KR100648487B1

KR100648487B1 - 내열 알루미늄 다이캐스트 재료

Info

Publication number: KR100648487B1
Application number: KR1020020016994A
Authority: KR
Inventors: 타카사키노리마사; 요시무라유유코
Original assignee: 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2006-11-24
Also published as: DE60208944D1; EP1253210A1; CA2379432C; CA2379432A1; CN1269982C; JP4648559B2; DE60208944T2; DE60208944T8; EP1253210B1; KR20020077184A; TW588112B; JP2002294380A; US6706242B2; CN1392276A; US20030047250A1; AU778709B2; AU2762602A

Abstract

본 발명은 내열 알루미늄 다이캐스트 재료에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 피스톤과 같은 내연기관의 부품에 적합한 내열 알루미늄 다이캐스트 재료에 관한 것이다.

본 발명은 12.5%∼14.0%의 Si, 3.0%∼4.5%의 Cu, 1.4%∼2.0%의 Mg 및 1.12%∼2.4%의 Zn을 포함하는 내열 알루미늄 다이캐스트 재료에 관한 것이다.

Al-Si-Cu합금에 기계적 강도와 시즈특성을 개선하기 위해 적량의 Mg와 Zn을 첨가하면 다이캐스트 금속의 시효경화처리가 가능해진다.

다이캐스트재, 합금재, 피스톤재

Description

내열 알루미늄 다이캐스트 재료{HEAT RESISTANT Al DIE CAST MATERIAL}

도 1은 본 발명 다이캐스트 금속의 시즈특성을 나타내는 그래프이고,

도 2a와 2b는 온도와 시간의 경과에 따른 경도감소와의 관계를 나타내는 그래프이다.

종래의 내열 알루미늄 재료들은 내마모성, 시즈 저항성, 내열성을 얻기 위해 Al(알루미늄)에 Si, Cu, Mg, Ni 및 Ti등의 원소를 목적에 맞추어 첨가하는 구성을 가지고 있었다. 내열 Al재료의 가장 중요한 용도는 내연기관의 구성부품인 피스톤이다. "알루미늄 합금 주물"은 JIS H 5202(1992)에 규격화되어 있다. 표 1은 합금의 종류와 그 기호를, 표 2는 화학성분을, 표 3은 금형시험편의 기계적 성질을 나타낸다. 아래의 표 1∼표 3은 JIS의 표 1∼표 3을 요약한 것이다.

기호	합금의 종류	주형의 종류	참고
기호	합금의 종류	주형의 종류	합금의 특성	용도례
AC8A	Al-Si-Cu-Ni-Mg	금형	내열성 우수, 내마모성 우수, 열팽창계수 작음, 인장강도 높음	자동차·디젤엔진의 피스톤, 선박용 피스톤, 풀리, 베어링 등
AC8B	Al-Si-Cu-Ni-Mg	금형	상동	자동차용 피스톤, 풀리, 베어링 등
AC8C	Al-Si-Cu-Ni-Mg	금형	상동	자동차용 피스톤, 풀리, 베어링 등

표 1의 오른쪽 항 용도례에 나타난 것과 같이, AC8A, AC8B 및 AC8C 알루미늄합금주물은 자동차용 피스톤으로 사용된다.

표 1의 세 번째 열 "주형의 구분" 아래에 나열된 "금형"은 통상의 금형 주조품을 나타낸다.

기호

화학성분(단위%)

