KR101931672B1 - High speed extrudable non-flammability magnesium alloys and method for manufacturing magnesium alloy extrusion using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고강도, 고연성의 기계적 특성을 보유하면서 발화저항성이 우수한 마그네슘 합금, 더욱 상세하게는 용탕 표면에 안정한 보호 피막을 형성하여 대기 중 혹은 일반적인 불활성 분위기 하에서도 용해 및 주조가 가능하고, 발화 저항성이 매우 우수하여 칩의 자연발화를 억제할 수 있을 뿐 아니라 우수한 강도와 연성을 동시에 갖는 마그네슘 합금에 대한 것으로서, 본 발명에 따른 마그네슘 합금은 1.0 ~ 7.0 중량%의 Al; 0.05 ~ 0.3 중량%의 Mn; 0.05 ~ 2.0 중량%의 Ca; 0.05 ~ 1.0 중량%의 Y, Gd, Sm, Nd, Dy 및 Er로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상; 잔부인 Mg; 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.The present invention relates to a magnesium alloy having high strength and high ductility mechanical properties and excellent ignition resistance, more specifically, a stable protective film formed on the surface of a molten metal and capable of dissolving and casting in the atmosphere or in general inert atmosphere, The magnesium alloy according to the present invention contains 1.0 to 7.0% by weight of Al; and the magnesium alloy of the present invention has excellent strength and ductility at the same time. 0.05 to 0.3% by weight of Mn; 0.05 to 2.0% by weight of Ca; 0.05 to 1.0% by weight of at least one selected from the group consisting of Y, Gd, Sm, Nd, Dy and Er; Mg; And other unavoidable impurities.
Description
본 발명은 난연성과 기계적 특성이 우수하면서 압출성과 내식성이 크게 향상된 마그네슘 합금, 더욱 상세하게는 용탕 표면에 안정한 보호 피막을 형성하여 대기 중 혹은 일반적인 불활성 분위기 하에서도 용해 및 주조가 가능하고, 발화 저항성이 매우 우수하여 칩의 자연발화를 억제할 수 있을 뿐 아니라 열간가공성이 우수하여 복잡형상의 압출재를 고속으로 제조 가능하고 부식 저항성이 우수한 난연성 마그네슘 합금에 관한 것이다.The present invention relates to a magnesium alloy which is excellent in flame retardancy and mechanical properties and greatly improved in extrusion resistance and corrosion resistance, more specifically, can form a stable protective film on the surface of a molten metal and is capable of dissolving and casting in the atmosphere or in general inert atmosphere, Flame-retardant magnesium alloy which is capable of inhibiting spontaneous ignition of a chip and having excellent hot workability, capable of producing an extruded material having a complicated shape at a high speed and having excellent corrosion resistance.
마그네슘 합금은 높은 비강도를 갖는 최경량의 합금으로서 다양한 주조 및 가공 공정에 적용이 가능하며 자동차, 철도, 항공용 부품이나 전자기 부품 등 경량화가 요구되는 거의 모든 분야에 적용 가능하고 응용범위가 넓다. 하지만 마그네슘 합금은 전기화학적으로 전위가 낮고 상당히 활성적인 금속으로서 산소 혹은 물과 접촉 시 강한 활성반응을 보이며 상용 합금의 경우 발화온도가 대부분 550℃를 넘지 않아 때로는 화재를 일으키기도 하는 등 재료의 안정성 및 신뢰성 측면에서 아직 한계를 가진다. 이 때문에 그 용용 잠재력에 비해서 아직 응용범위가 제한적이며, 특히 안전성을 요구하는 철도 혹은 항공ㅇ우주 분야에는 기존 상용 마그네슘 합금이 사용될 수 없다. Magnesium alloy is a lightest alloy with high specific strength and can be applied to various casting and machining processes. It can be applied to almost all fields requiring light weight such as automobile, railroad, aviation parts and electromagnetic parts, and has wide application range. However, the magnesium alloy is electrochemically low in electric potential and exhibits a strong active reaction when it comes into contact with oxygen or water. In the case of a commercial alloy, the ignition temperature does not exceed 550 ° C. in most cases, It still has limitations in terms of reliability. For this reason, the application range is limited compared to its potential for use, and conventional commercial magnesium alloys can not be used for railway or aerospace applications that require safety in particular.
