KR101550996B1

KR101550996B1 - 알루미늄합금 제조방법

Info

Publication number: KR101550996B1
Application number: KR1020130151886A
Authority: KR
Inventors: 이태규; 이종국; 박훈모; 이경문; 이후담
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2015-09-07
Also published as: KR20150066397A

Abstract

Si 14~20wt%, Ti 2~7wt%, B 1~3wt%를 포함하는 조성의 과공정 알루미늄 합금을 제조하는 방법으로서, 복수의 모합금을 900℃ 이상의 온도에서 장입하여 용해시켜 용탕을 제조한 후 10℃/s 이상의 속도로 급냉함으로써 TiAlSi 상의 생성을 최소화시킬 수 있는 알루미늄합금 제조방법이 소개된다.

Description

알루미늄합금 제조방법 {METHOD FOR PRODUCING ALUMINIUM ALLOY}

본 발명은 과공정 알루미늄 내에서 생성되는 초정 Si 상이 Ti/B 첨가에 의해 생기는 Al₃Ti에 고용되어 탄성 효과를 감소시키는 현상을 냉각속도 변화에 의해 최소화시킬 수 있는 알루미늄합금 제조방법에 관한 것이다.

알루미늄 합금은 알루미늄의 성질을 개량하여 우수한 특성을 발휘한다. 고력(高力) 알루미늄합금은 알루미늄에 구리를 첨가한 것으로 강도가 크며, 두랄루민이 그 대표적인 예이다. 이것에 마그네슘을 첨가하면 초(超)두랄루민, 다시 아연을 첨가한 초초두랄루민은 항공기의 재료로 사용된다. 고력 알루미늄합금은 내식성(耐蝕性)에서 문제점이 있다. 구조용 알루미늄합금은 마그네슘·아연을 가한 것인데 내식성이 우수하며 철도차량·교량 등에 사용된다. 주물용은 규소를 가한 합금을 사용하며, 이 밖에 내열(耐熱)·광휘(光輝) 등 목적에 따라서 다른 금속을 배합하여 사용한다.

그리고 이러한 알루미늄 합금을 크게 구별하면, 전신재(展伸材)용과 주조재용이 있다. 전자에는 Al-Cu -Mg계(두랄루민, 초두랄루민), Al-Mn계, Al-Mg-Si계, Al-Mg계, Al- Zn-Mg계(극초두랄루민) 등이 있다. 후자에는 Al-Cu계, Al-Si계(실루민) Al-Cu-Si계(라우탈), Al-Mg계(히드로날륨), Al-Cu-Mg-Si계(Y합금), Al-Si-Cu- Mg-Ni계(로ㆍ엑스합금) 등이 있다.

그리고 최근 이러한 알루미늄 합금들은 금속계 화합물이나 CNT 등의 강화상을 분말형태로 성형하기도 하였으나, 원가경쟁력에 한계가 있어 왔다.

또한, 주조공정에 분말형태로 적용할 경우에는 Al 기지와의 젖음성, 분산 문제가 발생되었다. 그리고, 과공정 알루미늄 주조재의 경우에는 저압주조공정에 국한되고 조대 Si입자에 의한 가공성이 떨어지는 문제가 있었던 것이다.

고탄성화를 위해 Si만을 이용할 경우에는 탄성 향상 한계 및 조대 Si입자에 의한 가공 난이의 문제가 있고, 금속계 화합물이나 CNT등의 강화상을 분말형태로 성형하였으나 원가경쟁력에 한계가 있으며, 특히 연속주조공정에서 분말형태로 적용시에는 Al 기지와의 젖음성, 분산 문제가 발생하는 것이다.

따라서, 이러한 이러한 단점을 극복할 수 있는 강성 및 NVH 특성이 향상된 주조용 고탄성 알루미늄 소재로서의 알루미늄합금 및 그 제조방법이 필요하였던 것이다.

이에 따라, Boride 화합물(TiB₂)을 통해 고탄성 알루미늄이 개발되었으나, 강화상 생성을 극대화하여 연속주조의 장점인 빠른 냉각 속도로 균일성과 탄성 향상을 극대화할 수 있는 고탄성 알루미늄합금을 구현하게 되었다. 그러나 이러한 기술의 경우에도 과공정 알루미늄 내에서 생성되는 초정 Si 상이 Ti/B 첨가에 의해 생기는 Al₃Ti에 고용되어 탄성 효과를 감소시키는 현상이 발생되었는바, 이를 해소하는 방안이 필요하였다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2013-0058998 A

본 발명은 과공정 알루미늄 내에서 생성되는 초정 Si 상이 Ti/B 첨가에 의해 생기는 Al₃Ti에 고용되어 탄성 효과를 감소시키는 현상을 냉각속도 변화에 의해 최소화시킬 수 있는 알루미늄합금 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 알루미늄합금 제조방법은, Si 14~20wt%, Ti 2~7wt%, B 1~3wt%를 포함하는 조성의 과공정 알루미늄 합금을 제조하는 방법으로서, 복수의 모합금을 900℃ 이상의 온도에서 장입하여 용해시켜 용탕을 제조한 후 10℃/s 이상의 속도로 급냉함으로써 TiAlSi 상의 생성을 최소화시킬 수 있다.