Cu

Si

Mg

Zn

Fe

Mn

Ni

Ti

Pb

Sn

Cr

Al

AC8A

0.8∼1.3

11.0∼ 13.0

0.7∼ 1.3

0.15이하

0.8 이하

0.15이하

0.8∼ 1.5

0.20이하

0.05이하

0.10이하

잔부

AC8B

2.0∼4.0

8.5∼ 10.5

0.50∼1.5

0.50이하

1.0 이하

0.50이하

1.10∼1.0

0.20이하

0.10이하

잔부

AC8C

2.0∼4.0

8.5∼ 10.5

0.50∼1.5

0.50이하

1.0 이하

0.50이하

0.20이하

0.10이하

잔부

표 2는 AC8A, AC8B 및 AC8C 알루미늄 합금 다이캐스트 재료의 화학적 성분을 나타낸다. AC8A는 Al-Si-Cu-Ni-Mg 합금으로서, 0.8∼1.3%의 Cu, 11.0∼13.0%의 Si, 0.7∼1.3%의 Mg 및 0.8∼1.5%의 Ni를 포함한다. AC8B는 Al-Si-Cu-Ni-Mg합금으로서 2.0∼4.0의 Cu, 8.5∼10.5의 Si, 0.5∼1.5%의 Mg 및 0.1∼1.0%의 Ni를 포함한다. AC8C는 Al-Si-Cu-Ni-Mg 합금으로서 2.0∼4.0%의 Cu, 8.5∼10.5의 Si, 0.5∼1.5%의 Mg 및 0.5∼1.5의 Ni를 포함한다.

표 2에 표시된 것처럼, Zn의 함량은 AC8A에서는 0.15%이하이고, AC8B와 AC8C 에서는 0.50%이하이다. "이하"라는 것은 Zn의 함량이 0%일 수도 있다는 것이다. 다시 말해, Zn의 함량은 상기의 양(0.15% 혹은 0.50%)을 초과해서는 안 된다.

성질	기호	인장시험			참고
		인장 강고 N/㎟	신장 %	브린넬 경도HB (10/500)	열처리
					어닐링		고용화 열처리		고용화 열처리
					온도 ℃	시간 h	온도 ℃	시간 h	온도 ℃	시간 h
생(生)주조물	AC8A-F	170이상	-	약85	-	-	-	-	-	-
시효경화처리	AC8A-T5	190이상	-	약90	-	-	-	-	약200	약4
고용화열처리후 시효경화처리	AC8A-T6	270이상	-	약110	-	-	약510	약4	약170	약10
생주조물	AC8B-F	170이상	-	약85	-	-	-	-	-	-
시효경화처리	AC8B-T5	180이상	-	약90	-	-	-	-	약200	약4
고용화열처리후 시효경화처리	AC8B-T6	270이상	-	약110	-	-	약510	약4	약170	약10
생주조물	AC8C-F	170이상	-	약85	-	-	-	-	-	-
시효경화처리	AC8C-T5	180이상	-	약90	-	-	-	-	약200	약4
고용화열처리후 시효경화처리	AC8C-T6	270이상	-	약110	-	-	약510	약4	약170	약10

표 3은 금형 시험편의 기계적 성질과 어떠한 처리(열처리)를 하였는가에 대한 정보, 및 어떠한 처리를 한 경우에는 그 처리의 종류를 나타내고 있다. 예를 들어 기호 AC8A, AC8B 및 AC8C에서와 같이 "F"가 붙어있는 경우는 주조과정만을 거친 합금을 나타낸다. "T5"가 붙어있는 것은 시효경화처리(Age hardening)된 합금을 나타낸다. "T6"가 붙어있는 것은 고용화열처리(Heat Treatment)후 시효경화처리된 합금을 나타낸다. 예를 들어 마지막 행의 AC8C-T6 합금은 약 510℃에서 약 4시간동안 고용화 열처리 한 후에, 약 170℃에서 약 10시간 동안 시효경화처리한 것이다. 표 3의 세 번째 열은 인장강도를 나타낸다. 인장강도는 "F"에 비해서는 "T5"가 높고, "T5"에 비해서는 "T6"이 높다. 그러므로, "T5"나 "T6"처리는 강도를 증가시키는데 사용될 수 있다. 이러한 처리들은 또한 어닐링하는 동안의 치수안정성의 향상에도 효과적이다.

JIS H 5302 Al합금 다이캐스트 참고표 1 생주물 다이캐스트 시험편의 기계적 성질

종류	기호	인장시험
		인장강도N/㎟		신장%
		평균값	표준편차	평균값	표준편차
10종	ADC10	245	20	2.0	0.6
12종	ADC12	225	39	1.5	0.6

표 4는 JIS H 5302(1990)에 있는 참고표 1이다. ADC10과 ADC12는 모두 Al-Si-Cu합금으로 Mg는 포함하지 않는다. 그들의 조성은 JIS H 5302(1990)에 기재되어 있으며, 여기에서는 생략하겠다. ADC10과 ADC12는 상기에서 설명한 AC8A, AC8B 및 AC8C와는 그 조성이 다른 알루미늄합금 다이캐스트 금속이다.

