KR101807799B1 - Al-Si casting alloy and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제조 원가를 절감할 수 있는 Al-Si계 주조재 합금의 제조방법으로서, Fe의 함량이 0.2wt% 내지 1.0wt% 범위이고 기지에 β상(Al5FeSi)을 함유하는 Al-Si계 주조재 합금을 제공하는 단계; 상기 Al-Si계 주조재 합금을 기계적으로 가공하여 상기 β상(Al5FeSi)를 미세화시키는 단계; 및 상기 기계적 가공된 Al-Si계 주조재 합금을 150℃ 내지 200℃의 온도범위에서 시효처리 하는 단계;를 포함한다. The present invention Al-Si containing the β phase (Al 5 FeSi) in a production method of Al-Si-based alloy cast material capable of reducing the manufacturing cost, the content of Fe range 0.2wt% to 1.0wt% base Providing a system casting alloy; The step of refining the said β phase (Al 5 FeSi) by processing the Al-Si-based alloy cast material mechanically; And aging the mechanically processed Al-Si based casting alloy at a temperature ranging from 150 ° C to 200 ° C.
Description
본 발명은 Al-Si계 주조재 합금의 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 제조 원가를 절감할 수 있는 Al-Si계 주조재 합금의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an Al-Si based casting alloy, and more particularly, to a method for manufacturing an Al-Si based casting alloy which can reduce manufacturing costs.
최근 CO2 및 연비 규제로 자동차 경량화가 절대적으로 필요하다. 이에 따라 철강의 고강도강으로는 한계가 있는 바, 이를 극복하기 위한 대안으로서 알루미늄 소재의 개발이 절실하다. 철강 대비 원가가 비싼 알루미늄 합금에 대한 원가 절감 방안이 필요하며, 저렴한 알루미늄 합금 개발이 가능하면 엔진블록, 커넥팅 로드, 브레이크 디스크와 같은 자동차 부품 분야에 사용될 수 있을 것이다.Recently, it is absolutely necessary to reduce the weight of cars with CO 2 and fuel efficiency regulations. Accordingly, there is a limit to the high-strength steel of steel, and development of aluminum material is urgently required as an alternative to overcome this problem. Cost reduction of expensive aluminum alloy is needed, and development of cheap aluminum alloy can be used in automobile parts such as engine block, connecting rod and brake disk.
알루미늄-규소(Al-Si) 합금은 자동차 부품에 사용될 수 있으나, 철(Fe) 원소를 첨가할 경우, 철계 금속간화합물 생성으로 알루미늄 합금의 물성이 저하되는 문제점이 나타난다. 철(Fe)은 강도와 연신율을 감소시킬 뿐 아니라, 수축공을 발생하게 하고 규소(Si)의 함량이 많을 경우에는 3원 화합물(Al4FeSi)을 형성하여 재질을 취약하게 한다. 따라서, A356 합금은 Fe를 0.2% 미만으로만 함유하고 있다. 한편, 알루미늄 합금 소재를 리사이클링 하는 경우, 불순물로 들어간 철(Fe)을 0.2wt% 미만으로 감소시키기 위한 처리를 수행해야 하므로 상당한 비용이 발생하는 문제점도 수반한다. Aluminum-silicon (Al-Si) alloys can be used in automobile parts, but when iron (Fe) elements are added, the properties of the aluminum alloy deteriorate due to the generation of iron-based intermetallic compounds. Iron (Fe) not only reduces the strength and elongation but also causes shrinkage voids, and when the content of silicon (Si) is high, a ternary compound (Al 4 FeSi) is formed to weaken the material. Therefore, the A356 alloy contains only Fe at less than 0.2%. On the other hand, when the aluminum alloy material is recycled, a process for reducing iron (Fe) introduced into the impurities to less than 0.2 wt% must be performed.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 철(Fe)을 0.2wt% 이상 함유하는 알루미늄 합금에서 철(Fe)이 첨가되지 않은 합금과 동등한 기계적 특성을 확보할 수 있는 Al-Si계 주조재 합금의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Disclosure of the Invention The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide an aluminum alloy containing 0.2 wt% or more of Fe and having mechanical properties equivalent to those of an alloy not containing Fe It is another object of the present invention to provide a method for producing an Al-Si based casting alloy. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.
