KR101325642B1

KR101325642B1 - 크리프 특성이 우수한 주조용 마그네슘합금

Info

Publication number: KR101325642B1
Application number: KR1020120133774A
Authority: KR
Inventors: 신광선; 소태일; 강문구
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2013-11-05
Also published as: KR20130017077A

Abstract

본 발명은 Mg-Al-Ca-Mn 합금계를 기본으로 미시메탈(Mm), 스트론튬(Sr) 또는 실리콘(Si) 등의 합금원소를 첨가하고 합금계를 구성하는 합금원소의 첨가 비율 조절을 통해, 경제적이면서 뛰어난 상온 강도와 150℃에서 사용할 수 있는 우수한 고온 강도 및 내크리프성은 물론, 다이캐스팅에 적합한 주조성을 지닌 내열 마그네슘합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 마그네슘합금은 6.0 ~ 8.5 중량%의 Al, 0.9 ~ 1.7 중량%의 Ca, 0.1 ~ 0.5 중량%의 Mn, 0.4 ~ 2.5 중량%의 희토류금속, 0.01 ~ 0.15 중량% 의 Sr을 함유하고, 나머지는 마그네슘과 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

크리프 특성이 우수한 주조용 마그네슘합금 {Magnesium Casting Alloy Having Good Creep Resistance}

본 발명은 차량이나 전자부품과 같이 높은 기계적 및 열적 특성이 요구되는 분야에 사용할 수 있는 내열 마그네슘합금에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마그네슘에 첨가되는 합금원소의 선정과 각 성분 간의 비율의 조절을 통해 우수한 상온 및 고온 강도와 내크리프성 및 주조성을 구비하여, 특히 다이캐스팅 및 중력주조에 적합한 내열 마그네슘합금에 관한 것이다.

마그네슘합금은 현재 상용화된 합금 중에서 가장 가벼운 합금으로서 자동차에서는 경량화를 극대화하기 위한 부품에 사용된다. 또한, 최근에는 부품의 일체화를 통한 대형화나, 내열 합금 개발에 따른 차량용 엔진 부품 적용과 가공재를 이용한 차체 부품 적용 등으로 인해 마그네슘합금을 적용한 자동차 부품의 수요가 급격히 증가하고 있다.

한편, 고온용 자동차 부품으로의 적용을 위한 내열 마그네슘합금 개발에 있어서는 상온용 부품에 적용되는 것과 달리 다음과 같은 여러 가지 사항을 동시에 고려하여야 하는데, 우선적으로 내열 마그네슘합금은 상온 및 고온에서의 기계적 특성과 크리프 특성이 우수하여야 할 뿐만 아니라, 뛰어난 주조성과 사용 환경에 적합한 내식성을 지녀야 한다.

현재 개발되고 있는 다이캐스팅용 내열 마그네슘합금은 주로 Mg-Al계 합금을 기본 조성으로 하고, 여기에 Si, Ca, Sr 혹은 RE(희토류, Rare-Earth) 원소 등을 첨가하여 합금의 제반 특성을 향상시키는 방향으로 개발되고 있다. 즉, 대부분의 다이캐스팅용 내열 마그네슘합금은 Al을 주 합금원소로 하고 있는데, 이는 Al의 첨가가 마그네슘합금의 상온 강도와 함께 주조성을 향상시키기 때문이다. 그러나 Al은 고온에서 크리프 특성을 저하시키는 단점이 있는 관계로 적정량의 Al을 첨가하는 것이 매우 중요하다.

이와 같이 Al을 주 합금원소로 첨가하여 개발된 상용 마그네슘합금은 AZ(Mg-Al-Zn)와 AM(Mg-Al-Mn) 계열의 AZ91, AM60, AM50 합금 등이 있는데, 이들 합금은 고온에서 강도가 급격하게 저하되기 때문에 최대 사용온도가 120℃ 정도이며　그 이상의 온도에서 사용되는 자동차 부품에는 적용할 수 없는 한계가 있다.

따라서 Al을 주 합금원소로 하는 마그네슘합금에 비해 고온강도가 우수하고 주조성과 부식저항성이 우수한 내열 마그네슘합금의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 목적으로 개발된 마그네슘합금에는 Al 또는 Zn을 주 합금원소로 하고, 여기에 Ca, Si, RE, Sr 등의 원소를 소량 첨가한 합금들이 있다.