알루미늄 합금은 Si 14~20wt%, Ti 2~7wt%, B 1~3wt%, Cu 4~5wt%, Mg 0.45~0.65wt%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물로 구성될 수 있다.

알루미늄 합금은 Si 18wt%, Ti 4wt%, B 1wt%, Cu 4.5wt%, Mg 0.5wt%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물로 구성될 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 알루미늄합금 제조방법에 따르면, 과공정 알루미늄 내에서 생성되는 초정 Si 상이 Ti/B 첨가에 의해 생기는 Al₃Ti에 고용되어 탄성 효과를 감소시키는 현상을 냉각속도 변화에 의해 최소화시킬 수 있게 된다.

도 1은 종래의 냉각속도에 따른 알루미늄합금의 조직도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금 제조방법에 따른 알루미늄합금의 조직도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 알루미늄합금 제조방법에 대하여 살펴본다.

본 발명에 따른 알루미늄합금 제조방법은, Si 14~20wt%, Ti 2~7wt%, B 1~3wt%를 포함하는 조성의 과공정 알루미늄 합금을 제조하는 방법으로서, 복수의 모합금을 900℃ 이상의 온도에서 장입하여 용해시켜 용탕을 제조한 후 10℃/s 이상의 속도로 급냉함으로써 TiAlSi 상의 생성을 최소화시킬 수 있다.

본 발명은 과공정 알루미늄 합금에 관한 것으로서, 과공정 Al계 내 Si 함량 13~21wt%시의 경우 Ti 함량이 1~5wt% 이상일 될 경우 Al₃Ti 상이 생성되고 그 상의 내부로 초정 Si상이 고용되어 TiAlSi 상이 과량 생성됨에 따라 고탄성의 목표로 하는 TiB₂ 상이 감소되는 결과를 낳는다. 그에 따라 실제 합금의 제조 후 계측시에는 탄성이 부족한 결과를 얻을 수밖에 없다.

이러한 현상은 종래 용탕의 제조 후 급형에 주입시의 냉각속도가 느리기 때문에 발생한 것으로서, 그 냉각속도를 빠르게 함으로써 TiAlSi 상의 생성을 최소화할 수 있게 되었다.

도 1은 종래의 냉각속도에 따른 알루미늄합금의 조직도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄합금의 조직도이다.

상기 도면에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 경우 복수의 모합금을 900℃ 이상의 온도에서 장입하여 용해시켜 용탕을 제조한 후 10℃/s 이상의 속도로 급냉함으로써 TiAlSi 상(도면에서 흰색 점선으로 지칭한 부분)의 생성을 최소화시킬 수 있다. 이에 따라 나타나는 탄성 증대의 효과는 아래와 같다.

상기 표에서 볼 수 있듯이, 900℃ 이상의 용해온도에서 10℃/s 이상의 속도로 급냉하도록 함으로써 탄성계수가 1 GPa 상승됨을 알 수 있다.

이와 같은 실시예와 비교예는 Si 18wt%, Ti 4wt%, B 1wt%, Cu 4.5wt%, Mg 0.5wt%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물로 구성되는 조성의 알루미늄 합금으로 시험된 것이다.

그리고 그러한 알루미늄합금은 Al, Si, Al-Ti, Al-B 모합금을 900℃ 이상의 온도에서 일정 순서로 장입하고 교반하여 용해한 후 10℃/s 이상의 속도로 급냉하도록 함으로써 얻을 수 있게 된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

Claims

Si 14~20wt%, Ti 2~7wt%, B 1~3wt%, Cu 4~5wt%, Mg 0.45~0.65wt%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 과공정 알루미늄 합금을 제조하는 방법으로서,
복수의 모합금을 900℃ 이상의 온도에서 금형에 장입하여 용해시켜 용탕을 제조한 후 금형을 냉각시켜 10℃/s 이상의 속도로 급냉함으로써 TiAlSi 상의 생성을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 제조방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
알루미늄 합금은 Si 18wt%, Ti 4wt%, B 1wt%, Cu 4.5wt%, Mg 0.5wt%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물로 구성된 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 제조방법.