KR101159790B1 - Magnesium alloy having high ductility and high toughness and process for preparing the same - Google Patents

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김영민
김하식
유봉선
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한국기계연구원
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Abstract

PURPOSE: Magnesium alloy having high ductility and high toughness and a method for preparing the same are provided to minimize the reduction of ductility of a material resulting from excessive precipitates and enhance precipitation as well. CONSTITUTION: Magnesium alloy having high ductility and high toughness comprises tin(Sn) of 1.0-3.5 weight%, zinc(Zn) of 0.05-3.0 weight%, one or more selected from the group consisting of aluminum(Al) of 0.05-3.0 weight%, manganese(Mn) of 0.05-1.5 weight%, and rare earth metal of 0.05-1.5 weight%, and magnesium(Mg) and inevitable impurities of the remaining amount.

Description

고연성 및 고인성의 마그네슘 합금 및 이의 제조방법{Magnesium alloy having high ductility and high toughness and process for preparing the same}Magnesium alloy having high ductility and high toughness and process for preparing the same
본 발명은 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a high ductility and high toughness magnesium alloy and a method for producing the same.
최근 수송기기의 에너지 효율을 높이기 위한 방법으로는 동력원의 개발에 의한 성능 향상 또는 부품의 경량화 등의 방법들이 연구되고 있다. 이 중 부품의 경량화는 저비용으로 에너지 효율성을 증대시킬 수 있어 부품의 경량화를 통해 연비를 향상시키려는 연구들이 진행되고 있다.
Recently, as a method for improving energy efficiency of transportation equipment, methods such as performance improvement or weight reduction of parts by developing power sources have been studied. Among these, the weight reduction of parts can increase energy efficiency at low cost, and researches to improve fuel efficiency through weight reduction of parts are being conducted.
상기 부품의 경량화를 위한 금속 소재로서, 마그네슘 합금은 밀도가 1.8 g/㎤ 로서 현재까지 개발된 구조용 합금 중에서 최소의 밀도를 가짐과 동시에 비강도 및 강도가 우수하며, 전자파에 대한 차폐성 및 진동 흡수성이 우수하여 수송기계, 휴대용 부품 관련 산업 이외에도 무게 절감을 위한 경량화가 필수적인 분야에서 그 수요가 증가하고 있는 소재이다.
As a metal material for lightening the parts, magnesium alloy has a density of 1.8 g / cm 3, which has the lowest density among structural alloys developed to date, and has excellent specific strength and strength, and shielding against electromagnetic waves and vibration absorption. It is a material that demand is increasing in the field where weight reduction for weight reduction is necessary besides transportation machinery and portable parts related industry.
하지만, 마그네슘은 결정구조가 조밀육방구조(HCP)이기 때문에 큐빅(Cubic) 결정구조를 갖는 다른 금속, 예를 들면, 구리, 철, 알루미늄 등과 달리 상온에서 낮은 성형성을 나타내어 산업 분야에 확대 적용이 어려운 문제가 있다.
However, magnesium has low formability at room temperature unlike other metals having cubic (Cubic) crystal structure, for example, copper, iron, aluminum, etc., because the crystal structure is dense hexagonal structure (HCP), which is widely applied in the industrial field. There is a difficult problem.
상세히 말하면, 일반적으로 마그네슘의 소성 변형은 슬립에 의한 변형 기구가 지배적이므로, 금속의 결정구조 내에 슬립계의 수가 많을수록 소성 변형이 용이하다.Specifically, plastic deformation of magnesium is generally dominated by the deformation mechanism due to slip, so that the larger the number of slip systems in the crystal structure of the metal, the easier plastic deformation.
이때, 슬립이란 어떤 금속의 결정이 다른 결정에 대해 일부가 비가역적인 전단 변위가 될 때 소성 변형되는 과정을 말하며, 상기 슬립은 어느 특정 결정면에서 특정 결정 방향으로 일어나며, 물질의 결정구조에 따라 슬립계의 수는 다르다.In this case, slip refers to a process in which a metal crystal is plastically deformed when a part becomes irreversible shear displacement with respect to another crystal, and the slip occurs in a specific crystal direction in a specific crystal plane, depending on the crystal structure of the material. The number of is different.
예를 들면, 조밀육방구조(HCP)인 마그네슘은 3개의 슬립계를 가지고, 큐빅(Cubic)구조인 알루미늄, 구리, 철 등은 12개의 슬립계를 가지므로, 마그네슘은 상기 알루미늄, 구리, 철 등과 비교하여 소성 변형이 어렵다는 사실을 알 수 있다.
For example, magnesium having a dense hexagonal structure (HCP) has three slip systems, and cubic (Cubic) structures have aluminum, copper, iron, etc., and have 12 slip systems. In comparison, it can be seen that plastic deformation is difficult.
하기의 표 1은 상용 마그네슘 합금 압출재의 인장특성을 나타낸 것으로서, 표 1을 참조하면, 현재까지 개발된 상용 마그네슘 합금 압출재는 연신율이 낮아 다양한 형태로의 가공이 요구되는 부품 제조산업에 적용하기 어렵다는 것을 알 수 있다.
Table 1 below shows the tensile properties of the commercial magnesium alloy extruded materials. Referring to Table 1, commercial magnesium alloy extruded materials developed to date have low elongation and are difficult to be applied to a component manufacturing industry requiring processing in various forms. Able to know.
합금 명칭Alloy designation 상태condition 항복강도(㎫)Yield strength (MPa) 인장강도(㎫)Tensile Strength (MPa) 연신율(%)Elongation (%) 인장강도?연신율(㎫?%)Tensile Strength and Elongation (MPa?%)
AZ31AZ31 FF 200200 260260 1515 39003900
AZ80AZ80 FF 250250 340340 77 23802380
T5T5 275275 380380 77 26602660
(상기 표 1의 상태 중 F는 압출재를 의미하고, T5는 압출 후 시효처리를 수행한 압출재를 의미한다.)
(F in the state of Table 1 refers to the extruded material, T5 means the extruded material subjected to the aging treatment after extrusion.)
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 마그네슘 합금의 비강도, 연성 및 인성을 향상시켜 산업 전반에 적용범위를 확대시키기 위한 연구들이 진행되고 있다.
In order to solve the above problems, studies are being conducted to expand the application range in the industry by improving the specific strength, ductility, and toughness of magnesium alloys.
예를 들면, 신광선 등은 인성특성이 우수한 AM60 마그네슘 합금에 알루미늄(Al), 규소(Si) 및 칼슘(Ca)을 첨가함으로써 기계적 특성을 향상시키고자 하였다(비특허문헌 1). 상기의 문헌에서는 마그네슘 합금 내에 규소의 함량을 증가시킴에 따라 인장강도 및 항복강도는 증가하지만 연신율은 전체적으로 감소하는 경향을 나타내며, 상기 합금에 일정량의 칼슘을 첨가하거나, 알루미늄의 함량을 감소시키면 연신율이 증가하는 경향이 나타나는 것을 알아내었다. 상기 문헌에서는 가장 우수한 특성을 나타낸 합금, 예를 들면 합금의 강화를 최적화하기 위해 용제화 처리를 한 마그네슘 합금은 193 ㎫의 인장강도, 79 ㎫의 항복강도 및 11.2 %의 연신율을 나타내었다. 상기 문헌의 마그네슘 합금은 상용 마그네슘 합금에 비해 인장특성이 향상되긴 했지만, 항복강도 및 연신율이 비교적 우수하지 않아 마그네슘 합금의 성형성을 향상시키는 데 한계가 있다.
For example, new light and the like were intended to improve mechanical properties by adding aluminum (Al), silicon (Si), and calcium (Ca) to an AM60 magnesium alloy having excellent toughness (Non-Patent Document 1). In the above literature, as the content of silicon in the magnesium alloy increases, the tensile strength and yield strength increase, but the elongation tends to decrease as a whole, and when the amount of calcium is added or the aluminum content decreases, the elongation is decreased. It was found that an increasing tendency appeared. In this document, alloys with the best properties, for example, magnesium alloys which have been solvent treated to optimize the reinforcement of the alloys, have a tensile strength of 193 MPa, a yield strength of 79 MPa and an elongation of 11.2%. Although the magnesium alloy of the literature has improved tensile properties compared to commercial magnesium alloys, there is a limit in improving the formability of the magnesium alloy due to relatively poor yield strength and elongation.