또한, 최근에는 기존의 내열 마그네슘합금과 동등한 수준의 기계적 강도 및 내열성을 유지하면서, 생산원가를 낮추고 주조성을 개선하는 것이 내열 마그네슘 합금의 중요한 개발 목적이 되고 있다. 이러한 목적으로 개발된 150℃용 내열 마그네슘합금으로는 다음과 같은 예가 알려져 있다.

하이드로마그네슘(Hydro Magnesium)사는 다이캐스팅용 마그네슘합금으로 AS 및 AE계 합금의 개량에 초점을 맞추어, AS21 합금에 Mn 함량을 줄이는 대신에 소량의 미시메탈(Misch metal)을 첨가함으로써 내식성이 향상된 AS21X 합금을 개발하였으며, 또한 AE42 합금의 특성을 향상시킨 AE44 합금을 개발하였다.

또한, 혼다(Honda)사는 미쓰이마이닝스멜팅(Mitsui Mining Smelting)사와 함께 AM50 합금에 2.5 중량%의 RE와 2.0 중량%의 Ca을 첨가한 ACM522 합금을 개발하여 오일팬에 적용하였는데, 이 부품은 혼다사의 하이브리드카인 인사이트(Insight) 엔진에 적용된 예가 있다. 하지만 이 합금은 상대적으로 가격이 비싼 RE의 함량이 높을 뿐만 아니라 금형흡착(Die Sticking) 및 열균열(Hot Cracking) 발생 등과 같은 제조 공정상의 문제점이 있다.

또한, 지엠(GM)사는 AM50 합금에 1.7 내지 3.3 중량%의 Ca과 0.2 중량%의 Sr을 첨가한 AXJ 합금을 개발하였으나, 이 경우에도 높은 Ca 함량에 따른 금형흡착 및 열균열 발생 등의 문제점이 있다. 　

또한, 마그네슘엘렉트론(Magnesium Elektron)사는 2.5 중량%의 RE, 0.35 중량%의 Zn, 0.3 중량%의 Mn에 소량의 Sr과 Ca을 첨가한 MEZ 합금을 개발하였는데, 이 합금은 양호한 내열 특성을 나타내지만, 항복강도가 낮은 단점이 있다.

현재까지 개발된 150℃용 내열 마그네슘합금 중 경제성이 좋은 합금으로는 데드씨마그네슘(Dead Sea Magnesium)사에서 개발한 MRI153 및 MRI230D 합금이 있다. 이 합금은 마그네슘합금에 Sr, Ca 등을 첨가한 합금으로서 비교적 높은 하중에서도 우수한 내크리프 특성을 나타낸다. 또한 현재까지 개발된 고강도 내열 합금 중에서는 고온 특성이 매우 우수한 것으로 알려졌으나, 주조성이나 가격 및 부품 적용 측면에는 여전히 개선할 여지가 있다.

본 발명은 Mg-Al-Ca-Mn 합금계를 기본으로 희토류 금속, 스트론튬(Sr) 또는 실리콘(Si) 등의 합금원소를 첨가하고, 합금계를 구성하는 합금원소의 첨가 비율의 조절을 통해, 우수한 상온 강도와 150℃에서 사용할 수 있는 고온 강도와 내크리프성을 나타내면서도 저비용으로 제조할 수 있는 내열 마그네슘합금을 제공하는 것을 해결과제로 한다.

본 발명자들은 고가의 합금원소 사용을 가급적 최소화하면서 기존에 개발된 내열 마그네슘합금에 상응하는 상온 강도, 고온 특성, 주조성 및 내식성을 구비할 수 있도록, 상기한 조성의 합금계를 선정하여, 각 조성 간의 비율을 조절하였을 때의 석출물(Mg₁₇Al₁₂, Al₈Mn₅, CaMgAl, Al₁₁Mn₄, Al₄Sr, AlMgSr, Al₂Ce, Al₁₁Ce₃ 등)의 종류와 부피 분율 등을 고려하여 최소한의 비용으로 최대한의 물성(상온 및 고온 강도, 주조성 및 내식성 등)을 얻을 수 있는 마그네슘합금을 연구한 결과, 하기와 같은 조성의 마그네슘을 개발하게 되었다.