본 발명의 일 관점에 따르면, Al-Si계 주조재 합금의 제조방법을 제공한다. 상기 Al-Si계 주조재 합금의 제조방법은 Si의 함량이 6.5wt% 내지 7.5wt% 범위이며, Fe의 함량이 0.2wt% 내지 1.0wt% 범위이고 기지에 β상(Al5FeSi)을 함유하는 Al-Si계 주조재 합금을 제공하는 제 1 단계; 상기 Al-Si계 주조재 합금을 기계적으로 가공하여 상기 β상(Al5FeSi)을 미세화시키는 제 2 단계; 및 상기 기계적 가공된 Al-Si계 주조재 합금을 150℃ 내지 200℃의 온도범위에서 시효처리 하는 제 3 단계;를 포함한다. According to one aspect of the present invention, there is provided a process for producing an Al-Si based cast alloy. The method for producing an Al-Si based casting alloy according to
상기 Al-Si계 주조재 합금의 제조방법의 상기 제 2 단계에서 상기 기계적 가공은 압연 공정을 포함할 수 있다. In the second step of the method for producing an Al-Si based casting alloy, the mechanical working may include a rolling step.
상기 Al-Si계 주조재 합금의 제조방법에서, 상기 압연 공정은 압하율이 80%일 수 있다. In the above method for producing an Al-Si based casting alloy, the rolling process may have a reduction ratio of 80%.
상기 Al-Si계 주조재 합금의 제조방법은, 상기 시효처리 하는 제 3 단계 이전에, 상기 기계적 가공된 Al-Si계 합금을 520℃의 온도에서 2 시간 동안 용체화 처리하는 단계를 더 수행할 수 있다. The method for producing an Al-Si based casting alloy further includes a step of performing a solution treatment of the mechanically processed Al-Si based alloy at a temperature of 520 DEG C for 2 hours before the third step of the aging treatment .
상기 Al-Si계 주조재 합금의 제조방법에서, 상기 Al-Si계 합금을 제공하는 제 1 단계는 750℃의 용탕온도에서 주조한 후에 530℃의 온도에서 24시간 동안 균질화 처리하는 단계를 포함할 수 있다. In the method for producing an Al-Si based casting alloy, the first step of providing the Al-Si based alloy includes a step of performing homogenization at a temperature of 530 캜 for 24 hours after casting at a temperature of 750 캜 .
본 발명의 다른 관점에 따르면, 알루미늄 합금을 제공한다. 상기 알루미늄 합금은 Si의 함량이 6.5wt% 내지 7.5wt% 범위이며, Fe의 함량이 0.2wt% 내지 1.0wt% 범위이고 기지에 미세 β상(Al5FeSi)을 함유하는 Al-Si계 주조재 합금이며, 상기 Al-Si계 주조재 합금을 기계적으로 가공하여 β상(Al5FeSi)를 미세화시킨 후에 150℃ 내지 200℃의 온도범위에서 시효처리함으로써, 상기 Al-Si계 주조재 합금의 조성에서 철(Fe)을 함유하지 않되 나머지 성분들은 동일한 조성을 가지는 합금과 비교하여 같은 수준의 경도, 강도 및 연신율을 가진다.According to another aspect of the present invention, there is provided an aluminum alloy. The aluminum alloy is the amount of Si is the range 6.5wt% to 7.5wt%, Al-Si based casting material containing fine β phase (Al 5 FeSi) to the content of Fe range 0.2wt% to 1.0wt% and the base alloy, and the composition of the Al-Si based casting material by processing the alloy mechanically, by aging treatment at a temperature ranging from β phase (Al 5 FeSi) that after 150 ℃ to 200 ℃ miniaturization of the Al-Si based casting material alloy (Fe) but the remaining components have the same level of hardness, strength and elongation as those of alloys having the same composition.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 철(Fe)을 0.2wt% 이상 함유하는 알루미늄 합금에서 철(Fe)이 첨가되지 않은 합금과 동등한 기계적 특성을 확보할 수 있는 Al-Si계 주조재 합금의 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention as described above, an Al-Si based alloy capable of securing mechanical properties equal to those of an alloy containing no Fe added in an aluminum alloy containing 0.2 wt% or more of iron (Fe) A method of manufacturing a casting alloy can be implemented. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Si계 주조재 합금의 제조방법을 도해하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Si계 주조재 합금의 제조방법을 도해하는 전체 열처리 선도이다.
도 3은 본 발명의 비교예 및 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 단면 조직을 나타낸 사진들이다.
도 4는 본 발명의 비교예 및 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 경도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 비교예 및 다른 실시예에 따른 알루미늄 합금의 강도와 연신율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an Al-Si based cast alloy according to an embodiment of the present invention.
2 is an overall heat treatment diagram illustrating a method of manufacturing an Al-Si based cast alloy according to an embodiment of the present invention.