마그네슘 합금의 이러한 활성반응으로 인해 용해 시에는 플럭스(flux)나 CO2 + SF6 등의 불활성 혼합가스를 사용하여 비활성 분위기를 만들어 주어야 한다. 용해 및 정련 시 사용되는 플럭스는 염화계이기 때문에, 용탕 처리 조건이 맞지 않을 경우 잔류 염소가 소재 내부에 잔존하여 내식성을 크게 떨어뜨리는 문제가 있었다. 이러한 단점을 해결하기 위해 플럭스를 사용하는 대신, SF6, CO2 및 Air를 혼합한 분위기에서 용해 및 주조하는 방법이 효과적이다. 하지만 플럭스나 혼합가스의 사용은 용해, 주조 공정에서 마그네슘의 활성반응을 제어하는데 효과적인 반면, 사용 환경에서 마그네슘 제품 자체의 난연성을 향상시키지는 못하므로 근본적인 한계가 있다. 특히 혼합가스로 사용되는 SF6는 지구온실효과가 CO2의 23,900배나 되는 지구온실유발 물질로 분류되어 향후 사용규제가 될 것으로 예상된다.Due to this active reaction of the magnesium alloy, an inert atmosphere should be produced by using an inert mixed gas such as flux or CO 2 + SF 6 for dissolution. Since the flux used in the melting and refining is a chlorinated system, there is a problem that residual chlorine remains in the inside of the material when the conditions for the molten metal are not met, thereby greatly reducing the corrosion resistance. In order to solve such a disadvantage, a method of melting and casting in an atmosphere in which SF 6 , CO 2 and Air are mixed is effective instead of using flux. However, the use of flux or mixed gas is effective in controlling the activation reaction of magnesium in the melting and casting process, but there is a fundamental limitation because it does not improve the flame retardancy of the magnesium product itself in the use environment. In particular, SF 6, which is used as a mixed gas, is classified as a global greenhouse effect substance whose global greenhouse effect is 23,900 times that of CO 2 and is expected to be regulated for future use.
이러한 문제를 보다 근본적으로 해결하기 위하여 마그네슘 합금 자체의 내산화성을 향상시키기 위한 연구로서 특히 Ca, Be 등 희토류금속 첨가를 통한 마그네슘 합금의 발화온도를 향상시키고자 하는 연구들이 진행되어 왔다[특허문헌 0001]. 종래에는 내산화 마그네슘 합금에 첨가되는 합금원소 가운데 Ca이 주로 이용되었는데, 그 이유는 Ca 원소의 가격이 다른 희토류금속에 비해 저렴하고, 독성이 없으며 첨가량 대비 발화온도 상승이 크기 때문이다. In order to solve this problem more fundamentally, studies have been made to improve the ignition temperature of magnesium alloys by adding rare earth metals such as Ca and Be as a research for improving the oxidation resistance of the magnesium alloy itself [ ]. Conventionally, Ca is mainly used as an alloy element added to the magnesium oxide-resistant alloy because the price of Ca element is lower than other rare-earth metals, there is no toxicity, and the ignition temperature rises more than the addition amount.
Ca을 포함하는 마그네슘 합금과 관련된 기존의 연구결과에 따르면, 2 중량% 이상의 Ca를 마그네슘합금에 첨가할 경우 발화온도가 700~900℃까지 증가하는 것으로 알려져 있다. 따라서 보호가스 없이 대기노출 주조가 가능하기 위해서는 마그네슘 합금의 발화온도가 융점보다 30℃ 이상, 더 바람직하게는 50℃ 이상 높아야 한다. 하지만 Ca이 2 중량%를 초과하여 첨가되면 마그네슘 합금의 인장특성은 일반적으로 저하되며, 특히 연신율의 감소가 두드러지는데, 이는 조대한 경질의 공정상이 다량 형성되어 크랙 발생을 유발하기 때문이다. 이처럼 Ca 첨가량의 증가는 발화저항성을 증가시키는 장점이 있지만, 기계적 특성, 특히 연성이 급격히 나빠진다는 단점이 있다. 이에 반해 마그네슘 합금에 희토류 금속원소를 3중량% 이상 다량 첨가할 경우 연성이 크게 저하되지 않으면서 발화저항성이 함께 향상될 수 있으나 고가의 희토류 금속원소를 다량 첨가할 경우 소재 가격 상승이 커서 경제성이 떨어진다는 단점이 있다. 따라서, 고가의 희토류 금속원소의 사용을 최소화 하면서 발화저항성과 인장특성을 동시에 만족시키는 마그네슘 합금의 개발이 필요하다.Existing studies on magnesium alloys containing Ca have shown that the ignition temperature increases to 700-900 ° C when more than 2% by weight of Ca is added to the magnesium alloy. Therefore, in order to allow atmospheric exposure casting without protective gas, the ignition temperature of the magnesium alloy should be 30 ° C or higher, more preferably 50 ° C or higher, higher than the melting point. However, when Ca is added in an amount exceeding 2% by weight, the tensile properties of the magnesium alloy are generally lowered, particularly, the decrease in elongation is remarkable because a large amount of coarse hard phase is formed to cause cracks. As described above, the increase of the amount of Ca has an advantage of increasing the ignition resistance but there is a disadvantage in that the mechanical properties, particularly ductility, are rapidly deteriorated. On the other hand, when a rare earth metal element is added in an amount of 3 wt% or more to the magnesium alloy in a large amount, ductility resistance can be improved without greatly deteriorating the ductility. However, when a large amount of expensive rare earth metal element is added, There is a disadvantage. Therefore, it is necessary to develop a magnesium alloy that satisfies ignition resistance and tensile characteristics at the same time while minimizing the use of expensive rare earth metal elements.