본 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로, 6.0 ~ 8.5 중량%의 Al, 0.9 ~ 1.7 중량%의 Ca, 0.1 ~ 0.5 중량%의 Mn, 0.4 ~ 2.5 중량%의 희토류금속, 0.01 ~ 0.15 중량%의 Sr을 함유하고, 나머지는 마그네슘과 불가피한 불순물을 포함하는 내열 마그네슘합금을 제공한다.

또한, 상기 마그네슘 합금에 있어서, 상기 Ca과 희토류금속의 함량은 각각 0.9 ~ 1.2 중량% 및 0.4 ~ 1.0 중량%이거나, 1.3 ~ 1.7 중량% 및 1.5 ~ 2.5 중량%인 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 마그네슘 합금은 0.5 중량% 이하의 Sn과 0.3 중량% 이하의 Si 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 내열 마그네슘합금에 있어서, 상기 희토류 금속은 보다 경제성이 있는 미시메탈(Mm)인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내열 마그네슘합금은 다이캐스팅, 사형 주조, 금형 주조, 반응고 주조 및 단조 또는 용탕 단조로 사용하기 위한 것임을 특징으로 한다.

또한, 상기 내열 마그네슘합금은, 150℃, 70MPa 인가응력 하에서 1× 10^-8/s 이하의 크리프 속도와, 상온 및 150℃에서의 항복강도가 130MPa 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내열 마그네슘합금은, Fe의 함량이 0.004 중량% 이하, Cu의 함량이 0.003 중량% 이하, Ni의 함량이 0.001 중량% 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 마그네슘합금을 구성하는 각 성분의 조성 범위를 상기와 같이 한정한 이유는 다음과 같다.

알루미늄( Al ): 6.0 ~ 8.5 중량%

알루미늄은 마그네슘 기지 내에 최대 고용한이 437℃에서 대략 12 중량% 정도로, Mg-Al 이원계 합금의 경우 최대 9 중량% 이내로 마그네슘 기지 내에 고용되어 고용강화 효과를 나타낸다.

알루미늄 함량이 6.0 중량% 이하로 낮아진다면 다이캐스팅 합금의 주조성이 나빠지며 상온강도가 저하하여 6.0 중량% 초과로 첨가하는 것이 바람직하며, 6.5중량% 이상으로 첨가하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 알루미늄은 마그네슘과 반응하여 Mg₁₇Al₁₂상을 형성하여, 상온에서의 강도 향상에 기여하나 고온에서는 낮은 용융점으로 인한 입계 연화로 고온 특성을 저해하므로 8.5 중량%까지로 한정하는 것이 바람직하다.

칼슘( Ca ): 0.9 ~ 1.7 중량%

칼슘은 마그네슘합금 용탕 표면에 산화막을 형성하여 주조 공정 시 내산화성을 향상시켜 마그네슘 용해시 보호가스로 사용되는 SF₆가스의 소비량을 줄일 수 있고, 알루미늄과 반응하여 입계에 Al₂Ca과 같은 중간상을 생성하여 마그네슘합금의 크리프 특성을 향상시키는 역할을 한다. 한편, 칼슘이 2.0 중량% 이상이 되면 다이캐스팅 금형과의 반응으로 인해 금형흡착 현상이 심해져 금형의 마모와 함께 마그네슘합금의 회수율이 저하된다.

상기한 칼슘의 효과를 얻기 위해 본 발명에서는 칼슘을 0.9 중량% 이상으로 첨가하되, 칼슘에 의한 금형흡착 현상을 억제하기 위하여 최대 1.7 중량%까지로 제한한다.

망간( Mn ): 0.1 ~ 0.5 중량%

망간은 마그네슘합금의 내식성에 악영향을 미치는 철(Fe)과 반응하여 FeMn화합물을 형성하고 이 화합물은 슬러지로 걸러져 마그네슘합금의 Fe 함량을 낮추기 때문에 마그네슘합금의 내식성을 개선하는 역할을 한다. 망간의 함량이 너무 낮으면 상기한 효과를 얻을 수 없기 때문에 최소 0.1 중량% 이상으로 첨가한다. 한편, 망간을 1.0 중량%를 초과하여 첨가하게 되면 초정 Mn을 생성하여 기계적 성질을 떨어뜨리므로 0.5 중량 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

희토류금속( RE ): 0.4 ~ 2.5 중량%

본 발명에 첨가되는 희토류금속은 0.4 내지 2.5 중량%로 일반적으로 원자번호 57(La, 란탄) 내지 71(Lu, 루테튬)에 속하는 원소의 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 한편, 세륨리치 미시메탈(Mm)은 대략 50 중량%의 Ce(세륨), 25 중량%의 La(란탄), 20 중량%의 Nd(네오디뮴), 5 중량%의 Pr(프라세오디뮴)으로 이루어져 있는데, 다른 희토류금속에 비해 저렴하기 때문에 바람직한 예라고 할 수 있다.

