KR101345031B1 - 중력주조 및 가압성형을 이용한 마그네슘합금 너클의 제조방법 및 그 너클 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주조된 마그네슘합금 예비 성형체를 고온으로 균일하게 가열한 다음, 프레스금형으로 가압하여 마그네슘합금 너클을 제조함으로써, 주조결함을 없애 완제품의 품질을 높일 수 있을 뿐만 아니라 기계적 물성치를 높일 수 있기 때문에 주조 후 이어지는 여러 가지 후공정을 생략하여 간편하게 제조할 수 있도록 한 중력주조 및 가압성형을 이용한 마그네슘합금 너클의 제조방법 및 그 너클를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

중력주조 및 가압성형을 이용한 마그네슘합금 너클의 제조방법 및 그 너클{MANUFACTURING METHOD OF MAGNESIUM KNUCKLE USING GRAVITY CASTING AND PRESSURE MOULDING AND THE MAGNESIUM KNUCKLE THEREOF}
본 발명은 마그네슘합금 너클의 제조방법 및 그 너클에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중력주조된 예비 성형체를 예열하여 가압성형함으로써, 제조공정을 단순화할 수 있으며, 주조시 발생된 내부결함 및 주조결함을 제거하여 조직이 치밀화될 뿐만 아니라 기계적 특성 및 고품질의 마그네슘합금 너클을 얻을 수 있는 중력주조 및 가압성형을 이용한 마그네슘합금 너클의 제조방법 및 그 너클에 관한 것이다.
서스펜션 코너모듈은 차체와 타이어 사이에 기구학적으로 공간을 차지하고 있는 시스템으로 도로에서 노면의 상태에 따라 입력 하중과 차량 중량을 서로 완충해주는 스프링 역할을 하며 운전자의 의도에 따라서 바퀴를 조향 또는 제동하는 기능을 지니고 있다. 따라서 서스펜션 코너모듈은 운전자에게 승차감과 동시에 운전 조종성에 영향을 끼치는 중요 시스템중 하나이며, 특히 너클은 서스펜션 코너모듈에서 차량의 하중 지지와 조향의 중추적인 역할을 하며 자동차 샤시부품 중 보안부품으로 분류되어 중요도에 있어서 가장 우선적인 부품 중에 하나이다. 이러한 자동차용 서스펜션 부품 중 너클의 주 소재는 강(steel) 또는 주철(cast iron)합금으로 강을 원소재로 한 열간단조공법 및 주철을 적용한 중력주조공법이 주류를 이루어 국내외 양산차종에 적용되고 있으나, 대기 환경규제와 연비개선이 중요시되면서 일부 고급차량에 경량 알루미늄(Al)합금이 적용되고 있다. 최근 전기자동차, 하이브리드카 등의 개발이 빠르게 발전하면서 초경량 소재개발 및 부품에 대한 자동차 경량화는 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.
현존하는 금속소재 중 가벼운 합금중 하나인 마그네슘합금은 밀도가 1.8g/cm3정도로 현재까지 개발된 상용 구조용 합금 중에서 최소의 밀도를 가짐과 동시에 우수한 비강도 및 비탄성 계수를 가지고 있다. 특히 진동, 충격 등에 대한 흡수성이 탁월하고 전기 및 열전도도, 가공성 및 고온에서의 피로, 충격특성 등이 우수하여 자동차, 항공기 등의 수송 기기, 방위산업 및 일반 기계, 포터블 컴퓨터 등 무게 절감을 위한 경량화가 필수적인 분야에서의 요구조건에 부합되는 여러 가지 우수한 특성을 지니고 있다.
마그네슘 부품의 대표적인 제조공법으로는 생산성과 비용측면에서 우수한 다이캐스팅이 주류를 이루고 있다. 하지만 다이캐스팅의 많은 개선의 노력에도 불구하고 제품 수축, 용탕내 가스 혼입 등으로 기공, 불순물 등의 불량이 많이 발생하여 고품질의 부품을 생산하는데 한계가 있으며, 특히 너클 등의 후육부품 생산에 대한 한계와 고가의 설비비가 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 중력주조된 마그네슘합금 예비 성형체를 고온으로 균일하게 가열한 다음, 프레스금형으로 가압하여 마그네슘합금 너클을 제조함으로써, 주조결함을 없애 완제품의 품질을 높일 수 있을 뿐만 아니라 기계적 물성치를 높일 수 있기 때문에 마그네슘합금 예비 성형체 주조 후 이어지는 여러 가지 후공정을 생략하여 간편하게 제조할 수 있도록 한 중력주조 및 가압성형을 이용한 마그네슘합금 너클의 제조방법 및 그 너클을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중력주조 및 가압성형을 이용한 마그네슘합금 너클의 제조방법은, 마그네슘합금 예비 성형체를 주조금형을 사용하여 중력주조로 제작하는 제1단계; 마그네슘합금 예비 성형체를 균일하게 고온으로 가열하는 제2단계; 프레스금형을 이용하여 마그네슘합금 예비 성형체를 가압하는 제3단계; 및 가압된 마그네슘합금 예비 성형체에 시효처리하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 제1단계에서 주조금형에는 국부단열재와 SF6가스의 주입장치가 설치된 것이며, 마그네슘 용탕 주입시에 SF6가스의 주입장치를 통해서 SF6가스가 용탕내로 주입하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 제2단계는 250~450℃로 가열하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 프레스금형은 밀폐형 또는 개방형 프레스금형인 것을 특징으로 한다.