한편, 마그네슘 합금의 압출성은 최대 압출속도와 더불어 복잡한 제품 형상을 정밀하게 제조할 수 있는 능력으로 평가할 수 있으며, 특히 압출속도의 경우 생산성 및 제품단가와 직접적인 관련이 있다. 현재 상용 마그네슘 합금으로 사용되고 있는 AZ61, AZ80, ZK60 등의 합금의 경우 알루미늄 합금 대비 매우 낮은 압출속도를 가지고 있어 마그네슘 압출재 시장 확대에 주요한 장애물로 여겨지고 있다[비특허문헌 0001 및 0002]. 이러한 상용 마그네슘 합금이 낮은 최대 압출속도를 가지는 이유는 압출속도가 증가하면 표면온도가 급격하게 증가하는데 이러한 높은 표면온도로 인해 낮은 초기융점(incipient melting temperature)을 가지는 Mg17Al12와 같은 이차상(secondary phase)에서 국부적인 용해가 발생하여 표면 균열을 일으키기 때문이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 이차상의 열적안정성을 향상시키기 위한 연구가 진행되었으며[비특허문헌 0003 및 0004], 그 가운데 Mg-8Sn-1Al-1Zn (중량%) 합금의 경우 열적으로 매우 안정한 Mg2Sn 상을 형성시켜 항복강도를 향상시킴과 동시에 압출 시 표면균열 생성을 억제함으로써 10 m/min 이상의 높은 압출속도에서도 결함 없이 압출이 가능한 것으로 알려져 있다. 하지만 Mg-Sn계 합금은 발화저항성이 매우 열악한데, 예를 들어 Mg-8Sn 합금의 발화온도는 280℃이며 이는 순 마그네슘의 발화온도인 400℃에도 미치지 못하는 수준이다. On the other hand, the extrudability of the magnesium alloy can be evaluated by its ability to precisely produce a complicated product shape in addition to the maximum extrusion speed. In particular, the extrusion speed is directly related to the productivity and the product unit price. Alloys such as AZ61, AZ80 and ZK60, which are currently used as commercial magnesium alloys, have a very low extrusion rate compared to aluminum alloys and are regarded as major obstacles to the expansion of the magnesium extrusion material market [Non-Patent Documents 0001 and 0002]. This commercial magnesium alloy has a low maximum extrusion rate because as the extrusion rate increases, the surface temperature increases sharply. Due to such a high surface temperature, a secondary phase such as Mg 17 Al 12 having a low incipient melting temperature In the secondary phase, local dissolution occurs and causes surface cracking. To solve this problem, conducted a study to improve the thermal stability of the secondary [Non-Patent Document 0003 and 0004], that of Mg-8Sn-1Al-1Zn (% by weight) when the alloy is thermally very stable Mg 2 Sn It is known that extrusion can be performed without defect even at a high extrusion rate of 10 m / min or more by suppressing surface cracking during extrusion. However, Mg-Sn based alloys have very poor ignition resistance. For example, the ignition temperature of Mg-8Sn alloy is 280 ° C, which is far below the ignition temperature of pure magnesium of 400 ° C.
일본 구마모토 대학에서 개발한 압출용 난연 마그네슘 합금(KUMADAI)의 경우 항복강도(410~460MPa)와 발화온도(~1091℃)가 매우 높은 반면, 연신율이 3.5%로 매우 낮고 압출속도가 0.2 m/min 이하로 매우 낮은 문제점이 있다. 또한, 나가오카 대학의 Kamado 교수 연구진은 48 m/min의 매우 높은 압출속도를 가지는 마그네슘 합금을 개발한 바 있으나 강도가 낮고, 특히 난연성이 매우 낮은 문제점이 있다. 이처럼 난연성, 기계적 특성 및 고속 압출성이 모두 만족되는 마그네슘 합금은 현재까지 개발된 바 없으며 마그네슘 소재의 응용분야 확대 및 경제성 확보를 위해서는 고속 압출이 가능한 난연성 마그네슘 합금의 개발이 필요하다.(KUMADAI) developed by Kumamoto University in Japan has a very high yield strength (410 ~ 460MPa) and an ignition temperature (~ 1091 ℃), while the elongation is very low at 3.5% and the extrusion speed is 0.2 m / min Or less. Professor Kamado of Nagaoka University has developed a magnesium alloy with a very high extrusion speed of 48 m / min, but it has a low strength and in particular a low flame retardancy. As such, magnesium alloys satisfying both flame retardancy, mechanical properties and high-speed extrusion properties have not been developed until now, and it is necessary to develop a flame-retardant magnesium alloy capable of high-speed extrusion in order to expand application fields of magnesium materials and to secure economical efficiency.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결함으로써 발화저항성과 인장특성, 고속 압출성 및 부식저항성이 모두 우수한 마그네슘 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a magnesium alloy which is excellent in ignition resistance, tensile characteristics, high-speed extrudability and corrosion resistance by solving the above-described conventional problems.
또한, 본 발명은 SF6와 같은 환경오염 유발 물질인 보호가스를 사용하지 않아 친환경적 제조공정을 통해 제조가 가능한 마그네슘 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a magnesium alloy which can be manufactured through an environmentally friendly manufacturing process without using a protective gas, which is an environmental pollutant such as SF 6 .
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 1.0 ~ 7.0 중량%의 Al; 0.05 ~ 0.3 중량%의 Mn; 0.05 ~ 2.0 중량%의 Ca; 0.05 ~ 1.0 중량%의 Y, Gd, Sm, Nd, Dy 및 Er로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상; 잔부인 Mg; 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금을 제안한다.
