KR0162693B1

KR0162693B1 - 압출용 중강도 알루미늄 합금

Info

Publication number: KR0162693B1
Application number: KR1019950039234A
Authority: KR
Inventors: 유재은; 우준하; 박기두
Original assignee: 나헌주; 주식회사일진
Priority date: 1995-11-01
Filing date: 1995-11-01
Publication date: 1999-01-15
Also published as: KR970027338A

Abstract

본 발명은 건축재와 산업용 소재에 이용되는 압출성과 강도가 우수하며 압출후에 무시효 처리하여도 중강도와 양호한 압출성을 유지하는 중강도 알루미늄 합금에 관한 것이다.

구성은 Al은 기지로 하여 Mg, Si, Mn을 필수 요소로 하여 Cu, Zn, Fe, Cr, Zr, Ti이 불순물이나 소량 첨가되어 조성되는 것으로 압출성 향상을 위하여 압출성이 우수한 Si 원소 함량을 높여주고 압출성이 비교적 좋지 않은 Mg원소 함량을 낮추어 주며 강도 향상을 위하여 천이 금속인 Mn을 첨가시켜 Al Fe Si 등과 결합하여 Al Fe Mn Si의 4원계 화합물을 형성시키며 특히 Al과 결합하여 형성된 Al₆Mn Al₁₂Mn 등의 분산상이 균일하게 분산되어 합금의 기계적 성질을 향상시켜 준다.

효과로는 종래 기계적 성질이 향상된 중강도 Al 합금(Al 6061)제조시 필수공정인 열처리 공정을 생략할 수 있으며 압출속도를 증대시켜 대량생산시 생산성을 향상시켜 주는 효과가 있는 압출용 중강도 알루미늄 합금에 관한 것이다.

Description

[발명의 명칭]

압출용 중강도 알루미늄 합금

[발명의 상세한 설명]

[발명의 목적]

본 발명은 건축재와 산업용 소재에 이용되는 압출성과 강도가 우수한 알루미늄 합금에 관한 것으로 상세하게 설명하면 압출용 6000번 계열 알루미늄 합금의 기본 조성인 Al-Mg-Si계를 유지하면서 강도 향상을 위하여 천이 금속을 첨가하여 강도를 향상시키며 압출용이 양호한 압출용 중강도 알루미늄 합금에 관한 것이다.

본 발명을 설명하기에 앞서 본 발명에서 사용되는 용어를 다음과 같이 정의한다.

T4 : 용체화 처리후 상온 시효완료

T5 : 인공시효(용체화 처리를 하지 않음)

T6 : 용체화 처리후 인공시효

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

일반적으로 Al합금은 건축재 혹은 운송용 구조재 산업용 소재로 널리 사용되고 있으며 사용처에 의해 강도가 높은 Al합금을 필요로 하며 이는 강도를 높여 줌으로서 합금의 부피와 무게를 줄여 줄 수 있는 장점이 생기게 되는데 연유하며 이와 같은 Al합금은 생산성 및 구조에 의해 대체로 압출재를 사용하고 있다.

종래 압출재로 사용되는 Al합금은 Al-Mg-Si계를 기본으로 하는 압출용 6000번계 알루미늄 합금으로 대표적으로 사용되는 것은 6063 Al 합금과 6061 합금이 사용되어 왔다.

그러나 널리 사용되는 6063 Al 합금은 압출성은 우수하나 강도가 낮아 활용범위에 제한을 받아 왔으며 중강도 Al 합금으로 알려진 6061 합금은 강도는 중강도를 유지하나 압출성은 6063 Al 합금과 비교하여 50~60% 수준으로 생산성이 저하되며 통상 전자재분야에서 이용범위가 가장 넓은 두께 1mm이하 입출형재의 압출이 불가능하여 역시 그 활용범위가 넓지 않다. 또한 6000번계 알루미늄 합금은 제품에 요구되는 특성을 얻기 위하여 용해-주조-균질화처리-압출-열처리(T5 또는 T6) 공정을 통해 강도를 향상시키는 Mg₂Si를 석출시켜야 하는 관계로 전체 생산 공정이 길이지며 이로인한 생산성, 경제성이 저하되는 문제가 있었다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

따라서 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하며 압출성이 양호하며 열처리 공정이 요구되지 않으며 기계적 특성은 중강도를 유지함으로서 공정을 단순화시키며 압출성을 향상시켜 생산성과 경제성을 향상시키는 압출용 중강도 알루미늄 합금을 제공함에 있다.