생주물인 ADC10은 표 4의 세 번째 열에 나타나 있듯이 245N/㎟의 인장강도를 가진다. ADC10은 상기에서 언급한, 인장강도가 모두 170N/㎟이상인 AC8A-F, AC8B-F 및 AC8C-F와는 상이한 조성과 더 큰 인장강도를 가진다. ADC12도 유사한 성질을 가진다.

이는 통상의 금형주조는 중력주조에 의하는데 비해, 다이캐스트는 고압주조에 의한다. 고압주조에 의하면 더욱 치밀화 된 조직을 얻을 수 있으며, 또한 이로 인한 강도의 증가를 얻을 수 있다.

본 발명의 발명자들은 다이캐스트 금속에 일정한 처리를 함으로써 높은 강도 를 얻을 수 있다는 것을 알아내게 되었는데, 즉 AC8A합금을 시효경화처리(T5)하면 인장강도는 170N/㎟에서 190N/㎟으로 증가하며, 고용화열처리 후 시효경화처리(T6)를 하면 AC8A의 인장강도는 170N/㎟에서 270N/㎟으로 증가한다는 것이다.

발명자들은 우선 AC8A 다이캐스트 금속을 제조하고, 이를 고용화열처리 후 시효경화처리(T6)하는 실험을 하였다.

그 결과, AC8A-T6 금속은 블리스터(부풀음)가 전체적으로 발생하여 사용할 수 없었다. 이는 주조과정 중에 합금에 공기나 다른 기체들이 혼입되어, 기포가 다이캐스트 내부에 남아있는 것으로 생각된다. 이 기포들은 약 510℃에서의 고용화열처리 과정 중에 그 열에 의해 팽창하여 알루미늄합금을 부풀게 하고, 열에 의해 연화되게 한다.

한편, 시효경화처리(T5)를 위한 어닐링 온도는 약 200℃이다. 그럼에도 불구하고, 다이캐스트 AC8A-T5 금속에서도 약한 정도로 블리스터가 발생한다. 이러한 현상을 피하기 위해서 JIS에서는 ADC의 조성을 AC의 조성과 다르게 하였다는 것을 알 수 있게 되었다.

그러나, 본 발명의 발명자들은 AC의 조성을 변화시킴으로써, AC조성을 가지는 다이캐스트에 시효경화처리(T5)가 가능할 것이라고 생각하였고, 다양한 연구의 결과 발명자들은 T5처리가 가능한 AC 다이캐스트 조성을 찾아내게 되었다.

본 발명은 12.5∼14.0%의 Si, 3.0∼4.5%의 Cu, 1.4∼2.0%의 Mg 및 1.12∼2.4%의 Zn을 포함하는 내열 알루미늄 다이캐스트 재료를 제공한다.

상기에 있어서, 상기 다이캐스트 재료는 주조 후 시효경화처리 된다.

상기 조성을 가지는 다이캐스트 재료에 대해서 시효경화처리가 가능하므로, 그 재료는 높은 기계적 강도와 시즈에 대한 저항성을 제공한다. 더구나, Zn의 함량이 1.12%미만이면 그 다이캐스트 금속은 어닐 크랙이 생기기 쉽다. 또, Zn함량이 2.4%를 초과하면 인성이 저하된다. 그러므로 Zn함량은 1.12∼2.4%가 좋다.

적량의 Mg와 Zn을 Al-Si-Cu합금에 첨가함으로써, 다이캐스트 금속의 열처리가 가능해지지만, 이러한 종류의 합금은 종래에는 실용화되지 못하였는데, 이는 그러한 종류의 합금이 다이캐스트 합금의 중요한 요소인 어닐 크랙에 대해 너무 민감하기 때문이었다.

