KR100566360B1 - 알루미늄과 실리콘을 함유한 알루미늄 합금 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 알루미늄 합금에 관한 것으로, 이 합금은 마그네슘과 실리콘의 합금 혼합물을 0.5 ~ 2.5 중량 % 함유하고, Mg/Si의 몰 비는 0.70 내지 1.25의 사이에 있고, Si의 첨가량은 중량 %로 상기 합금에 존재하는 Fe, Mn 및 Cr의 함량의 대략 1/3과 동일하고, 나머지는 알루미늄으로 이루어지며, 불가피한 불순물들과 그 밖의 합금 작용제를 함유하고, 냉각 후에 균질화하도록 방치되고, 압출 전에 예열되고, 압출 및 시효 처리되며, 시효 처리는 160 ~ 220 ℃ 사이의 최종 온도에서 일어나고, 상기 압출된 제품의 냉각 후의 시효 처리는 이중 속도 시효 처리 작업으로 수행되고, 상기 이중 속도 시효 처리 작업에는, 30 ℃/시간을 초과하는 가열 속도로 100 ~ 170 ℃의 사이의 온도로 압출 제품을 가열하는 제1 단계와, 5 ~ 50 ℃/시간 사이의 가열 속도로 160 ~ 220 ℃의 최종 유지 온도로 압출 제품을 가열하는 제2 단계가 포함되고, 총 시효 처리 사이클은 3 ~ 24 시간의 사이에서 수행된다.

Description

알루미늄과 실리콘을 함유한 알루미늄 합금{ALUMINUM ALLOY CONTAINING ALUMINUM AND SILICON}
본 발명은, Mg/Si의 몰 비를 0.70 내지 1.25 사이로 하여 마그네슘과 실리콘의 합금 혼합물을 0.5 ~ 2.5 중량 % 함유하고, Si의 첨가량은 중량 %로 상기 합금에 존재하는 Fe, Mn 및 Cr의 함량의 대략 1/3과 동일하고, 그 밖의 합금 원소와 불가피한 불순물을 함유하고, 나머지는 알루미늄으로 이루어지는 것인 알루미늄 합금을 냉각 후에 균질화하고, 압출과 시효 처리 전에 예열하고, 압출 및 시효 처리하고, 상기 시효 처리는 압출 후에 160 내지 220 ℃ 사이의 최종 유지 온도로 이중 단계 시효 처리 작업으로 이루어지는 것인 알루미늄 합금의 처리 방법에 관한 것이다.
이러한 종류의 처리 방법은 WO 95.06759에 기재되어 있다. 이 특허 공보에 따르면, 시효 처리는 150 내지 200 ℃ 사이의 온도 및 10 ~ 100 ℃/시간, 바람직하게는 10 ~ 70 ℃/시간 사이의 가열 속도로 수행된다. 별도의 2 단계의 가열 계획이 제안되었는데, 여기서는 앞에서 특정된 범위 내의 전체 가열 속도를 얻도록 80 ~ 140 ℃의 범위의 유지 온도가 제안되었다.
Mg와 Si의 총량이 많은 것은 최종 제품의 기계적 성질에 긍정적인 영향을 주는 반면, 알루미늄 합금의 압출성에는 악영향을 미친다는 것으로 일반적으로 알려져 있다. 이전에는 Al-Mg-Si 합금의 경화상(hardening phase)은 Mg2Si에 가까운 조 성을 갖는 것으로 예상하였다. 그러나, 과량의 Si는 높은 기계적 성질을 산출한다는 것으로 알려져 있다.
뒤에 설명하는 실험은, 석출 과정은 매우 복잡하며, 평형 상을 제외하고는 수반되는 상은 Mg2Si의 화학량론 비율을 갖추지 못하였다는 것을 보여준다. 1998년에 발행된 에스. 제이. 앤더슨 등의 "Acta mater" 제46권 제9장 제3283면 ~ 제3298면에서는 Al-Mg-Si 합금의 경화상 중의 하나는 Mg5Si6에 가까운 조성을 갖춘다는 것을 시사하고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 최소량의 합금 작용제와 가능한 한 통상의 알루미늄 합금에 가까운 일반적인 조성을 갖춘 합금으로서 양호한 기계적 성질과 양호한 압출성을 갖춘 알루미늄 합금을 산출하는 알루미늄 합금의 처리 방법을 제공하려는 것이다. 이러한 목적 및 그 밖의 목적은, 100 ℃/시간을 초과하는 가열 속도로 100 ~ 170 ℃ 사이의 온도로 압출 제품을 가열하는 제1 단계와, 5 내지 50 ℃/시간 사이의 가열 속도로 최종 유지 온도로 압출 제품을 가열하는 제2 단계를 포함하고, 총 시효 처리 사이클은 3 내지 24 시간 사이에서 수행되는 시효 처리에 의해 달성된다.
최적의 Mg/Si 비율은 모든 가용 Mg 및 Si가 Mg5Si6 상으로 변태되는 것이다. Mg와 Si의 이러한 조합은 합금 원소 Mg와 Si를 최소한으로 사용하면서 최고의 기계 적 강도를 부여한다. 최대 압출 속도는 Mg/Si 비율에 거의 의존하지 않는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 최적의 Mg/Si 비율과 함께 Mg와 Si의 합량은 특정 강도 요구 조건에 따라 최소화되고, 따라서 이러한 합금은 최상의 압출성도 제공하게 된다. 본 발명에 따른 이중 속도의 시효 처리와 조합된 본 발명에 따른 조성을 이용함으로써, 최소의 총 시효 처리 시간으로 강도와 압출성이 최대로 되었다.