또한, 제3단계는, 프레스금형의 온도 150~450℃, 가압속도 0.03~0.6m/s, 가압율 5~30%의 공정조건으로 가압하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제4단계(S400)는, 자연시효시키는 T4처리(자연시효처리); 및 냉각 후 다시 인공시효처리하는 T5처리(인공시효처리);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
마지막으로, 본 발명은 중력주조 및 가압성형을 이용한 마그네슘합금 너클의 제조방법에 의해 제조된 마그네슘합금 너클을 포함한다.
본 발명의 중력주조 및 가압성형을 이용한 마그네슘합금 너클의 제조방법 및 그 너클에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
1) 주조결함을 없앨 수 있으며, 조직의 치밀화를 높일 수 있다. 이는 마그네슘합금 예비 성형체의 기계적 강도라든가 고밀도와 같은 기계적 특성을 높일 수 있다.
2) 중력주조를 통해 제품을 생산하기 때문에 제조물품의 대형화가 가능할 뿐만 아니라 후육화가 요구되는 분야의 제품도 제조가 가능하다.
3) 마그네슘 중력주조방법으로 너클의 후육화 및 대형화가 가능하기 때문에 저가의 주조장치로도 제품생산이 가능하게 되어 원가절감효과를 얻을 수 있다.
4) 마그네슘합금 너클의 주조 후 이어지는 후공정을 생략할 수 있기 때문에 제조가 용이할 뿐만 아니라 제조시간을 줄여 대량생산이 가능하다.
5) 주조결함이 제거되고 기계적 특성이 향상되기 때문에 고품질의 마그네슘합금 너클를 얻을 수 있다.
6) 단조예열온도를 250~450℃에서 실시하므로 용체화처리 효과인 과포화 고용효과를 대체할 수 있어 용체화처리의 냉각과정에서 발생되는 잔류응력이 발생하지 않으며, 제조되는 제품의 뒤틀림을 방지할 수 있다. 또한 일반적으로 400~600 ℃에서 3~15시간 실시하는 용체화처리 공정을 삭제할 수 있으므로 원가절감 효과 및 고품질 고강도의 완성품인 마그네슘합금 너클을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마그네슘합금 너클의 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트.
도 2는 본 발명에 따른 마그네슘합금 너클의 제조방법에 따라 마그네슘합금 너클가 제조되는 상태를 보여주기 위한 개략도.
도 3은 주조금형에 국부단열재와 SF6가스의 주입장치가 설치된 상태를 보여주기 위한 개략도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
(제조방법)
도 1은 본 발명에 따른 마그네슘합금 너클의 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트이고, 도 2는 본 발명에 따른 마그네슘합금 너클의 제조방법에 따라 마그네슘합금 너클가 제조되는 상태를 보여주기 위한 개략도이다.
도 3은 주조금형에 국부단열재와 SF6가스의 주입장치가 설치된 상태를 보여주기 위한 개략도이다.
본 발명에 따른 마그네슘합금 너클의 제조방법은, 마그네슘합금 예비 성형체(10)를 중력주조로 제작한 다음 과포화 고용화 처리를 위하여 여기에 고온으로 균일하게 가열한 뒤 가압성형하고, 기계적 강도를 높이기 위하여 시효처리를 하게 된다. 이러한 본 발명의 제조방법은 다음의 4단계에 걸쳐 수행된다.
제1단계(S100)는 마그네슘합금 예비 성형체(10)를 주조금형을 사용하여 중력주조하는 단계이다. 이 단계에서 제조되는 너클의 대형화 및 후육화를 위한 일정방향으로 응고 유도를 위한 국부단열재(11)를 주조금형(12) 내에 설치하여, 일정방향으로 냉각속도를 조절하여 일정방향으로 제품의 후육화가 가능해진다.
또한, 주조 시에 마그네슘 용탕의 산화 또는 발화 방지용 SF6가스의 주입장치(13)를 주조금형(12)에 설치한다.
이렇게 설치된 SF6가스의 주입장치(13)를 통하여 주조금형(12)에 용탕을 주입할 때에 SF6가스를 용탕내로 주입함으로써 주조과정에서 발생할 수 있는 마그네슘 용탕의 산화 또는 발화를 방지한다.
