KR101269516B1 - Scandium free high strength aluminum alloys for die casting - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에 관한 것으로서 특히, 석출경화 열처리를 통하여 우수한 인장강도를 갖고, 크랙발생률이 적어 주조성이 우수하면서 스칸듐을 첨가하지 않은 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에 관한 것이다.
본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금은 아연(Zn) 4~7중량%, 마그네슘(Mg) 2~3중량%,, 구리(Cu) 2~3중량%, 지르코늄(Zr) 0.05~0.2중량%, 티타늄(Ti) 0.05~0.2중량% 및 나머지는 알루미늄(Al)과 불순물로 구성된다.The present invention relates to a high-strength aluminum alloy for die casting, and more particularly, to a high-strength aluminum alloy for die casting having excellent tensile strength through precipitation hardening heat treatment, low cracking rate, excellent castability, and no scandium.
High-strength aluminum alloy for die casting according to the present invention is 4 to 7% by weight of zinc (Zn), 2 to 3% by weight of magnesium (Mg), 2 to 3% by weight of copper (Cu), 0.05 to 0.2% by weight of zirconium (Zr). , Ti (Ti) 0.05 ~ 0.2% by weight and the rest is composed of aluminum (Al) and impurities.
Description
본 발명은 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에 관한 것으로서 특히, 석출경화 열처리를 통하여 우수한 인장강도를 갖고, 크랙발생률이 적어 주조성이 우수하면서 스칸듐을 첨가하지 않은 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에 관한 것이다.
The present invention relates to a high-strength aluminum alloy for die casting, and more particularly, to a high-strength aluminum alloy for die casting having excellent tensile strength through precipitation hardening heat treatment, low cracking rate, excellent castability, and no scandium.
다이캐스팅(Die casting)은 다이 주조라고도 한다. 필요한 주조형상에 완전히 일치하도록 정확하게 기계가공된 강제(鋼製)의 금형에 용융금속을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀주조법이다. Die casting is also referred to as die casting. It is a precision casting method in which molten metal is injected into a steel mold precisely machined to perfectly match the required casting shape to obtain the same casting as the mold.
그 제품을 다이캐스트 주물이라고 한다. The product is called diecast casting.
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. Die castings as described above have the advantage that almost no need to be trimmed because the dimensions are accurate, the mechanical properties are excellent, and mass production is possible. Metals used for die casting casting are generally alloys of zinc, aluminum, tin, copper, magnesium, and the like, and are cooled and solidified by injection by pneumatic pressure, hydraulic pressure, hydraulic pressure, etc. using a die cast casting machine.
이러한 다이캐스팅 주조법은 여러 분야에 사용되고 있으나 특히, 자동차부품이 많으며, 전기기기, 광학기기, 차량, 방직기, 건축, 계측기 등의 부품 제작 등에 많이 사용되고 있다. The die casting casting method is used in various fields, but in particular, there are many automobile parts, and many parts are used for manufacturing parts such as electric devices, optical devices, vehicles, weaving machines, architecture, measuring instruments, and the like.
일반적으로 다이캐스팅용 알루미늄 합금으로는 주조성이 우수한 Al-Si계 합금 및 Al-Mg계 합금 등이 사용되어 왔으나, 이 합금들은 인장강도가 350MPa 이하로 낮기 때문에 350MPa 이상의 높은 인장강도를 필요로 하는 항공기, 철도차량, 자동차, 전자, 통신용 부품에는 사용이 제한되어 왔다.In general, Al-Si alloys and Al-Mg alloys, which are excellent in castability, have been used as die casting aluminum alloys. However, these alloys have a high tensile strength of 350 MPa or less, so aircraft requiring high tensile strength of 350 MPa or more are required. Its use has been limited in parts for railroad cars, automobiles, electronics and telecommunications.
또한, 350MPa 이상의 인장강도를 갖는 알루미늄 합금은 항공기, 철도차량, 자동차, 전자, 통신용 부품 등에 일부 사용되고는 있으나, 이 합금들은 다이캐스팅용 알루미늄 합금이 아닌 압출, 압연, 단조 등의 소성가공용 알루미늄 합금으로서 소성가공성은 우수하지만 주조시 크랙이 발생하는 주조성이 열악한 문제점이 있었다.In addition, aluminum alloys having a tensile strength of 350 MPa or more are partially used in aircraft, railroad cars, automobiles, electronics, and communication parts. Although excellent workability, there was a problem in that castability was poor when casting occurred.
따라서, 항공기 철도차량, 자동차, 전자, 통신용 부품 등에 사용하기 위하여 350MPa 이상의 높은 인장강도를 갖고 주조성이 우수한 다이캐스팅용 알루미늄 합금 개발에 대한 필요성이 절실히 요구되고 있다. Therefore, there is an urgent need for development of die casting aluminum alloys having high tensile strength of 350 MPa or more and excellent castability for use in aircraft railway vehicles, automobiles, electronics, and communication parts.