Mg5Si6 상에 부가하여, Mg5Si6 상 보다는 더 많은 Mg를 함유하는 다른 경화 상도 있다. 그러나, 이러한 상은 효과적이지 않고, Mg5Si6 상 만큼 기계적 강도에 기여를 하지도 못한다. Mg5Si6 상의 Si가 풍부한 측에는 경화 상이 거의 없을 것이며, 5/6보다 낮은 Mg/Si 비율은 이득이 없다.
기계적 강도에 대한 이중 속도의 시효 처리 공정의 긍정적 효과는, 낮은 온도에서의 연장된 시간이 대체로 고농도의 Mg-Si 석출물의 형성을 촉진한다는 사실로부터 설명할 수 있다. 만일 전체 시효 처리 작업이 그러한 온도에서 수행된다면, 전체 시효 처리 시간은 실용적 한계 이상으로 되고 시효 처리 오븐에서의 처리량은 너무 적게 된다. 최종 시효 처리 온도로의 온도의 느린 상승에 의해, 낮은 온도에서 응집된 다수의 석출물이 성장을 계속하게 된다. 그 결과는, 낮은 온도에서의 시효 처리되지만 총 시효 처리 시간이 상당히 짧은 것과 관련된 다수의 석출물과 기계적 강도 값이다.
2개 단계의 시효 처리는 기계적 강도도 증진시키지만, 제1 유지 온도로부터 제2 유지 온도로의 급속 가열로 인하여 가장 작은 석출물의 복귀라는 실질적인 변 화가 있고, 다수의 경화 석출물과 그 결과로서의 낮은 기계적 강도가 초래된다. 표준의 시효 처리 및 2 단계의 시효 처리에 비하여, 이중 속도 시효 처리 과정의 다른 장점은 느린 가열 속도로 인하여 작업물에서의 온도 분포가 양호하게 된다는 것이다. 작업물에서 압출의 온도 이력은 작업물의 크기, 압출물의 패킹 밀도와 벽두께에 거의 무관하게 된다. 그 결과는 다른 종류의 시효 처리 과정 보다 기계적 성질이 일관된다.
실온에서 느린 가열 속도로 출발하는 것인 WO 95.06759에 기재된 시효 처리 절차와 비교하면, 이중 속도 시효 처리 절차는 실온으로부터 100 내지 170 ℃ 사이의 온도로의 급속한 가열 속도를 적용함으로써 총 시효 처리 시간을 줄이게 된다. 산출 강도는, 실온에서 느린 가열이 시작된 것과 같이, 중간 온도에서 느린 가열이 시작되는 경우와 거의 동일하게 양호하게 된다.
예정하는 강도의 등급에 따라 본 발명의 범위 내에서 상이한 조성이 가능하다.
인장 강도가 F19 ~ 22급인 알루미늄 합금을 얻는 것이 가능하므로, 실리콘의 마그네슘 합금 혼합물 양은 중량 %로 0.60 내지 1.10 % 사이이다. 인장 강도가 F25 ~ F27급인 합금에 대해서는, 중량 %로 0.80 내지 1.40 사이의 마그네슘과 실리콘 합금 혼합물을 함유하는 알루미늄 합금을 이용할 수 있고, 인장 강도가 F29 ~ F31급인 합금에 대해서는, 중량 %로 1.10 내지 1.80 사이의 마그네슘과 실리콘 합금 혼합물을 함유하는 알루미늄 합금을 이용할 수 있다.
양호하게는, 본 발명에 따르면 0.60 내지 0.80 중량 % 사이의 합금 혼합물을 함유하는 합금에 의해 F19급(185 ~ 220 ㎫)의 인장 강도를 얻으며, 0.70 내지 0.90 중량 % 사이의 합금 혼합물을 함유하는 합금에 의해 F22급(215 ~ 250 ㎫)의 인장 강도를 얻으며, 0.85 내지 1.15 중량 %의 합금 혼합물을 함유하는 합금에 의해 F25급(245 ~ 270 ㎫)의 인장 강도를 얻으며, 0.95 내지 1.25 중량 % 사이의 합금 혼합물을 함유하는 합금에 의해 F27급(265 ~ 290 ㎫)의 인장 강도를 얻으며, 1.10 내지 1.40 중량 % 사이의 합금 혼합물을 함유하는 합금에 의해 F29급(285 ~ 310 ㎫)의 인장 강도를 얻으며, 1.20 내지 1.55 중량 % 사이의 합금 혼합물을 함유하는 합금에 의해 F31급(305 ~ 330 ㎫)의 인장 강도를 얻는다.
Cu의 첨가에 의해, 경험칙상으로 0.10 중량 % 마다 10 ㎫씩 기계적 강도가 증가하고, Mg와 Si만을 첨가하는 경우에 주어지는 것보다 더 높은 등급의 강도를 얻으면서 Mg와 Si의 총량은 감소될 수 있다.
전술한 이유로, Mg/Si의 몰 비는 0.75 내지 1.25, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 1.0 사이에 놓이는 것이 좋다.
