL% 함유한 알루미늄 합금을 기지금속으로 구성된 알루미나 실리카 섬유 강화 알루미늄 복합재료를 510±20℃의 온도로 가열하여 용채화처리를 실시하고, 인공 시효온도를 180±10℃, 인공시효시간을 2 내지 8 시간으로하여 인공시효처리하는 것을 특징으로 하는 알루미나 실리카 섬유 강화 알루미늄 기지 금속 복합재료의 열처리 방법.
제1항에 있어서, 인공시효시간은 5 내지 7 시간인 것을 특징으로 하는 알루미나 실리카 섬유 강화 알루미늄 기지 금속 복합재료의 열처리 방법.