3 is a photograph showing the cross-sectional structure of the aluminum alloy according to the comparative example of the present invention and one embodiment.
4 is a graph showing the hardness of the aluminum alloy according to the comparative example of the present invention and one example of the present invention.
5A to 5C are graphs showing the results of measuring the strength and elongation of the aluminum alloy according to the comparative example of the present invention and other examples.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, Is provided to fully inform the user. Also, for convenience of explanation, the components may be exaggerated or reduced in size.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Si계 주조재 합금의 제조방법을 도해하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Si계 주조재 합금의 제조방법을 도해하는 전체 열처리 선도이다. FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an Al-Si based casting alloy according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view illustrating a method of manufacturing an Al-Si based casting alloy according to an embodiment of the present invention. Is the whole heat treatment diagram.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Si계 주조재 합금의 제조방법은 Fe의 함량이 0.2wt% 내지 1.0wt% 범위이고 기지에 β상(Al5FeSi)을 함유하는 Al-Si계 합금을 제공하는 단계(S100); 상기 Al-Si계 합금을 기계적으로 가공하여 상기 β상(Al5FeSi)를 미세화시키는 단계(S200); 및 상기 기계적 가공된 Al-Si계 합금을 150℃ 내지 200℃의 온도범위에서 시효처리 하는 단계(S300);를 포함한다. 1 and 2, a method for manufacturing an Al-Si based casting alloy according to an embodiment of the present invention is characterized in that the Fe content is in the range of 0.2 wt% to 1.0 wt% and the β phase (Al 5 FeSi) (S100) of providing an Al-Si-based alloy containing Al; The step of refining the said β phase (Al 5 FeSi) by processing the Al-Si based alloy is mechanically (S200); And aging the mechanically processed Al-Si-based alloy in a temperature range of 150 to 200 캜 (S300).
Al-Si계 합금을 제공하는 단계(S100)는 Fe의 함량이 0.2wt% 내지 1.0wt% 범위를 가지는 Al-Si계 합금을 대략 750℃의 용탕온도에서 주조한 후에 대략 530℃의 온도에서 24시간 동안 균질화 처리하는 단계를 포함한다. 예를 들어, Al-Si계 합금을 제공하는 단계(S100)에서 Al-Si계 합금의 조성은 6.5wt% 내지 7.5wt%의 규소, 0.25wt% 내지 0.45wt%의 마그네슘, 0.2wt% 내지 1.0wt%의 철 및 잔부가 알루미늄인 조성을 포함할 수 있다. The step of providing the Al-Si alloy (S100) is a step of casting an Al-Si-based alloy having an Fe content in the range of 0.2 wt% to 1.0 wt% at a molten metal temperature of approximately 750 DEG C, And homogenizing for a period of time. For example, in step S100 of providing an Al-Si-based alloy, the composition of the Al-Si-based alloy may include 6.5 wt% to 7.5 wt% silicon, 0.25 wt% to 0.45 wt% magnesium, 0.2 wt% wt% iron and the remainder aluminum.
상기 주조는 중력 주조 공정을 포함할 수 있으며, 주조의 금형 온도는 대략 230℃ 내지 270℃의 온도범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 주조합금은 0.4wt%의 마그네슘(Mg), 6.9wt%의 규소(Si), 0.6wt%의 철(Fe)을 함유하는 Al-Si계 주조합금일 수 있다. The casting may comprise a gravity casting process and the mold temperature of the casting may have a temperature range of approximately 230 ° C to 270 ° C. For example, an aluminum cast alloy according to an embodiment of the present invention may be an Al-Si alloy containing 0.4 wt% of magnesium (Mg), 6.9 wt% of silicon (Si), and 0.6 wt% of iron (Fe) It can be combined.
상기 용탕온도는 바람직하게는 대략 750℃이며, 구체적인 조업범위로서, 740℃ 내지 760℃의 온도범위를 가질 수 있다. 상기 균질화 처리는 바람직하게는 대략 530℃의 온도에서 대략 24시간 동안 유지하는 조건을 포함하되, 구체적인 조업범위로서, 520℃ 내지 540℃의 온도범위에서 23시간 내지 25시간 동안 유지하는 조건을 포함할 수 있다. The temperature of the molten metal is preferably about 750 占 폚, and may have a temperature range of 740 占 폚 to 760 占 폚 as a specific operating range. The homogenization treatment preferably includes a condition of maintaining at a temperature of approximately 530 DEG C for approximately 24 hours, and as a specific operating range, a condition of maintaining the temperature range of 520 DEG C to 540 DEG C for 23 to 25 hours .