본 발명의 양호한 실시예에서 최종 시효 처리 온도는 적어도 165 ℃이고, 더욱 양호하게는 시효 처리 온도는 최대 205 ℃이다. 이러한 양호한 온도를 이용하는 경우, 총 시효 처리 시간은 적당한 한계에 놓이면서도 기계적 강도는 최대화될 수 있다는 것이 밝혀졌다.
이중 속도 시효 처리 작업에서 총 시효 처리 시간을 줄이기 위해서는, 가능한 최고의 유효 가열 속도로 제1 가열 단계를 수행하는 것이 좋은데, 최고의 유효 가열 속도는 일반적으로 이용 가능한 장비에 의존한다. 따라서, 제1 가열 단계에서는 적어도 100 ℃/시간의 가열 속도를 이용하는 것이 양호하다.
제2 단계에서 가열 속도는 시간상의 총 효율과 합금의 최종 품질의 관점에서 최적화 되어야 한다. 이러한 이유로, 제2 가열 속도는 적어도 7 ℃/시간 및 최대 30 ℃/시간인 것이 좋다. 7 ℃/시간보다 낮은 가열 속도에서는 결과적으로 시효 처리 오븐에서의 처리량이 작아지면서 총 시효 처리 시간이 길어지게 되고, 30 ℃/시간보다 높은 가열 속도에서는 기계적 성질이 이상적인 것보다 낮아지게 된다.
합금의 높은 기계적 강도를 얻기 위해서는 제1 가열 단계는 130 ~ 160 ℃에서 종료하는 것이 좋은데, 이 온도에서는 Mg5Si6 상의 충분한 석출이 있다. 제1 단계의 낮은 종료 온도는 대체로 총 시효 처리 시간을 길어지게 한다. 총 시효 처리 시간은 최대 12 시간인 것이 좋다.
시효 처리 전에 거의 모든 Mg와 Si가 고상 용해된 압출 제품을 얻기 위해서는, 압출 중 및 압출 후의 냉각 중에 파리미터를 제어하는 것이 중요하다. 적절한 파라미터로 표준의 예열에 의해 이를 달성할 수 있다. 그러나, 압출 전의 예열 작업 중에 합금을 510 내지 560 ℃ 사이의 온도로 가열하는 예열 작업으로서, 그 후에 빌렛이 표준 압출 온도로 냉각되는 것인 EP 0302623에 기재된 소위 과열 처리를 이용함으로써, 합금에 첨가된 모든 Mg와 Si가 용해된다. 압출 제품의 적절한 냉각에 의해, Mg와 Si는 용해된 채로 유지되고 시효 처리 작업 중의 경화 석출물의 형성에 유효하다.
낮은 합금 조성에 있어서, 압출 파라미터가 올바르다면, 과열 없이 압출 작 업 중에 Mg와 Si의 용해를 달성할 수 있다. 그러나, 높은 합금 조성에서 표준의 예열 조건은 모든 Mg 및 Si가 고상 용해되기에는 항상 충분하지 않다. 그러한 경우에, 과열은 압출 공정을 더욱 확실하게 되도록 해주고, 프레스에서 프로파일이 만들어져 나올 때 항상 모든 Mg와 Si가 고상 용해 상태에 있게 해준다.
그 밖의 특징 및 장점은 이하의 본 발명에 따른 합금에 대한 다수 회의 시험에 대한 설명을 통하여 명백하다.
하기의 표들에 대한 설명으로서, 상이한 시효 처리 사이클이 도표상으로 도시되고 문자로 식별되는 도 1을 참조한다. 도 1에서, x-축은 총 시효 처리 시간을 나타내고 y-축을 따라 시간을 나타낸다.
실시예 1
하기의 표 1에 제시된 조성의 8개의 상이한 합금은 6060 합금에 대한 표준의 주조 조건에 따라 φ95 ㎜의 빌렛으로 주조되었다. 이 빌렛들은 대략 250 ℃/시간의 가열 속도와 575 ℃에서 2시간 15분의 유지 기간으로 균질화되고, 균질화 후에 냉각 속도는 대략 350 ℃/시간이었다. 소재는 최종적으로 200 ㎜의 빌렛으로 절단되었다.
합금 Si Mg Fe Si + Mg 합량
1 0.34 0.40 0.20 0.74
2 0.37 0.36 0.19 0.73
3 0.43 0.31 0.19 0.74
4 0.48 0.25 0.20 0.73
5 0.37 0.50 0.18 0.87
6 0.41 0.47 0.19 0.88
7 0.47 0.41 0.20 0.88
8 0.51 0.36 0.19 0.87
압출 시험은 압출 전에 빌렛을 가열하는 유도로와 φ100 ㎜의 용기를 장착한 800 톤 프레스에서 수행되었다.
압출성 시험에 이용된 다이에서는 폭이 0.5 ㎜이고 높이가 1 ㎜인 2개의 리브가 180 °로 떨어져 배치되고 직경이 7 ㎜인 원통형 로드가 산출되었다.
프로파일의 기계적 성질을 잘 측정하기 위하여 2 * 25 ㎟ 바아를 산출하는 다이로 별개의 시험이 수행되었다. 빌렛은 압출 전에 대략 500 ℃로 예열되었다. 압출 후에 프로파일은 유동없는 공기 중에서 냉각되었는데, 250 ℃ 이하의 온도로 하강하는 냉각 시간은 대략 2분이었다. 압출 후에 프로파일은 0.5 % 연신되었다. 시효 처리 전에 실온에서의 보관 시간이 제어되었다. 인장 시험에 의해 기계적 성질을 얻었다.
