KR101601518B1 - High elastic and high ductile aluminum alloy - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고탄성 고인성 알루미늄 합금에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인성이 유지되면서 탄성을 증가시킨 고탄성 고인성 알루미늄 합금에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a high-elasticity, high-strength aluminum alloy having increased elasticity while retaining toughness.
최근, 화석연료의 고갈 및 환경문제에 따른 자동차 배기가스 규제가 심화되고 있으며, 이를 배경으로 연비 향상을 위하여 자동차 차제의 경량화가 매우 중대한 문제로 대두하고 있다. 자동차 차체 경량화를 위하여 많은 종류의 자동차용 알루미늄 부품이 개발되어 왔으나 고강도화에 따른 연성 및 탄성 감소로 부품 가공에 제한이 따르고 있다.In recent years, regulations on exhaust emissions of automobiles are intensifying due to depletion of fossil fuels and environmental problems. In order to improve fuel efficiency, weight reduction of automobile tires is becoming a serious problem. Many kinds of aluminum parts for automobiles have been developed for the weight reduction of automobile body. However, there are restrictions on parts machining due to reduction of ductility and elasticity due to high strength.
알루미늄 합금을 자동차 부품으로 사용하기 위해서는 강도, 인성 및 탄성이 고루 높을 필요가 있다. 강도와 인성은 기본적인 부품의 내구성과 수명을 위해 필요하며, 탄성은 차체의 경량화에 직접적인 영향을 미치며 부품에서 발생되는 소음이나 진동을 감소시킬 수 있다.In order to use aluminum alloy as an automobile part, strength, toughness and elasticity must be high. Strength and toughness are essential for the durability and lifetime of basic parts, and elasticity has a direct impact on the weight of the body and can reduce noise and vibration from the parts.
종래 산업용 자재로 각종 알루미늄 합금이 개발되어 사용되고 있는데, 이들 중 특히 알루미늄 합금 A356(AC4CH)라는 알루미늄 합금이 자동차용 알루미늄 휠(WHEEL)의 모재로 주로 사용되어 왔으며, 통상 이를 다이케스팅(Die CASTING) 및 중력주조를 하여 자동차용 알루미늄 부품의 생산에 사용하고 있다.Aluminum alloys such as aluminum alloy A356 (AC4CH) have been mainly used as a base material for automobile aluminum wheel (WHEEL), and they are usually used for die casting and gravity Casting and used in the production of aluminum parts for automobiles.
그러나 상기한 종래의 알루미늄 합금은 통상 융용된 버진 알루미늄에 합금 성분을 맞추기 위해 각 개개의 모합금을 사용하기 때문에 모재 생산시 별도의 각 개개의 성분 배합 계산에 의한 투여 및 용해가 필요하여 이로 인한 용해시간이 소모되고, 모합금들이 함유하고 있는 산화물, 개재물과 같은 불순물이 알루미늄 합금의 잉곳(INGOT) 생산시 필터 사용, 정밀 주조 방법 요구, 탈가스 작업 등의 추가적인 공정이 요구되어 제품의 원가를 상승시키는 문제점이 있었다.
However, since the above-mentioned conventional aluminum alloy uses each individual parent alloy to match the alloy component with the virgin aluminum which is usually melted, it is necessary to administer and dissolve by separately calculating the respective components in the production of the base material, Time consuming and impurities such as oxides and inclusions contained in parent alloys require additional processes such as filter use, precision casting method demand, and degassing operation when producing ingots of aluminum alloys (INGOT) .
종래에 Al-Si-Ti-B-Zn 합금 잉곳의 제조방법(대한민국 등록특허 10-1230612 (2013.01.31))이 개시되어 있다. 상기 발명은, Al 잉곳을 용해로에서 버너의 열이 닿는 주용해공간에 투입하여 상기 Al 잉곳을 완전히 용해하여 Al 용탕을 얻는 단계와; 상기 용해로에서 상기 버너의 열이 닿지 않는 부용해공간에 Si 원석을 투입하여 Al-Si 합금 용탕을 얻는 단계와; Ti가 최종 중량%가 0.003~0.05 가 되도록 상기 부용해공간에 Al-Ti-B 모합금 잉곳을 투입하여 Al-Si-Ti-B 합금 용탕을 얻는 단계와; 상기 부용해공간에 Zn 잉곳을 투입하여 Al-Si-Ti-B-Zn 합금 용탕을 얻는 단계와; 상기 Al-Si-Ti-B-Zn 합금 용탕을 잉곳몰드에 주조하는 단계를 포함하여 합금을 제조하는 방법이다.A method for manufacturing an Al-Si-Ti-B-Zn alloy ingot has been disclosed (Korean Patent No. 10-1230612 (Jan. 31, 2013)). According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a honeycomb structure, comprising the steps of: injecting an Al ingot into a main melting space in which a heat of a burner reaches a melting furnace, thereby completely dissolving the Al ingot to obtain an Al melt; Obtaining an Al-Si alloy melt by injecting Si ore into the undissolved space in which the heat of the burner does not reach the melting furnace; Ti-B alloy ingot into the undissolved space so that the final weight percentage of Ti is 0.003 to 0.05; obtaining an Al-Si-Ti-B alloy melt; Adding a Zn ingot to the undissolved space to obtain an Al-Si-Ti-B-Zn alloy melt; And casting the Al-Si-Ti-B-Zn alloy melt into an ingot mold.
