KR101685818B1 - 마그네슘 합금재 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

마그네슘 합금재 및 이의 제조방법에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 마그네슘 합금재는 탈륨(Tl) 0.01~5 중량%, 잔량부의 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마그네슘 합금재 및 이의 제조방법 {MAGNESIUM ALLOY MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 마그네슘 합금재 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 상온 성형성이 우수한 마그네슘 합금재 및 이의 제조방법에 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. 이때, 고온용 자동차 부품으로의 적용을 위한 내열 마그네슘합금은 상온 및 고온에서의 기계적 특성, 주조성 및 내식성이 요구된다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2003-0048412(2003.06.19. 공개, 발명의 명칭: 고강도 마그네슘합금 및 이의 제조방법)에 개시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상온 성형성 및 주조성이 우수한 마그네슘 합금재를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 내열성 및 경제성이 우수한 마그네슘 합금재를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 마그네슘 합금재의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 관점은 마그네슘 합금재에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 마그네슘 합금재는 탈륨(Tl) 0.01~5 중량%, 잔량부의 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

한 구체예에서 상기 탈륨의 함량은 0.05~0.5 중량% 일 수 있다.

한 구체예에서 상기 마그네슘 합금재의 (0001)면의 집합강도(texture intensity)가 3.5 이하일 수 있다.

본 발명의 다른 관점은 상기 마그네슘 합금재의 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 마그네슘 합금재의 제조방법은 마그네슘(Mg)을 포함하는 용탕에 탈륨(Tl)을 투입하는 단계; 상기 용탕을 주조하여 중간재를 제조하는 단계; 상기 중간재를 1차 열처리하는 단계; 상기 1차 열처리된 중간재를 압연하는 단계; 및 상기 압연된 중간재를 2차 열처리하는 단계;를 포함하고, 상기 마그네슘 합금재는 탈륨(Tl) 0.01~5 중량%, 잔량부의 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

한 구체예에서 상기 1차 열처리는 상기 중간재를 300℃~400℃에서 20초~50분 동안 가열하는 것일 수 있다.

한 구체예에서 상기 압연은 상기 1차 열처리된 중간재를 패스당 5~15%의 압하율로 압연하는 것일 수 있다.

한 구체예에서 상기 2차 열처리는 상기 압연된 중간재를 250℃~400℃에서 10초~30분 동안 가열하는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 마그네슘 합금재는 상온 성형성이 우수하고, 내열성, 주조성 및 경제성이 우수할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 마그네슘 합금재의 제조방법을 나타낸 것이다.
도 2(a)는 본 발명에 대한 비교예에 따른 마그네슘 합금재의 2차 열처리 전의 표면을 나타낸 것이고, 도 2(b)는 상기 마그네슘 합금재의 2차 열처리 후의 표면을 나타낸 것이며, 도 2(c)는 상기 2차 열처리전 마그네슘 합금재의 방위를 나타낸 것이며, 도 2(d)는 상기 2차 열처리 후 마그네슘 합금재의 방위를 나타낸 것이다.
도 3(a)는 본 발명에 따른 실시예 마그네슘 합금재의 2차 열처리 후의 표면을 나타낸 것이고, 도 3(b)는 상기 마그네슘 합금재 표면의 2차 열처리 전의 방위를 나타낸 것이며, 도 3(c)는 2차 열처리후 상기 마그네슘 합금재의 방위를 나타낸 것이다.
도 4(a)는 본 발명에 대한 비교예의 마그네슘 합금재의 압연후 및 2차 열처리후 집합조직의 변화를 측정한 것이며, 도 4(b)는 본 발명의 실시예의 마그네슘 합금재의 압연후 및 2차 열처리후 집합조직의 변화를 측정한 것이다.
도 5는 마그네슘 합금재의 에릭슨 시험(erichsen test) 방법을 나타낸 것이다.
도 6(a)는 본 발명의 비교예에 따른 마그네슘 합금재의 상온 성형성과 관련한 에릭슨 시험 측정결과를 나타낸 사진이며, 도 6(b)는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 합금재의 에릭슨 시험 측정결과를 나타낸 사진이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 하나의 관점은 하나의 관점은 마그네슘 합금재에 관한 것이다. 본 발명의 마그네슘 합금재는 탈륨(Tl) 0.01~5 중량%, 잔량부의 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함한다.

본 발명에 사용되는 탈륨(Tl) 원자는 마그네슘(Mg) 원자보다 크기가 약 20% 정도 크며, 고용강화효과가 우수하고, 집합조직을 약화시켜 상온 성형성을 향상시키기 위해 포함된다. 상기 탈륨은 마그네슘 합금이 이상적 축비(c/a)를 갖는 물리적 특성에 의해, 상기 마그네슘 합금재의 압연시 (0001) 면이 응력 방향(ND)으로 변화되기 때문에 낮은 상온 성형성을 갖는 현상을 방지하기 위해 포함된다. 상기 탈륨은 상기 마그네슘 합금재 전체중량에 대하여 0.01~5 중량% 포함된다. 상기 범위로 포함시, 마그네슘 합금재 제조시 기저면(basal plane)에 슬립(slip)이 발생하고, 인장 쌍정(tensile twin)과 함께 압축 쌍정(compressive twin)을 형성시켜, 본 발명의 마그네슘 합금의 집합조직을 약화시켜, 상온 성형성을 향상시킬 수 있다.