이들 합금에 대한 압출성 시험의 완전한 결과는 표 2 및 표 3에 나타낸다.
1번 ~ 4번 합금에 대한 압출 시험
합금번호 램 속도 mm/sec. 빌렛의 온도 ℃ 비고
1 16 502 이상 없음
1 17 503 이상 없음
1 18 502 인열
1 17 499 이상 없음
1 19 475 이상 없음
1 20 473 이상 없음
1 21 470 인열
2 16 504 이상 없음
2 17 503 작은 인열
2 18 500 인열
2 20 474 이상 없음
2 19 473 이상 없음
2 18 470 이상 없음
2 21 469 작은 인열
3 17 503 인열
3 16 505 이상 없음
3 15 504 이상 없음
3 19 477 이상 없음
3 18 477 이상 없음
3 20 472 이상 없음
3 21 470 인열
4 17 504 이상 없음
4 18 505 인열
4 16 502 이상 없음
4 19 477 이상 없음
4 20 478 이상 없음
4 20 480 작은 인열
4 21 474 인열
1번 ~ 4번 합금에서 Mg와 Si의 합량은 대략 동일하지만 Mg/Si 비율은 상이하고, 인열 전의 최대 압출 속도는 동등한 빌렛 온도에서 거의 동일하다.
5번 ∼ 8번 합금에 대한 압출 시험
합금번호 램 속도 mm/sec. 빌렛의 온도 ℃ 비고
5 14 495 이상 없음
5 14.5 500 인열
5 15 500 인열
5 14 500 작은 인열
5 17 476 인열
5 16.5 475 이상 없음
5 16.8 476 작은 인열
5 17 475 인열
6 14 501 작은 인열
6 13.5 503 이상 없음
6 14 505 인열
6 14.5 500 인열
6 17 473 인열
6 16.8 473 인열
6 16.5 473 이상 없음
6 16.3 473 이상 없음
7 14 504 인열
7 13.5 506 작은 인열
7 13.5 500 이상 없음
7 13.8 503 작은 인열
7 17 472 작은 인열
7 16.8 476 인열
7 16.6 473 이상 없음
7 17 475 인열
8 13.5 505 이상 없음
8 13.8 505 인열
8 13.6 504 이상 없음
8 14 505 인열
8 17 473 작은 인열
8 17.2 474 작은 인열
8 17.5 471 인열
8 16.8 473 이상 없음
5번 ~ 8번의 합금에서 Mg와 Si의 합량은 대략 동일하지만 Mg/Si 비율은 상이하고, 인열 전의 최대 압출 속도는 동등한 빌렛 온도에서 거의 동일하다. 그러나, Mg와 Si의 합량이 적은 1번 ~ 4번 합금을 5번 ~ 8번 합금과 비교하면, 1번 ~ 4번 합금에 대한 최대 압출 속도가 대체로 더 높다.
상이한 시효 처리 사이클에서 시효 처리된 상이한 합금의 기계적 성질을 표 4 ~ 표 11에 나타낸다.
이들 표에 대한 설명으로서, 상이한 시효 처리 사이클이 도표상으로 도시되고 문자로 식별되는 표 1을 참조한다. 도 1에서, x-축은 총 시효 처리 시간을 나타내고 y-축을 따라 시간을 나타낸다.
또한, 각각의 칸은 다음의 의미를 갖는다.
총 시간 = 시효 처리 사이클에 대한 총 시효 처리 시간
Rm = 최종 인장 강도
Rp02 = 항복 강도
AB = 파열에 이르는 연신
Au = 균일한 연신
이들 모든 데이터는 표준의 인장 시험에 의해 얻은 것으로, 표시된 수는 압출된 프로파일의 2개의 병행 시험된 시편의 평균이다.