또한, 대한민국공개특허 제10-2001-0019353호(공개일:2002.10.19)는 열간 성형성이 우수한 준 결정상 강화 마그네슘계 합금에 관한 것으로, 상세하게는 준결정상과 금속 고용체의 이상영역이 존재하며, 열간 성형성을 갖는 마그네슘(Mg)-아연(Zn)-이트륨(Y)을 기본 합금 조성으로 하며, 상기 합금 내의 아연을 1 원자% 이상 ~ 10 원자% 이하, 이트륨을 0.1 원자% 이상 ~ 3 원자% 이하 범위로 조정함으로써 성형성이 우수한 마그네슘 합금에 관한 것이다(특허문헌 1). 하지만, 상기 합금이 나타내는 우수한 효과는 준결정상의 존재로 인해 나타나는 것으로서, 상기 준결정상의 함량을 증가시키기 위해서는 아연의 양을 증가시켜야 하는 것이 필수적이다. 따라서, 상기 아연의 함량의 증가에 따라 재료의 연성이 낮아지고 제조된 마그네슘 합금의 품질이 부위별로 균일하지 않은 문제가 있을 수 있다.
In addition, Korean Patent Publication No. 10-2001-0019353 (published on Oct. 19, 2002) relates to a semi-crystalline phase-reinforced magnesium alloy having excellent hot formability. And magnesium (Mg) -zinc (Zn) -yttrium (Y) having hot formability as the base alloy composition, zinc in the alloy of 1 atomic% or more and 10 atomic% or less, yttrium 0.1 atomic% or more and 3 It is related with the magnesium alloy excellent in moldability by adjusting to the atomic% or less range (patent document 1). However, the excellent effect exhibited by the alloy is due to the presence of the semicrystalline phase, and it is necessary to increase the amount of zinc in order to increase the content of the semicrystalline phase. Therefore, there may be a problem that the ductility of the material is lowered as the zinc content is increased and the quality of the manufactured magnesium alloy is not uniform for each part.
이에, 본 발명자들은 인장특성이 우수한 마그네슘 합금을 연구하던 중, 적은 함량의 주석을 포함하는 마그네슘 합금에 아연과 선택적으로 알루미늄, 망간 및 희토류 금속 중 1종 이상을 적정 함량비로 첨가하여 주조하고, 균질화 한 후 가공하여 제조되는 마그네슘 합금내의 조직을 미세화 시킬 수 있고, 입자 강화효과를 극대화할 수 있어 연성 및 인성이 우수한 마그네슘 합금을 제조할 수 있다는 것을 알아내고 본 발명을 완성하였다.Accordingly, while the present inventors are studying a magnesium alloy having excellent tensile properties, the present inventors cast and homogenize zinc and optionally at least one of aluminum, manganese, and rare earth metals in a magnesium alloy containing a small amount of tin in an appropriate content ratio. After it was found that it is possible to refine the structure in the magnesium alloy prepared by processing, and maximize the particle strengthening effect can be produced a magnesium alloy excellent in ductility and toughness and completed the present invention.
KR 10-2001-0019353 A 2002.10.19KR 10-2001-0019353 A 2002.10.19
본 발명의 목적은 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금을 제공하는 데 있다.
It is an object of the present invention to provide a high ductility and high toughness magnesium alloy.
본 발명의 또 다른 목적은 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금의 제조방법을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide a method for producing a high ductility and high toughness magnesium alloy.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 1.0 ~ 3.5 중량% 의 주석(Sn) 및 0.05 ~ 3.0 중량% 의 아연(Zn), 나머지 마그네슘 및 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금을 제공한다.
In order to solve the above problems, the present invention has a high ductility and high toughness, characterized in that it comprises 1.0 to 3.5% by weight of tin (Sn) and 0.05 to 3.0% by weight of zinc (Zn), the remaining magnesium and the unavoidable impurities Provide magnesium alloy.
또한, 본 발명은;The present invention also provides
1.0 ~ 3.5 중량% 의 주석(Sn), 0.05 ~ 3.0 중량% 의 아연(Zn), 나머지 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금의 원료를 용융시키는 단계(단계 1);Melting a raw material of a magnesium alloy comprising 1.0 to 3.5 wt% tin (Sn), 0.05 to 3.0 wt% zinc (Zn), remaining magnesium (Mg), and unavoidable impurities (step 1);
상기 단계 1에서 용융시킨 마그네슘 합금의 원료를 주조하는 단계(단계 2);Casting the raw material of the magnesium alloy melted in step 1 (step 2);
상기 단계 2의 마그네슘 합금 주조물을 균질화하는 단계(단계 3); 및Homogenizing the cast of magnesium alloy of step 2 (step 3); And
상기 단계 3에서 균질화 한 마그네슘 합금 주조물을 가공하는 단계(단계 4);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금의 제조방법을 제공한다.
It provides a method of manufacturing a high ductility and high toughness magnesium alloy comprising the; step (step 4) of processing the homogenized magnesium alloy casting in step 3.
본 발명에 따른 마그네슘 합금은 적은 함량의 주석을 포함하는 석출강화가 가능한 마그네슘 합금에 아연과 선택적으로 알루미늄, 망간 및 희토류 금속 중 1종 이상을 특정 함량비로 첨가하여 제조함에 따라 미세한 석출상을 소량으로 형성시킴으로써, 과도한 석출상으로 인한 재료의 연성 감소를 최소화하고 동시에 석출강화 효과를 이룰 수 있어 종래의 상용 마그네슘 합금으로부터 제조되는 압출재에 비해 연성 및 인성이 우수하므로 수송기기 등의 산업 전반에 활용될 수 있는 특징이 있다.
The magnesium alloy according to the present invention is prepared by adding zinc and optionally one or more of aluminum, manganese and rare earth metals in a specific content ratio to a magnesium alloy capable of precipitation strengthening containing a small amount of tin in a small amount of fine precipitated phases. By forming it, it is possible to minimize the decrease in ductility of the material due to excessive precipitation phase and at the same time to achieve the precipitation strengthening effect. There is a characteristic.
도 1은 본 발명에 따른 TZ22 합금의 역극점도지도(Inverse pole figure map)를 나타내는 전자 후방 산란 회절(EBSD, electron back scattered diffraction)분석 사진 및 투과전자현미경(TEM) 사진이다(도 1:실시예 3).
도 2는 본 발명에 따른 TZ22 합금의 기저면 극점도(Pole figure)를 나타내는 전자 후방 산란 회절 분석 사진이다(도 2:실시예 3).
도 3은 본 발명에 따른 TZ22 합금의 결정립크기 분포를 나타내는 전자 후방 산란 회절 분석 사진이다(도 3:실시예 3).
도 4는 본 발명에 따른 TZ22 합금의 투과전자현미경(TEM) 사진이다(도 4:실시예 3).
도 5는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 인장강도 및 연신율을 나타낸 그래프이다(도 5: 실시예 1 ~ 11; 비교예 1 ~ 8; 상용 AZ31 압출재; 상용 AZ80 압출재).
1 is an electron back scattered diffraction (EBSD) analysis photograph and a transmission electron microscope (TEM) photograph showing an inverse pole figure map of a TZ22 alloy according to the present invention (FIG. Example 3).
FIG. 2 is an electron backscatter diffraction analysis photograph showing a base pole figure of the TZ22 alloy according to the present invention (FIG. 2: Example 3).
3 is an electron backscattering diffraction analysis photograph showing the grain size distribution of the TZ22 alloy according to the present invention (FIG. 3: Example 3).
4 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of a TZ22 alloy according to the present invention (FIG. 4: Example 3).
5 is a graph showing the tensile strength and elongation of the magnesium alloy according to the present invention (Fig. 5: Examples 1 to 11; Comparative Examples 1 to 8; commercial AZ31 extruded material; commercial AZ80 extruded material).
본 발명의 구체적인 설명을 하기에 앞서, 본 발명에서 A ~ B는 달리 정의되지 않는 한 A 이상 ~ B 미만으로 정의된다.
Prior to the detailed description of the present invention, A to B in the present invention is defined as more than A to less than B unless otherwise defined.
본 발명은 1.0 ~ 3.5 중량% 의 주석(Sn) 및 0.05 ~ 3.0 중량% 의 아연(Zn), 나머지 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금을 제공한다.
The present invention provides a high ductility and high toughness magnesium alloy comprising 1.0 to 3.5% by weight of tin (Sn) and 0.05 to 3.0% by weight of zinc (Zn), the remaining magnesium (Mg) and unavoidable impurities. .
