KR101205169B1 - 알루미늄 합금 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 8.5 내지 10.5 중량 % 의 규소; 0.3 내지 0.8 중량 % 의 망간; 0.0001 내지 0.06 중량 % 의 마그네슘; 0.0001 내지 0.15 중량 % 의 철; 0.0001 내지 0.03 중량 % 의 구리; 0.0001 내지 0.10 중량 % 의 아연; 0.0001 내지 0.15 중량 % 의 티타늄; 0.05 내지 0.5 중량 % 의 몰리브덴; 영구 미세화를 위한, 30 내지 300 ppm 의 스트론튬 또는 5 내지 30 ppm 의 나트륨과 1 내지 30 ppm 의 칼슘 중 하나 이상; 및 나머지 알루미늄 및 불가피한 불순물을 포함함을 특징으로 하는 알루미늄 합금에 관한 것이다. 선택적으로, 본 발명의 알루미늄 합금은, 0.05 내지 0.3 중량 % 의 지르코늄; 결정립 미세화를 위한, 1 내지 250 ppm 의 인에 해당하는 양의 인화갈륨과 인화인듐 중 하나 이상; 및 결정립 미세화를 위한, 1 내지 2 중량 % 의 Ti 및 1 내지 2 중량 % 의 B 를 가지는 알루미늄 모합금에 의해 첨가되는 티타늄과 붕소를 추가로 포함한다.

알루미늄 합금, 다이캐스팅, 결정립 미세화, 연신율

Description

알루미늄 합금{ALUMINIUM ALLOY}

본 발명은 알루미늄 합금에 관한 것이다.

오늘날 다이캐스팅 기술은 고품질 규격의 부품을 생산할 수 있을 정도로 발전되었다. 그러나, 다이캐스팅의 질은 기계 설치와 선택된 공정뿐만 아니라 사용된 알루미늄 합금의 화학 조성과 구조에 따라 달라진다. 후자의 두 파라미터는, 다이캐스팅에 있어 특히 중요한, 주조성, 공급 거동(feed behavior)(G. Schindelbauer, J. Czikel "Mould filling capacity and volume deficit of conventional aluminium diecasting alloys", Giessereiforschung 42, 1990, p.88/89 참조), 물리적 특성에 영향을 미치며, 또한 주조용 기구의 수명에도 영향을 미치는 것(L.A. Norstrom, B. Klarenfjord, M. Svenson " General Aspects on Wash-out Mechanism in Aluminium Diecasting Dies" 17th International NADCA Diecasting Congress 1993, Cleveland, OH 참조)으로 알려져 있다.

과거에는, 고품질의 부품을 다이캐스팅해내는데 특히 적합한 알루미늄 합금을 개발하는데에는 별다른 관심이 집중되지 않았다. 현재 자동차 산업에 있어 제조업자들은 예를 들어, 다이캐스팅 처리시에 높은 연성을 갖는 부품으로서 용접가능한 부품을 생산할 것을 점차 더 많이 요구받고 있는데, 그 이유는 다이캐스팅이 고품질을 위한 가장 경제적인 생산 방법이기 때문이다.

현재 다이캐스팅 기술의 개선에 의해 용접가능한 고품질의 부품이 생산될 수 있다. 이로 인해 섀시(chassis) 부품을 포함하여 다이캐스팅의 적용 영역은 확대되었다.

연성은 특히 복잡한 설계의 부품에 있어서는 점점 더 중요해지고 있다.

요구되는 물리적 특성, 특히 길게 연신되어 끊어지는 성질을 획득하기 위해, 일반적으로 다이캐스팅에 의한 부품들은 열처리를 받아야 한다. 이러한 열처리는 주조된 상태를 형성하고 나서 연성파괴거동(ductile fracture behavior)을 획득하기 위해서 필수적이다. 일반적으로 열처리는 물이나 그 밖의 다른 매체 내에서 100 ℃보다 더 낮은 온도까지 연속적 담금질에 의해 고상선(solidus) 온도 미만의 온도에서의 고용화 어닐링(solution annealing)하는 것을 의미한다. 현재 이러한 방법으로 처리된 재료는 낮은 연신율과 인장강도의 단점을 갖는다. 이러한 성질을 우리가 원하는 수치까지 상승시키기 위해 인위적인 시효처리를 수행한다. 이는 또한 예를 들어, 완전한 조립체(complete assembly)의 도장 시에 열충격 또는 응력 제거 어닐링에 의해 수행될 수 있다.

다이캐스팅에 의한 부품들은 최종 치수에 근접한 상태로 주조되기 때문에, 이들 다이캐스팅에 의한 부품은 일반적으로 얇은 벽과 함께 복잡한 형상을 가진다. 고용화 어닐링을 하는 동안, 특히 담금질 과정 도중에 예를 들어 주조된 부품을 교정하거나 최악의 경우에는 폐기(rejection)하는 것에 의한 수정(retouching)을 필요로 할 수 있는 변형(distortion)을 예상하여야 한다. 고용화 어닐링에는 또한 부가 비용이 들며, 열처리 없이 요구되는 특성을 충족한 합금을 이용할 수 있다면 이러한 생산 방법의 효율이 실질적으로 증가될 수 있다.