1번 합금 - 0.40 Mg + 0.34 Si
총 시간 (시간〕 Rm Rp02 AB Au
A 3 143.6 74.0 16.8 8.1
A 4 160.6 122.3 12.9 6.9
A 5 170.0 137.2 12.6 5.6
A 6 178.1 144.5 12.3 5.6
A 7 180.3 150.3 12.3 5.2
B 3.5 166.8 125.6 12.9 6.6
B 4. 173.9 135.7 11.9 6.1
B 4.5 181.1 146.7 12.0 5.4
B 5 188.3 160.8 12.2 5.1
B 6 196.0 170.3 11.9 4.7
C 4 156.9 113.8 12.6 7.5
C 5 171.9 134.7 13.2 6.9
C 6 189.4 154.9 12.0 6.2
C 7 195.0 168.6 11.9 5.8
C 8 199.2 172.4 12.3 5.4
D 7 185.1 140.8 12.9 6.4
D 8.5 196.5 159.0 13.0 6.2
D 10 201.8 171.6 13.3 6.0
D 11.5 206.4 177.5 12.9 6.1
D 13 211.7 184.0 12.5 5.4
E 8 190.5 152.9 12.8 6.5
E 10 200.3 168.3 12.1 6.0
E 12 207.1 176.7 12.3 6.0
E 14 211.2 185.3 12.4 5.9
E 16 213.9 188.8 12.3 6.6
2번 합금 - 0.36 Mg + 0.37 Si
총 시간 〔시간〕 Rm Rp02 AB Au
A 3 150.1 105.7 13.4 7.5
A 4 164.4 126.1 13.6 6.6
A 5 174.5 139.2 12.9 6.1
A 6 183.1 154.4 12.4 4.9
A 7 185.4 157.8 12.0 5.4
B 3.5 175.0 135.0 12.3 6.3
B 4 181.7 146.6 12.1 6.0
B 4.5 190.7 158.9 11.7 5.5
B 5 195.5 169.9 12.5 5.2
B 6 202.0 175.7 12.3 5.4
C 4 161.3 114.1 14.0 7.2
C 5 185.7 145.9 12.1 6.1
C 6 197.4 167.6 11.6 5.9
C 7 203.9 176.0 12.6 6.0
C 8 205.3 178.9 12.0 5.5
D 7 195.1 151.2 12.6 6.6
D 8.5 208.9 180.4 12.5 5.9
D 10 210.4 181.1 12.8 6.3
D 11.5 215.2 187.4 13.7 6.1
D 13 219.4 189.3 12.4 5.8
E 8 195.6 158.0 12.9 6.7
E 10 205.9 176.2 13.1 6.0
E 12 214.8 185.3 12.1 5.8
E 14 216.9 192.5 12.3 5.4
E 16 221.5 196.9 12.1 5.4
3번 합금 - 0.31 Mg + 0.43 Si
총 시간 〔시간〕 Rm Rp02 AB Au
A 3 154.3 111.0 15.0 8.2
A 4 172.6 138.0 13.0 6.5
A 5 180.6 148.9 13.0 5.7
A 6 189.7 160.0 12.2 5.5
A 7 192.5 164.7 12.6 5.3
B 3.5 187.4 148.9 12.3 6.3
B 4. 193.0 160.3 11.5 5.9
B 4.5 197.7 168.3 11.6 5.1
B 5 203.2 177.1 12.4 5.5
B 6 205.1 180.6 11.7 5.4
C 4 170.1 127.4 14.3 7.5
C 5 193.3 158.2 13.4 6.2
C 6 207.3 179.2 12.6 6.4
C 7 212.2 185.3 12.9 5.7
C 8 212.0 188.7 12.3 5.6
D 7 205.6 157.5 13.2 6.7
D 8.5 218.7 190.4 12.7 6.0
D 10 219.6 191.1 12.9 6.7
D 11.5 222.5 197.5 13.1 5.9
D 13 226.0 195.7 12.2 6.1
E 8 216.6 183.5 12.6 6.8
E 10 217.2 190.4 12.6 6.9
E 12 221.6 193.9 12.4 6.6
E 14 225.7 200.6 12.4 6.0
E 16 224.4 197.8 12.1 5.9
4번 합금 - 0.25 Mg + 0.48 Si
총 노후시간 〔시간〕 Rm Rp02 AB Au
A 3 140.2 98.3 14.5 8.6
A 4 152.8 114.6 14.5 7.2
A 5 166.2 134.9 12.7 5.9
A 6 173.5 141.7 12.8 5.7
A 7 178.1 147.6 12.3 5.2
B 3.5 165.1 123.5 13.3 6.4
B 4 172.2 136.4 11.8 5.7
B 4.5 180.7 150.2 12.1 5.2
B 5 187.2 159.5 12.0 5.6
B 6 192.8 164.6 12.1 5.0
C 4 153.9 108.6 13.6 7.7
C 5 177.2 141.8 12.0 6.5
C 6 190.2 159.7 11.9 5.9
C 7 197.3 168.6 12.3 6.1
C 8 197.9 170.6 12.5 5.6
D 7 189.5 145.6 12.3 6.4
D 8.5 202.2 171.6 12.6 6.1
D 10 207.9 178.8 12.9 6.0
D 11.5 210.7 180.9 12.7 5.6
D 13 213.3 177.7 12.4 6.0
E 8 195.1 161.5 12.8 5.9
E 10 205.2 174.1 12.5 6.4
E 12 208.3 177.3 12.8 5.6
E 14 211.6 185.9 12.5 6.3
E 16 217.6 190.0 12.4 6.2
5번 합금 - 0.50 Mg + 0.37 Si
총 시간 〔시간〕 Rm Rp02 AB Au
A 3 180.6 138.8 13.9 7.1
A 4 194.2 155.9 13.2 6.6
A 5 203.3 176.5 12.8 5.6