또한, 본 발명은;The present invention also provides
1.0 ~ 3.5 중량% 의 주석(Sn), 0.05 ~ 3.0 중량% 의 아연(Zn), 나머지 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금의 원료를 용융시키는 단계(단계 1);Melting a raw material of a magnesium alloy comprising 1.0 to 3.5 wt% tin (Sn), 0.05 to 3.0 wt% zinc (Zn), remaining magnesium (Mg), and unavoidable impurities (step 1);
상기 단계 1에서 용융시킨 마그네슘 합금의 원료를 주조하는 단계(단계 2);Casting the raw material of the magnesium alloy melted in step 1 (step 2);
상기 단계 2의 마그네슘 합금 주조물을 균질화하는 단계(단계 3); 및Homogenizing the cast of magnesium alloy of step 2 (step 3); And
상기 단계 3에서 균질화 한 마그네슘 합금 주조물을 가공하는 단계(단계 4);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금의 제조방법을 제공한다.
It provides a method of manufacturing a high ductility and high toughness magnesium alloy comprising the; step (step 4) of processing the homogenized magnesium alloy casting in step 3.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 구체적인 설명을 하기에 앞서, 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 기계적 특성의 향상은 당업계에서 적용되는 하기의 원리를 바탕으로 설명될 수 있다.
Prior to the detailed description of the present invention, the improvement of the mechanical properties of the magnesium alloy according to the present invention can be described based on the following principles applied in the art.
일반적으로 용매 원자의 격자에 용질 원자가 고용되면 순금속보다 강한 합금이 된다. 예를 들면, 마그네슘 금속의 결정 격자 내에 다른 금속, 예를 들면, 주석, 아연, 알루미늄, 망간 및 희토류 금속이 용입되거나 또는 일부 마그네슘 원자와 치환되는 경우, 마그네슘 자체가 가지고 있던 기계적 성질이 달라질 수 있다.
In general, solute atoms in the lattice of solvent atoms become alloys stronger than pure metals. For example, when other metals, such as tin, zinc, aluminum, manganese, and rare earth metals, in the crystal lattice of magnesium metal are infiltrated or substituted with some magnesium atoms, the mechanical properties of magnesium itself may vary. .
상세히 말하면, 마그네슘 금속의 원자 격자 내에 크기가 다른 제 2의 금속이 침입형 또는 치환형으로 존재하게 됨으로써, 일정한 격자를 유지하고 있던 마그네슘 격자가 뒤틀리게 되어 마그네슘 자체가 가지고 있던 기계적 성질이 달라지는데 이를 당업계에서는 고용체 강화라고 말한다.
Specifically, the presence of a second metal having a different size in the atomic lattice of the magnesium metal in an invasive or substituted form, which causes the magnesium lattice that maintains a constant lattice to be distorted, thereby changing the mechanical properties of magnesium itself. Eos says it's a solid solution.
상기 고용체 강화는 순금속의 항복 강도, 인장 강도 및 경도를 향상시킬 수 있으며 고온에서의 저항성을 향상시킬 수 있는 특징이 있다.
The solid solution strengthening may improve the yield strength, tensile strength and hardness of the pure metal, and may improve resistance at high temperatures.
하지만, 고용체 강화만으로는 순금속의 항복강도, 인장강도 및 경도 등과 관련된 기계적 특성을 크게 향상시키기에는 한계가 있어, 열처리 과정을 통해 과포화 고용체로부터 제 2상을 석출시켜 금속을 강화시키는 현상을 이용하는데, 상기와 같은 효과를 나타내는 합금을 석출강화계 합금이라고 한다.
However, the strengthening of solid solution alone is limited to greatly improve the mechanical properties related to yield strength, tensile strength, and hardness of pure metals, and utilizes a phenomenon of depositing a second phase from supersaturated solid solution through heat treatment to strengthen the metal. An alloy exhibiting the same effect is referred to as a precipitation hardening alloy.
상기 석출강화계 합금은 합금을 구성하는 용매원자 및 용질원자(제 2상)가 각각 온도에 따라 고용도의 차이가 있어, 온도가 감소함에 따라 제 2상의 고용도가 감소하여 석출되면서 금속이 강화되는 특징이 있다.
The precipitation-reinforced alloys have a difference in solid solubility of the solvent and solute atoms (second phase) constituting the alloy, respectively, depending on the temperature. As the temperature decreases, the solid solubility of the second phase decreases to precipitate and the metal is strengthened. There is a characteristic.
따라서, 본 발명에서는 주석을 포함하는 마그네슘 합금은 아연과 선택적으로 알루미늄, 망간, 세륨, 이트륨 및 가돌리늄 등을 특정 조성으로 포함함으로써 기계적 특성이 향상된다.
Therefore, in the present invention, the magnesium alloy containing tin is improved in mechanical properties by containing zinc and optionally aluminum, manganese, cerium, yttrium, gadolinium and the like in a specific composition.
상기의 원리를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
The present invention will be described in more detail based on the above principles.
본 발명은 1.0 ~ 3.5 중량% 의 주석(Sn) 및 0.05 ~ 3.0 중량% 의 아연(Zn), 나머지 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금을 제공한다.
The present invention provides a high ductility and high toughness magnesium alloy comprising 1.0 to 3.5% by weight of tin (Sn) and 0.05 to 3.0% by weight of zinc (Zn), the remaining magnesium (Mg) and unavoidable impurities. .
본 발명에 따른 마그네슘 합금에 있어서, 상기 주석은 마그네슘 매트릭스 내에서 561 ℃에서 14.5 중량%의 최대 고용한을 나타내며, 열처리시 Mg2Sn 석출상을 형성시켜 시효강화 거동을 나타내는 성분이다. 마그네슘 합금 내에 주석이 1.0 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 압출시 형성되는 Mg2Sn 석출상의 양이 적어 석출강화효과를 얻을 수 없어 제조되는 마그네슘 합금의 강도가 감소하는 문제가 있을 수 있고, 마그네슘 합금 내에 주석이 3.5 중량% 이상으로 포함되는 경우에는 Mg2Sn 석출상이 과도하게 형성되고, 석출상의 크기가 커져 제조되는 마그네슘 합금의 연성이 감소하는 문제가 있을 수 있다.
In the magnesium alloy according to the present invention, the tin represents a maximum solid solution of 14.5% by weight at 561 ° C. in the magnesium matrix, and forms an Mg 2 Sn precipitated phase during heat treatment, thereby exhibiting aging strengthening behavior. When tin is contained in the magnesium alloy less than 1.0% by weight, the amount of Mg 2 Sn precipitated phase formed during extrusion is small, so that the precipitation strengthening effect may not be obtained, which may cause a problem that the strength of the magnesium alloy produced is reduced. In the case where tin is contained in an amount of 3.5 wt% or more, the Mg 2 Sn precipitated phase may be excessively formed, and the size of the precipitated phase may increase, thereby reducing the ductility of the magnesium alloy.
또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금에 있어서, 상기 아연은 마그네슘-주석계 합금에 첨가될 때 석출강화 효과를 증대시키고 또한, 고용강화를 통해 합금의 강도를 증가시킬 수 있는 물질이다. 마그네슘 합금 내에 아연이 0.05 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 석출강화 및 고용강화를 통한 합금의 강도 향상과 같은 효과가 나타나기 어려우며, 마그네슘 합금 내에 아연이 3.0 중량% 이상으로 포함되는 경우에는 마그네슘 합금의 고상선 온도가 낮아 360 ℃ 이상의 온도에서 균질화 처리가 어려워 조직 내에 Mg2Sn 상의 분율이 증가하므로 제조되는 마그네슘 합금의 연신율이 취약해지는 문제가 있다.
In addition, in the magnesium alloy according to the present invention, the zinc is a material that can increase the precipitation strengthening effect when added to the magnesium-tin-based alloy, and also increase the strength of the alloy through solid solution strengthening. When zinc is contained in the magnesium alloy less than 0.05% by weight, it is difficult to obtain an effect such as improving the strength of the alloy through precipitation strengthening and solid solution strengthening.In the case where the magnesium alloy contains more than 3.0% by weight of zinc, It is difficult to homogenize at a temperature above 360 ° C. due to the low merchant ship temperature, so that the fraction of Mg 2 Sn phase in the tissue increases, so there is a problem that the elongation of the magnesium alloy is weak.
또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금은 알루미늄(Al), 망간(Mn) 및 희토류 금속을 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 더 포함할 수 있다.
In addition, the magnesium alloy according to the present invention may further include at least one metal selected from the group consisting of aluminum (Al), manganese (Mn) and rare earth metals.
본 발명에 따른 마그네슘 합금에 있어서, 상기 알루미늄은 마그네슘 합금의 총 중량에 대하여 0.05 ~ 3.0 중량% 로 포함되는 것이 바람직하다.
In the magnesium alloy according to the present invention, the aluminum is preferably contained in 0.05 to 3.0% by weight relative to the total weight of the magnesium alloy.
