KR101181846B1

KR101181846B1 - 다이캐스팅용 고강도 구리 합금

Info

Publication number: KR101181846B1
Application number: KR1020100034566A
Authority: KR
Inventors: 김기태; 김병수
Original assignee: 주식회사 형진정밀; 한국생산기술연구원
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2012-09-12
Also published as: KR20110115210A

Abstract

본 발명은 다이캐스팅용 고강도 구리 합금에 관한 것으로서 특히, 구리에 아연(Zn), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 철(Fe) 및 크롬(Cr)을 첨가하여 700MPa 이상의 우수한 인장강도를 얻을 수 있는 구리 합금에 관한 것이다.
본 발명은 다이캐스팅용 고강도 구리 합금에 있어서, 아연(Zn) 22~28중량%, 알루미늄(Al) 3~6중량%, 망간(Mn) 2~5중량%, 철(Fe) 2~4중량% , 크롬(Cr) 0.4~1.2중량% 및 나머지는 구리(Cu)와 불순물로 구리 합금이 구성됨으로써, 700MPa 이상의 높은 인장강도를 요구하는 전기, 전자 또는 통신용 구조부품 제작을 위한 다이캐스팅용 소재로 사용할 수 있다.

Description

다이캐스팅용 고강도 구리 합금 {High strength copper alloys for die casting}

본 발명은 다이캐스팅용 고강도 구리 합금에 관한 것으로서 특히, 석출경화 열처리를 통하여 우수한 인장강도를 얻을 수 있는 구리 합금에 관한 것이다.

다이캐스팅은 다이 주조라고도 한다. 필요한 주조형상에 완전히 일치하도록 정확하게 기계가공된 강제(鋼製)의 금형(金型)에 용융금속(熔融金屬)을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀주조법이다. 그 제품을 다이캐스트 주물이라고 한다.

상기와 같은 다이캐스팅 주물은 치수가 정확하므로 다듬질할 필요가 거의 없는 장점 외에 기계적 성질이 우수하며, 대량생산이 가능하다는 특징이 있다. 다이캐스팅 주조에 이용되는 금속은 일반적으로 아연, 알루미늄, 주석, 구리, 마그네슘 등의 합금이며, 다이캐스트 주조기를 사용하여 공기압, 수압, 유압 등에 의해 주입하여 냉각 응고시킨다. 이러한 다이캐스팅 주조법은 여러 분야에 사용되고 있으나 특히, 자동차부품이 많으며, 전기기기, 광학기기, 차량, 방직기, 건축, 계측기의 부품 제작 등에 많이 사용되고 있다.

일반적으로 다이캐스팅용 구리 합금으로는 주조성이 우수한 구리-아연계 합금이 사용되어 왔으나, 이 합금은 인장강도가 420~620MPa 범위로서 700MPa 이상의 높은 인장강도를 필요로 하는 전기, 전자, 통신용 구조부품에는 사용이 제한되어 왔다.

따라서, 전기, 전자, 통신용 구조부품 등에 사용하기 위하여 700MPa 이상의 높은 인장강도를 갖는 다이캐스팅용 구리 합금 개발에 대한 필요성이 절실히 요구되고 있지만, 현재까지는 700MPa 이상의 인장강도를 갖는 다이캐스팅용 구리 합금이 개발되지 못한 상태에서, 인장강도가 420~620MPa 범위인 구리-아연계 합금이 다이캐스팅용 구리 합금으로 사용되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서 아연(Zn), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 철(Fe) 및 크롬(Cr)으로 합금되어 700MPa 이상의 높은 인장강도를 갖는 다이캐스팅용 구리 합금을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다이캐스팅용 고강도 구리 합금은 아연(Zn) 22~28중량%, 알루미늄(Al) 3~6중량%, 망간(Mn) 2~5중량%, 철(Fe) 2~4중량% , 크롬(Cr) 0.4~1.2중량% 및 나머지는 구리(Cu)와 불순물로 구성된다.