In order to achieve the above object, 0.05 to 0.3% by weight of Mn; 0.05 to 2.0% by weight of Ca; 0.05 to 1.0% by weight of at least one selected from the group consisting of Y, Gd, Sm, Nd, Dy and Er; Mg; And other unavoidable impurities.
또한, 제1항에 있어서, 상기 Al의 함량은 2.5 ~ 6.5 중량%인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금을 제안한다.
The magnesium alloy according to claim 1, wherein the content of Al is 2.5 to 6.5 wt%.
또한, 1.0 중량% 이하의 Zn을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금을 제안한다.
The present invention further provides a magnesium alloy characterized in that it further contains 1.0 wt% or less of Zn.
또한, 아래 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금을 제안한다:Further, there is provided a magnesium alloy characterized by satisfying the following relational expression:
0.05 ≤ WCa ≤ 2.0 - 0.13 × (WAl + WZn/2)0.05? W Ca ≪ / = 2.0 - 0.13 x (W Al + W Zn / 2)
0 < WZn ≤ 1.4 - 0.13 × WAl 0 < W Zn ≪ / = 1.4 - 0.13 x W Al
(상기 식에서 WCa은 Ca의 함량(중량%)이고, WAl은 Al의 함량(중량%)이고, WZn은 Zn의 함량(중량%)임).
Wherein W Ca is the Ca content (wt%), W Al is the Al content (wt%), and W Zn is the Zn content (wt%).
또한, 아래 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금을 제안한다:Further, there is provided a magnesium alloy characterized by satisfying the following relational expression:
0.05 ≤ WCa ≤ 1.6 - 0.13 × (WAl + WZn/2)0.05? W Ca ? 1.6 - 0.13 x (W Al + W Zn / 2)
(상기 식에서 WCa은 Ca의 함량(중량%)이고, WAl은 Al의 함량(중량%)이고, WZn은 Zn의 함량(중량%)임).
Wherein W Ca is the Ca content (wt%), W Al is the Al content (wt%), and W Zn is the Zn content (wt%).
또한, 아래 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금을 제안한다: Further, there is provided a magnesium alloy characterized by satisfying the following relational expression:
0 < WZn ≤ 1.2 - 0.13 × WAl 0 < W Zn ? 1.2 - 0.13 x W Al
(상기 식에서 WZn은 Zn의 함량(중량%)이고, WAl은 Al의 함량(중량%)임).
(Where W Zn is the content of Zn (wt%) and W Al is the content of Al (wt%)).
또한, 상기 Mn의 함량은 0.05 ~ 0.15 중량%인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금을 제안한다.
Also, the content of Mn is 0.05 to 0.15 wt%.
또한, 상기 Y, Gd, Sm, Nd, Dy, Er로부터 선택되는 1종 이상의 함량은 0.05 ~ 0.5 중량%인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금을 제안한다.
Also, the content of at least one selected from Y, Gd, Sm, Nd, Dy and Er is 0.05 to 0.5% by weight.
또한, 0.0005 ~ 0.002 중량%의 Be을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금을 제안한다.
Further, the present invention further provides a magnesium alloy characterized by further comprising 0.0005 to 0.002% by weight of Be.
그리고, 본 발명은 발명의 다른 측면에서, (a) 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 마그네슘 합금으로 이루어진 빌렛을 준비하는 단계; (b) 상기 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리(homogenizaton heat treatment)하는 단계; 및 (c) 상기 균질화 열처리된 마그네슘 합금 빌렛을 200 ~ 450 ℃의 압출 온도 및 10 m/min 이상의 출구속도의 압출 조건 하에서 압출하는 단계를 포함하는 마그네슘 합금 고속 압출방법을 제안한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a magnesium alloy, comprising the steps of: (a) preparing a billet made of a magnesium alloy according to any one of claims 1 to 9; (b) homogenizing heat treatment of the magnesium alloy billet; And (c) extruding the homogenized magnesium alloy billet under extrusion conditions at an extrusion temperature of 200 to 450 DEG C and an exit speed of 10 m / min or more.
또한, 상기 단계 (a)는 아래 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고속 압출방법을 제안한다:In addition, the step (a) includes the following steps:
(a-1) Mg, Al, Zn 및 Mn을 포함하는 마그네슘 합금 용탕을 형성하는 단계; (a-1) forming a magnesium alloy melt containing Mg, Al, Zn and Mn;
(a-2) 상기 마그네슘 합금 용탕에, (i) Ca 및 (ii) Y, Gd, Sm, Nd, Dy 및 Er으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 순금속 또는 Y, Gd, Sm, Nd, Dy 및 Er으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 투입하는 단계; 및(i) Ca and (ii) at least one kind of pure metal selected from the group consisting of Y, Gd, Sm, Nd, Dy and Er or at least one of Y, Gd, Sm, Nd and Dy And Er; < RTI ID = 0.0 > a < / RTI > And
(a-3) 상기 단계 (a-2)에서 얻어진 마그네슘 합금 용탕을 금속 몰드에 주입하여 빌렛을 형성하는 단계.
(a-3) injecting the magnesium alloy melt obtained in the step (a-2) into a metal mold to form a billet.
또한, 상기 단계 (b)는 360 ~ 465℃의 온도에서 0.5 ~ 96 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고속 압출방법을 제안한다.