상기 알루미늄은 마그네슘-주석계 합금에 첨가될 때 석출강화 효과를 증대시키고 또한 고용강화를 통해 합금의 강도를 증가시킬 수 있는 물질이다. 또한, 상기 알루미늄은 망간과 결합하여 다양한 종류의 분산입자를 형성시켜, 입자강화 및 결정립 미세화 효과를 나타내어 합금의 강도를 향상시킬 수 있는 물질이다. 마그네슘 합금 내에 알루미늄이 0.05 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 상기에 나열한 효과가 나타나기 어려우며, 마그네슘 합금 내에 알루미늄이 3.0 중량% 이상으로 포함되는 경우에는 마그네슘 합금의 고상선 온도가 낮아 380 ℃ 이상의 온도에서 균질화처리가 어려워 제조되는 마그네슘 합금의 연신율이 취약해지는 문제가 있다.
The aluminum is a material capable of increasing the precipitation strengthening effect when added to the magnesium-tin-based alloy and increasing the strength of the alloy through solid solution strengthening. In addition, the aluminum is a material capable of improving the strength of the alloy by combining with manganese to form various kinds of dispersed particles, exhibit particle strengthening and grain refinement effect. When aluminum is contained in the magnesium alloy less than 0.05% by weight, the effects listed above are unlikely to occur, and when the aluminum alloy is contained in the magnesium alloy by 3.0% by weight or more, the solidus temperature of the magnesium alloy is low and homogenized at a temperature of 380 ° C. or higher. There is a problem in that the elongation of the magnesium alloy produced is difficult because of difficulty in treatment.
나아가, 본 발명에 따른 마그네슘 합금에 있어서, 상기 망간은 마그네슘 합금의 총 중량에 대하여 0.05 ~ 1.5 중량% 로 포함되는 것이 바람직하다.
Furthermore, in the magnesium alloy according to the present invention, the manganese is preferably included in 0.05 to 1.5% by weight relative to the total weight of the magnesium alloy.
상기 망간은 고용강화 뿐만 아니라 상기에서 언급한 알루미늄과 결합하여 다양한 분산입자를 형성하여 합금의 강도 및 내식성을 향상시킬 수 있는 물질이다. 마그네슘 합금 내에 망간이 0.05 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 상기와 같은 효과를 기대하기 어려우며, 마그네슘 합금 내에 망간이 1.5 중량% 이상으로 포함되는 경우에는 750 ℃ 이하의 온도에서 용융된 마그네슘 합금 내에 조대한 망간 입자가 형성되어 제조되는 마그네슘 합금의 연신율이 저하되는 문제가 있다.
The manganese is a material capable of improving the strength and corrosion resistance of the alloy by forming various dispersed particles by combining with the above-mentioned aluminum as well as solid solution. When the amount of manganese in the magnesium alloy is less than 0.05% by weight it is difficult to expect the above effects, when the content of manganese in the magnesium alloy 1.5% by weight or more coarse in the molten magnesium alloy at a temperature of 750 ℃ or less There is a problem that the elongation of the magnesium alloy produced by forming manganese particles is lowered.
또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금에 있어서, 상기 희토류 금속은 마그네슘 합금의 총 중량에 대하여 0.05 ~ 1.5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
In addition, in the magnesium alloy according to the present invention, the rare earth metal is preferably included in 0.05 to 1.5% by weight relative to the total weight of the magnesium alloy.
본 발명에 따른 마그네슘 합금은 희토류 금속으로 세륨(Ce), 이트륨(Y) 및 가돌리늄(Gd)를 포함하는 군으로부터 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
The magnesium alloy according to the present invention may further include one or more from the group containing cerium (Ce), yttrium (Y) and gadolinium (Gd) as rare earth metals.
상기 희토류 금속(원자크기:약 180 pm)은 마그네슘 원자(원자크기:약 160 pm)보다 크기가 커서, 마그네슘 원자보다 크기가 작은 주석, 아연, 알루미늄 및 망간 등의 원소들(원자크기:약 120 pm 이상 ~ 140 pm 이하)과 함께 마그네슘 합금 내에 공존하여 마그네슘 원자들과 정합을 이루면서 소성 가공시 변형이 쉽게 이루어지도록 합금 결정 내부에 슬립면을 생성하는 효과를 주며, 응고 중에 결정핵을 제공하여 주조조직을 미세화시키는 효과를 나타내는 물질이다. 마그네슘 합금에 희토류 금속이 0.05 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 합금의 항복강도가 저하되며 가공경화효과 및 내식성이 충분하지 않은 문제가 있고, 마그네슘 합금에 희토류 금속이 1.5 중량% 이상으로 포함되는 경우에는 금속간 화합물이 과다하여 전연성 및 성형성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
The rare earth metal (atomic size: about 180 pm) is larger than the magnesium atom (atomic size: about 160 pm), and elements such as tin, zinc, aluminum, and manganese having a smaller size than the magnesium atom (atomic size: about 120 pm to 140 pm)) coexist in magnesium alloy to match magnesium atoms, and to create slip surface inside alloy crystal to make deformation easily during plastic working, and to provide crystal nucleus during solidification It is a substance that shows the effect of miniaturizing tissue. When the rare earth metal is included in the magnesium alloy less than 0.05% by weight, the yield strength of the alloy is lowered, there is a problem that the work hardening effect and corrosion resistance is not sufficient, and when the magnesium alloy contains more than 1.5% by weight of rare earth metal Excessive intermetallic compounds may cause problems of deterioration in malleability and formability.
따라서, 본 발명에 따른 마그네슘 합금은 마그네슘-주석 합금 베이스에 아연과 선택적으로 알루미늄, 망간 및 희토류 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 상기에서 언급한 조성으로 첨가함으로써 인장특성이 크게 저하되지 않으면서 동시에 연신율이 향상되어 상용 마그네슘 합금 보다 우수한 인성 및 연성을 나타낼 수 있다.
Therefore, the magnesium alloy according to the present invention does not significantly reduce the tensile properties by adding to the magnesium-tin alloy base at least one metal selected from the group consisting of zinc and optionally aluminum, manganese and rare earth metals in the above-mentioned composition. At the same time, the elongation is improved to exhibit superior toughness and ductility than commercial magnesium alloys.
또한, 본 발명은;The present invention also provides
1.0 ~ 3.5 중량% 의 주석(Sn), 0.05 ~ 3.0 중량% 의 아연(Zn), 나머지 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금의 원료를 용융시키는 단계(단계 1);Melting a raw material of a magnesium alloy comprising 1.0 to 3.5 wt% tin (Sn), 0.05 to 3.0 wt% zinc (Zn), remaining magnesium (Mg), and unavoidable impurities (step 1);
상기 단계 1에서 용융시킨 마그네슘 합금의 원료를 주조하는 단계(단계 2);Casting the raw material of the magnesium alloy melted in step 1 (step 2);
상기 단계 2의 마그네슘 합금 주조물을 균질화하는 단계(단계 3); 및Homogenizing the cast of magnesium alloy of step 2 (step 3); And
상기 단계 3에서 균질화 한 마그네슘 합금 주조물을 가공하는 단계(단계 4);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금의 제조방법을 제공한다.
It provides a method of manufacturing a high ductility and high toughness magnesium alloy comprising the; step (step 4) of processing the homogenized magnesium alloy casting in step 3.
이하, 본 발명에 따른 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, the manufacturing method of the high ductility and high toughness magnesium alloy according to the present invention will be described in detail for each step.
본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 1.0 ~ 3.5 중량% 의 주석(Sn), 0.05 ~ 3.0 중량% 의 아연(Zn), 나머지 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금의 원료를 용융시키는 단계이다.
In the method of manufacturing a magnesium alloy according to the present invention, the step 1 is a magnesium containing 1.0 to 3.5% by weight of tin (Sn), 0.05 to 3.0% by weight of zinc (Zn), the remaining magnesium (Mg) and unavoidable impurities Melting the raw material of the alloy.
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상기 마그네슘 합금의 원료는 0.05 ~ 3.0 중량% 의 알루미늄, 0.05 ~ 1.5 중량% 의 망간, 0.05 ~ 1.5 중량% 의 희토류 금속을 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 더 포함할 수 있다.
The raw material of the magnesium alloy may further include at least one metal selected from the group consisting of 0.05 to 3.0 wt% aluminum, 0.05 to 1.5 wt% manganese, and 0.05 to 1.5 wt% rare earth metal.
상기 희토류 금속으로는 세륨(Ce), 이트륨(Y) 및 가돌리늄(Gd)를 포함하는 군으로부터 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
The rare earth metal may be selected from one or more selected from the group consisting of cerium (Ce), yttrium (Y), and gadolinium (Gd), but is not limited thereto.