이때, 상기 구리 합금은 480℃의 온도에서 2시간 동안 시효처리된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 아연(Zn), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 철(Fe) 및 크롬(Cr) 으로 이루어진 구리 합금은 700MPa 이상의 높은 인장강도를 요구하는 전기, 전자, 통신용 구조 부품 제작을 위한 다이캐스팅용 소재로 사용할 수 있다.

이하 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 구리 합금에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 아연(Zn), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 철(Fe) 및 크롬(Cr)이 합금되어 구성된 다이캐스팅용 고강도 구리 합금으로서, 아연(Zn) 22~28중량%, 알루미늄(Al) 3~6중량%, 망간(Mn) 2~5중량%, 철(Fe) 2~4중량% , 크롬(Cr) 0.4~1.2중량% 및 나머지는 구리(Cu)와 불순물로 구성된다.

상기 불순물은 합금 과정에서 불가피하게 미량 혼합되는 기타 불순물을 지칭하는 것이다.

본 발명은 아연(Zn), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 철(Fe)이 합금되어 구성된 다이캐스팅용 구리 합금에 석출물의 형성이 가능한 크롬(Cr)을 첨가하고, 석출경화 열처리를 통하여 구리 기지 금속에 미세한 크롬(Cr) 석출물을 균일하게 분산시킴으로써 인장강도를 향상시킨 다이캐스팅용 고강도 구리 합금이다.

상기 각 합금원소의 첨가 및 함량 한정 이유는 다음과 같다.

아연(Zn)은 구리에 합금원소로 첨가되어 첨가량에 따라서 미세조직이 α상, α+β상, β상, β+γ상으로 변화되며, 인장강도 및 경도 등을 효과적으로 증가시킬 수 있는 원소이다. 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 구리 합금에는 아연이 22~28중량%가 첨가되는데, 아연의 함량이 22중량% 미만이면 미세조직이 α단상으로 되어 구리-아연 합금의 인장강도 증가효과를 얻을 수 없고, 아연의 함량이 28중량% 이상이면 미세조직이 β+γ상으로 되어 구리-아연 합금의 인장강도, 경도 및 연신율 저하의 원인이 된다.

알루미늄(Al)은 구리-아연 합금에 첨가되어 아연당량(아연당량: 6)을 크게 높여주어 강력한 β상을 형성하여, 구리-아연 합금의 인장강도 및 경도를 증가시킬 수 있는 합금원소이다. 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 구리 합금에는 알루미늄이 3~6중량%가 첨가되는데, 알루미늄의 함량이 3중량% 미만이면 구리-아연 합금의 인장강도 증가효과를 얻을 수 없고, 알루미늄의 함량이 6중량% 이상이면 구리-아연 합금에 γ상이 정출되어 인장강도, 경도 및 연신율 저하의 원인이 된다.

망간(Mn)은 구리-아연-알루미늄 합금에 첨가되어 인장강도를 증가시키는 합금원소이다. 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 구리 합금에는 망간이 2~5중량%가 첨가되는데, 망간의 함량이 2중량% 미만이면 구리-아연-알루미늄 합금의 인장강도 증가효과를 얻을 수 없고, 망간의 함량이 5중량% 이상이면 구리-아연-알루미늄 합금에 γ상 혹은 ζ상이 정출되어 구리-아연-알루미늄 합금의 연신율 저하의 원인이 된다.

철(Fe)은 구리-아연-알루미늄 합금에 첨가되어 구리-아연-알루미늄 합금의 주조조직을 미세화시키며 상온에서 구리에 고용되지 않아 Fe rich상으로 정출되어 인장강도를 증가시키는 합금원소이다. 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 구리 합금에는 철이 2~4중량%가 첨가되는데, 철의 함량이 2중량% 미만이면 구리-아연-알루미늄 합금의 주조조직 미세화 효과 및 인장강도 증가효과를 얻을 수 없고, 철의 함량이 4중량% 이상이면 Fe rich상이 과도하게 정출되어 구리-아연-알루미늄 합금의 연신율 저하의 원인이 된다.