In addition, the step (b) is performed at a temperature of 360 to 465 ° C for 0.5 to 96 hours, thereby proposing a magnesium alloy high-speed extrusion method.
또한, 상기 단계 (c)는 간접 압출법(indirect extrusion process), 직접 압출법(direct extrusion process), 정수압 압출법(hydrostatic extrusion process) 또는 충격 압출법(impact extrusion process)을 이용해 수행하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고속 압출방법을 제안한다.
The step (c) may be performed by using an indirect extrusion process, a direct extrusion process, a hydrostatic extrusion process, or an impact extrusion process. A magnesium alloy high-speed extrusion method is proposed.
또한, (d) 상기 단계 (c)에서 제조된 압출재를 150 ~ 250℃의 온도에서 1 ~ 100 시간 동안 시효처리하는 단계를 더 포함하는 마그네슘 합금 고속 압출방법을 제안한다.
Also, (d) aging the extruded material produced in step (c) at a temperature of 150 to 250 ° C for 1 to 100 hours, thereby proposing a magnesium alloy high-speed extrusion method.
나아가, 본 발명은 발명의 또 다른 측면에서 상기 마그네슘 합금 고속 압출방법에 의해 제조된 마그네슘 합금 압출재를 제안한다.
Further, the present invention proposes a magnesium alloy extruded material produced by the magnesium alloy high-speed extrusion method from another aspect of the invention.
또한, 상기 마그네슘 합금 압출재는 봉상(rod), 파이프(pipe), 각재, 판재 또는 이형류의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 압출재를 제안한다.Also, the magnesium alloy extruded material has a shape of a rod, a pipe, a slab, a plate, or a deformed flow.
본 발명에 따른 마그네슘 합금은 열간가공성이 우수하여 10 m/min 이상의 고속으로 압출이 가능할 뿐만 아니라 치밀한 복합 산화층이 합금 표면에 형성됨으로써 기존 상용 합금 대비 현저히 향상된 난연성과 내식성을 가지면서도 기계적 특성이 우수한 특성을 가진다. The magnesium alloy according to the present invention is excellent in hot workability and can be extruded at a high speed of 10 m / min or more. In addition, since a dense complex oxide layer is formed on the alloy surface, the magnesium alloy has remarkably improved flame retardancy and corrosion resistance compared to conventional commercial alloys, .
또한 본 발명에 따른 마그네슘 합금은 보호피막으로 작용하는 치밀한 복합 산화층을 형성함으로써 내산화성 및 발화저항성이 매우 우수하여 대기 중이나 일반적인 불활성분위기(Ar, N2)에서 용해, 주조 및 가공이 가능하고, 기계가공 공정에서 쌓이는 칩의 자연발화를 억제할 수 있다.In addition, the magnesium alloy according to the present invention is excellent in oxidation resistance and ignition resistance by forming a dense complex oxide layer serving as a protective coating, and is capable of dissolving, casting and processing in the atmosphere or general inert atmosphere (Ar, N 2 ) It is possible to suppress spontaneous ignition of the chips accumulated in the machining process.
또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금은 SF6 등의 가스를 사용하지 않아 비용감소, 작업자 건강보호, 환경오염방지에 적합하다. Further, the magnesium alloy according to the invention is suitable for cost reduction, healthcare workers, and environmental pollution does not use a gas such as SF 6.
또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금은 발화온도가 대기 중에서 녹는점 이상으로 높고, 특히 일반적인 불활성 분위기(Ar, N2)에서는 발화온도가 녹는점+50℃ 이상으로 높아 상용 합금 대비 월등히 우수한 발화저항성을 가지면서도 이차상의 조대화를 억제함으로써 강도 및 연성도 우수하여 구조용 부품 소재로 적용가능하다.In addition, the magnesium alloy according to the present invention has a high ignition temperature above the melting point in the atmosphere. In particular, in a general inert atmosphere (Ar and N 2 ), the magnesium alloy has a high ignition temperature higher than the melting point + 50 ° C, But also has excellent strength and ductility by suppressing coarsening on the second phase, so that it can be applied as a structural component material.
또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금은 발화저항성이 우수함과 동시에 열간가공성도 우수하여 다양한 형상의 가공재로 이용될 수 있으며, 특히 고강도 고연성 및 안정성 특성을 요구하는 차세대 자동차, 고속철도, 도심철도 등에 실제적 적용이 가능한 압출재, 판재, 단조재 등으로 제조될 수 있다.In addition, the magnesium alloy according to the present invention is excellent in ignition resistance and hot workability, and can be used as a processing material of various shapes. In particular, it is practically applied to next generation automobiles, high-speed railways, A plate material, a forging material, or the like.
도 1은 이원계 마그네슘 합금의 발화온도에 대한 합금원소의 영향을 보여주는 도면이다.
도 2는 Y과 유사한 발화저항성 향상 효과를 가지는 Gd, Sm, Dy, Er의 첨가량에 따른 발화온도의 변화를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조한 실시예 및 비교예에서 고속압출 후 압출재 표면상태를 보여주는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a graph showing the effect of alloying elements on the ignition temperature of binary magnesium alloys.