예를 들어, JIS H 5302(1990)의 ADC14 "다이캐스트 알루미늄합금" 조성(16.0∼18.0%의 Si, 4.0∼5.0%의 Cu 및 0.45∼0.65%의 Mg)을 가지는 두꺼운 주조금속은 주조 후에 많은 미소크랙이 나타나는 경향이 있다.

또한, 14.0%의 Si, 3.3%의 Cu 및 1.4%의 Mg의 조성을 가지는 합금도 주조 후에 미소크랙이 나타난다.

이러한 문제는 Cu와 Mg의 양에 따라, (3원)공정(共晶)온도가 536℃까지 낮아지기 때문이다. 완제품 형상의 금형 안에서 용융된 금속이 고화되며 수축되는 과정에서, 공정온도가 낮아짐에 따라 어닐링된 재료가 충분한 강도를 가지기 전에 다이캐스트 금속의 두꺼운 부분과 얇은 부분이 서로 만나는 지점에 수축응력이 집중되기 때문이다. 그 결과 금속에는 어닐 크랙이 나타나는 것이다.

이러한 미소 크랙을 방지하기 위해 Zn을 첨가하여 왔다. 그 결과 다른 원소 들과 함께 Mg와 동량의 Zn을 알루미늄에 첨가하면, 공정온도가 547℃∼554℃까지 상승하는 것을 찾아내게 되었다. 나아가, Zn의 농도가 Mg의 80%∼120%이 되는 경우에도 유사한 효과가 있음이 밝혀졌다.

이하에 본 발명을 실시예를 들어 보다 상세히 설명하는데, 이하의 실시예는 단순히 설명을 위한 것일 뿐, 본 발명의 용도나 적용범위를 제한하는 것은 아니다.

	주첨가물(%)				록웰경도(HRB)
	Cu	Si	Mg	Zn	생주물	시효경화처리
비교예 1	3.3	14.0	0.8	0.8	40	50
비교예 2	3.3	14.0	1.4	0.8	62	70
실시예 1	3.3	14.0	1.6	1.7	70	80

표 5에 나열된 AC조성을 가지는 다이캐스트 금속은 3.3%의 Cu와 14.0%의 Si를 포함하는 알루미늄 합금에 Mg와 Zn을 동시에 첨가하여 준비되었다. 그리고 AC조성을 가지는 상기의 다이캐스트 금속에 대해 록웰 경도(B scale)시험을 하였다(경도는 HRB로 표시된다).

시효경화처리는 250℃에서 약 20분간 실시한다.

비교예 1의 샘플은 0.8%의 Mg, 0.8%의 Zn을 포함하며, 생주물의 경도(HRB)는 40이며 시효경화처리 후의 경도(HRB)는 50이다.

비교예 2의 샘플은 1.4%의 Mg와 0.8%의 Zn을 포함하며, 생주물의 경도(HRB)는 62이며 시효경화처리 후의 경도(HRB)는 70이다. 이러한 예를 통해 Mg의 증량이 경도의 증가를 가져옴을 알 수 있었다.

실시예 1의 샘플은 1.6%의 Mg와 1.7%의 Zn을 포함하며, 생주물의 경도(HRB) 는 70이며 시효경화처리 후의 경도(HRB)는 80이다. Mg와 Zn의 증량은 샘플의 경도의 증가를 가져옴을 알 수 있었다.

아래의 견해들은 여러 샘플의 시효경화특성에 관한 것들이다.

비교예 1의 합금에서는 시효경화특성을 결정하는 주 금속간 화합물로는 CuAl₂를, 종 금속간 화합물로는 Mg₂Si를 사용하였다.

비교예 2의 합금에서는 시효경화특성을 결정하는 주 금속간 화합물로 CuAl₂ 와 Mg₂Si를 사용하였다.

실시예 1의 합금에서는 CuAl₂,Mg₂Si 및 MgZn₂모두를 시효경화효과에 기여하는 주 금속간 화합물로 사용하였다. 실시예에서 동량의 Zn과 Mg를 첨가함에 의해 결과적으로 매우 높은 경도를 얻을 수 있었다.