주조된 상태에서 우수한 물리적인 값을 갖는 AlSi 합금은 제 EP-A-0 687 742 호에 공지되어 있다. 예를 들어, 제 EP-A-0 911 420 호에도 또한 AlMg 유형의 합금에 관해 기재되어 있으며, 상기 AlMg 합금은 주조된 상태에서 매우 높은 연성을 가지고 있지만, 복잡한 형태의 설계의 경우에는 고온 균열 또는 냉각 균열이 발생하는 경향이 있으므로 적합하지 않다. 연성 다이캐스팅 합금의 또 다른 단점은 주조된 상태에서 이들 연성 다이캐스팅 합급의 시효처리가 서서히 이루어짐으로써 팽창손실(loss of expansion)을 포함한 물리적 특성이 일시적으로 변화될 수 있다는 점이다. 이러한 거동은, 성질의 한계를 초과하지 않을 때에는 많은 경우에서 허용되고 있으나, 몇몇 경우에서는 그렇지 못하며 적확한 열처리에 의해서만 배제될 수 있다.

본 발명은 다이캐스팅에 적합하고 주조하기 용이하며 주조된 상태에서 높은 연신율을 가지고 또한 주조 후에는 더 이상 시효처리되지 않는 알루미늄 합금을 제조하는데 목적을 두고 있다. 또한, 알루미늄 합금은 쉽게 용접가능하고 플랜지(flange)를 형성할 수 있어야 하며, 리벳으로 고정가능해야 하고 우수한 내식성을 가져야 한다.

본 발명의 목적은,

삭제

8.5 내지 10.5 중량 % 의 규소;

0.3 내지 0.8 중량 % 의 망간;

0.0001 내지 0.06 중량 % 의 마그네슘;

0.0001 내지 0.15 중량 % 의 철;

0.0001 내지 0.03 중량 % 의 구리;

0.0001 내지 0.10 중량 % 의 아연;

0.0001 내지 0.15 중량 % 의 티타늄;

0.05 내지 0.5 중량 % 의 몰리브덴; 및

영구 미세화를 위한, 30 내지 300 ppm 의 스트론튬 또는 5 내지 30 ppm 의 나트륨과 1 내지 30 ppm의 칼슘 중 하나 이상을 포함하는 알루미늄 합금에 의해 달성된다.

또한 상기 알루미늄 합금은,

0.05 내지 0.3 중량 % 의 지르코늄;

결정립 미세화를 위한, 1 내지 250 ppm 의 인에 해당하는 양의 인화갈륨과 인화인듐 중 하나 이상; 및

결정립 미세화를 위한, 1 내지 2 중량 % 의 Ti 및 1 내지 2 중량 % 의 B 를 가지는 알루미늄 모합금에 의해 첨가되는 티타늄과 붕소; 및

나머지 알루미늄 및 불가피한 불순물을 추가로 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 알루미늄 합금 조성으로, 주조된 상태의 다이캐스팅 합금의 경우 높은 연신율을 확보될 수 있고 항복강도 및 인장강도에 대한 값도 양호해짐으로써, 본 발명의 알루미늄 합금은 특히 자동차 제조 시 안전 부품(safety components)을 생산하는 데 적합해 질 수 있다. 놀랍게도, 몰리브덴의 첨가로 연신율이 다른 물리적 성질들을 실질적으로 손상시키지 않으면서 증가될 수 있음이 밝혀졌다. 0.05 내지 0.5 중량 % 의 Mo, 바람직하게 0.08 내지 0.25 중량 % 의 Mo 을 첨가하였을 때 바람직한 효과가 나타난다.

몰리브덴 및 0.05 내지 0.3 중량 % 의 Zr 의 병용 첨가로 인해 연신율이 더 향상될 수 있다. 바람직한 함량은 0.15 내지 0.02 중량 % 의 Zr 이다.

공정 규소의 상대적으로 높은 비율은 스트론튬에 의해 개선된다. 오염의 정도가 높은 과립상의 다이캐스팅 합금과는 대조적으로, 본 발명의 알루미늄 합금은 피로강도에 있어서 이점을 갖는다. 매우 적게 혼합되어 존재하는 결정(crystals)과 개선된 공정혼합물(refined eutectic)로 인해 파괴인성이 더욱 향상되었다. 스트론튬 함량은 50 내지 150 ppm 이고 일반적으로 50 ppm의 아래로 떨어져서는 안 되는 것이 바람직한데, 그렇지 않다면 주조시의 본 발명의 알루미늄 합금의 거동이 악화된다. 스트론튬 대신에, 나트륨과 칼슘 중 하나 이상을 첨가할 수 있다.

0.0001 내지 0.05 중량 % 의 Mg 이 되도록 마그네슘 함량을 제한함으로써, 공정 혼합물의 구조가 조잡하지 않게 되고 본 발명의 알루미늄 합금이 시효경화될 가능성을 갖지 않게 되어 높은 연신율을 나타내게 되는 것이 바람직하다.