FIG. 2 is a graph showing the change of ignition temperature according to the addition amount of Gd, Sm, Dy and Er, which has an ignition resistance improving effect similar to Y. FIG.
FIG. 3 is a view showing the state of the surface of the extruded material after high-speed extrusion in Examples and Comparative Examples manufactured according to the preferred embodiment of the present invention.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can make various changes and have various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. It should be understood, however, that the embodiments according to the concepts of the present invention are not intended to be limited to any particular mode of disclosure, but rather all variations, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises ",or" having ", or the like, specify that there is a stated feature, number, step, operation, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 마그네슘 합금은, 1.0 ~ 7.0 중량%의 Al; 0.05 ~ 0.3 중량%의 Mn; 0.05 ~ 2.0 중량%의 Ca; 0.05 ~ 1.0 중량%의 Y, Gd, Sm, Nd, Dy 및 Er로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상; 마그네슘(Mg) 잔부; 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지며, 각 합금 성분의 함량을 상기와 같이 한정한 이유는 각각 다음과 같다.
The magnesium alloy according to the present invention comprises 1.0 to 7.0% by weight of Al; 0.05 to 0.3% by weight of Mn; 0.05 to 2.0% by weight of Ca; 0.05 to 1.0% by weight of at least one selected from the group consisting of Y, Gd, Sm, Nd, Dy and Er; Magnesium (Mg) balance; And other unavoidable impurities. The reason why the content of each alloy component is limited as described above is as follows.
알루미늄(aluminum( AlAl ))
알루미늄은 마그네슘 합금의 강도 증가 및 유동성을 향상시키며 응고 범위를 증가시켜 주조성을 개선시키는 원소로서, 일반적으로 알루미늄 첨가량이 증가함에 따라 공정상인 Mg17Al12 상의 분율이 증가하여 강도가 증가한다. 또한, 알루미늄이 다른 합금원소와 함께 첨가될 경우, 알루미늄의 함량이 증가할수록 발화저항성이 향상된다. 특히 소량의 Ca 및 Y, Sm, Gd, Dy, Er로부터 선택되는 적어도 1개의 원소와 함께 알루미늄이 포함될 경우 MgAl2O4, CaO 및 Y(또는 Sm, Gd, Dy, Er로부터 선택되는 1개의 원소)2O3의 복합산화층이 표면에 형성되어 발화저항성과 부식저항성이 동시에 향상된다. 한편, 알루미늄의 함량이 1.0 중량% 미만일 경우 강도 증가 및 발화저항성 향상 효과가 나타나지 않고, 알루미늄의 함량이 7.0 중량% 이상에서는 압출 과정에서 열적안정성이 열악한 경질의 Mg17Al12 상의 형성으로 인해 표면 균열 발생이 발생하므로, 알루미늄은 1.0 중량% 이상 7.0 중량% 미만의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 또한 발화저항성, 기계적 특성과 열간 가공성을 모두 고려할 경우 알루미늄의 함량은 2.5 중량 이상 6.5 중량% 미만의 범위로 포함되는 것이 더욱 바람직하다.
Aluminum improves the strength and fluidity of magnesium alloys and improves the casting by increasing the solidification range. In general, as the aluminum content is increased, the proportion of the Mg 17 Al 12 phase increases and the strength increases. Further, when aluminum is added together with other alloying elements, the ignition resistance is improved as the content of aluminum is increased. In particular, when aluminum is included together with at least one element selected from a small amount of Ca and Y, Sm, Gd, Dy and Er, MgAl 2 O 4 , CaO and Y (or one element selected from Sm, Gd, ) 2 O 3 is formed on the surface, the ignition resistance and the corrosion resistance are simultaneously improved. On the other hand, when the content of aluminum is less than 1.0 wt%, the strength and the resistance to ignition are not improved. When the aluminum content is more than 7.0 wt%, the surface hardness Mg 17 Al 12 phase, It is preferable that aluminum is contained in the range of 1.0 wt% or more and less than 7.0 wt%. In consideration of ignition resistance, mechanical properties and hot workability, it is more preferable that the content of aluminum is in the range of 2.5 wt% or more and less than 6.5 wt%.
아연(zinc( ZnZn ))
아연은 일반적으로 알루미늄과 함께 첨가될 때 결정립을 미세화하고 고용강화와 석출강화를 통해 강도를 증가시키는 효과를 갖는다. 하지만, 일반적으로 알루미늄이 함유된 마그네슘 합금에서 아연의 함량이 증가할수록 압출속도에 큰 영향을 주는 이차상의 초기융점(incipient melting temperature)이 크게 낮아지기 때문에 최대 압출속도가 크게 저하된다. 특히 알루미늄의 함량이 증가할수록 표면 크랙이 발생하지 않는 압출 조건 범위가 좁아지기 때문에 아연의 최대 첨가량은 더욱 낮아지게 된다. 따라서 본 발명에서 아연의 첨가 범위는 Al 함량에 따라 달라지며 아래의 계산식을 따르는 것이 바람직하며,Zinc generally has the effect of refining the crystal grains when added together with aluminum and increasing the strength through solid solution strengthening and precipitation strengthening. However, as the content of zinc in magnesium alloy containing aluminum generally increases, the maximum extrusion rate is largely lowered because the incipient melting temperature which greatly affects the extrusion speed is greatly lowered. In particular, as the content of aluminum increases, the range of extrusion conditions which do not cause surface cracking becomes narrow, so that the maximum addition amount of zinc is further lowered. Therefore, in the present invention, the range of addition of zinc depends on the content of Al, and it is preferable to follow the following formula,
0 < WZn ≤ 1.4 - 0.13 × WAl 0 < W Zn ≪ / = 1.4 - 0.13 x W Al
(상기 식에서 WCa은 Ca의 함량(중량%)이고, WAl은 Al의 함량(중량%)이고, WZn은 Zn의 함량(중량%)임).Wherein W Ca is the Ca content (wt%), W Al is the Al content (wt%), and W Zn is the Zn content (wt%).