희토류금속은 알루미늄과의 반응으로 입계에 Al₁₁RE₃의 중간상을 생성하여 고온에서 입계 미끄러짐을 방해하여 고온강도, 크리프 특성 및 내식성을 향상시키기 때문에 최소한 0.4 중량% 이상을 마그네슘에 첨가하는 것이 바람직하며, 지나치게 많이 첨가하게 되면 마그네슘합금의 제조비용이 상승하는 문제점이 있기 때문에 2.5 중량%까지로 제한한다.

스트론튬( Sr ): 0.01 ~ 0.15 중량%

스트론튬은 마그네슘합금의 결정립을 미세하게 하는 작용을 하여 마그네슘합금의 강도를 향상시킨다. 또한 알루미늄이나 마그네슘과 반응으로 입계에 열적으로 안정한 Al₄Sr 및 MgAlSr과 같은 화합물을 생성하여 고온에서 전위 이동을 억제하거나 입계의 미끄러짐을 방해함으로써 고온 특성 향상에 기여한다. 함량이 지나치게 낮을 경우에는 상기한 효과를 기대하기 어려워 최소 0.01 중량% 이상으로 하였으며, 함량이 많아지면 제조비용이 상승하므로 최대 0.15 중량% 이하로 제한하였다.

주석( Sn ): 0.5 중량% 이하

Mg-Al-Ca계 합금에 주석을 첨가할 경우, 상온 강도가 증가하는 효과가 있으나 다량 첨가하면 크리프 특성이 감소할 수 있으므로, 최대 0.5 중량%가 되도록 첨가하며, 보다 바람직하게는 0.2 중량% 이내로 첨가한다.

실리콘( Si ): 0.3 중량% 이하

마그네슘합금에 실리콘을 첨가할 경우, 상온 강도가 증가하는 효과가 있으나 다량 첨가하면 연신율이 감소하므로, 최대 0.3 중량%가 되도록 첨가하며, 보다 바람직하게는 0.1 중량% 이내로 첨가한다.

기타 불가피한 불순물

본 발명에 따른 마그네슘합금에는 합금의 원료 또는 제조과정에서 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함할 수 있으며, 본 발명에 따른 마그네슘합금에 포함될 수 있는 불순물 중에서 Fe, Cu, Ni는 마그네슘합금의 내식성을 악화시키는 역할을 하는 성분이다. 따라서 Fe의 함량은 0.004 중량% 이하, Cu의 함량은 0.003 중량% 이하, Ni의 함량은 0.001 중량% 이하를 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 각 합금원소의 첨가에 따른 다이캐스팅용 내열 Mg-Al-Ca-RE-Sr-Mn 마그네슘합금은 비교적 저렴한 제조비용으로 우수한 상온 및 고온 강도와 내크리프 특성을 나타내어 차량용이나 전자기기용 부품용 중에서 사용온도 150℃에서 높은 기계적 특성 및 열적 특성이 요구되는 부품에 사용될 수 있다.

도 1(a) ~ 도 1(l)은 순서대로 본 발명의 실시예 No.1 ~ No.12 합금의 광학 미세조직사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘합금들의 유동성을 평가하는데 사용한 장치의 사진이다.

이하, 본 발명에 따른 마그네슘합금에 대해서 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

마그네슘합금의 제조

본 발명의 실시예에서는 320톤 콜드챔버(Cold Chamber) 다이캐스팅 장비와, 240리터급 진공탱크를 구비한 장비를 사용하여, 용탕온도 660 ~ 690℃, 금형온도 170 ~ 230℃, 사출압력 260kgf/㎠ 조건을 적용하여 하기 표 1의 조성을 갖는 다이캐스팅 마그네슘합금을 제조하였다.