알루미늄주조합금은 Al-Si계, Al-Cu계 및 Al-Mg계 등으로 나누어지며, 이중에서 Al-Si계 주조합금이 가장 많이 사용되고 있다. Al-Si계 주조합금은 일반주조합금과 다이캐스팅합금으로 대별할 수 있다. Al-Si계 일반주조합금은 비교적 냉각속도가 낮은 사형, 금형, 저압주조법 등에서 이용되는 주조재이고, Al-Si계 다이캐스팅주조합금은 냉각속도가 빠른 다이캐스팅법에서 이용되는 주조재이다. 다이캐스팅주조합금은 금형에 용탕의 부착을 방지하기 위해서 1wt% 이상의 Fe가 첨가되어 일반주조합금과 구별된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금은 상술한 Al-Si계 일반주조합금일 수 있다. Aluminum cast alloys are divided into Al-Si series, Al-Cu series and Al-Mg series, and Al-Si series casting alloy is the most widely used. Al-Si type casting alloys can be divided into general casting alloy and die casting alloy. Al-Si based casting alloys are casting materials used in die casting, mold and low-pressure casting methods with relatively low cooling rates, and Al-Si die casting casting alloys are casting materials used in a die casting method having a high cooling rate. Die casting casting alloys are distinguished from ordinary casting alloys by adding 1 wt% or more of Fe to prevent adhesion of molten metal to the mold. The aluminum alloy according to one embodiment of the present invention may be the above-described Al-Si-based general casting alloy.
상기 제 2 단계(S200)에서 상기 기계적 가공은 압연 공정을 포함할 수 있다. 상기 압연 공정은 냉간 압연(cold rolling) 공정을 포함할 수 있다. 냉간 압연은 재결정온도 이하의 실온 근처에서 제품판 두께까지 압연하는 공정을 포함할 수 있다. 냉간 압연을 수행하면 가공경화로 요구하는 품질의 강도를 제공할 수 있으며, 후속 공정의 열처리에 의하여 결정립이 미세화될 수 있다. 상기 압연 공정에서 압하율은 바람직하게는 대략 80%이며, 구체적인 조업범위로서, 75% 내지 85%의 압하율 범위를 가질 수 있다. In the second step S200, the mechanical processing may include a rolling process. The rolling process may include a cold rolling process. The cold rolling may include a step of rolling to a product sheet thickness at about room temperature below the recrystallization temperature. When cold rolling is performed, it is possible to provide the strength of the quality required by the work hardening, and the crystal grains can be made finer by the heat treatment in the subsequent process. In the rolling process, the reduction rate is preferably about 80%, and may have a reduction range of 75% to 85% as a specific operating range.
상기 제 2 단계(S200) 이후에 수행되는 시효 처리는 과포화 고용체에서 제 2 상을 석출안정상태로 만드는 것으로서 자연 시효는 상온에서 석출경화하는 것이고, 인공 시효는 필요온도, 응력, 기계가공 등으로 인위적으로 석출경화 시키는 공정이다.The aging treatment performed after the second step (S200) is to make the second phase in the precipitation stable state in the supersaturated solid solution, and the natural aging precipitates and cures at room temperature. The artificial aging is artificially induced by the necessary temperature, stress, .
상기 시효처리 하는 단계(S300) 이전에, 상기 기계적 가공된 Al-Si계 합금을 용체화 처리하는 단계를 수행할 수 있다. 용체화 처리는 합금원소들인 마그네슘, 규소 등이 알루미늄합금에 고용될 수 있는 최대온도로 유지 후 급냉시켜 상온에 경화요소가 고용된 상태로 만드는 공정이다. Before the aging treatment (S300), a step of solubilizing the mechanically processed Al-Si-based alloy may be performed. The solution treatment is a process in which the alloying elements magnesium, silicon, etc. are maintained at a maximum temperature at which the aluminum alloy can be solidified, and then quenched to solidify the curing component at room temperature.
상기 용체화 처리의 조건은 바람직하게는 대략 520℃의 온도에서 대략 2 시간 동안 유지하는 조건을 포함하며, 구체적인 조업범위로서, 대략 510℃ 내지 530℃의 온도범위에서 1.5 내지 2.5 시간 동안 유지하는 조건을 포함할 수 있다. 용체화 처리 온도가 530℃를 초과하는 경우 결정입도 조대화, 입계공정 버닝(burning), 부풀음 발생이 증가될 수 있다. 용체화 처리 온도가 510℃ 보다 낮은 경우 응집 분균일, 공정 석출물이 고용되지 않아 경도, 충격치, 인장 특성이 모두 불량해질 수 있다. The conditions of the solution treatment preferably include a condition of maintaining at a temperature of about 520 DEG C for about 2 hours, and as a specific operating range, a condition of maintaining for about 1.5 to 2.5 hours in a temperature range of about 510 DEG C to 530 DEG C . ≪ / RTI > When the solution treatment temperature exceeds 530 ° C, grain size coarsening, grain boundary process burning, and swelling may occur. When the solution treatment temperature is lower than 510 ° C, the aggregates may be homogeneous, the process precipitates may not be solidified, and the hardness, impact strength and tensile properties may become poor.