크롬(Cr)은 구리-아연-알루미늄 합금에 첨가되어 석출경화 열처리에 의하여 구리-아연-알루미늄 합금기지에 크롬 석출물로 석출되어 인장강도 증가 효과를 얻을 수 있는 합금원소이다. 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 구리 합금에는 크롬이 0.4~1.2중량%가 첨가되는데, 크롬의 함량이 0.4중량% 미만이면 구리-아연-알루미늄 합금기지에 석출되는 크롬 석출물의 양이 작기 때문에 구리-아연-알루미늄 합금의 인장강도 증가 효과를 얻을 수 없고, 크롬의 함량이 1.2중량% 이상이면 구리-아연-알루미늄 합금기지에 초정 크롬이 정출되기 때문에 구리-아연-알루미늄 합금의 연신율 저하의 원인이 된다.

(실시예)

본 발명에 따른 다이캐스팅용 고강도 구리 합금에 대하여 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 첨부 표를 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 다이캐스팅용 고강도 구리 합금을 제조하기 위해 표 1에 나타낸 조성을 갖는 합금을 통상적인 용융 교반식 구리 합금 제조 방법으로 잉곳을 제조하였다.

다시 말하면, 표 1과 같은 조성의 구리 합금을 고주파 유도 용해로를 이용하여 대기 중에서 용해한 후, 주조금형을 이용하여 약 20kg 중량의 잉곳을 제조하였다.

그리고, 상기 잉곳을 보온로에서 용해하고 용탕을 980℃의 온도로 유지한 후에 다이캐스팅 장치를 이용하여 인장시험용 시험편을 주조하였다. 그리고 주조된 시험편을 480℃의 온도에서 2시간 시효 처리하였다.

상기 시험편에 대하여 인장시험기를 이용하여 상온에서 인장강도, 항복강도 및 신율을 측정하였다.

합금(중량%)		Zn	Al	Mn	Fe	Si	Cr	Cu
실시예	1	25.5	5.5	3.8	3.2	-	1.12	bal.
	2	25.2	4.9	4.2	3.4	-	0.92	bal.
	3	22.9	3.8	2.9	2.8	-	0.65	bal.
	4	24.2	4.1	3.1	2.9	-	0.84	bal.
	5	23.8	4.6	3.2	3.3	-	0.76	bal.
	6	25.8	5.1	3.3	2.9	-	0.89	bal.
비교예	7	26	4	3	3	-	-	64
	8	40	-	-	-	-	-	59
	9	14	-	-	-	14	-	82
	10	34	-	-	-	1	-	65
	11	20	1	20	-	-	-	58

합금		인장강도 (MPa)	항복강도 (MPa)	신율 (%)
실시예	1	789	721	3
	2	770	718	3
	3	718	655	6
	4	725	650	4
	5	730	634	3
	6	744	656	3
비교예	7	619	309	18
	8	414	138	15
	9	586	345	25
	10	482	241	25
	11	448	221	30

표 2에 나타낸 바와 같이, 기존의 구리-아연계 다이캐스팅용 구리 합금은 인장강도가 620MPa 이하의 값을 나타내지만, 본 발명에 따른 다이캐스팅용 구리 합금은 인장강도가 700MPa 이상의 값을 나타내었다.

Claims

다이캐스팅용 고강도 구리 합금에 있어서,
아연(Zn) 22~28중량%, 알루미늄(Al) 3~6중량%, 망간(Mn) 2~5중량%, 철(Fe) 2~4중량% , 크롬(Cr) 0.4~1.2중량% 및 나머지는 구리(Cu)와 불가피한 불순물로 구성되고, 480℃의 온도에서 2시간 동안 시효처리된 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 고강도 구리 합금.
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