본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조방법에 있어서, 상기 마그네슘 합금 원료에 포함되는 주석, 아연, 알루미늄, 망간 및 희토류 금속들을 첨가함으로써 얻을 수 있는 효과 및 상기 금속들의 조성을 제한한 이유는 이미 상기에서 언급하였으므로, 설명을 생략한다.
In the method of manufacturing a magnesium alloy according to the present invention, the effects obtained by adding tin, zinc, aluminum, manganese and rare earth metals included in the magnesium alloy raw material and the reason for limiting the composition of the metals have already been mentioned above. , Description is omitted.
본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조방법에 있어서, 상기 마그네슘 합금 원료는 각각의 순금속 또는 상기 금속들의 조합으로 구성된 합금을 사용될 수 있으나, 상기에서 언급한 마그네슘 합금의 조성을 용이하게 조절할 수 있는 방법이라면 이에 제한되지 않는다.
In the method of manufacturing a magnesium alloy according to the present invention, the magnesium alloy raw material may be an alloy composed of each pure metal or a combination of the metals, but if the method can easily control the composition of the above-mentioned magnesium alloy is limited thereto. It doesn't work.
또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 용융시킨 마그네슘 합금 원료를 주조하는 단계이다.
In addition, in the method for producing a magnesium alloy according to the present invention, the step 2 is a step of casting a magnesium alloy raw material melted in the step 1.
상기 단계 1에서 용융시킨 마그네슘 합금 원료, 즉 마그네슘 합금 용탕은 650 ℃ 이상 ~ 750 ℃ 이하의 온도범위에서 주조하는 것이 바람직하다. 상기 마그네슘 합금 용탕의 온도가 650 ℃ 미만일 경우에는 용탕의 유동도가 낮아 주조가 어려운 문제가 있고, 상기 마그네슘 합금 용탕의 온도가 750 ℃를 초과하는 경우에는 상기 용탕이 급격하게 산화되어 생성된 산화물, 즉 불순물이 주조시 함께 혼입될 수 있는 문제가 있다.
The magnesium alloy raw material melted in step 1, that is, the magnesium alloy molten metal is preferably cast in a temperature range of 650 ℃ to 750 ℃. When the temperature of the magnesium alloy molten metal is less than 650 ℃ low flowability of the molten metal is difficult to cast, and when the temperature of the magnesium alloy molten metal exceeds 750 ℃ molten oxide is produced by rapid oxidation, That is, there is a problem that impurities may be mixed together during casting.
또한, 상기 단계 2의 주조는 중력주조, 연속주조, 사형주조, 가압주조 등을 사용할 수 있으나, 당업계에서 통상적으로 사용하는 방법이라면 이에 제한되지 않는다.
In addition, the casting of step 2 may use gravity casting, continuous casting, sand casting, pressure casting, and the like, but is not limited thereto if it is a method commonly used in the art.
나아가, 상기 단계 2의 마그네슘 합금 용탕은 주조를 통해 빌렛 형태를 갖는 것이 바람직하나, 용도, 당업자의 편의성에 따라 다양한 형태로 주조될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
Furthermore, the magnesium alloy molten metal of step 2 preferably has a billet form through casting, but may be cast in various forms according to the use and convenience of those skilled in the art, but is not limited thereto.
나아가, 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조방법에 있어서, 상기 단계 3은 상기 단계 2의 마그네슘 합금 주조물을 균질화하는 단계이다.
Furthermore, in the method for producing a magnesium alloy according to the present invention, the step 3 is a step of homogenizing the magnesium alloy casting of the step 2.
상기 균질화를 통해 주조시 발생하는 합금원소의 편석으로 인한 불균질한 조직을 개선하고, 마그네슘 합금의 고온 가공성 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
Through the homogenization, it is possible to improve the heterogeneous structure due to segregation of alloy elements generated during casting, and to improve the high temperature processability and mechanical properties of the magnesium alloy.
상기 마그네슘 합금 주조물의 균질화는 400 ℃ 이상 ~ 550 ℃ 이하의 온도범위에서 0.5 시간 이상 ~ 96 시간 이하 동안 열처리를 수행한 후, 냉각하는 공정을 통해 수행될 수 있다. 상기 마그네슘 합금 주조물의 균질화가 400 ℃ 미만에서 수행되는 경우에는 마그네슘 매트릭스에 용해되는 주석의 함량이 적어 고온의 소성가공시 동적 석출에 의한 합금의 강화효과가 크지 않은 문제가 있고, 주조 편석부에 생성된 조대한 Mg2Sn 상이 열처리 과정에서 충분히 제거되지 않아 제조되는 마그네슘 합금의 연성이 저하될 수 있는 문제가 있다. 또한, 상기 마그네슘 합금 주조물의 균질화가 550 ℃를 초과하는 온도에서 수행되는 경우에는 마그네슘 합금의 고상선 온도에 비해 열처리 온도가 높아 마그네슘 합금 주조물의 부분적인 용해가 발생하여 가공재의 조직이 불균일해지는 문제가 있다.
Homogenization of the magnesium alloy casting may be carried out by performing a heat treatment for more than 0.5 hours to less than 96 hours at a temperature range of 400 ℃ to 550 ℃ or less, and then cooling. When the homogenization of the magnesium alloy casting is performed at less than 400 ℃, the content of tin dissolved in the magnesium matrix is small, there is a problem that the reinforcing effect of the alloy due to dynamic precipitation during high temperature plastic working is not large, it is generated in the casting segregation part The coarse Mg 2 Sn phase is not sufficiently removed in the heat treatment process, there is a problem that the ductility of the magnesium alloy can be reduced. In addition, when the homogenization of the magnesium alloy casting is carried out at a temperature exceeding 550 ℃, the heat treatment temperature is higher than the solidus temperature of the magnesium alloy, so that partial dissolution of the magnesium alloy casting occurs, resulting in uneven structure of the workpiece. have.
또한, 마그네슘 합금 주조물의 균질화가 상기의 온도 범위에서 0.5 시간 미만으로 수행되는 경우에는 열처리 효과가 충분하지 않은 문제가 있고, 마그네슘 합금 주조물의 균질화가 상기의 온도 범위에서 96 시간을 초과하여 수행되는 경우에는 수행시간 대비 효과의 상승 폭이 크지 않아 경제적이지 않은 문제가 있다.
In addition, when the homogenization of the magnesium alloy casting is performed in the above temperature range of less than 0.5 hours, there is a problem that the heat treatment effect is not sufficient, and when the homogenization of the magnesium alloy casting is performed in the above temperature range for more than 96 hours. There is a problem that is not economical because the rise of the effect is not large compared to the execution time.
마그네슘 합금 균질화에 있어서, 상기 방법으로 마그네슘 합금 주조물은 열처리 후, 수냉 시키는 것이 바람직하나, 냉각 시간이 길어 냉각과정에서 조대한 Mg2Sn 상을 석출시켜, 가공시 동적석출에 의한 강화효과를 감소시키지 않는 냉각 방법이라면 이에 제한 없이 사용할 수 있다.
In the homogenizing of magnesium alloy, the magnesium alloy casting is preferably cooled by heat treatment after the heat treatment, but due to the long cooling time, coarse Mg 2 Sn phase is precipitated during the cooling process, thereby reducing the strengthening effect due to dynamic precipitation during processing. If the cooling method is not limited to this can be used.
또한, 상기 단계 3은 상기 균질화를 수행하기 전에, 급격한 온도 상승으로 인한 2차상의 국부적 융해 현상을 억제하기 위하여 250 ℃ 이상 ~ 350 ℃ 이하의 온도범위에서 선예열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
In addition, the step 3 may further include a pre-heating step in the temperature range of 250 ℃ to 350 ℃ to suppress the local melting phenomenon of the secondary phase due to the rapid temperature rise before performing the homogenization.
나아가, 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조방법에 있어서, 상기 단계 4는 상기 단계 3에서 균질화한 마그네슘 합금 주조물을 가공하는 단계이다.
Furthermore, in the method for producing a magnesium alloy according to the present invention, step 4 is a step of processing the magnesium alloy casting homogenized in step 3.
본 발명에 있어서, 상기 단계 4의 가공은 마그네슘 합금의 가공이 수월하게 이루어지게 하기 위해서, 200 ℃ 이상 ~ 450 ℃ 이하에서 선예열하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 선예열의 온도가 200 ℃ 미만인 경우에는, 균질화한 마그네슘 합금 주조물의 가공시 과도한 압출력이 소요되어 가공이 수월하게 이루어지지 않는 문제가 있고, 선예열의 온도가 450 ℃를 초과하는 경우에는, 균질화한 마그네슘 합금 주조물의 가공시 고온으로 인해 마그네슘 합금의 결정이 성장하여 제조되는 마그네슘 합금의 강도가 저하되는 문제가 있다.