[발명의 구성 및 작용]

발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 성취시키기 위한 구성은 압출용 6000번계 알루미늄 합금의 기본 조성을 유지하면서 Al을 기지로 하여 Mg0.45-0.8WT%, Si0.5-0.9WT%, Mn0.1-1.5WT%, Cu0.5WT% 이하 Zn, Fe 각 0.3WT%이하 Cr, Zr, Ti이 각 0.2WT% 이하로 첨가되어 조성되는 압출용 중강도 알루미늄 합금을 무시효 처리함으로 구성된다.

이하 각 원소의 작용에 관하여 상세히 설명하면 하기와 같다.

Mg은 상술한 중강도 알루미늄 합금을 구성하는 기본 원소로서 시효처리시 Si와 결합하여 석출상인 Mg₂Si 금속간 화합물을 형성하여 강도를 향상시킨다. 압출용 알루미늄 합금이 구조재로 이용되는 경우 조성이 0.45WT% 미만이면 Si와 결합하여 강도 향상에 필요한 금속간화합물인 Mg₂Si를 충분히 형성시키지 못하므로 효과가 낮고 0.8WT%를 초과하게 되면 압출성을 저하시켜 생산성을 저하시키는 것으로 알려져 있다.

Si는 Mg와 함께 합금계를 구성하는 기본 원소로 시효처리시 Mg와 결합하여 Mg₂Si를 형성하여 강도를 향상시키는 원소이며 Mg와 Si의 결합비율(WT%)이 1.73 : 1이지만 본 발명 합금에서는 강도 향상과 압출성에 효과가 좋은 과잉 Si를 인위적으로 형성시키기 위하여 Si 원소를 적정비율보다 높게 첨가하여 강도 향상과 압출성을 향상시켰다. 그러나 Si는 이러한 특성이외에 과잉 Si가 많은 경우에는 압출재표면에 나쁜 영향을 끼치게 되어 Si의 양을 0.5WT% 이상으로 하한치를 설정하여 강도를 향상시키고 상한치를 0.9WT% 이하로 설정하여 압출성과 압출재표면에 악영향을 끼치는 것을 방지하였다.

또한 Mn은 필수적으로 첨가되는 원소중 가장 중요한 원소로서 Al과 결합하여 Al₆Mn, Al₁₂Mn등과 같은 분산상을 만들며, Al, Fe, Si 등과 결합하여 Al Fe Mn Si의 4원계 화합물을 형성한다.

이러한 분산상들은 압출후 시효처리전 기지(Matrix) 안에 0.05~0.5㎛크기의 미세한 상으로 균일하게 분산되어 중강도 압출제품에 요구되는 기계적 특성을 나타내게 된다.

또한 시효처리를 실시하면 Mn계 분산상들은 합금조직내에 미세하고 균일한 Mg₂Si를 안정상인(αAl Fe Mn)Si 화합물의 위치에 석출 분산시켜 고속압출시 3원 공정 융해에 의한 Pickup(압출재의 파단현상)을 억제시키고 불안정상태의 βAl Fe Si상을 안정상인 α상으로의 변태를 촉진시켜 crack tip에 집중되는 응력을 완화시켜 주는 역할을 한다.

통상 Mn의 양은 0.1WT%미만일때는 합금조직의 미세화효과가 낮아 강도향상의 효과가 낮고 1.5WT%를 초과시에는 강도향상의 초과가 나타나지 않고 오히려 강도를 저하시키는 작용을 하므로 Mn원소의 첨가량은 0.1~1.5WT%로 제한한다.

Fe는 Al 합금의 불순물로 함유되어 있으며 Al, Mn, Si 등과 결합하여 4원계 화합물을 형성하여 강도 향상에 기여하나 0.4WT%를 호과시에는 압출성과 연성을 지하시켜 0.4WT%이하로 제한 한다.

Zn은 Fe와 같이 강도 향상에 기여하나 열처리 공정(T6)을 실시하여야 특성이 나타나게 되어 첨가량이 많을 시 열처리 공정을 추가시켜야 하는 문제와 0.4WT%를 초과시 압출성을 저하시키므로 0.4WT% 이하로 제한 한다.