미세조직 분석

상기와 같은 조성으로 제조한 마그네슘합금의 미세조직을 관찰하기 위하여, 다이캐스팅 공정으로 제조한 합금 시편에서 미세조직 관찰용 시편을 채취하였으며, 각 시편은 수지에 마운팅(Mounting)하여 100 ~ 4000번 사포 및 0.05mm 알루미나 분말로 기계적 연마를 한 후, 0.5% 나이탈(Nital) 용액으로 에칭하였다.

도 1(a)은 실시예 No.1의 광학 미세조직사진이다. 미세조직사진에서 확인되는 바와 같이, 대부분의 석출상들이 입내보다는 입계에 많이 분포되어 있다. 공정 조직인 Mg₁₇Al₁₂ 역시 주로 입계에 형성되어 있으며, 이는 다이캐스팅 공정의 특성상 빠른 냉각속도로 인해 생성되는 상의 대부분이 입계에 집중적으로 형성되었기 때문이다. 이와 같은 현상은 다른 실시예 No.2 ~ 12에서도 동일하게 관찰되었다.

이와 같은 석출상들을 XRD와 SEM의 EDS를 통해서 마그네슘이나 알루미늄과 반응하여 안정상을 이루는 Ca, Sr, Mn, Mm, Si, Sn 등의 석출상을 분석한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

본 발명의 실시예에 따른 각 합금에서 생성되는 석출상의 종류

합금 번호	조성	생성 강화상
1	Mg-7.7Al-1.0Ca-0.9Mm-0.2Sr-0.25Mn	Mg₁₇Al₁₂, (Mg,Al)₂Ca, Al₄Sr, AlMgSr, Al₈Mn₅, Al₁₁Mn₄, Al₂RE, Al₁₁RE₃
2	Mg-8.0Al-1.1Ca-0.6Mm-0.1Sr-0.22Mn	Mg₁₇Al₁₂, (Mg,Al)₂Ca, AlMgSr, Al₈Mn₅, Al₁₁Mn₄, Al₂Ce, Al₁₁Ce₃
3	Mg-8.0Al-1.1Ca-0.6Mm-0.1Sr-0.22Mn-0.2Sn	Mg₁₇Al₁₂, (Mg,Al)₂Ca, CaMgSn, AlMgSr, Al₈Mn₅, Al₁₁Mn₄, Al₂Ce, Al₁₁Ce₃
4	Mg-8.0Al-1.1Ca-0.6Mm-0.1Sr-0.22Mn-0.2Sn-0.1Si	Mg₁₇Al₁₂, (Mg,Al)₂Ca, CaMgSn, CaMgSi, AlMgSr, Al₈Mn₅, Al₁₁Mn₄, Al₂Ce, Al₁₁Ce₃
5	Mg-6.5Al-1.3Ca-1.5Mm-0.1Sr-0.3Mn	Mg₁₇Al₁₂, (Mg,Al)₂Ca, AlMgSr, Al₈Mn₅, Al₁₁Mn₄, Al₂Ce, Al₁₁Ce₃
6	Mg-6.5Al-1.7Ca-2.5Mm-0.1Sr-0.3Mn	Mg₁₇Al₁₂, (Mg,Al)₂Ca, AlMgSr, Al₈Mn₅, Al₁₁Mn₄, Al₂Ce, Al₁₁Ce₃
7	Mg-6.5Al-1.7Ca-2.5Mm-0.1Sr-0.3Mn-0.5Sn	Mg₁₇Al₁₂, (Mg,Al)₂Ca, CaMgSn, AlMgSr, Al₈Mn₅, Al₁₁Mn₄, Al₂Ce, Al₁₁Ce₃
8	Mg-6.5Al-1.7Ca-2.5Mm-0.1Sr-0.3Mn-0.5Sn-0.3Si	Mg₁₇Al₁₂, (Mg,Al)₂Ca, CaMgSn, CaMgSi, AlMgSr, Al₈Mn₅, Al₁₁Mn₄, Al₂Ce, Al₁₁Ce₃
9	Mg-8.0Al-1.3Ca-1.5Mm-0.1Sr-0.3Mn	Mg₁₇Al₁₂, (Mg,Al)₂Ca, AlMgSr, Al₈Mn₅, Al₁₁Mn₄, Al₂Ce, Al₁₁Ce₃
10	Mg-8.0Al-1.7Ca-2.5Mm-0.1Sr-0.3Mn	Mg₁₇Al₁₂, (Mg,Al)₂Ca, AlMgSr, Al₈Mn₅, Al₁₁Mn₄, Al₂Ce, Al₁₁Ce₃
11	Mg-8.0Al-1.7Ca-2.5Mm-0.1Sr-0.3Mn-0.5Sn	Mg₁₇Al₁₂, (Mg,Al)₂Ca, CaMgSn, AlMgSr, Al₈Mn₅, Al₁₁Mn₄, Al₂Ce, Al₁₁Ce₃
12	Mg-8.0Al-1.7Ca-2.5Mm-0.1Sr-0.3Mn-0.5Sn-0.3Si	Mg₁₇Al₁₂, (Mg,Al)₂Ca, CaMgSn, CaMgSi, AlMgSr, Al₈Mn₅, Al₁₁Mn₄, Al₂Ce, Al₁₁Ce₃