특허출원번호 10-2008-100766의 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금은 350MPa 이상의 인장강도를 갖는 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금으로서 Zn이 5~9중량% 첨가되어 있어 주조성이 열등한 단점을 갖고 있다. 또한 특허출원번호 10-2010-0032850의 주조성이 우수한 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금은 350MPa 이상의 인장강도를 갖는 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금으로서 Zn이 4~7중량% 첨가되어 있어 주조성은 우수하지만, 희소금속으로 가격이 매우 비싼 스칸듐(Sc)이 첨가되어 있기 때문에 다이캐스팅용 알루미늄 합금으로서의 경제성이 문제가 되고 있다.
The high-strength aluminum alloy for die casting of patent application No. 10-2008-100766 is a high-strength aluminum alloy for die casting having a tensile strength of 350 MPa or more, and Zn is added in an inferior castability because 5 to 9 wt% is added. In addition, high-strength aluminum alloy for die casting, which is excellent in castability of patent application No. 10-2010-0032850, is a high-strength aluminum alloy for die casting having a tensile strength of 350 MPa or more. As scandium (Sc), which is very expensive, is added, economical efficiency as a die-cast aluminum alloy becomes a problem.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti)으로 합금되어 350MPa 이상의 높은 인장강도를 갖고, 주조시 크랙발생률이 적은 주조성이 우수한 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
The present invention has been made to solve the above problems, alloyed with zinc (Zn), magnesium (Mg), copper (Cu), zirconium (Zr), titanium (Ti) has a high tensile strength of 350MPa or more, casting It is an object of the present invention to provide an aluminum alloy for die casting excellent in castability with low cracking incidence.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에 있어서, 아연(Zn) 4~7중량%, 마그네슘(Mg) 2~3중량%,, 구리(Cu) 2~3중량%, 지르코늄(Zr) 0.05~0.2중량%, 티타늄(Ti) 0.05~0.2중량% 및 나머지는 알루미늄(Al)과 불순물로 구성된다.In order to achieve the above object, the present invention is a high-strength aluminum alloy for die casting, zinc (Zn) 4-7% by weight, magnesium (Mg) 2-3% by weight, copper (Cu) 2-3% by weight, zirconium (Zr) 0.05-0.2% by weight, 0.05-0.2% by weight of titanium (Ti) and the rest are composed of aluminum (Al) and impurities.
이때, 상기 알루미늄 합금은 120℃의 온도에서 24시간 동안 시효처리된 것을 특징으로 한다.
At this time, the aluminum alloy is characterized in that aged for 24 hours at a temperature of 120 ℃.
상기와 같이 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti)으로 이루어진 본 발명의 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금은 350MPa 이상의 높은 인장강도를 갖고, 주조성이 우수하기 때문에 높은 인장강도와 정밀성을 요구하는 항공기, 철도차량, 자동차, 전자 및 통신용 부품 제작을 위한 다이캐스팅용 소재로 사용할 수 있다.
As described above, the high-strength aluminum alloy for die casting of the present invention made of zinc (Zn), magnesium (Mg), copper (Cu), zirconium (Zr), and titanium (Ti) has a high tensile strength of 350 MPa or more and is excellent in castability. Therefore, it can be used as a die casting material for manufacturing parts for aircraft, railway vehicles, automobiles, electronics, and communication that require high tensile strength and precision.
이하 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a high strength aluminum alloy for die casting according to the present invention will be described in detail.
본 발명은 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti) 및 알루미늄(Al)이 합금되어 구성된 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금으로서, 아연(Zn) 4~7중량%, 마그네슘(Mg) 2~3중량%,, 구리(Cu) 2~3중량%, 지르코늄(Zr) 0.05~0.2중량%, 티타늄(Ti) 0.05~0.2중량% 및 나머지는 알루미늄(Al)과 불순물로 구성된다.The present invention is a high-strength aluminum alloy for die casting in which zinc (Zn), magnesium (Mg), copper (Cu), zirconium (Zr), titanium (Ti) and aluminum (Al) are alloyed, and zinc (Zn) 4 to 7 Wt%, magnesium (Mg) 2-3 wt%, copper (Cu) 2-3 wt%, zirconium (Zr) 0.05-0.2 wt%, titanium (Ti) 0.05-0.2 wt% and the rest aluminum (Al) And impurities.
본 발명은 상기 각각의 조성량에 따라서 합금원소 사이에 석출물의 형성이 가능한 합금원소를 첨가하고, 석출경화 열처리를 통하여 알루미늄 기지 금속에 미세한 석출물을 균일하게 분산시킴으로써 인장강도를 향상시킨 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금이다.