A 6 210.0 183.6 12.2 5.7
A 7 211.7 185.9 12.1 5.8
B 3.5 202.4 161.7 12.8 6.6
B 4 204.2 170.4 12.5 6.1
B 4.5 217.4 186.7 12.1 5.6
B 5 218.9 191.5 12.1 5.5
B 6 222.4 198.2 12.3 6.0
C 4 186.6 136.4 15.1 10.0
C 5 206.2 171.2 13.4 7.1
C 6 219.2 191.2 12.9 6.2
C 7 221.4 194.4 12.1 6.1
C 8 224.4 202.8 11.8 6.0
D 7 213.2 161.5 14.0 7.5
D 8.5 221.5 186.1 12.6 6.7
D 10 229.9 200.8 12.1 5.7
D 11.5 228.2 200.0 12.3 6.3
D 13 233.2 198.1 11.4 6.2
E 8 221.3 187.7 13.5 7.4
E 10 226.8 196.7 12.6 6.7
E 12 227.8 195.9 12.8 6.6
E 14 230.6 200.5 12.2 5.6
E 16 235.7 207.9 11.7 6.4
6번 합금 - 0.47 Mg + 0.41 Si
총 시간 〔시간〕 Rm Rp02 AB Au
A 3 189.1 144.5 13.7 7.5
A 4 205.6 170.5 13.2 6.6
A 5 212.0 182.4 13.0 5.8
A 6 216.0 187.0 12.3 5.6
A 7 216.4 188.8 11.9 5.5
B 3.5 208.2 172.3 12.8 6.7
B 4 213.0 175.5 12.1 6.3
B 4.5 219.6 190.5 12.0 6.0
B 5 225.5 199.4 11.9 5.6
B 6 225.8 202.2 11.9 5.8
C 4 195.3 148.7 14.1 8.1
C 5 214.1 178.6 13.8 6.8
C 6 227.3 198.7 13.2 6.3
C 7 229.4 203.7 12.3 6.6
C 8 228.2 200.7 12.1 6.1
D 7 222.9 185.0 12.6 7.8
D 8.5 230.7 194.0 13.0 6.8
D 10 236.6 205.7 13.0 6.6
D 11.5 236.7 208.0 12.4 6.6
D 13 239.6 207.1 11.5 5.7
E 8 229.4 196.8 12.7 6.4
E 10 233.5 199.5 13.0 7.1
E 12 237.0 206.9 12.3 6.7
E 14 236.0 206.5 12.0 6.2
E 16 240.3 214.4 12.4 6.8
7번 합금 - 0.41 Mg + 0.47 Si
총 시간 〔시간〕 Rm Rp02 AB Au
A 3 195.9 155.9 13.5 6.6
A 4 208.9 170.0 13.3 6.4
A 5 216.2 188.6 12.5 6.2
A 6 220.4 195.1 12.5 5.5
A 7 222.0 196.1 11.5 5.4
B 3.5 216.0 179.5 12.2 6.4
B 4 219.1 184.4 12.2 6.1
B 4.5 228.0 200.0 11.9 5.8
B 5 230.2 205.9 11.4 6.1
B 6 231.1 211.1 11.8 5.5
C 4 205.5 157.7 15.0 7.8
C 5 225.2 190.8 13.1 6.8
C 6 230.4 203.3 12.0 6.5
C 7 234.5 208.9 12.1 6.2
C 8 235.4 213.4 11.8 5.9
D 7 231.1 190.6 13.6 7.6
D 8.5 240.3 208.7 11.4 6.3
D 10 241.6 212.0 12.5 7.3
D 11.5 244.3 218.2 11.9 6.3
D 13 246.3 204.2 11.3 6.3
E 8 233.5 197.2 12.9 7.6
E 10 241.1 205.8 12.8 7.2
E 12 244.6 214.7 11.9 6.5
E 14 246.7 220.2 11.8 6.3
E 16 247.5 221.6 11.2 5.8
8번 합금 - 0.36 Mg + 0.51 Si
총 시간 〔시간〕 Rm Rp02 AB Au
A 3 200.1 161.8 13.0 7.0
A 4 212.5 178.5 12.6 6.2
A 5 221.9 195.6 12.6 5.7
A 6 222.5 195.7 12.0 6.0
A 7 224.6 196.0 12.4 5.9
B 3.5 222.2 186.9 12.6 6.6
B 4 224.5 188.8 12.1 6.1
B 4.5 230.9 203.4 12.2 6.6
B 5 231.1 211.7 11.9 6.6
B 6 232.3 208.8 11.4 5.6
C 4 215.3 168.5 14.5 8.3
C 5 228.9 194.9 13.6 7.5
C 6 234.1 206.4 12.6 7.1
C 7 239.4 213.3 11.9 6.4
C 8 239.1 212.5 11.9 5.9
D 7 236.7 195.9 13.1 7.9
D 8.5 244.4 209.6 12.2 7.0
D 10 247.1 220.4 11.8 6.7
D 11.5 246.8 217.8 12.1 7.2
D 13 249.4 223.7 11.4 6.6
E 8 243.0 207.7 12.8 7.6
E 10 244.8 215.3 12.4 7.4
E 12 247.6 219.6 12.0 6.9
E 14 249.3 222.5 12.5 7.1
E 16 250.1 220.8 11.5 7.0
이들 결과에 기초하여 다음과 같이 평할 수 있다.
A-사이클로 총 6 시간 시효 처리한 후에 1번 합금의 최종 인장 강도(UTS)는 180 ㎫ 보다 약간 낮았다. 이중 속도 시효 처리 사이클로 UTS 값은 더 높아지지만, B-사이클로 5 시간 처리한 후에도 여전히 190 ㎫을 초과하지 않고, c-사이클로 7 시간 처리한 후에도 195 ㎫이었다. D-사이클의 경우에 UTS 값은 210 ㎫에 달하지만, 시효 처리 시간이 13 시간이 되기 전에는 그러하지 못하였다.