In the present invention, the processing of step 4 may further include a pre-heating step at 200 ℃ ~ 450 ℃ in order to facilitate the processing of the magnesium alloy. If the temperature of the preheat is less than 200 ℃, there is a problem that excessive extrusion force is required during the processing of the homogenized magnesium alloy casting, the processing is not easily made, and when the temperature of the preheating exceeds 450 ℃, homogenized There is a problem that the strength of the magnesium alloy produced by the growth of the crystal of the magnesium alloy is grown due to the high temperature when processing the magnesium alloy casting.
또한, 상기 가공은 통상적으로 압출을 사용할 수 있으나, 용도 또는 당업자의 목적에 따라 다양한 방법을 사용할 수 있다.
In addition, the processing may be conventionally used extrusion, it can be used a variety of methods depending on the purpose or the purpose of those skilled in the art.
상기 마그네슘 합금 주조물의 가공시 압출을 사용하는 경우에는 예를 들면, 직접압출, 간접압출 및 연속압출 등을 이용할 수 있으나, 이 또한 용도 또는 당업자의 목적에 따라 제한없이 사용할 수 있다.
When extrusion is used in the processing of the magnesium alloy casting, for example, direct extrusion, indirect extrusion and continuous extrusion may be used, but this may also be used without limitation depending on the purpose of use or the purpose of those skilled in the art.
나아가, 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조방법은 상기 단계 4 이후에 시효처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
Furthermore, the method of manufacturing a magnesium alloy according to the present invention may further comprise the step of aging after step 4 above.
상기 시효처리는 용매원자 내에 포함되어 있는 용질원자, 예를 들면, 마그네슘 원자 내에 포함되어 있는 마그네슘 이외의 합금 원소들이 결정립계 또는 전위에 석출되면서 전위의 이동을 억제하여 제조되는 마그네슘 합금의 강도를 더욱 증가시킬 수 있는 방법이다.
The aging treatment further increases the strength of the magnesium alloy prepared by suppressing the shift of potential while alloy elements other than magnesium contained in the solvent atom, for example, magnesium atom, are deposited at grain boundaries or potentials. That's how you can do it.
본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조방법에 있어서, 상기 시효처리는 150 ℃ 이상 ~ 250 ℃ 이하의 온도범위에서 1 시간 이상 ~ 360 시간 이하 동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 시효처리가 150 ℃ 미만에서 수행되는 경우에는 마그네슘 합금이 최대강도에 도달하기까지 걸리는 시간이 길어 경제적이지 않은 문제가 있고, 상기 시효처리가 250 ℃를 초과하는 온도에서 수행되는 경우에는 마그네슘 합금이 최대강도에 도달하기까지 걸리는 시간은 단축될 수 있으나, 고온으로 인해 석출상의 크기가 커지므로 제조되는 마그네슘 합금의 강도가 낮아지는 문제가 있다.
In the method for producing a magnesium alloy according to the present invention, the aging treatment is preferably carried out for at least 1 hour ~ 360 hours in the temperature range of 150 ℃ or more to 250 ℃ or less. When the aging treatment is performed at less than 150 ℃ has a long time until the magnesium alloy reaches the maximum strength is not economical problem, when the aging treatment is performed at a temperature exceeding 250 ℃ magnesium alloy is The time it takes to reach the maximum strength can be shortened, but the size of the precipitated phase is increased due to the high temperature, so there is a problem that the strength of the magnesium alloy to be produced is lowered.
또한, 시효처리가 상기의 온도범위에서 1 시간 미만으로 수행될 경우에는 시효처리 효과가 충분하지 않은 문제가 있고, 360 시간을 초과하여 수행되는 경우에는 효과 대비 경제적이지 않은 문제가 있다.
In addition, when the aging treatment is performed for less than 1 hour in the above temperature range, there is a problem that the aging treatment effect is not sufficient, and when performed for more than 360 hours, there is a problem that is not economical compared to the effect.
따라서, 본 발명의 따른 마그네슘 합금은 주석을 포함하는 마그네슘 합금에 아연과 선택적으로 알루미늄, 망간 및 희토류 금속으로 이루어진 군으로부터 1종 이상을 선택하여 상기에서 언급한 조성으로 첨가되어 종래 주석을 포함하는 마그네슘 합금 또는 상용 마그네슘 합금보다 연성 및 인성이 뛰어난 특징이 있다.
Therefore, the magnesium alloy according to the present invention is added to the magnesium alloy containing tin and added to the above-mentioned composition by selecting one or more from the group consisting of zinc and optionally aluminum, manganese and rare earth metals, magnesium containing conventional tin It has superior ductility and toughness than alloys or commercial magnesium alloys.
이하, 본 발명의 실시예를 통해 더욱 상세히 설명한다. 단 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described in more detail. However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited by the following examples.
<실시예 1 ~ 11> 마그네슘 합금 압출재의 제조 1 ~ 11<Examples 1 to 11> Preparation of the magnesium alloy extruded material 1 to 11
단계 1. 마그네슘 합금의 원료의 용융Step 1. Melting of raw materials of magnesium alloy
순 Mg(99.9 중량%), 순 Sn(99.9 중량%), 순 Zn(99.995 중량%), 순 Al(99.9 중량%), Mg-Mn 모합금(Mn:3.17 중량%), 순 Ce(99.9 중량%), 순 Y(99.9 중량%) 및 순 Gd(99.9 중량%)를 사용하여, 하기 표 2의 조성으로 마그네슘 합금을 고주파 유도 용해로를 이용하여 흑연 도가니 내에서 용해하였다. 상기 용융시킨 마그네슘 합금(용탕) 상부에 SF6 와 CO2 의 혼합가스를 도포하여 대기와의 접촉을 차단하여 산화를 방지하였다.
Pure Mg (99.9 wt%), Pure Sn (99.9 wt%), Pure Zn (99.995 wt%), Pure Al (99.9 wt%), Mg-Mn Master Alloy (Mn: 3.17 wt%), Pure Ce (99.9 wt% %), Net Y (99.9 wt.%) And net Gd (99.9 wt.%), The magnesium alloy was dissolved in a graphite crucible using a high frequency induction melting furnace in the composition of Table 2 below. SF 6 on the molten magnesium alloy (melt) A mixed gas of and CO 2 was applied to prevent contact with the atmosphere to prevent oxidation.
비고Remarks 합금조성(중량%)Alloy composition (% by weight)
합금명Alloy name SnSn ZnZn AlAl MnMn CeCe YY GdGd MgMg
실시예1Example 1 TZ20TZ20 22 0.50.5 -- -- -- -- -- Bal.Honey.
실시예2Example 2 TZ21TZ21 22 1One -- -- -- -- -- Bal.Honey.
실시예3Example 3 TZ22TZ22 22 22 -- -- -- -- -- Bal.Honey.
실시예4Example 4 TZA211TZA211 22 1One 1One -- -- -- -- Bal.Honey.
실시예5Example 5 TZA212TZA212 22 1One 22 -- -- -- -- Bal.Honey.
실시예6Example 6 TZM210TZM210 22 1One -- 0.50.5 -- -- -- Bal.Honey.
실시예7Example 7 TZAM2110TZAM2110 22 1One 1One 0.50.5 -- -- -- Bal.Honey.
실시예8Example 8 TZ21-CeTZ21-Ce 22 1One -- -- 0.50.5 -- -- Bal.Honey.
실시예9Example 9 TZ21-YTZ21-Y 22 1One -- -- -- 0.50.5 -- Bal.Honey.
실시예10Example 10 TZ-GdTZ-Gd 22 1One -- -- -- -- 0.50.5 Bal.Honey.
실시예11Example 11 TZA211-GdTZA211-Gd 22 1One 1One -- -- -- 0.50.5 Bal.Honey.
단계 2. 마그네슘 합금의 주조Step 2. Casting of Magnesium Alloy
상기 단계 1에서 용해한 마그네슘 합금 용탕을 700 ℃에서 10 분간 유지하고, 200 ℃로 예열된 스틸 몰드를 이용해 직경 80 ㎜, 길이 200 ㎜의 빌렛을 제조하였다.
The molten magnesium alloy melted in step 1 was held at 700 ° C. for 10 minutes, and a billet having a diameter of 80 mm and a length of 200 mm was prepared using a steel mold preheated at 200 ° C.