본 발명자는 Fe의 함량이 0.2wt% 내지 1.0wt% 범위이고 기지에 미세 β상(Al5FeSi)을 함유하는 Al-Si계 주조합금으로서, 상기 Al-Si계 합금을 기계적으로 가공하여 β상(Al5FeSi)를 미세화시킨 후에 150℃ 내지 200℃의 온도범위에서 시효처리함으로써, 상기 주조합금의 조성에서 철(Fe)을 함유하지 않되 나머지 성분들은 동일한 조성을 가지는 합금과 비교하여 같은 수준의 경도, 강도 및 연신율을 가질 수 있음을 확인하였다. The inventors have a content of Fe 0.2wt% to 1.0wt% range and a fine β-phase Al-Si based casting alloy containing (Al 5 FeSi) at the base, by processing the Al-Si based alloy is mechanically β-phase (Al 5 FeSi) and then aging at a temperature ranging from 150 ° C to 200 ° C, the iron (Fe) -containing components of the cast alloy are compared with the alloy having the same composition, , Strength, and elongation.
Al-Si계 합금을 제공하는 단계(S100)에서 Fe의 함량이 0.2wt% 미만인 경우, 알루미늄 합금 소재를 리사이클링 하는 경우 상당한 비용이 발생하는 문제점을 가진다. 한편, Al-Si계 합금을 제공하는 단계(S100)에서 Fe의 함량이 1.0wt% 보다 높은 경우, 단계(S200) 및 단계(S300)를 수행하더라도, 상기 주조합금의 조성에서 철(Fe)을 함유하지 않되 나머지 성분들은 동일한 조성을 가지는 합금과 비교하여 강도 및 연신율이 현저히 낮은 문제점을 가진다. 나아가, Al-Si계 합금을 제공하는 단계(S100)에서 Fe의 함량이 0.6wt% 이하인 경우, 상기 주조합금의 조성에서 철(Fe)을 함유하지 않되 나머지 성분들은 동일한 조성을 가지는 합금과 비교하여 동일한 수준의 경도값을 가지는 유리한 효과를 기대할 수 있다. If the content of Fe is less than 0.2 wt% in the step S100 of providing the Al-Si alloy, a considerable cost is incurred when the aluminum alloy material is recycled. On the other hand, when the content of Fe is higher than 1.0 wt% in the step of providing the Al-Si alloy (S100), even if the step (S200) and the step (S300) are carried out, But the other components have a problem of significantly lower strength and elongation as compared with alloys having the same composition. Further, when the content of Fe is 0.6 wt% or less in the step (S100) of providing the Al-Si alloy, the other components do not contain iron (Fe) in the composition of the cast alloy, Level hardness value can be expected.
도 3은 본 발명의 비교예 및 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 단면 조직을 나타낸 사진들이고, 도 4는 본 발명의 비교예 및 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 경도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. FIG. 3 is a photograph showing the cross-sectional structure of the aluminum alloy according to the comparative example of the present invention and FIG. 4 is a graph showing the results of measuring the hardness of the aluminum alloy according to the comparative example of the present invention and one embodiment .
도 3 및 도 4에서 'Fe-free'로 표시된 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금은 A356합금 중의 하나로서 Al-7%Si-0.5%Mg 합금이며 철(Fe)을 함유하지 않는 조성을 가진다. A356합금은 0.25wt% 내지 0.45wt%의 마그네슘, 6.5wt% 내지 7.5wt%의 규소를 함유하는 알루미늄 합금이다. The aluminum alloy according to the comparative example of the present invention shown as 'Fe-free' in FIG. 3 and FIG. 4 has an Al-7% Si-0.5% Mg alloy as one of A356 alloys and has a composition not containing iron (Fe). The A356 alloy is an aluminum alloy containing 0.25 wt% to 0.45 wt% magnesium and 6.5 wt% to 7.5 wt% silicon.