나아가, 아래의 계산식을 따르는 것이 보다 바람직하다.Further, it is more preferable to follow the following calculation formula.
0 < WZn ≤ 1.2 - 0.13 × WAl 0 < W Zn ? 1.2 - 0.13 x W Al
(상기 식에서 WZn은 Zn의 함량(중량%)이고, WAl은 Al의 함량(중량%)임).
(Where W Zn is the content of Zn (wt%) and W Al is the content of Al (wt%)).
망간(manganese( MnMn ))
망간은 Mg-Al계 합금에서 내식성에 유해한 불순물원소인 Fe와 결합하여 내식성을 향상시키며, 빠른 냉각 속도에서 Al-Mn 금속간화합물을 형성하여 강도를 향상시키는 역할을 하며, 본 발명에 다른 마그네슘 합금은 상기와 같은 망간을 0.05 ~ 0.3 중량%으로 포함할 수 있다.The manganese improves the corrosion resistance by bonding with Fe which is an impurity element harmful to corrosion resistance in the Mg-Al alloy, and improves the strength by forming an Al-Mn intermetallic compound at a rapid cooling rate. The magnesium alloy May contain 0.05 to 0.3% by weight of the above-mentioned manganese.
하지만, 알루미늄과 이트륨이 포함된 마그네슘 합금에 0.15 중량%를 초과하는 망간을 첨가할 경우 다각형 형상을 가지는 Al-Mn-Y 상이 마그네슘 합금 용탕에서 형성되어 용탕 하부로 가라앉기 때문에 마그네슘 합금 주조재에서 알루미늄, 망간 및 이트륨 함량의 감소가 현저하고, 일부 Al-Mn-Y 상이 주조재에 포함되어 내식성의 저하를 유발할 수 있어 망간의 함량은 0.15 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다. 또한 0.05 중량% 미만의 망간이 포함될 경우 마그네슘 합금의 내식성이 크게 저하되는 문제가 있으므로 망간의 첨가량은 0.05 중량% 내지 0.15 중량% 범위로 포함되는 것이 더욱 바람직하다.
However, when manganese exceeding 0.15% by weight is added to a magnesium alloy containing aluminum and yttrium, a polygonal Al-Mn-Y phase is formed in the magnesium alloy melt and sinks to the bottom of the molten magnesium. Therefore, , The content of manganese and yttrium is remarkably reduced, and some Al-Mn-Y phases are included in the cast material, which may cause deterioration of corrosion resistance, and the content of manganese is preferably 0.15% by weight or less. In addition, when less than 0.05 wt% of manganese is contained, there is a problem that the corrosion resistance of the magnesium alloy is greatly deteriorated. Therefore, the addition amount of manganese is more preferably in the range of 0.05 wt% to 0.15 wt%.
칼슘(calcium( CaCa ))
칼슘은 알루미늄이 함유된 마그네슘 합금에서 Mg-Al-Ca 금속간 화합물을 형성하여 강도 및 내열특성을 향상시킬 뿐만 아니라 용탕 표면에 얇고 치밀한 CaO 산화층을 형성시켜 용탕의 산화를 억제함으로써 마그네슘 합금의 발화 저항성을 향상시킨다. 또한 칼슘은 Mg-Al계 합금에서 주로 형성되는 열적으로 불안정한 Mg17Al12 상에 일부 고용되어 Mg17Al12 상의 열적안정성을 크게 향상시켜주어서 열간가공성을 향상시켜 준다. 예를 들어, 열분석 결과에 따르면 AZ61합금의 초기 용융온도(incipient melting temperature)는 425℃로 측정되지만, 칼슘이 0.6중량% 첨가될 경우 초기 용융온도가 465℃까지 증가한다. 하지만 칼슘의 함량이 0.05 중량% 미만인 경우 발화저항성 및 Mg17Al12 상의 열적안정성 향상 효과가 크지 않고, 2.0 중량%를 초과할 경우 용탕의 주조성이 떨어지고 열간균열(hot cracking)이 발생하며, 금형과의 점착성(die sticking)이 증가하며 연신율이 크게 떨어지는 등의 문제가 있고, 압출 공정의 경우 압출하중이 크게 증가하여 표면 균열 발생하는 문제가 있다.