상기 탈륨이 상기 마그네슘 합금재 전체중량에 대하여 0.01 중량% 미만으로 포함시, 상기 상온 성형성의 개선효과가 미미하고, 5 중량%를 초과하여 포함시 내식성이 저하되고 열간균열이 발생할 수 있다. 예를 들면 상기 탈륨은 0.05~0.5 중량% 포함될 수 있다.

한 구체예에서 상기 마그네슘 합금재의 (0001) 면의 집합강도(texture intensity)는 3.5 이하일 수 있다. 상기 범위의 집합강도에서, 상기 마그네슘 합금재의 상온 성형성이 우수할 수 있다. 예를 들면, 2.0~3.5 일 수 있다.

본 발명의 다른 관점은 상기 마그네슘 합금재의 제조방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 마그네슘 합금재의 제조방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면 상기 마그네슘 합금재의 제조방법은 (S101) 중간재 제조단계; (S102) 1차 열처리 단계; (S103) 압연단계; 및 (S104) 2차 열처리 단계;를 포함한다. 좀 더 구체적으로 (S101) 탈륨(Tl) 0.01~5 중량%, 잔량부의 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 주조하여 중간재를 제조하는 단계; (S102) 상기 중간재를 1차 열처리하는 단계; (S103) 상기 1차 열처리된 중간재를 압연하는 단계; 및 (S104) 상기 압연된 중간재를 2차 열처리하는 단계;를 포함한다.

이하, 본 발명의 마그네슘 합금재 제조방법을 단계별로 상세하게 설명하도록 한다.

( S101 ) 중간재 제조단계

상기 단계는 탈륨(Tl) 0.01~5 중량%, 잔량부의 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 주조하여 중간재를 제조하는 단계이다. 구체예에서 상기 중간재는, 빌렛(billet) 형태로 제조할 수 있다.

( S102 ) 1차 열처리 단계

상기 단계는 상기 중간재를 1차 열처리하는 단계이다. 상기 1차 열처리는 본 발명의 마그네슘 합금재의 편석을 제거하여 균질화하기 위한 목적으로 실시될 수 있다. 한 구체예에서 상기 1차 열처리는, 상기 중간재를 300℃~400℃에서 20초~50분 동안 가열할 수 있다. 상기 조건으로 가열시 본 발명의 마그네슘 합금재의 편석을 제거하여 균질화하는 효과가 우수할 수 있다. 예를 들면, 350℃~400℃에서 30초~40분 동안 가열할 수 있다.

( S103 ) 압연단계

상기 단계는 상기 1차 열처리된 중간재를 압연하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 압연은 상기 1차 열처리된 중간재를 패스당 5~15%의 압하율로 압연할 수 있다. 상기 압하율로 압연시, 중간재의 파단 및 본 발명의 마그네슘 합금재의 물성 저하를 방지할 수 있다.

( S104 ) 2차 열처리 단계

상기 단계는 상기 압연된 중간재를 2차 열처리하는 단계이다. 상기 2차 열처리는 재결정 형성, 집합조직의 약화 및 잔류 응력의 제거에 의하여 본 발명의 마그네슘 합금재의 가공성 및 기계적 특성의 향상을 목적으로 실시될 수 있다.

구체예에서는 상기 압연된 중간재를 250℃~400℃에서 10초~30분 동안 가열하는 것일 수 있다. 상기 조건으로 2차 열처리시, 재결정 형성, (0001) 집합조직의 약화 및 잔류 응력의 제거에 의하여 본 발명의 마그네슘 합금재의 가공성 및 기계적 특성이 우수할 수 있다.

한 구체예에서 상기 중간재의 압연 및 2차 열처리는, 목적하는 두께 및 물성을 수득할 때까지, 복수 회 반복하여 실시할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

실시예

탈륨(Tl) 0.1 중량%, 잔량부의 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 연속 주조하여 빌렛형태의 중간재를 제조하였다. 상기 중간재를 350℃에서 30분 동안 1차 열처리하고, 상기 1차 열처리된 중간재를 패스당 10%의 압하율로 압연하였다. 그 다음에 상기 압연된 중간재를 350℃에서 30초 동안 가열하여 2차 열처리 하여 마그네슘 합금재를 제조하였다.

비교예

탈륨을 미포함한 것을 제외하고 상기 실시예와 동일한 방법으로 마그네슘 합금재를 제조하였다.