단계 3. Step 3. 균질화Homogenization 시키는 단계 Letting step
상기 단계 2에서 제조된 빌렛을 불활성 분위기에서 330 ℃에서 2 시간 동안 선예열시킨 후 1 ℃/min의 속도로 승온시켜 500 ℃에서 4 시간 동안 열처리를 하여 균질화 시켰다. 또한, 빌렛의 냉각 과정에서 발생할 수 있는 조대한 석출상의 생성을 억제하기 위해 상기 열처리 후 상온의 물로 수냉처리하였다.
The billet prepared in step 2 was preheated at 330 ° C. for 2 hours in an inert atmosphere, and then heated to a temperature of 1 ° C./min for heat treatment at 500 ° C. for 4 hours, and homogenized. In addition, in order to suppress the generation of coarse precipitated phase that may occur during the cooling of the billet, the water treatment was performed with water at room temperature after the heat treatment.
단계 4. 가공하는 단계Step 4. Processing Step
상기 마그네슘 합금을 가공하기 위해 간접압출기(최대압출력: 500 tonf)를 이용하여 16 ㎜인 봉상으로 압출하여 마그네슘 합금 압출재를 제조하였다(압출조건: 빌렛 및 다이온도 250 ℃, 압출비 25, 램속도 1.3 ㎜/s).
In order to process the magnesium alloy was extruded into a rod of 16 mm using an indirect extruder (maximum pressure output: 500 tonf) to produce a magnesium alloy extruded material (extrusion conditions: billet and die temperature 250 ℃, extrusion ratio 25, ram speed 1.3 mm / s).
<실시예 12> 마그네슘 합금 압출재의 제조 12Example 12 Preparation of Magnesium Alloy Extruded Material 12
상기 실시예 2에서 제조된 마그네슘 합금 압출재를 200 ℃에서 144 시간 동안 시효처리를 더 수행한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 마그네슘 합금 압출재를 제조하였다.
A magnesium alloy extruded material was manufactured in the same manner as in Example 2, except that the magnesium alloy extruded material prepared in Example 2 was further aged at 200 ° C. for 144 hours.
<비교예 1 ~ 8> 마그네슘 합금 압출재의 제조 13 ~ 20Comparative Examples 1 to 8 Preparation of Magnesium Alloy Extrusions 13 to 20
상기 실시예 1 중 상기 단계 1의 마그네슘 합금 조성을 하기의 표 3으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 마그네슘 합금 압출재를 제조하였다.A magnesium alloy extruded material was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the magnesium alloy composition of Step 1 of Example 1 was set as Table 3 below.
비고Remarks 합금조성(중량%)Alloy composition (% by weight)
합금명Alloy name SnSn ZnZn AlAl MnMn MgMg
비교예1Comparative Example 1 TZ51TZ51 55 1One -- -- Bal.Honey.
비교예2Comparative Example 2 TZ52TZ52 55 22 -- -- Bal.Honey.
비교예3Comparative Example 3 TZA511TZA511 55 1One 1One -- Bal.Honey.
비교예4Comparative Example 4 TZA513TZA513 55 1One 33 -- Bal.Honey.
비교예5Comparative Example 5 TZ81TZ81 88 1One -- -- Bal.Honey.
비교예6Comparative Example 6 TZ82TZ82 88 22 -- -- Bal.Honey.
비교예7Comparative Example 7 TZA813TZA813 88 1One 33 -- Bal.Honey.
비교예8Comparative Example 8 TZAM8111TZAM8111 88 1One 1One 1One Bal.Honey.
<실험예 1> 미세조직 분석Experimental Example 1 Microstructure Analysis
본 발명에 따른 마그네슘 합금의 미세조직을 분석하기 위해, 전자 후방 산란 회절(EBSD, electron back scattered diffraction) 및 투과전자현미경(TEM, Transmission electron microscope)을 이용하여 분석하였고 그 결과를 도 1 ~ 도 4에 나타내었다.In order to analyze the microstructure of the magnesium alloy according to the present invention, an electron back scattered diffraction (EBSD) and a transmission electron microscope (TEM) were analyzed using a transmission electron microscope (TEM). Shown in
도 1 ~ 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 마그네슘 합금은 등방성 미세조직을 보이며, 기저면이 압출방향과 평행하게 배열되어 있고, 평균 결정립 크기가 평균 23.7 ㎛ 인 것을 확인할 수 있다.1 to 3, the magnesium alloy according to the present invention shows an isotropic microstructure, the base surface is arranged parallel to the extrusion direction, it can be seen that the average grain size is 23.7 ㎛ average.
또한, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재는 결정립계 및 결정립 내부에 약 50 ~ 500 ㎚ 크기의 미세한 상이 분산되어 있는 것을 확인할 수 있다.In addition, referring to Figure 4, the magnesium alloy extruded material according to the present invention can be seen that the fine phase of the size of about 50 ~ 500 nm dispersed in the grain boundary and the grain.
따라서, 도 4의 결과로부터, 상기 마그네슘 합금 압출재의 결정립계 및 결정립 내부에 분산된 미세한 상은 마그네슘 합금의 압출과정에서 동적석출에 의해 형성된 Mg2Sn 상으로서, 제조되는 마그네슘 합금의 석출강화 효과를 가져온다는 것을 판단할 수 있다.
Therefore, from the results of FIG. 4, the grain boundaries of the magnesium alloy extruded material and the fine phase dispersed in the grains are Mg 2 Sn phases formed by dynamic precipitation during the extrusion process of the magnesium alloy, resulting in the precipitation strengthening effect of the magnesium alloy produced. You can judge that.
<실험예 2> 기계적 특성 평가Experimental Example 2 Mechanical Property Evaluation
본 발명에 따른 마그네슘 합금의 인장특성을 평가하기 위하여, 게이지 길이 25 ㎜, 게이지 직경 6 ㎜인 봉상 시편을 제조하여 상온인장시험기(INSTRON 4206)을 이용하여 1×10-3 s- 1 의 변형율 속도로 인장특성을 시험하였고 그 결과를 하기 표 4 및 도 5에 나타내었다(도 5: 실시예 1 ~ 11 ; 비교예 1 ~ 8; 상용 AZ31 압출재; 상용 AZ80 압출재).In order to evaluate the tensile properties of the magnesium alloy according to the present invention, a rod-shaped specimen having a gauge length of 25 mm and a gauge diameter of 6 mm was prepared, and a strain rate of 1 × 10 −3 s 1 was measured using an room temperature tensile tester (INSTRON 4206). Tensile properties were tested and the results are shown in Table 4 and FIG. 5 (FIG. 5: Examples 1 to 11; Comparative Examples 1 to 8; commercial AZ31 extruded material; commercial AZ80 extruded material).
일반적으로 금속재료는 연신율이 커지면 인장강도가 작아지고, 인장강도가 커지면 연신율이 작아지는 경향이 있다. 이러한 상반된 경향을 보이는 인장강도와 연신율을 서로 곱한 값인 인장강도?연신율(㎫?%) 값은 금속재료가 가지는 인장특성을 강도 및 연성의 두 가지 관점에서 비교할 수 있는 값으로서, 상기 인장강도?연신율 값이 클수록 우수한 인장특성을 가지는 것으로 판단할 수 있으며, 상기 값은 금속재료가 파단동안에 흡수할 수 있는 에너지양과 비례하므로 그 값이 클수록 우수한 인성을 가지는 것으로 판단할 수 있다.
In general, a metal material tends to have a lower tensile strength as the elongation increases, and a lower elongation as the tensile strength increases. The tensile strength and elongation (MPa%) value, which is a value obtained by multiplying the tensile strength and the elongation, which show such opposite tendencies, is a value that can compare the tensile properties of metal materials in terms of strength and ductility. It may be determined that the larger the value is, the better the tensile property is. The value is proportional to the amount of energy absorbed by the metal material during fracture, and thus, the larger the value, the better the toughness.