상온 및 고온 인장 특성 평가

본 발명의 실시예에 따른 마그네슘합금의 상온 및 고온 인장실험은 20mm의 표점거리와 4mm의 직경(ASTM B557M)을 가진 봉상 시편을 사용하여 수행하였으며, 인장시험 중 시편의 외부결함에 의한 조기 파단을 막기 위하여 실험 전에 시편의 표면을 2,000번 사포를 사용하여 연마하였다.

인장시험은 상온에서 2× 10^-4/s의 공칭변형률속도로 수행하였으며, 실험결과의 재현성을 위하여 5개 이상의 시편을 동일한 조건에서 실험하였다. 고온(150℃) 인장시험의 경우에는, 고온 챔버의 내부 온도를 150℃에서 1시간 동안 유지한 후, 시편을 지그에 장착하고 다시 20분간 유지하여 시편 온도가 목적 온도에 도달한 것을 확인한 후 인장시험을 수행하였으며, 그 결과는 하기 표 2와 같다.

하기 표 2에서 확인된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다이캐스팅 마그네슘합금의 상온 항복강도는 최저 148.3MPa에서 최대 175.7MPa이고, 고온(150℃) 항복강도도 최저 123.8MPa에서 최대 140.7MPa이므로, 고온 환경에서 사용할 수 있는 충분한 강도를 나타냄을 알 수 있다.

제조 마그네슘합금의 조성 및 상온 및 고온 인장 특성

합금 번호	조성	25 (℃)			150 (℃)
합금 번호	조성	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	연신율 (%)	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	연신율 (%)
1	Mg-7.7Al-1.0Ca-0.9Mm-0.2Sr-0.25Mn	167.0	248.5	6.0	135.1	169.6	22.1
2	Mg-8.0Al-1.1Ca-0.6Mm-0.1Sr-0.22Mn	160.6	241.1	4.9	136.3	166.2	20.7
3	Mg-8.0Al-1.1Ca-0.6Mm-0.1Sr-0.22Mn-0.2Sn	161.4	261.5	6.2	136.7	170.1	22.3
4	Mg-8.0Al-1.1Ca-0.6Mm-0.1Sr-0.22Mn-0.2Sn-0.1Si	175.7	246.5	3.8	136.3	169.6	16.0
5	Mg-6.5Al-1.3Ca-1.5Mm-0.1Sr-0.3Mn	156.2	233.3	7.1	123.8	144.3	5.9
6	Mg-6.5Al-1.7Ca-2.5Mm-0.1Sr-0.3Mn	148.3	189.5	3.4	124.4	152.4	9.9
7	Mg-6.5Al-1.7Ca-2.5Mm-0.1Sr-0.3Mn-0.5Sn	164.7	201.9	3.3	128.6	169.6	8.6
8	Mg-6.5Al-1.7Ca-2.5Mm-0.1Sr-0.3Mn-0.5Sn-0.3Si	164.7	220.4	3.9	136.9	164.7	7.5
9	Mg-8.0Al-1.3Ca-1.5Mm-0.1Sr-0.3Mn	156.3	212.6	3.5	132.8	162.5	14.9
10	Mg-8.0Al-1.7Ca-2.5Mm-0.1Sr-0.3Mn	163.9	212.9	4.0	132.9	157.8	6.0
11	Mg-8.0Al-1.7Ca-2.5Mm-0.1Sr-0.3Mn-0.5Sn	162.4	212.4	3.1	135.0	161.2	7.0
12	Mg-8.0Al-1.7Ca-2.5Mm-0.1Sr-0.3Mn-0.5Sn-0.3Si	166.7	210.2	2.7	140.7	170.8	9.5
AM60B	Mg-6.0Al-0.3Mn	131.9	198.6	5.3	98.4	125.0	10.5