상기 비율의 망간으로 인해, 금형 내에 본 발명의 알루미늄 합금이 부착(adhesion)되는 것을 피할 수 있어 금형 제거 특성이 향상됨이 확인되었다. 상기 망간 함량에 의해 높은 온도에서 상기 주조된 부품에 높은 구조상의 강도가 부여되며 그에 따라 금형으로부터 본 발명의 알루미늄 합금을 떼어낼 때 변형이 거의 일어나지 않거나 전혀 일어나지 않을 것으로 예상된다.

본 발명의 알루미늄 합금은 주조된 상태에서 리벳으로 고정될 수 있다.

약 280 ℃ 내지 320 ℃ 의 온도에서 1 내지 2 시간 동안 안정화 어닐링을 시킴으로써, 높은 연신율을 획득할 수 있다.

본 발명의 알루미늄 합금은 수평 다이캐스팅 피그 선철로 제조하는 것이 바람직하다. 따라서 비용이 많이 드는 용융물 세정(melt cleaning)를 실시하지 않고, 산화물 오염 정도가 낮은 다이캐스팅 합금을 용융시킬 수 있다 : 다이캐스팅 시 높은 연신율을 획득하기 위한 중요한 조건임.

용융 시, 특히 구리 또는 철에 의한 용융물의 오염은 피해야만 한다. 본 발명의 영구 미세화된 AlSi 합금은 교반날개를 사용하여 불활성 가스로 가스를 흘려 처리하는 것에 의하여 세척하는 것이 바람직하다.

본 발명의 알루미늄 합금 내에서는 결정립 미세화가 수행되는 것이 바람직하다. 인화갈륨과 인화인듐 중 하나 이상은 1 내지 250 ppm, 바람직하게는 1 내지 30 ppm 의 인에 해당하는 양으로 본 발명의 알루미늄 합금에 첨가할 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 본 발명의 알루미늄 합금은 결정립 미세화를 위한, 티타늄, 붕소 및 나머지 알루미늄을 포함할 수 있으며, 여기서 티타늄 및 붕소는 1 내지 2 중량 % 의 Ti 및 1 내지 2 중량 % 의 B 를 가지는 모합금에 의해 첨가된다. 알루미늄 모합금은 1.3 내지 1.8 중량 % 의 Ti 및 1.3 내지 1.8 중량 % 의 B 를 가지며 약 0.8 내지 1.2의 Ti/B 중량 비율을 가지는 것이 바람직하다. 본 발명의 알루미늄 합금 내의 모합금의 함량은 0.05 내지 0.5 중량 % 로 설정되는 것이 바람직하다.

본 발명의 알루미늄 합금은 다이캐스팅 방법으로 안전 부품을 생산하는데 특히 적합하다.

Claims (14)

1. 8.5 내지 10.5 중량 % 의 규소;

   0.3 내지 0.8 중량 % 의 망간;

   0.0001 내지 0.06 중량 % 의 마그네슘;

   0.0001 내지 0.15 중량 % 의 철;

   0.0001 내지 0.03 중량 % 의 구리;

   0.0001 내지 0.10 중량 % 의 아연;

   0.0001 내지 0.15 중량 % 의 티타늄;

   0.05 내지 0.5 중량 % 의 몰리브덴;

   영구 미세화를 위한, 30 내지 300 ppm 의 스트론튬 또는 5 내지 30 ppm 의 나트륨과 1 내지 30 ppm 의 칼슘 중 하나 이상; 및

   나머지 알루미늄 및 불가피한 불순물을 포함함을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
2. 제 1 항에 있어서, 50 내지 150 ppm 의 스트론튬을 포함함을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
3. 제 1 항에 있어서, 0.0001 내지 0.05 중량 % 의 마그네슘을 포함함을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 0.08 내지 0.25 중량 % 의 몰리브덴을 포함함을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1항에 있어서, 0.05 내지 0.3 중량 % 의 지르코늄; 결정립 미세화를 위한, 1 내지 250 ppm 의 인에 해당하는 양의 인화갈륨과 인화인듐 중 하나 이상; 및 결정립 미세화를 위한, 1 내지 2 중량 % 의 Ti 및 1 내지 2 중량 % 의 B 를 가지는 알루미늄 모합금에 의해 첨가되는 티타늄과 붕소를 추가로 포함함을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
11. 제 10 항에 있어서, 0.10 내지 0.20 중량 % 의 지르코늄을 포함함을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
12. 제 10 항에 있어서, 1 내지 30 ppm 의 인에 해당하는 양의 인화갈륨과 인화인듐 중 하나 이상을 포함함을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
13. 제 10 항에 있어서, 알루미늄 모합금이 1.3 내지 1.8 중량 % 의 티타늄 및 1.3 내지 1.8 중량 % 의 붕소를 가지며 티타늄/붕소 중량비가 0.8과 1.2 사이인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 알루미늄 모합금이 0.05 내지 0.5 중량 % 인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.