비고Remarks 항복강도(㎫)Yield strength (MPa) 인장강도(㎫)Tensile Strength (MPa) 연신율(%)Elongation (%) 인장강도?연신율(㎫?%)Tensile Strength and Elongation (MPa?%)
실시예1Example 1 149149 227227 26.726.7 60616061
실시예2Example 2 144144 226226 27.127.1 61256125
실시예3Example 3 136136 233233 26.426.4 61516151
실시예4Example 4 146146 236236 27.427.4 64666466
실시예5Example 5 154154 249249 27.227.2 67736773
실시예6Example 6 170170 249249 25.225.2 62756275
실시예7Example 7 177177 260260 25.125.1 65266526
실시예8Example 8 155155 236236 26.326.3 62076207
실시예9Example 9 155155 235235 27.327.3 64166416
실시예10Example 10 158158 236236 25.925.9 61126112
실시예11Example 11 149149 241241 28.128.1 67726772
비교예1Comparative Example 1 188188 262262 18.418.4 48214821
비교예2Comparative Example 2 191191 277277 18.618.6 51525152
비교예3Comparative Example 3 190190 277277 19.019.0 52635263
비교예4Comparative Example 4 195195 308308 17.117.1 52675267
비교예5Comparative Example 5 241241 294294 18.118.1 53215321
비교예6Comparative Example 6 238238 302302 15.715.7 47414741
비교예7Comparative Example 7 221221 323323 16.116.1 52005200
비교예8Comparative Example 8 264264 320320 16.716.7 53445344
상기 표 4를 참조하면, 본 발명에 따른 마그네슘 합금은 종래 기계적 특성을 향상시킨 상용 마그네슘 합금에 비해 강도가 크게 저하되지 않으면서, 연신율이 24 % 이상으로 향상된 것을 알 수 있다.Referring to Table 4, the magnesium alloy according to the present invention can be seen that the elongation is improved to 24% or more without significantly lowering the strength compared to the commercial magnesium alloy improved conventional mechanical properties.
따라서, 본 발명에 따른 마그네슘 합금은 6000 ㎫?% 이상의 인장강도?연신율 값을 나타내어, 인장강도?연신율 값이 4000 ㎫?% 이하를 나타내는 상용 마그네슘 합금(표 1)과 인장강도?연신율 값이 5500 ㎫?% 이하를 나타내는 상기 비교예 1 ~ 8의 마그네슘 합금에 비하여 강도와 연성의 조합이 우수하여 인성이 향상된 것을 알 수 있다.Therefore, the magnesium alloy according to the present invention exhibits a tensile strength and elongation value of 6000 MPa% or more, and a commercial magnesium alloy (Table 1) having a tensile strength and elongation value of 4000 MPa% or less and a tensile strength and elongation value of 5500. It can be seen that the combination of strength and ductility is excellent and the toughness is improved as compared with the magnesium alloys of Comparative Examples 1 to 8 showing MPa to% or less.
상기의 결과로부터, 본 발명에 따른 마그네슘 합금은 종래의 마그네슘 합금에 비해 강도가 크게 저하되지 않고 연성 및 인성이 우수하므로 수송기기 분야 등 산업 전반에 부품의 경량화에 적용될 수 있다는 것을 알 수 있다. From the above results, it can be seen that the magnesium alloy according to the present invention can be applied to the weight reduction of parts throughout the industry, such as in the field of transport equipment because the superior strength and toughness is not significantly reduced compared to the conventional magnesium alloy.

Claims (17)

1.0 ~ 3.5 중량% 의 주석(Sn), 0.05 ~ 3.0 중량% 의 아연(Zn), 나머지 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금.
A high ductility and toughness magnesium alloy comprising 1.0 to 3.5 wt% tin (Sn), 0.05 to 3.0 wt% zinc (Zn), remaining magnesium (Mg) and unavoidable impurities.
제 1항에 있어서, 상기 마그네슘 합금은 알루미늄(Al), 망간(Mn) 및 희토류 금속을 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금.
The magnesium alloy of claim 1, wherein the magnesium alloy further comprises at least one member selected from the group consisting of aluminum (Al), manganese (Mn), and rare earth metals.
제 2항에 있어서, 상기 알루미늄은 0.05 ~ 3.0 중량% 로 포함되는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금.
3. The high ductility and toughness magnesium alloy of claim 2, wherein the aluminum is included in an amount of 0.05 to 3.0 wt%.
제 2항에 있어서, 상기 망간은 0.05 ~ 1.5 중량% 로 포함되는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금.
3. The high ductility and toughness magnesium alloy of claim 2, wherein the manganese is contained in an amount of 0.05 to 1.5 wt%.
제 2항에 있어서, 상기 희토류 금속은 0.05 ~ 1.5 중량% 로 포함되는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금.
3. The high ductility and toughness magnesium alloy of claim 2, wherein the rare earth metal is contained in an amount of 0.05 to 1.5 wt%.
제 2항에 있어서, 상기 희토류 금속은 세륨(Ce), 이트륨(Y) 및 가돌리늄(Gd)를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금.
The high ductility and high toughness magnesium alloy of claim 2, wherein the rare earth metal is at least one selected from the group consisting of cerium (Ce), yttrium (Y), and gadolinium (Gd).
1.0 ~ 3.5 중량% 의 주석(Sn), 0.05 ~ 3.0 중량% 의 아연(Zn), 나머지 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금의 원료를 용융시키는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 용융시킨 마그네슘 합금의 원료를 주조하는 단계(단계 2);
상기 단계 2의 마그네슘 합금 주조물을 균질화하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 균질화 한 마그네슘 합금 주조물을 가공하는 단계(단계 4);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금의 제조방법.
Melting a raw material of a magnesium alloy comprising 1.0 to 3.5 wt% tin (Sn), 0.05 to 3.0 wt% zinc (Zn), remaining magnesium (Mg), and unavoidable impurities (step 1);
Casting the raw material of the magnesium alloy melted in step 1 (step 2);
Homogenizing the cast of magnesium alloy of step 2 (step 3); And
Process for producing a homogeneous magnesium alloy casting in step 3 (step 4); manufacturing method of high ductility and high toughness magnesium alloy comprising a.
삭제delete
제 7항에 있어서, 상기 단계 1의 마그네슘 합금의 원료는 0.05 ~ 3.0 중량% 의 알루미늄(Al); 0.05 ~ 1.5 중량% 의 망간(Mn); 및 0.05 ~ 1.5 중량% 희토류 금속을 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금의 제조방법.
According to claim 7, wherein the raw material of the magnesium alloy of step 1 is 0.05 to 3.0% by weight of aluminum (Al); Manganese (Mn) from 0.05 to 1.5% by weight; And 0.05 to 1.5% by weight rare earth metal, the method of producing a high ductility and high toughness magnesium alloy, characterized in that it further comprises.
제 9항에 있어서, 상기 희토류 금속은 세륨(Ce), 이트륨(Y) 및 가돌리늄(Gd)를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금의 제조방법.
10. The method of claim 9, wherein the rare earth metal is at least one member selected from the group consisting of cerium (Ce), yttrium (Y), and gadolinium (Gd).
제 7항에 있어서, 상기 단계 2의 주조하는 단계는 650 ℃ 이상 ~ 750 ℃ 이하의 온도범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금의 제조방법.
The method of claim 7, wherein the casting of the step 2 is performed at a temperature range of 650 ° C. or more and 750 ° C. or less.
제 7항에 있어서, 상기 단계 3의 균질화하는 단계는 400 ℃ 이상 ~ 550 ℃ 이하의 온도범위에서 0.5 시간 이상 ~ 96 시간 이하 동안에 열처리 공정을 수행한 후, 냉각시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금의 제조방법.
The method of claim 7, wherein the homogenizing of step 3 comprises performing a heat treatment process for 0.5 hours to 96 hours or less in a temperature range of 400 ° C or more and 550 ° C or less, and then cooling. Method for producing high ductility and high toughness magnesium alloy.
제 12항에 있어서, 상기 단계 3의 균질화하는 단계는 250 ℃ 이상 ~ 350 ℃ 이하의 온도범위에서 선예열 후 수행되는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금의 제조방법.
The method of claim 12, wherein the homogenizing of step 3 is performed after preheating in a temperature range of 250 ° C or more and 350 ° C or less.
제 7항에 있어서, 상기 단계 4의 가공하는 단계는 200 ℃ 이상 ~ 450 ℃ 이하의 온도범위에서 선예열 후 수행되는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금의 제조방법.
8. The method of claim 7, wherein the processing of step 4 is performed after preheating in a temperature range of 200 ° C. or more and 450 ° C. or less. 9.
제 7항에 있어서, 상기 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금의 제조방법은 상기 단계 4 이후에 시효처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금의 제조방법.
The method of claim 7, wherein the manufacturing method of the high ductility and high toughness magnesium alloy further comprises aging after the step 4.
제 15항에 있어서, 상기 시효처리하는 단계는 150 ℃ 이상 ~ 250 ℃ 이하의 온도범위에서 1 시간 이상 ~ 360 시간 이하 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금의 제조방법.
The method of claim 15, wherein the aging treatment is performed for at least 1 hour to 360 hours in a temperature range of 150 ° C or more and 250 ° C or less.
제 7항 및 제 9항 내지 제 16항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 고연성 및 고인성의 마그네슘 합금.
17. A high ductility and toughness magnesium alloy prepared by the method of any one of claims 7 and 9-16.
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