이렇게 주조공정에서 용탕에 모합금 잉곳을 투입시키는 방법의 경우, Al 용탕에서의 손실, 젖음성, 분산 문제가 발생되었고, 기지합금의 개량 없이 강화상만을 첨가할 경우 탄성 목표치의 달성을 위한 강화입자의 첨가량 증가로 인해 원가 상승 및 공정 제어상의 어려움이 발생하는 등의 문제점이 있었다.In the case of the method of injecting the mother alloy ingot into the molten metal in the casting process, loss, wettability and dispersion problems occurred in the Al melt, and when only the strengthening phase was added without modifying the base alloy, There is a problem such that the cost increases and difficulties in process control arise due to an increase in the amount of addition.
따라서 부품 경량화를 위해 탄성을 증가시키면서 강도나 연성의 저하를 억제하고, 적용이 간편한 새로운 알루미늄 합금이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for a new aluminum alloy which is easy to apply and which suppresses deterioration of the strength and ductility while increasing the elasticity to lighten the parts.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 인성 저하 없이 탄성을 증가시킨 고탄성 고인성 알루미늄 합금을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a highly elastic high toughness aluminum alloy having increased elasticity without deteriorating toughness.
위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고탄성 고인성 알루미늄 합금은, 중량%로, Ti: 2.5~3.5%, B: 0.25~0.35%, Mn: 0.5~2.0%, Sb: 0.1~0.2%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Ti:B 비율이 9:1~11:1인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a high-elasticity high-strength aluminum alloy according to an embodiment of the present invention comprises 2.5 to 3.5% of Ti, 0.25 to 0.35% of B, 0.5 to 2.0% of Mn, 0.2%, remaining Al and other unavoidable impurities, and has a Ti: B ratio of 9: 1 to 11: 1.
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Al3Ti의 분율이 5.5wt% 이상인 것을 특징으로 한다.And the fraction of Al3Ti is 5.5 wt% or more.
T6 열처리를 거친 이후에, 연신율이 2% 이상이고, 탄성계수가 80Gpa 이상인 것을 특징으로 한다.After the T6 heat treatment, has an elongation of 2% or more and an elastic modulus of 80 Gpa or more.
항복강도가 200Mpa 이상이고, 인장강도가 260Mpa 이상인 것을 특징으로 한다.A yield strength of 200 MPa or more, and a tensile strength of 260 MPa or more.
본 발명에 의한 고탄성 고인성 알루미늄 합금에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.The high-elasticity and high-strength aluminum alloy according to the present invention has the following effects.
첫째, 자동차용 부품으로 사용시 소음과 진동을 감소시킬 수 있다.First, it can reduce noise and vibration when used in automotive parts.
둘째, 경량화와 강성 향상을 동시에 달성할 수 있다.Second, weight reduction and rigidity improvement can be achieved at the same time.
도 1은 B의 함량에 따른 Al3Ti상의 분율 변화를 나타낸 그래프,
도 2는 개량화 원소에 따른 조직 크기를 촬영한 사진,
도 3은 본 발명의 일 실시예와 종래의 비교예의 탄성계수에 따른 고유진동수 증가를 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing a change in the fraction of
FIG. 2 is a photograph showing a tissue size according to an improved element,
3 is a graph showing an increase in natural frequency according to elastic modulus of an embodiment of the present invention and a conventional comparative example.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified, and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / And the like.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Commonly used predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 고탄성 고인성 알루미늄 합금에 대하여 설명하기로 한다.
Hereinafter, a high-elasticity and high-strength aluminum alloy according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(표 1)(Table 1)
비교예: 종래의 알루미늄 합금인 A356(AC4CH)
Comparative example: A356 (AC4CH), a conventional aluminum alloy,
표 1은 본 발명의 일 실시예와 종래의 비교예의 조성을 비교한 표이다.Table 1 is a table comparing the composition of one embodiment of the present invention with that of the conventional comparative example.