그런데, 내연기관의 실린더에서 피스톤은 고속으로 왕복운동을 하므로, 피스톤은 실린더 내에서 시즈되어서는 안 된다. 시즈특성을 시험하기 위해서 칩-온-디스크 타입의 마찰마모시험기를 사용하여 다음의 단계를 거쳐 시험하였다.

회전디스크는 16m/sec의 속도로 회전하며, 이 회전디스크에 240㎤/min의 속도로 오일을 떨어뜨린다. 시험편(AC조성을 가지는 다이캐스트 금속)을 상기의 부하로 3분 동안 사전조정을 위해, 회전하는 디스크에 압압시킨다. 그리고 나서, 오일의 공급을 중지하고, 시험편은 16m/sec의 속도로 회전하는 디스크에 대해 압력 P로 압압시킨다. 시험편이 회전하는 디스크 상에 시즈되는데 걸리는 시간을 측정한다. 실험의 결과는 압력 P(kgf/㎟)와 회전속도(m/sec)의 곱인 PV값(kgf/㎟×/sec) 으로 기록된다.

	주첨가물(%)				열처리	시즈 특성 (kgf/㎟×m/sec)
	Cu	Si	Mg	Zn	열처리	시즈 특성 (kgf/㎟×m/sec)
실시예 2	3.3	14.0	2.0	1.8	T5	10
실시예 3	3.3	13.0	1.4	1.6	T5	5
비교예 3	3.3	13.0	0.8	0.6	T5	3

표 6의 좌측부분에는 시즈테스트를 시행한 실시예 2와 실시예 3의 샘플과 비교예 3의 샘플의 조성을 나열하였다. 모든 시험편은 시효경화처리(T5)를 한 것이다.

도 1은 본 발명 다이캐스트 금속의 시즈테스트 결과를 나타낸 그래프이다. 이 그래프에서 실시예 2의 샘플의 경우, 실시예 2의 샘플이 시즈되는 PV값을 나타내는 여러 점들로 이루어지는 곡선을 나타낸다. 실시예 3과 비교예 3에서도 유사한 곡선이 얻어진다. 1200초(20분)에서 PV값은 실시예 2의 샘플은 10, 실시예 3의 샘플은 5 그리고 비교예 3의 샘플은 3으로 각각 나타난다.

10, 5, 3의 각각의 값들은 표 6의 오른쪽 열에 들어간다. 이 표에 나타난 바와 같이, 1.4%의 Mg와 1.6%의 Zn을 포함하는 실시예 3의 샘플은, 0.8%의 Mg와 0.6%의 Zn을 포함하는 비교예 3의 샘플에 비해 높은 시즈특성을 나타낸다. 2.0%의 Mg와 1.8%의 Zn을 포함하는 실시예 2의 샘플은 더 높은 시즈특성을 제공한다. 이러한 결과는 적당한 양의 Mg와 Zn을 첨가함으로써, 샘플의 시즈특성을 향상시킬 수 있다는 것을 나타낸다.

본 발명 다이캐스트 금속의 고온 특성은 다음에 설명된다.

	주첨가물(%)				열처리	240℃에서의 시간에 따른 경도 감소
	Cu	Si	Mg	Zn	열처리	240℃에서의 시간에 따른 경도 감소
실시예 3	3.3	13.0	1.4	1.6	T5	작다
비교예 4 (AC8B)	2.0∼4.0	8.5∼10.5	0.5∼1.3	-	T7	크다

본 발명의 특징은 AC조성을 가지는 다이캐스트 금속을 어닐링할 수 있다는 것이다. 표 7에 나타나는 조성을 가지는 실시예 3의 다이캐스트 금속에 시효경화처리(T5)를 했다.

비교예 4의 AC8B합금(표 2의 나타난 조성을 가짐)에 고용화 열처리 후 안정화처리(T7)를 하였다.

도 2a와 도 2b는 온도와 시간 경과에 따른 경도감소와의 관계를 나타내는 그래프이다. x축은 시간을, y축은 록웰 경도(HRB)를 나타낸다.