A-사이클로 총 6 시간 시효 처리한 후에 2번 합금의 최종 인장 강도(UTS)는 180 ㎫를 약간 초과하였다. UTS 값은 B-사이클로 5 시간 처리한 후에 195 ㎫이고, C-사이클로 7 시간 처리한 후에는 205 ㎫이었다. D-사이클의 경우에 UTS 값은 9 시간 처리 후에 대략 210 ㎫, 12 시간 처리 후에는 215 ㎫에 달하였다.
Mg가 풍부한 측에서 Mg5Si6 라인에 가장 근접한 3번 합금은 1번 ~ 4번 합금 중 가장 높은 기계적 성질을 나타내었다. A-사이클 후에는 총 6 시간 처리 후의 UTS가 190 ㎫이었다. B-사이클에서 5 시간 후의 UTS는 205 ㎫에 근접하고, C-사이클에서 7 시간 후에는 210 ㎫을 약간 초과하였다. 9 시간의 D-시효 사이클에서 UTS는 220 ㎫에 근접하였다.
4번 합금은 2번 및 3번 합금보다 낮은 기계적 성질을 나타내었다. A-사이클에서 총 6 시간 후에 UTS는 175 ㎫ 이하이다. 10 시간의 D-사이클로 UTS는 210 ㎫에 근접한다.
이들 결과는 Mg와 Si의 최소 합량으로 최상의 기계적 성질을 얻기 위한 최적의 조성은 Mg가 풍부한 측에서 Mg5Si6 라인에 가장 근접하는 것임을 확연히 보여준다.
Mg/Si 비율과 관련된 다른 중요한 점은 낮은 비율이 최대 강도를 얻는 데 있어 시효 처리 시간을 더 짧게 해준다는 것이다.
5번 ~ 8번 합금은 1번 ~ 4번 합금의 경우보다 더 높은 Mg와 Si의 일정 합량은 갖춘 것이다. Mg5Si6 라인에 대해 비교하면, 5번 ~ 8번 합금은 모두 Mg5Si 6의 Mg가 풍부한 측에 있는 것이다.
Mg5Si6 라인에서 가장 멀리 있는 5번 합금은 4개의 상이한 5번 ~ 8번 합금 중에서 가장 낮은 기계적 성질을 나타내었다. A-사이클에서 총 6 시간 이후에 5번 합금은 대략 210 ㎫의 UTS 값을 갖는다. 8번 합금은 동일한 사이클 후에 220 ㎫의 UTS 값을 갖는다. C-사이클에서 총 7 시간을 처리한 5번과 8번 합금의 UTS 값은 각각 220과 240 ㎫이다. D-사이클에서 9 시간을 처리한 경우의 UTS 값은 대략 225 및 245 ㎫이다.
이는 Mg5Si6 라인에 가장 가까운 합금으로 최고의 기계적 성질을 얻는다는 것을 보여준다. 1번 ~ 4번 합금에서와 같이, 이중 속도 시효 처리 사이클의 이득은 Mg5Si6 라인에 가장 가까운 합금에서 가장 높은 것으로 보인다.
최대 강도를 위한 시효 처리 시간은 1번 ~ 4번 합금보다는 5번 ~ 8번 합금에서 더 짧은 것으로 보인다. 시효 처리 시간은 합금의 함유량이 증대될수록 짧아지므로, 이는 예상했던 바이다. 또한, 5번 ~ 8번 합금에 있어서, 시효 처리 시간은 5번 합금보다는 8번 합금의 경우에 약간 더 짧은 것으로 보인다.
총 연신 값은 시효 처리 사이클에 거의 무관한 것으로 보인다. 이중 속도 시효 처리 사이클에서 강도 값이 더 높을지라도, 최고의 강도에서의 총 연신 값(AB)은 12 % 내외이다.
실시예 2
실시예 2는 6061 합금의 직접 가열 및 과열 빌렛으로부터 얻은 프로파일의 최종 인장 강도를 나타낸다. 직접 가열된 빌렛은 표에 나타낸 온도로 가열되고, 프로파일 표면이 열화되기 전의 최대 속도 미만의 압출 속도에서 압출된 것이다. 과열 빌렛은 가스 점화로 내에서 합금의 고상 용해 온도(solvus)를 초과하는 온도로 예열된 후, 표 12에 나타낸 표준 압출 온도로 냉각되었다. 압출 후에 프로파일은 수냉되고 표준 시효 처리 사이클에 의해 최고 강도까지 시효 처리되었다.