도 1은 J-MatPro 프로그램을 이용하여 B의 함량에 따라 Al3Ti의 함량이 어떻게 변화하는지 시뮬레이션한 결과 그래프이다. 도시된 바와 같이, B의 함량이 증가할수록 Al3Ti(Al3M_DO22)의 함량이 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 Ti이 B과 결합하여 TiB2(MB2) 화합물을 형성하여 Al과 결합할 Ti이 감소하기 때문이다.FIG. 1 is a graph showing a simulation result of how the content of
도 2는 본 발명에 종래에 개량화 원소로 사용하는 Sr 및 Na를 첨가하여 개량화시킨 것과 Sb을 첨가하여 개량화시킨 것을 비교한 조직 사진이다. 개량화등급은 탬플릿을 기초로 구분한 것으로, 등급이 높을수록 조직이 미세화된 것이다. 도시된 바와 같이, Sr과 Na을 첨가했을 때에 비해 Sb을 첨가했을 때 조직이 보다 개량화, 즉 미세화된 것을 확인할 수 있다. 이러한 차이가 발생하는 이유에 대해서는 후술한다.Fig. 2 is a photograph of a structure of the present invention, which is obtained by modifying Sr and Na, which have been improved by adding Sb, to the present invention. The improvement grade is based on a template, and the higher the grade, the finer the structure. As shown in the figure, it can be confirmed that the structure is further improved, that is, the structure becomes finer when Sb is added compared to when Sr and Na are added. The reason why such a difference occurs will be described later.
도 3은 본 발명의 실시예가 비교예인 종래의 알루미늄 합금에 비해 높은 탄성계수를 가지고, 그에 따라 높은 고유진동수를 가지는 것을 나타내는 그래프이다. 고유진동수가 높아지면 소음과 진동이 저감되는 효과가 나타난다.3 is a graph showing that the embodiment of the present invention has a higher elastic modulus and a higher natural frequency than that of the conventional aluminum alloy, which is a comparative example. As the natural frequency increases, noise and vibration are reduced.
알루미늄 주조합금 중에 Fe 불순물이 존재하면 침상 형태의 Al3Fe 화합물이 형성되며, 이것은 탄성과 인성을 저하시키는 나쁜 영향을 미치게 된다. Mn을 첨가하면 상기 침상의 화합물이 구상 형태가 되어 기계적 성질이 향상되며, 이러한 효과를 얻기 위해서 Mn은 최소 0.5% 이상이 되어야 한다. 그러나, Mn을 과량 첨가하는 경우에는 탄성 증가량에 비해 인성의 저하량이 커지므로 2% 이하로 첨가해야 한다. 따라서 Mn의 첨가량을 상기 범위로 한정하였다.When Fe impurities are present in the aluminum cast alloy, an acicular Al3Fe compound is formed, which has a bad influence on the elasticity and toughness. When Mn is added, the acicular compound becomes spherical to improve the mechanical properties. To obtain this effect, Mn should be at least 0.5% or more. However, when Mn is added in an excessive amount, the decrease in toughness is greater than the increase in elasticity, so it should be added at 2% or less. Therefore, the addition amount of Mn is limited to the above range.
Ti은 주조용 알루미늄 합금이 응고할 때 생성되는 초정 알루미늄의 결정립을 미세화시키고, 합금의 탄성을 증가시킨다. 결정립의 미세화에 의해 강도 및 연성 또한 증가하지만, Ti을 과량 첨가하는 경우에는 입계편석에 의한 개재물이 형성되어 기계적 특성, 특히 연성에 나쁜 영향을 미치게 되므로, 본 발명에서는 그 사용범위를 2.5~3.5%로 한다.Ti fine-grains the crystal grains of the super-pure aluminum produced when the aluminum alloy for casting solidifies and increases the elasticity of the alloy. However, when Ti is added in an excessive amount, inclusions due to grain boundary segregation are formed to adversely affect mechanical properties, particularly ductility. Therefore, in the present invention, the use range is set to 2.5 to 3.5% .
B은 Al3Ti 개재물이 조대화하는 것을 방지함으로써 탄성을 증가시키기 위해 0.25% 이상 첨가한다. Al3Ti는 탄성을 향상시키지만, 입자가 커질 경우 연성을 저하시키므로 일정 이상 개량화할 필요가 있다. B을 과량 첨가할 경우 Al3Ti의 분율이 떨어지므로 0.35% 이하로 첨가해야 한다.B is added by 0.25% or more to increase the elasticity by preventing Al3Ti inclusions from coarsening. Al3Ti improves the elasticity, but when the particle size is large, the ductility is deteriorated, so it is necessary to improve the elasticity by a certain amount. When B is added excessively, the content of Al3Ti is lowered. Therefore, it should be added to 0.35% or less.