도 2(a)는 본 발명에 대한 비교예에 따른 마그네슘 합금재의 2차 열처리전 표면의 전자 후방 산란 회절(EBSD, electron back scattered diffraction) 사진 및 방위(origin misorientation)를 나타낸 그래프이고, 도 2(b)는 상기 마그네슘 합금재의 2차 열처리 후의 표면을 EBSD 분석한 사진 및 방위를 나타낸 그래프이다. 또한 도 2(c)는 상기 2차 열처리 전의 비교예 마그네슘 합금재의 방위를 나타낸 것이며, 도 2(d)는 상기 2차 열처리 후의 비교예 마그네슘 합금재의 방위를 나타낸 것이다.

상기 도 2(c)를 참조하면, line scan 결과 2차 열처리전 비교예의 방위(1)는 0도 및 86도의 방위변화를 보였으며, 상기 도 2(d)를 참조하면, 2차 열처리 이후에비교예의 방위(2)는 쌍정이 성장하여, 그 분율이 증가하였지만 방위 변화는 2차 열처리전과 유사함을 알 수 있었다.

도 3(a)는 본 발명에 따른 실시예 마그네슘 합금재의 2차 열처리 후의 표면의 전자 후방 산란 회절(EBSD) 사진이고, 도 3(b)는 상기 마그네슘 합금재 표면의 2차 열처리 전의 방위를 나타낸 것이며, 도 3(c)는 2차 열처리후 상기 마그네슘 합금재의 방위를 나타낸 것이다.

상기 도 3(a)의 1 라인은 상기 도 2와 유사한 형태의 쌍정이며, 2 라인은 56도 근처에 방위를 갖는 다른 형태의 쌍정이 형성된 것을 알 수 있었다.

또한, 상기 도 3(c)를 참조하면, 실시예의 2차 열처리 이후 초기 재결정 변형 거동은, 탈륨을 미포함하는 비교예와 상이하였으며, 새롭게 형성된 실시예의 쌍정은 다양한 방위를 갖고 재결정이 되는 것을 확인하였다.

도 4(a)는 본 발명에 대한 비교예의 마그네슘 합금재의 압연후 및 2차 열처리후 집합조직의 변화를 등고선 그래프로 나타낸 것이며, 도 4(b)는 본 발명의 실시예의 마그네슘 합금재의 압연후 및 2차 열처리후 집합조직의 변화를 등고선 그래프로 나타낸 것이다.

상기 도 4를 참조하면, 실시예의 마그네슘 합금재의 경우, 탈륨이 첨가되지 않은 비교예의 마그네슘 합금재보다 2차 열처리시 집합조직의 변화가 크게 발생하였으며, 더 넓은 영역에 (0001) 면이 분포하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, (0001)이 그만큼 기울었기 때문에 다양한 방위의 면이 응력방향(ND)과 수직하게 놓여 있어 강한 (0001) 집합조직을 약화시킬 수 있음을 분포와 수치로 확인할 수 있었다.

도 5는 마그네슘 합금재의 에릭슨 시험(erichsen test) 방법을 나타낸 것이다. 상기 에릭슨 시험에서 도출되는 에릭슨 값(Index of Erichsen)은 소재가 파단되지 않고 변형되는 성형성을 나타내는 지표로서, 1축 인장시험과는 달리 2축 이상의 응력상태에서 성형성을 나타내는 대표적인 지수이다. 에릭슨 값이 높을수록 성형성이 좋은 것으로 해석될 수 있다.

도 6(a)는 본 발명의 비교예에 따른 마그네슘 합금재의 상온 성형성과 관련한 에릭슨 시험 측정결과를 나타낸 사진이며, 도 6(b)는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 합금재의 에릭슨 시험 측정결과를 나타낸 사진이다. 상기 도 6을 참조하면, 비교예 마그네슘 합금재의 시험값은 4.3mm인 반면, 실시예 마그네슘 합금재의 시험값음 10.7mm로 측정되어, 비교예의 마그네슘 합금재에 비하여 2배 이상의 상온 성형성을 갖는 것을 알 수 있었다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (7)

1. 탈륨(Tl) 0.01~5 중량%, 잔량부의 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하며,
   (0001)면의 집합강도(texture intensity)가 3.5 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 탈륨의 함량은 0.05~0.5 중량%인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재.
   
3. 삭제
4. 탈륨(Tl) 0.01~5 중량%, 잔량부의 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 주조하여 중간재를 제조하는 단계;
   상기 중간재를 1차 열처리하는 단계;
   상기 1차 열처리된 중간재를 압연하는 단계; 및
   상기 압연된 중간재를 2차 열처리하는 단계;를 포함하되,
   (0001)면의 집합강도(texture intensity)가 3.5 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재 제조방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 1차 열처리는 상기 중간재를 300℃~400℃에서 20초~50분 동안 가열하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재 제조방법.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 압연은 상기 1차 열처리된 중간재를 패스당 5~15%의 압하율로 압연하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재 제조방법.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 2차 열처리는 상기 압연된 중간재를 250℃~400℃에서 10초~30분 동안 가열하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재 제조방법.
   

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