The present invention adds an alloying element capable of forming precipitates between alloying elements according to the respective composition amounts, and improves tensile strength by uniformly dispersing fine precipitates in an aluminum base metal through precipitation hardening heat treatment. Alloy.
상기 각 합금원소의 첨가 및 함량 한정 이유는 다음과 같다.The reasons for the addition and content of each alloy element are as follows.
아연(Zn)은 알루미늄에 합금원소로 첨가되어 인장강도 및 경도 등을 효과적으로 증가시킬 수 있는 원소이다. 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에는 아연이 4~7중량%가 첨가되는데, 아연의 함량이 4중량% 미만이면 인장강도 증가효과를 얻을 수 없고, 아연의 함량이 7중량% 초과하면 주조성이 저하되고 열간 취성의 원인이 된다.
Zinc (Zn) is an element that can be added to aluminum as an alloying element to effectively increase tensile strength and hardness. In the high-strength aluminum alloy for die casting according to the present invention, zinc is added 4 to 7% by weight, when the zinc content is less than 4% by weight, the effect of increasing tensile strength is not obtained, and when the zinc content is more than 7% by weight, castability is obtained. This lowers and causes hot brittleness.
마그네슘(Mg)은 Al-Zn 합금에 첨가되어 석출경화 열처리에 의하여 MgZn2 금속간 화합물로 석출됨으로써 인장강도 및 경도를 증가시킬 수 있는 합금원소이다. 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에는 마그네슘이 2~3중량%가 첨가되는데, 마그네슘의 함량이 2중량% 미만이면 인장강도의 증가효과를 얻을 수 없고, 마그네슘의 함량이 3중량% 초과하면 신율 저하의 원인이 된다.
Magnesium (Mg) is an alloying element that can be added to the Al-Zn alloy and precipitated as MgZn 2 intermetallic compound by precipitation hardening heat treatment to increase tensile strength and hardness. In the high-strength aluminum alloy for die casting according to the present invention, 2 to 3% by weight of magnesium is added. If the content of magnesium is less than 2% by weight, the effect of increasing tensile strength is not obtained, and when the content of magnesium exceeds 3% by weight, the elongation is increased. It may cause degradation.
구리(Cu)는 Al-Zn-Mg 합금에 첨가되어 석출경화 열처리에 의하여 CuMgAl2 금속간 화합물로 석출됨으로써 인장강도 및 경도를 증가시킬 수 있는 합금원소이다. 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에는 구리가 2~3중량%가 첨가되는데, 구리의 함량이 2중량% 미만이면 인장강도 증가효과를 얻을 수 없고, 구리의 함량이 3중량% 초과하면 신율 저하의 원인이 된다.
Copper (Cu) is an alloying element that can be added to the Al-Zn-Mg alloy and precipitated as CuMgAl 2 intermetallic compound by precipitation hardening heat treatment to increase tensile strength and hardness. In the high-strength aluminum alloy for die casting according to the present invention, copper is added in an amount of 2 to 3% by weight. If the copper content is less than 2% by weight, the tensile strength increase effect cannot be obtained. Cause.
지르코늄(Zr)은 Al-Zn-Mg 합금에 첨가되어 석출경화 및 결정립 미세화 효과를 얻을 수 있는 합금원소이다. 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에는 지르코늄이 0.05~0.2중량%가 첨가되는데, 지르코늄의 함량이 0.05중량% 미만이면 인장강도 증가효과를 얻을 수 없고, 지르코늄의 함량이 0.2중량% 초과하면 신율 저하의 원인이 된다.
Zirconium (Zr) is an alloying element that can be added to an Al-Zn-Mg alloy to obtain precipitation hardening and grain refinement effects. In the high-strength aluminum alloy for die casting according to the present invention, zirconium is added in an amount of 0.05 to 0.2% by weight. If the content of zirconium is less than 0.05% by weight, the effect of increasing tensile strength is not obtained. Cause.
티타늄(Ti)은 Al-Zn-Mg 합금에 첨가되어 결정립 미세화 및 주조재의 크랙방지 효과를 얻을 수 있는 합금원소이다. 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에는 티타늄이 0.05~0.2중량%가 첨가되는데, 티타늄의 함량이 0.05중량% 미만이면 결정립 미세화 효과를 얻을 수 없고, 티타늄의 함량이 0.2중량% 초과하면 신율 저하의 원인이 된다.
Titanium (Ti) is an alloying element that can be added to an Al-Zn-Mg alloy to obtain grain miniaturization and crack prevention effects of cast materials. In the high-strength aluminum alloy for die casting according to the present invention, titanium is added in an amount of 0.05 to 0.2% by weight, but when the titanium content is less than 0.05% by weight, the grain refinement effect cannot be obtained. Cause.