도 2a는 220℃에서의 실시예 3과 비교예 4의 샘플의 경도변화를 나타낸다. 실시예 3의 샘플이 T7처리를 한 비교예 4의 샘플보다 항상 더 큰 경도를 가진다.

도 2b는 240℃에서의 실시예3과 비교예4의 샘플의 경도변화를 나타낸다. 비교예 4의 샘플은 실시예 3의 샘플보다 그 경도의 감소 폭이 크다. 다시 말해, 실시예 3의 샘플이 더 좋은 내열특성을 가진다. 표 7의 오른쪽 열의 "240℃에서의 시간에 따른 경도 감소 난 속에 이러한 결과들이 나타나있다. 실시예 3의 샘플에 대해서는 "작다"이고, 비교예 4의 샘플에 대해서는 "크다"이다.

		비교예 5(AC8A-T7)	실시예 3
열팽창계수(실온∼100℃)		19.2×10^-6∼20.8×10^-6	19.4×10^-6∼20.3×10^-6
열전도율(cal/㎝·sec℃)		0.32×10^-6∼0.34×10^-6	0.24×10^-6∼0.25×10^-6
영률(kgf/㎟)		7500∼7900	7620
밀도(g/㎤)		2.27	2.26∼2.71
경도(HRB)		64∼68	68∼82
인장강도(kgf/㎟)	200℃	2.16∼26.5	23.5∼28.6
인장강도(kgf/㎟)	300℃	7.5	13.2∼14.5
0.2%내력(kgf/㎟)	200℃	20.2∼20.9	20.3∼24.5
0.2%내력(kgf/㎟)	300℃	5.8	10.2∼12.1
고온피로강도(kgf/㎟)	200℃	7.5∼8.0	8.5∼9.0
고온피로강도(kgf/㎟)	300℃	3.4	4.3

표 8은 표 7의 실시예3의 샘플의 여러 가지 특성을, 비교예 5의 샘플(AC8A-T7)과 비교한 것이다. 실시예 3의 샘플은 인장강도, 0.2% 내력, 고온피로강도의 면에서 비교예 5의 샘플보다 더 좋거나 동등한 특성을 가짐을 알 수 있다. 즉, 실시예 3의 샘플{시효경화처리(T5)된 다이캐스트 금속}은, 내열성 면에서 우수하며 피스톤 및 다른 용도로 널리 사용되고 있는 T7처리(515℃에서 4시간동안 고용화 열처리 후 230℃에서 다섯 시간 동안 안정화처리)된 AC8A합금과 대등한 특성을 가진다는 것이다.

다음으로, 본 발명 AC조성을 가지는 다이캐스트 금속으로 제작된 피스톤을 엔진에 조립하여 시즈특성을 평가하였다.

실험은 580㎤용량을 가지는 엔진을 사용하였다. 엔진시동 시에 380㎤의 오일이 공급되었다. 엔진이 작동된 후 매 10분마다 10~20㎤의 엔진오일을 빼내었다. 엔진오일의 양이 최소 요구량 보다 작아지거나, 모두 없어지면 엔진에 시즈가 나타나기 시작한다. 만약, 피스톤이 우월한 시즈특성을 가진다면, 시즈가 일어나기 시작하기 전에 여분의 시간이 있을 것이다. 이 실험의 결과가 엔진이 시즈현상으로 인해 작동을 멈추었을 때 남아있는 오일의 양으로 기록되었다.

	주첨가물(%)				열처리	시즈발생시의 오일잔량	시즈에 의한 피스톤의 손상정도
	Cu	Si	Mg	Zn	열처리	시즈발생시의 오일잔량	시즈에 의한 피스톤의 손상정도
실시예 4	3.3	13.0	1.6	1.7	T5	58㎤	작다
비교예 6 (AC8A)	0.8∼1.3	11.0∼13.0	0.7∼1.3	-	T7	70㎤	크다

T5의 처리과정을 거친 본 발명 다이캐스트 금속인 실시예4의 샘플은 58㎤의 오일잔량을 나타낸다. 이 경우에 엔진을 분해해 보면, 피스톤에서 시즈에 의한 아주 작은 표면손상만이 관찰된다. 반면에, 비교예6의 샘플, 즉 AC8A-T7 합금은 70㎤의 오일잔량을 나타낸다. 이 경우에 엔진을 분해해 보면, 많은 표면손상이 관찰된다.