도 3 및 도 4에서 '0.5 % Fe'로 표시된 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금은 Al-7%Si-0.5%Mg-0.5%Fe 합금을 준비한 후에, 상기 합금을 기계적으로 가공하여 β상(Al5FeSi)를 미세화시키는 단계; 및 상기 기계적 가공된 합금을 150℃ 내지 200℃의 온도범위에서 시효처리 하는 단계;를 수행함으로써 구현하였다. The aluminum alloy according to an embodiment of the present invention, which is represented by '0.5% Fe' in FIGS. 3 and 4, is prepared by preparing an Al-7% Si- 0.5% Mg- 0.5% Fe alloy, (Al < 5 > FeSi); And aging the mechanically machined alloy at a temperature ranging from 150 ° C to 200 ° C.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금은 주조 상태(as-cast)에서 β상(Al5FeSi)이 석출됨을 확인할 수 있으며, 압하율 80%의 압연 공정으로 기계적 가공을 거친 후에 β상(Al5FeSi)이 미세화됨을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 3, the aluminum alloy according to one embodiment of the present invention is found to be precipitated in a state of as-cast β phase (Al 5 FeSi), and mechanical processing is performed in a rolling process with a reduction ratio of 80% after the rough you can see that the β-phase (Al 5 FeSi) is fine.
도 4를 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금에서는 피크 포인트(Peak point)가 대략 8시간 후에 발생하였으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금에서는 피크 포인트가 대략 12시간 후에 발생하였다. 시효를 통하여 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금과 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금이 유사한 최고경도값을 나타냄을 확인하였다. 이에 따르면, 철(Fe)을 0.2wt% 이상 함유하는 알루미늄 합금에서 철(Fe)이 첨가되지 않은 합금과 동등한 기계적 특성을 확보할 수 있음을 확인하였다. Referring to FIG. 4, in the aluminum alloy according to the comparative example of the present invention, the peak point occurred after about 8 hours, and in the aluminum alloy according to one embodiment of the present invention, the peak point occurred after about 12 hours . Through the aging, it was confirmed that the aluminum alloy according to the comparative example of the present invention and the aluminum alloy according to one embodiment of the present invention show similar maximum hardness values. According to this, it was confirmed that the aluminum alloy containing 0.2 wt% or more of iron (Fe) can secure mechanical properties equivalent to those of the alloy without addition of iron (Fe).
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 비교예 및 다른 실시예에 따른 알루미늄 합금의 강도와 연신율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 5A to 5C are graphs showing the results of measuring the strength and elongation of the aluminum alloy according to the comparative example of the present invention and other examples.
도 5a 내지 도 5c에서 'Fe-free'로 표시된 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금은 A356합금 중의 하나로서 Al-7%Si-0.5%Mg 합금이며 철(Fe)을 함유하지 않는 조성을 가진다. A356합금은 0.25wt% 내지 0.45wt%의 마그네슘, 6.5wt% 내지 7.5wt%의 규소를 함유하는 알루미늄 합금이다. 5A to 5C, the aluminum alloy according to the comparative example of the present invention indicated as "Fe-free" has Al-7% Si-0.5% Mg alloy as one of A356 alloys and has a composition not containing iron (Fe). The A356 alloy is an aluminum alloy containing 0.25 wt% to 0.45 wt% magnesium and 6.5 wt% to 7.5 wt% silicon.
도 5a 내지 도 5c에서 '1.0 % Fe'로 표시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 알루미늄 합금은 Al-7%Si-0.5%Mg-1.0%Fe 합금을 준비한 후에, 상기 합금을 기계적으로 가공하여 β상(Al5FeSi)를 미세화시키는 단계; 및 상기 기계적 가공된 합금을 150℃ 내지 200℃의 온도범위에서 시효처리 하는 단계;를 수행함으로써 구현하였다. 5A to 5C, an aluminum alloy according to another embodiment of the present invention, which is indicated as '1.0% Fe', is prepared by mechanically processing the alloy by preparing an Al-7% Si- 0.5% Mg- (Al < 5 > FeSi); And aging the mechanically machined alloy at a temperature ranging from 150 ° C to 200 ° C.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금은 항복강도(YS)가 397.6 MPa임에 반하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 알루미늄 합금은 항복강도가 408.9 MPa로 더 높음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5A, it can be seen that the aluminum alloy according to the comparative example of the present invention has a yield strength (YS) of 397.6 MPa, while the aluminum alloy according to another embodiment of the present invention has a yield strength of 408.9 MPa have.
도 5b를 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금은 인장강도(UTS)가 470.1 MPa임에 반하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 알루미늄 합금은 인장강도가 484 MPa로 더 높음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5B, it can be seen that the aluminum alloy according to the comparative example of the present invention has a tensile strength (UTS) of 470.1 MPa, while the aluminum alloy according to another embodiment of the present invention has a tensile strength of 484 MPa have.