이렇게 하여 마그네슘 제품을 중력주조할 때에 발생하기 쉬운 산화 및 발화를 방지하고, 주조과정 중에 마그네슘 용탕의 급냉으로 인한 제품의 대형화 및 후육화가 곤란한 문제점이 해결된다.
제2단계(S200)는 중력주조된 마그네슘합금 예비 성형체(10)를 고온으로 가열하는 단계이다. 이는 마그네슘합금 예비 성형체(10)의 조직이 과포화 고용화가 이루어지도록 하기 위함이다. 이러한 마그네슘합금 예비 성형체(10)는 250~450℃의 온도로 균일하게 가열되게 함으로써, 정밀소성변형(변형율 5~30%)을 유도함과 동시에 마그네슘의 과포화고용체 형성을 유도하여 용체화처리공정을 수행하지 않아도 되게 된다.
이때, 마그네슘합금 예비 성형체(10)의 가열은 밴드히터나 주물히터·코일히터 또는 전기히터와 같은 가열수단(20)에 의해 균일한 온도로 가열한다.
제3단계(S300)는 가열된 마그네슘합금 예비 성형체(10)를 프레스금형을 이용하여 가압하는 단계이다. 이때의 프레스금형은 기계식 또는 유압식으로 동작되는 밀폐형 프레스 금형(30) 또는 개방형 프레스금형(30')을 이용한다. 그리고 이때의 가압 공정조건은 다음의 [표 1]에 따라 수행된다.
조건 범위
가압방식 기계식 또는 유압식
마그네슘합금 예비 성형체의 온도 250~450℃
금형온도 150~450℃
가압속도 0.03~0.6m/s
가압율 5~30%
금형의 타입 밀폐형 또는 개방형 프레스금형
여기서, 마그네슘합금 예비 성형체의 온도는 상기 제2단계(S200)에서 고온가열된 온도를 의미한다.
이러한 가압공정 조건에 따라 마그네슘합금 예비 성형체(10)를 가압함에 따라 과포화고용체 상태의 마그네슘합금 예비 성형체의 조직이 치밀하고 균일해지면서 밀도가 높아지게 되어 결국 주조결함이 없으면서도 기계적 강도가 향상된 고밀도의 마그네슘합금 예비 성형체(10)를 얻게 된다.
제4단계(S400)는 가압된 마그네슘합금 예비 성형체(10)에 시효처리하는 단계이다. 시효처리는 T4처리(자연시효처리)와 T5처리(인공시효처리)를 수행한다. 특히, 이러한 시효처리는 마그네슘합금 예비 성형체(10)에 대하여 용체화 처리를 하지 않고 수행함으로써, 용체화의 냉각과정에서 발생되는 잔류응력이나 부식이 발생하지 않기 때문에 고품질·고강도의 완성품인 마그네슘합금 너클(100)을 얻을 수 있게 된다.
여기서, T4처리(자연시효처리)와 T5처리(인공시효처리)는 열처리방법으로서 알루미늄 합금의 열처리 등에서 많이 사용되는 것으로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
이상에서와 같이 본 발명은 가압에 앞서 마그네슘합금 예비 성형체를 가열하여 과포화고용체를 유도하여 용체화 처리공정을 삭제할 수 있게 된다. 그리고, 본 발명은 가열된 마그네슘합금 예비 성형체를 가압하여 고밀도이면서도 조직이 치밀하여 기계적 강도를 더욱 높일 수 있을 뿐만 아니라 주조결함을 없앨 수 있게 된다. 게다가, 본 발명은 용체화 처리를 수행하지 않고 T4와 T5처리만으로 잔류응력이나 부식을 예방할 수 있는 효과를 얻게 되는 것이다.
한편, 본 발명은 이러한 본 발명에 따라 제조된 마그네슘합금 너클을 포함한다.
10 : 마그네슘합금 예비 성형체
20 : 가열수단
30 : 밀폐형 프레스 금형
30' : 개방형 프레스 금형
100 : 완성된 마그네슘합금 너클

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 마그네슘합금 예비 성형체(10)를 주조금형을 사용하여 중력주조로 제작하는 제1단계(S100);
    상기 마그네슘합금 예비 성형체(10)를 균일하게 고온으로 가열하는 제2단계(S200);
    프레스금형을 이용하여 상기 마그네슘합금 예비 성형체(10)를 가압하는 제3단계(S300); 및
    가압된 상기 마그네슘합금 예비 성형체(10)에 시효처리하는 제4단계(S400);를 포함하되,
    상기 제1단계(S100)에서 주조금형(12)에는 국부단열재(11)와 SF6가스의 주입장치(13)가 설치된 것이며, 마그네슘 용탕 주입시에 상기 SF6가스의 주입장치(13)를 통해서 SF6가스가 용탕내로 주입하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 중력주조 및 가압성형을 이용한 마그네슘합금 너클의 제조방법.

  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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