Cu는 첨가시 강도를 향상시키거나 0.5WT% 초과시에는 내식성 용접성 압출성을 저하시켜 0.5WT% 이하로 제한 한다.

Cr, Zr, Ti은 결정립을 미세화시켜 강도 향상시키는 작용을 수행하나 0.2WT% 이상 첨가시 압출성을 저하시켜 0.2WT% 이하로 제한 한다.

상술한 원소로 조성된 Al 합금 원소의 조성비에 따른 합금의 기계적 성질을 알아 보기 위하여 하기와 같이 시편을 제조하여 기계적 성질 및 압출 조건을 측정하는 시험을 실시하였다.

[실시예]

실시예는 Mg, Si, Cu, Cr, Mn, Fe, Zn, Zr 등의 첨가비를 변경하여 13회 실시 하였으며 실시조건은 800~820℃에서 용해하여 빌레트를 주조하고(690~700℃) 균질화처리(560~580℃ 8hr)후 압출기로 압출(465~475℃)한후 T5처리 (195~205℃×3hr)를 하였으며 그 결과를 Al 6063 및 6061의 결과처리와 비교하였으며 또한 무시효 처리한 시편이 결과치와도 비교한 비교포를 표 1에 도시하였다.

표 1의 실시결과를 비교하면 Mg0.49~0.65WT%, Si0.49~0.92WT%, Mn0.1~1.05WT%, Cu0.47WT%이하, Zn0.35WT%이하, Fe0.35WT%이하, Cr0.17WT%이하, Zr0.20WT%이하, Ti0.10WT%이하의 조성을 갖는 합금의 인장강도 및 항복강도 등의 기계적 성질이 비교예인 Al 6063, 특히 중강도 Al합금으로 알려진 Al 6061의 기계적 성질보다 우수하거나 동등하게 나타나고 있으며, 특히 Mn의 조성이 적은 경우 기계적 성질이 저하되어 Mn이 기계적 성질을 결정하는 중요 원소임을 알 수 있다.

압출조건에 있어서도 압출비, 압출압력, 압출속도에서도 비교예인 Al 6061, 압출속도가 높은 것으로 알려진 Al 6063에 비해 우수하거나 동등하게 나타나고 있음을 알 수 있으며 특히 압출 속도에 있어서는 Al 6061의 27m/min에 비해 우수하게 36~40m/min을 나타내고 있어 생산성이 매우 높은 것을 알 수 있다.

또한 압출후 무시효 처리된 Al 합금의 결과치에 알 수 있는 바와 같이 무시효 처리시에도 기계적 성질은 비교예인 열처리된 6063 AL-KS 인장 강도 규격값 157MPa 보다 27~34% 향상된 215MPa, 239MPa 정도의 기계적 성질을 나타내고 있으며 비교예인 6063 Al 6061 Al과도 동등한 인장 강도를 나태나고 있다.

압출속도에 있어서도 압출속도가 높은 Al 6063과 동등하며 Al 6061 보다는 높은 압출속도를 보여주고 있다.

따라서 상술한 내용을 종합하면 실시예의 조성을 갖는 Al 합금은 압출성형시 중강도로 알려진 6061 Al 합금의 기계적 성질과 동등하거나 우수하며 압출성에 있어서는 압출성이 좋은 6063 Al과 압출속도가 동등한 것을 알 수 있으며 특히 압출후 무시효처리시에도 높은 기계적 성질과 압출속도가 높아 대량생산시 열처리(T5)를 생략할 수 있으며 높은 압출성으로 중강도의 Al 합금을 경제적으로 생산성을 높여 제조할 수 있는 것이다.

[발명의 효과]

본 발명의 효과로서는 중강도의 Al 합금을 압출시 압출후 시효처리를 생략하여 열처리시 소요되는 에너지를 절약 및 공정간소화와 아울러 열처리시 발생되는 공해방지 효과와 높은 압출속도로 중강도의 A1 합금을 압출함으로서 생산성을 향상시켜 주는 효과가 있어 대량생산시 원가를 절감시켜 주는 막대한 효과가 있는 발명이다.

Claims

Al을 기지로 하여 Mg0.45~0.8WT%, Si0.5~0.9WT%, Mn0.1~1.5WT%, Cu0.5WT%이하, Zn, Fe 각 0.3WT%이하, Cr, Zr, Ti 각 0.2WT%이하로 첨가되어 조성됨을 특징으로 하는 압출용 중강도 알루미늄 합금.