이러한 Ti과 B은 그 중량비가 9:1 내지 11:1이어야 한다. Ti의 비율이 더 높아지면 Al3Ti의 입자를 미립으로 유지시킬 수 없어 Al3Ti의 입자가 커지고, B의 비율이 더 높아지면 Al3Ti의 분율이 5% 미만으로 감소하게 된다.Such Ti and B should have a weight ratio of 9: 1 to 11: 1. When the ratio of Ti is higher, the particles of Al3Ti can not be maintained as fine particles, and the particles of Al3Ti become larger. When the ratio of B becomes higher, the fraction of Al3Ti is decreased to less than 5%.
B을 첨가하면 종래에 사용하던 Sr이나 Na을 이용한 개량화, 즉 조직의 미세화가 불가능해진다. 이는 Si의 성장을 방해하는 역할을 수행해야 할 Sr과 Na이 Ti 및 B과 결합하기 때문이다. 따라서 본 발명에서는 개량화를 수행하기 위해 Sb를 첨가한다. Sb를 0.1% 미만으로 첨가하면 Si의 개량화가 진행되지 않고, 0.1부터 0.5%까지는 개량화 정도에 큰 차이가 없다. 그러나 Sb는 고가의 원소이므로, 효과에 비해 과량을 함유시킬 필요는 없다. 따라서 함량을 0.1~0.2%로 제한하는 것이다.
The addition of B makes it impossible to improve using Sr or Na, which is conventionally used, that is, to make the structure finer. This is because Sr and Na are bound to Ti and B, which should interfere with the growth of Si. Therefore, in the present invention, Sb is added to perform the improvement. When Sb is added in an amount of less than 0.1%, improvement of Si does not proceed, and from 0.1 to 0.5%, there is no significant difference in degree of improvement. However, since Sb is an expensive element, it is not necessary to include an excess amount in comparison with the effect. Therefore, the content is limited to 0.1 to 0.2%.
(표 2)(Table 2)
일반적인 T6 조건(용체화 처리 후 인공 시효 경화)으로 열처리.
Heat treatment by general T6 condition (artificial aging hardening after solution treatment).
표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예의 경우 열처리 이전부터 비교예에 비해 높은 탄성을 나타낸다. 인장강도와 항복강도의 경우 열처리 이전에는 비교예에 비해 낮지만, 일반적인 T6, T7 등의 열처리 이후에는 동등한 수준의 인장강도 및 항복강도를 보이게 된다. 따라서 본 발명의 목적인 강도 및 연신율의 저하 없이 탄성을 높이는 것을 달성할 수 있는 것이다.
As shown in Table 2, the embodiment of the present invention exhibits higher elasticity than that of the comparative example before the heat treatment. The tensile strength and yield strength are lower than those of the comparative examples before heat treatment, but they show equivalent tensile strength and yield strength after heat treatment such as T6 and T7. Therefore, it is possible to achieve an increase in elasticity without deteriorating strength and elongation for the purpose of the present invention.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention .
Claims (5)
Ti:B 비율이 9:1~11:1인 것을 특징으로 하는, 고탄성 고인성 알루미늄 합금.
By weight of Ti, 2.5 to 3.5% of Ti, 0.25 to 0.35% of B, 0.5 to 2.0% of Mn, 0.1 to 0.2% of Sb, balance Al and other unavoidable impurities,
And a Ti: B ratio of 9: 1 to 11: 1.
Al3Ti의 분율이 5~7wt%인 것을 특징으로 하는, 고탄성 고인성 알루미늄 합금.
The method according to claim 1,
And the content of Al3Ti is 5 to 7 wt%.
T6 열처리를 거친 이후에, 탄성계수가 80Gpa 이상이고, 연신율이 2% 이상인 것을 특징으로 하는, 고탄성 고인성 알루미늄 합금.
The method according to claim 1,
Wherein the elastic modulus is 80 GPa or more and the elongation is 2% or more after the T6 heat treatment.
T6 열처리를 거친 이후에, 항복강도가 200Mpa 이상이고, 인장강도가 260Mpa 이상인 것을 특징으로 하는, 고탄성 고인성 알루미늄 합금
The method according to claim 1,
Characterized in that the steel has a yield strength of 200 MPa or more and a tensile strength of 260 MPa or more after the T6 heat treatment,
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