(실시예)(Example)
본 발명에 따른 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에 대하여 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 첨부 표를 참조하여 상세하게 설명한다.The high strength aluminum alloy for die casting according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying table showing the preferred embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금을 제조하기 위해 표 1에 나타낸 조성을 갖는 합금을 통상적인 용융 교반식 알루미늄 합금 제조 방법으로 잉곳을 제조하였다.The alloy having the composition shown in Table 1 for producing a high-strength aluminum alloy for die casting according to the present invention ingot was prepared by a conventional melt stirring aluminum alloy production method.
다시 말하면, 표 1과 같은 조성의 알루미늄 합금을 고주파 유도 용해로를 이용하여 대기 중에서 용해한 후, 주조금형을 이용하여 약 20㎏ 중량의 잉곳을 제조하였다.In other words, the aluminum alloy of the composition shown in Table 1 was dissolved in the air by using a high frequency induction melting furnace, and then an ingot having a weight of about 20 kg was manufactured using a casting mold.
그리고, 상기 잉곳을 보온로에서 용해하고 용탕을 750℃의 온도로 유지한 후에 다이캐스팅 장치를 이용하여 폭 10mm, 길이 100mm, 두께 1mm인 시험편을 주조하였다. 그리고 주조된 시험편을 120℃의 온도에서 24시간 시효 처리하였다.Then, the ingot was dissolved in a heating furnace and the molten metal was kept at a temperature of 750 ° C., and then a test piece having a width of 10 mm, a length of 100 mm, and a thickness of 1 mm was cast using a die casting apparatus. And the cast test piece was aged for 24 hours at the temperature of 120 degreeC.
상기 시험편에 대하여 주조성을 평가하고, 인장시험기를 이용하여 상온에서 인장강도, 항복강도 및 신율을 측정하였다.
Castability of the test piece was evaluated, and tensile strength, yield strength and elongation were measured at room temperature using a tensile tester.
상기 시험편에 대한 주조성 평가는 표 2와 같이 20개 시험편에 0.1mm 이상 크기의 크랙 발생률을 측정하여 평가하였고, 그 결과 표 3과 같이 본 발명에 의한 실시예1 내지 실시예3은 모두 크랙 발생률이 5%로서 주조성이 우수하게 평가되어, 스칸듐(Sc)이 첨가된 비교예4 내지 비교예7과 동등한 수준의 주조성을 갖는 것으로 평가되었다.
Castability evaluation for the test piece was evaluated by measuring the crack incidence of the size 0.1mm or more in 20 test specimens as shown in Table 2, and as a result, as shown in Table 3, all of the Examples 1 to 3 according to the present invention The castability was excellently evaluated as this 5%, and the castability was evaluated to have the same level of castability as that of Comparative Examples 4 to 7 to which scandium (Sc) was added.
또한, 본 발명에 의한 시험편을 인장시험기로 상온에서 인장강도, 항복강도 및 신율을 측정하였다. 그 결과, 표 4와 같이, 본 발명의 실시예1 내지 실시예3은 모두 인장강도가 350MPa 이상의 특성을 나타낸다.
In addition, the tensile strength, yield strength and elongation of the test piece according to the present invention was measured at room temperature with a tensile tester. As a result, as shown in Table 4, all of Examples 1 to 3 of the present invention exhibits a tensile strength of 350 MPa or more.
(MPa)The tensile strength
(MPa)
(MPa)Yield strength
(MPa)
(%)Elongation
(%)
1
One
2
2
3
3
이상, 본 발명에 의한 스칸듐이 없는 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에 대해 설명하였다. 상기 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.In the above, the high-strength aluminum alloy for scandium-free die casting by this invention was demonstrated. It will be understood by those skilled in the art that the technical features of the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Therefore, the above-described embodiments are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the appended claims rather than the foregoing description, and the meanings of the claims and All changes or modifications derived from the scope and the equivalent concept shall be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (2)
아연(Zn) 4~7중량%, 마그네슘(Mg) 2~3중량%,, 구리(Cu) 2~3중량%, 지르코늄(Zr) 0.05~0.2중량%, 티타늄(Ti) 0.05~0.2중량% 및 나머지는 알루미늄(Al)과 불순물로 구성된 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금.
In the high strength aluminum alloy for die casting,
4-7% by weight of zinc (Zn), 2-3% by weight of magnesium (Mg), 2-3% by weight of copper (Cu), 0.05-0.2% by weight of zirconium (Zr), 0.05-0.2% by weight of titanium (Ti) And the remainder is aluminum (Al) and high-strength aluminum alloy for die casting, characterized in that consisting of impurities.
상기 알루미늄 합금은 120℃의 온도에서 24시간 동안 시효처리된 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금.
The method of claim 1,
The aluminum alloy is a high-strength aluminum alloy for die casting, characterized in that aged for 24 hours at a temperature of 120 ℃.
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