도 5c를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 알루미늄 합금의 연신율(6.8%)은 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금의 연신율(7.4%)과 거의 유사한 수준임을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5C, the elongation percentage (6.8%) of the aluminum alloy according to another embodiment of the present invention is substantially similar to the elongation (7.4%) of the aluminum alloy according to the comparative example of the present invention.
도면에 도시하지는 않았으나, Al-7%Si-0.5%Mg-2.0%Fe 조성을 가지는 Al-Si계 주조합금은 상기 합금을 기계적으로 가공하여 β상(Al5FeSi)를 미세화시키는 단계; 및 상기 기계적 가공된 합금을 150℃ 내지 200℃의 온도범위에서 시효처리 하는 단계;를 수행하더라도, 상술한 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금('Fe-free') 보다 항복강도와 인장강도가 낮으며, 연신율도 약 2% 정도로 매우 낮은 수준임을 확인하였다. Although not shown in the figure, Al-Si based casting alloys having Al-7% Si-0.5% Mg-2.0% Fe composition includes the steps of processing the alloy to mechanically refining the phase β (Al 5 FeSi); And aging the mechanically machined alloy at a temperature in the range of 150 ° C to 200 ° C, the yield strength and tensile strength of the aluminum alloy ('Fe-free') according to the comparative example of the present invention And the elongation was about 2%, which is very low.
상술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 본 발명의 기술적 사상에 따른 알루미늄 합금은 Fe의 함량이 0.2wt% 내지 1.0wt% 범위이고 기지에 미세 β상(Al5FeSi)을 함유하는 Al-Si계 주조합금으로서, 상기 주조합금의 조성에서 철(Fe)을 함유하지 않되 나머지 성분들은 동일한 조성을 가지는 합금과 같은 수준의 최고경도값과 연신율을 가지는 것을 확인할 수 있다. According to embodiments of the invention described above, Al-Si containing aluminum alloy is fine β phase (Al 5 FeSi) to the content of Fe range 0.2wt% to 1.0wt% base according to the technical features of the present invention Based alloy, it is confirmed that the composition of the cast alloy does not contain iron (Fe) but the remaining components have the highest hardness value and elongation at the same level as the alloy having the same composition.
일반적으로, 알루미늄 및 그 합금은 다른 재료보다 재활용에 적합한 금속이다. 내식성이 우수하여 재활용 과정에서 소모가 되지 않으며 재용해에 필요한 에너지가 상대적으로 작다. 또한 합금의 조성범위가 다양하여 여러 가지의 불순물 성분도 수용 가능한 범용성을 지니고 있다. 다만, 알루미늄-규소(Al-Si) 합금에 철(Fe) 원소를 첨가할 경우, 철계 금속간화합물 생성으로 알루미늄 합금의 물성이 저하되는 문제점이 나타난다. 철(Fe)은 강도와 연신율을 감소시킬 뿐 아니라, 수축공을 발생하게 하고 규소(Si)의 함량이 많을 경우에는 3원 화합물(Al4FeSi)을 형성하여 재질을 취약하게 한다. 따라서, 알루미늄 합금 소재를 리사이클링 하는 경우, 불순물로 들어간 철(Fe)을 0.2wt% 미만으로 감소시키기 위한 처리를 수행해야 하므로 상당한 비용이 발생하는 문제점도 수반한다. In general, aluminum and its alloys are metals that are more suitable for recycling than other materials. It is excellent in corrosion resistance and is not consumed in the recycling process, and the energy required for redissolution is relatively small. In addition, since the composition range of the alloy is varied, various impurity components can be accommodated. However, when an iron (Fe) element is added to an aluminum-silicon (Al-Si) alloy, there arises a problem that the physical properties of the aluminum alloy are lowered due to the production of an iron-based intermetallic compound. Iron (Fe) not only reduces the strength and elongation but also causes shrinkage voids, and when the content of silicon (Si) is high, a ternary compound (Al 4 FeSi) is formed to weaken the material. Therefore, when the aluminum alloy material is recycled, a process for reducing iron (Fe) introduced into the impurities to less than 0.2 wt% must be performed.