크리프 특성 평가

본 발명의 실시예에 따른 다이캐스팅 마그네슘합금의 크리프 시험은 온도 150℃, 인가응력 70MPa의 조건하에서 실시하였다. 크리프 시험기는 20:1의 레버타입(Lever Type)으로 시험조건의 응력에 맞는 하중이 시편에 인가되도록 제작하였다. 시편의 변형량은 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)를 이용하여 측정하였다. 모든 크리프 시험은 시편이 목표 온도에 유지되도록 시편 장착 후 목표 온도에서 1시간 유지한 후 실시하였으며, 실험 결과는 하기 표 3과 같다.

본 발명의 실시예에 따른 마그네슘합금의 크리프 특성 평가 결과

합금 번호	실험 조건		최소 크리프 속도(/s)	크리프 변형량(%) (200hr)	비고
합금 번호	온도	인가응력	최소 크리프 속도(/s)	크리프 변형량(%) (200hr)	비고
1	150	70MPa	2.22E-09	0.29	실시예
2			2.78E-09	0.37	실시예
4			3.09E-09	0.40	실시예
8			1.67E-10	0.08	실시예
12			5.56E-10	0.14	실시예
AM60B			2.42E-07	4.40	비교예

상기 표 3에서 확인된 바와 같이, 본 발명에 의한 마그네슘합금의 크리프 속도는 모두 4× 10^-9/s 이하로 매우 양호한 수준임을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 합금은 고가의 합금원소 사용을 최대한 억제하여 경제적이면서도 150℃의 사용온도에서 요구되는 고온강도 및 내크리프성을 얻을 수 있다.

유동성 평가

유동성 평가는 용탕 온도 680℃의 용탕 1kg과, 내경 6㎜, 외경 8㎜, 길이 750㎜의 파이렉스(pyrex) 튜브(도 2 참조)를 사용하여 실시하였다. 마그네슘합금을 용해하고 용탕 표면의 드로스를 제거한 다음, 파이렉스 튜브를 용탕 내부에 투입하였다. 튜브에 연결된 챔버의 압력을 380torr로 유지한 다음, 차단 밸브를 열어 압력 차이를 이용하여 용탕이 튜브 내로 이송시켜 응고시킨 후, 응고된 합금의 길이를 측정하였다. 동일한 실험을 5회 수행한 후, 응고된 합금 길이의 평균치를 사용하여 유동성을 상대 비교하였으며, 그 결과는 하기 표 4와 같다. 하기 표 4에서 확인된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 마그네슘합금은 대체로 유사한 유동성을 가지며, 상용의 AM50A 합금과 대비하여 약 10% 이상 유동성이 우수함을 알 수 있다.

AM50A 합금 대비 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘합금의 유동성

합금 번호	유동 길이 (mm)	AM50A 대비 유동성(%)	비고
1	564.5	113.13	실시예
2	570.8	114.38	실시예
AM50A	499.0	100.00	비교예

Claims

6.0 ~ 8.5 중량%의 Al, 1.3 ~ 1.7 중량%의 Ca, 0.1 ~ 0.5 중량%의 Mn, 2.0 초과 ~ 2.5 중량%의 희토류금속, 0.01 ~ 0.15 중량%의 Sr을 함유하고, 나머지는 마그네슘과 불가피한 불순물을 포함하고,
온도 150℃, 인가응력 70MPa에서, 최소 크리프 속도(/s)가 1×10^-9 이하인 내열 마그네슘합금.
제 1 항에 있어서, 상기 희토류금속은 미시메탈(Mm)인 내열 마그네슘합금.
제 1 항에 있어서, 0.5 중량% 이하의 Sn과 0.3 중량% 이하의 Si 중 하나 이상을 추가로 포함하는 내열 마그네슘합금.
제 1 항에 있어서, 상기 마그네슘합금은 다이캐스팅, 사형 주조, 금형 주조, 반응고 주조 및 단조 또는 용탕 단조용인 내열 마그네슘합금.