따라서, AC조성을 가지며 T5처리된 다이캐스트 금속은 종래의 AC8A-T7 합금보다 우수한 시즈특성을 가짐을 나타낸다.

JIS에 따르면, 서냉방식의 중력금형주조에 의한 AC8A합금에서 Si함량은 적어도 11.0% 이상이어야 한다(표 2 참조). 동일한 종류의 합금으로 다이캐스트 할 때 초정(primary crystal)과 공정의 Si함량은 서냉방식의 중력금형주조에 의한 AC8A합금보다 약 1.5%정도 낮아지는데, 이는 다이캐스트 과정 중의 급랭과 고화로 인한 것이다. 다시 말해, 다이캐스트 과정에서 약 1.5%의 Si가 소실됨이 명백하다.

이러한 사실을 고려하여, 본 발명 다이캐스트 금속은 11.0%에 1.5%를 더한 양인 적어도 12.5%의 Si를 포함한다. 그러나, 과량의 Si는 오히려 합금의 인성에 악영향을 주기 때문에, 본 발명 다이캐스트 금속은 14.0%이하의 Si를 포함해야 한다. 그 결과, 본 발명에서 Si의 함량은 12.5%~14.0%이다.

Cu의 함량을 3.0% 미만으로 하면, 다이캐스트 금속의 냉각 후 초기에 적절한 경도가 얻어지지 않는다. 나아가, 금속은 시효경화처리에 의해서도 적절한 경도를 얻을 수 없게 될 것이다. 또, Cu의 함량이 4.5%를 초과하면 금속의 인성이 저하되어 기계가공이 어려워진다. 이러한 이유에 의해 Cu의 함량은 3.0%∼4.5%이어야 한다.

Cu의 경우와 마찬가지로, Mg의 함량이 1.4% 미만이면, 그 금속은 시효경화처리 중에 적절하게 경화되지 않는다. 또, Mg의 함량이 2.0%를 초과하면 그 금속의 인성이 저하되어 기계가공시 문제가 발생하게 된다. 이러한 이유로 Mg의 함량은 1.4%∼2.0%이어야 한다.

Zn의 함량이 1.12% 미만이면, 그 다이캐스트 금속은 깨지기 쉽다. 또, Zn의 함량이 2.4%를 초과하면 그 결과 금속은 인성이 저하된다. 이러한 이유로 Zn의 함량은 1.12%∼2.24%이어야 한다.

요약하면, 본 발명 내열 알루미늄 다이캐스트 재료는 12.5%∼14.0%의 Si, 3.0%∼4.5%의 Cu, 1.4%∼2.0%의 Mg 및 1.12%∼2.4%의 Zn을 포함하는 Al-Si-Cu 다이캐스트 합금이다.

나아가, 본 발명 Al다이캐스트 금속은 미량의 Fe, Mn 및 다른 원소들을 포함할 수 있다.

본 발명 내열 Al 다이캐스트 재료는 피스톤에 적합하지만, 경량, 내열성, 내구성, 내마모성 재료의 사용이 요구하는 부문에서 널리 사용될 수 있다.

본 발명 다이캐스트 재료에 대해서 시효경화처리가 가능하므로, 그 재료는 높은 기계적 강도와 시즈에 대한 저항성을 제공한다. 또한, 내연기관의 피스톤에 적용하면, 엔진의 시즈 특성을 비약적으로 향상시킬 수 있게 된다.

Claims

12.5∼14.0wt%의 Si, 3.0∼4.5wt%의 Cu, 1.4∼2.0wt%의 Mg 및, 1.12∼2.4wt%의 Zn, 그리고 잔부 Al 및 통상적인 미량 불순물로 이루어지는 내열 알루미늄 다이캐스트 재료(die cast material).

제 1항에 있어서, 상기 재료가 다이캐스트 후 시효경화 처리되는 내열 알루미늄 다이캐스트 재료.