살펴본 바와 같이, 철(Fe)은 스크랩 및 재활용시 불가피하게 발생하는 불순물이지만, 철(Fe)를 제거하지 않고 그대로 첨가할 수 있다면 원가절감의 효과가 예상된다. 본 발명에 따르면, 철(Fe)을 0.2wt% 이상 함유하는 Al-Si계 합금에서 상기 Al-Si계 합금을 기계적으로 가공하여 β상(Al5FeSi)를 미세화시키는 단계; 및 상기 기계적 가공된 Al-Si계 합금을 150℃ 내지 200℃의 온도범위에서 시효처리 하는 단계;를 수행함으로써, 철(Fe)이 첨가되지 않은 합금과 동등한 기계적 특성을 확보할 수 있는 Al-Si계 주조재 합금의 제조방법을 경제적으로 구현할 수 있음을 확인하였다.As can be seen, iron (Fe) is an impurity inevitably generated when scrap and recycled. However, if iron (Fe) can be added as it is without removing it, the cost reduction effect is expected. According to the invention, by processing the Al-Si based alloy is mechanically iron (Fe) in the Al-Si-based alloy containing not less than 0.2wt% step of refining the phase β (Al 5 FeSi); And aging the mechanically processed Al-Si-based alloy at a temperature in the range of 150 ° C to 200 ° C to produce an Al-Si alloy having the same mechanical properties as the alloy not containing Fe, It is possible to economically realize a manufacturing method of a cast alloy.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (7)
상기 Al-Si계 주조재 합금을 기계적으로 가공하여 상기 β상(Al5FeSi)을 미세화시키는 제 2 단계; 및
상기 기계적 가공된 Al-Si계 주조재 합금을 150℃ 내지 200℃의 온도범위에서 시효처리 하는 제 3 단계;
를 포함하는, Al-Si계 주조재 합금의 제조방법.(Al 5 FeSi) in the matrix, the content of Si being in the range of 6.5 wt% to 7.5 wt%, the content of Fe in the range of 0.2 wt% to 1.0 wt% Stage 1;
A second step by machining the Al-Si-based alloy cast material which is mechanically refining the β phase (Al 5 FeSi); And
Aging the mechanically processed Al-Si based casting alloy at a temperature in the range of 150 to 200 캜;
Based cast alloy according to claim 1,
상기 제 2 단계에서 상기 기계적 가공은 압연 공정을 포함하는, Al-Si계 주조재 합금의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the mechanical processing in the second step includes a rolling step.
상기 압연 공정은 압하율이 80%인, Al-Si계 주조재 합금의 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein the rolling process has a reduction ratio of 80%.
상기 시효처리 하는 제 3 단계 이전에, 상기 기계적 가공된 Al-Si계 주조재 합금을 520℃의 온도에서 2 시간 동안 용체화 처리하는 단계를 더 수행하는, Al-Si계 주조재 합금의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of subjecting the mechanically machined Al-Si based casting alloy to a solution treatment at a temperature of 520 DEG C for 2 hours before the third step of the aging treatment .
상기 Al-Si계 주조재 합금을 제공하는 제 1 단계는 750℃의 용탕온도에서 주조한 후에 530℃의 온도에서 24시간 동안 균질화 처리하는 단계를 포함하는, Al-Si계 주조재 합금의 제조방법.The method according to claim 1,
The first step of providing the Al-Si based casting alloy includes a step of homogenizing at a temperature of 530 DEG C for 24 hours after casting at a temperature of 750 DEG C, .
Si의 함량이 6.5wt% 내지 7.5wt% 범위이며, Fe의 함량이 0.2wt% 내지 1.0wt% 범위이고 기지에 미세 β상(Al5FeSi)을 함유하는 Al-Si계 주조재 합금이며, 상기 Al-Si계 주조재 합금을 기계적으로 가공하여 β상(Al5FeSi)를 미세화시킨 후에 150℃ 내지 200℃의 온도범위에서 시효처리함으로써, 상기 Al-Si계 주조재 합금의 조성에서 철(Fe)을 함유하지 않되 나머지 성분들은 동일한 조성을 가지는 합금과 비교하여 같은 수준의 경도, 강도 및 연신율을 가지는 것을 특징으로 하는,
Al-Si계 주조재 합금.
6. An Al-Si based casting alloy as claimed in any one of claims 1 to 5,
(Al 5 FeSi) in the matrix, the content of Si being in the range of 6.5 wt% to 7.5 wt%, the content of Fe in the range of 0.2 wt% to 1.0 wt% (Al 5 FeSi) is finely machined by mechanically processing an Al-Si based casting alloy, and then aging treatment is carried out at a temperature in the range of 150 to 200 ° C to form iron (Fe ), And the remaining components have the same level of hardness, strength and elongation as those of alloys having the same composition.
Al-Si alloy casting alloy.
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| KR20170099345A (en) | 2017-08-31 |
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