AA6061 합금의 직접 가열 및 과열 빌렛으로부터의 프로파일의 상이한 위치에서의 최종 인장강도(UTS)
예열 빌렛 온도 ℃ UTS (앞쪽) MPa UTS (중간) MPa UTS (뒤쪽) MPa
직접 가열 470 287.7 292.6 293.3
직접 가열 472 295.3 293.9 296.0
직접 가열 471 300.8 309.1 301.5
직접 가열 470 310.5 318.1 315.3
직접 가열 482 324.3 312.6 313.3
직접 가열 476 327.1 334.0 331.9
직접 가열 476 325.7 325.0 319.5
직접 가열 475 320.2 319.0 318.8
직접 가열 476 316.0 306.4 316.0
직접 가열 485 329.1 329.8 317.4
직접 가열 501 334.7 324.3 331.2
직접 가열 499 332.6 327.8 322.9
직접 가열 500 327.8 329.8 318.8
직접 가열 505 322.9 322.2 318.1
직접 가열 502 325.7 329.1 334.7
직접 가열 506 336.0 323.6 311.2
직접 가열 500 329.1 293.9 345.0
직접 가열 502 331.2 332.6 335.3
직접 가열 496 318.8 347.8 294.6
직접 가열한 빌렛에 대한 평균 UTS 및 표준 편차 320.8/13.1 319.6/14.5 317.6/13.9
과열 506 333.3 325.7 331.3
과열 495 334.0 331.9 335.3
과열 493 343.6 345.0 333.3
과열 495 343.6 338.8 333.3
과열 490 339.5 332.6 327.1
과열 499 346.4 332.6 331.2
과열 496 332.6 335.3 331.9
과열 495 330.5 331.2 322.9
과열 493 332.6 334.7 333.3
과열 494 331.2 334.0 328.4
과열 494 329.1 338.8 337.4
과열 459 345.7 337.4 344.3
과열 467 340.2 338.1 330.5
과열 462 344.3 342.9 331.9
과열 459 334.0 329.8 326.4
과열 461 331.9 326.4 324.3
과열 빌렛에 대한 평균 UTS 및 표준 편차 337/5.9 334.7/5.2 331.4/5.0
과열 처리를 이용함으로써 기계적 성질은 대체로 높아지고, 과열이 없는 것보다는 더욱 일관된다. 또한, 기계적 성질은 과열에 의해 실제로 압출 전의 빌렛 온도에 무관하게 된다. 이는 높고 일관된 기계적 성질을 부여하는 것과 관련하여 압출 공정을 더욱 확실하게 해주고, 낮은 합금 조성에서 기계적 성질에 대한 요구 조건으로 낮추어진 낮은 안전 여유로 작업할 수 있게 해준다.

Claims (21)

  1. Mg/Si의 몰 비를 0.70 내지 1.25 사이로 하여 마그네슘과 실리콘의 합금 혼합물을 0.5 ~ 2.5 중량 % 함유하고, Si의 첨가량은 중량 %로 상기 합금에 존재하는 Fe, Mn 및 Cr의 함량의 1/3과 동일하고, 그 밖의 합금 원소와 불가피한 불순물을 함유하고, 나머지는 알루미늄으로 이루어진 알루미늄 합금으로서,
    냉각 후에 균질화되고, 압출과 시효 처리 전에 예열되며, 상기 시효 처리는 압출 후에 165 내지 205 ℃ 사이의 최종 유지 온도로의 이중 단계 시효 처리 작업으로서 이루어지는 알루미늄 합금에 있어서,
    상기 시효 처리는, 100 ℃/시간을 초과하는 가열 속도로 100 ~ 170 ℃ 사이의 온도로 압출물을 가열하는 제1 단계와, 7 내지 30 ℃/시간 사이의 가열 속도로 최종 유지 온도로 압출물을 가열하는 제2 단계를 포함하고, 총 시효 처리 사이클은 3 내지 24 사이의 시간에 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 합금은, 중량 %로 0.60 내지 1.10 사이의 마그네슘과 실리콘의 합금 혼합물을 함유하고, F19 ~ F22급의 인장 강도를 갖추는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 합금은, 중량 %로 0.80 내지 1.40 사이의 마그네슘과 실리콘의 합금 혼합물을 함유하고, F25 ~ F27급의 인장 강도를 갖추는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 합금은, 중량 %로 1.10 내지 1.80 사이의 마그네슘과 실리콘의 합금 혼합물을 함유하고, F29 ~ F31급의 인장 강도를 갖추는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 합금은, 중량 %로 0.60 내지 0.80 사이의 마그네슘과 실리콘의 합금 혼합물을 함유하고, F19급(185 ~ 220 ㎫)의 인장 강도를 갖추는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 합금은, 중량 %로 0.70 내지 0.90 사이의 마그네슘과 실리콘의 합금 혼합물을 함유하고, F22급(215 ~ 250 ㎫)의 인장 강도를 갖추는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 합금은, 중량 %로 0.85 내지 1.15 사이의 마그네슘과 실리콘의 합금 혼합물을 함유하고, F25급(245 ~ 270 ㎫)의 인장 강도를 갖추는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 합금은, 중량 %로 0.95 내지 1.25 사이의 마그네슘과 실리콘의 합금 혼합물을 함유하고, F27급(265 ~ 290 ㎫)의 인장 강도를 갖추는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 합금은, 중량 %로 1.10 내지 1.40 사이의 마그네슘과 실리콘의 합금 혼합물을 함유하고, F29급(285 ~ 310 ㎫)의 인장 강도를 갖추는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 합금은, 중량 %로 1.20 내지 1.55 사이의 마그네슘과 실리콘의 합금 혼합물을 함유하고, F31급(305 ~ 330 ㎫)의 인장 강도를 갖추는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    Mg/Si의 몰 비는 0.70 이상인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    Mg/Si의 몰 비는 최대 1.25인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 가열 단계의 종료 시에 온도는 130 내지 160 ℃ 사이인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
  18. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    총 시효 처리 시간은 5 시간 이상인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
  19. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    총 시효 처리 시간은 최대 12 시간인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
  20. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    압출 전의 예열 중에 상기 합금은 510 내지 550 ℃ 사이의 온도로 가열되고, 그 후에 상기 합금은 표준 압출 온도로 냉각되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
  21. 삭제
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