Calcium forms Mg-Al-Ca intermetallic compounds from aluminum-containing magnesium alloys to improve strength and heat resistance, as well as forming a thin and dense CaO oxide layer on the surface of the melt to inhibit oxidation of the melt, . In addition, calcium is partly dissolved in the thermally unstable Mg 17 Al 12 phase mainly formed in the Mg-Al type alloy, thereby improving the thermal stability of the Mg 17 Al 12 phase to a great extent. For example, according to thermal analysis results, the incipient melting temperature of AZ61 alloy is measured at 425 ° C, but when 0.6% by weight of calcium is added, the initial melting temperature increases to 465 ° C. However, when the content of calcium is less than 0.05% by weight, the effect of improving the ignition resistance and the thermal stability of the Mg 17 Al 12 phase is not significant. If the content of calcium exceeds 2.0% by weight, the main composition of the molten metal is lowered and hot cracking occurs, There is a problem such that the die sticking with the resin increases and the elongation is greatly decreased. In the case of the extrusion process, the extrusion load is greatly increased, and surface cracking occurs.
알루미늄(aluminum( AlAl ) 및 아연() And zinc ZnZn )과 칼슘() And calcium ( CaCa )의 합산 함량) ≪ SEP >
알루미늄과 아연이 칼슘과 함께 첨가된 합금에서 알루미늄과 아연의 첨가량이 증가함에 따라 일반적으로 마그네슘 합금의 발화온도와 내식성은 증가한다. 동일한 알루미늄과 아연이 첨가된 합금에서 연성의 저하를 가져오지 않는 최대 칼슘 첨가량은 알루미늄과 아연의 함량이 증가할수록 감소하는 경향을 보인다. 예컨대, 3 중량%의 알루미늄과 1 중량%의 아연이 포함된 AZ31합금에서 주조품의 연성은 칼슘 첨가량이 1 중량% 이상에서 감소하며(가공재의 경우, 칼슘 첨가량이 2 중량% 이상에서 연성이 감소함), 6 중량%의 알루미늄과 1 중량%의 아연이 포함된 AZ61합금의 경우 칼슘 첨가량이 1.0 중량% 이상에서 연성이 감소하는 경향을 보인다. 특히 압출 공정을 고려할 경우 칼슘 함량이 1.3 중량% 첨가된 AZXW3110(Mg-3Al-0.7Zn-0.15Mn-1.3Ca-0.3Y) 합금을 압출할 경우 1.3 중량% 미만의 칼슘을 함유한 합금 대비 압출하중이 급격히 증가하는 경향을 나타내는데, 이는 경질의 Mg-Al-Ca 상이 균질화 열처리 이후에도 마그네슘 기지(matrix) 내로 고용되지 않고 다량 잔존하고 있기 때문이다. 특히 칼슘의 함량이 2.0중량%까지 증가하게 되면 압출하중의 급격한 증가로 인해 압출이 되지 않는 문제가 발생한다. 이처럼 압출 하중의 증가는 압출재의 온도를 증가시켜 압출재의 표면 균열을 발생시킬 가능성이 높아지기 때문에 적절한 칼슘 함량 이하로 제어할 필요가 있으며, 상기 마그네슘 합금의 경우 칼슘의 첨가량을 2.0 중량% 미만으로 제한하는 것이 바람직하다. 따라서 마그네슘 합금에 첨가되는 알루미늄과 아연의 함량에 따라서 최대로 첨가할 수 있는 칼슘이 함량은 다르게 설계되어야 한다. 한편, 알루미늄과 아연이 포함된 마그네슘 합금에서 각 원소의 발화온도에 대한 기여도는 아연이 알루미늄의 50% 수준으로 평가되었다. 따라서, 본 발명에 따른 마그네슘 합금에서 알루미늄 및 아연과 칼슘의 함량은 아래의 계산식을 따르는 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하며,As the amount of aluminum and zinc added to aluminum and zinc alloys added with calcium increases, the ignition temperature and corrosion resistance of magnesium alloys generally increase. The maximum calcium content, which does not cause the ductility deterioration in the same aluminum and zinc added alloys, tends to decrease as the content of aluminum and zinc increases. For example, in an AZ31 alloy containing 3% by weight of aluminum and 1% by weight of zinc, the softness of the casting is reduced by more than 1% by weight of the calcium added (in the case of the processed material, the ductility decreases at a calcium addition amount of 2% by weight or more ), AZ61 alloy containing 6% by weight of aluminum and 1% by weight of zinc tends to decrease ductility when the amount of calcium added is 1.0% by weight or more. Especially when the extrusion process is considered, when an alloy of AZXW3110 (Mg-3Al-0.7Zn-0.15Mn-1.3Ca-0.3Y) having a calcium content of 1.3% by weight is extruded, an extrusion load This is because the hard Mg-Al-Ca phase does not solidify into the magnesium matrix even after the homogenization heat treatment and remains in a large amount. Particularly, when the content of calcium is increased to 2.0 wt%, there arises a problem that the extrusion can not be performed due to an abrupt increase of the extrusion load. Since the increase in the extrusion load increases the possibility of generating surface cracks of the extruded material by increasing the temperature of the extruded material, it is necessary to control the amount of calcium to be less than the proper amount of calcium. In the case of the magnesium alloy, the addition amount of calcium is limited to less than 2.0 wt% . Therefore, the amount of calcium that can be added to the magnesium alloy varies depending on the content of aluminum and zinc added to the magnesium alloy. On the other hand, in the magnesium alloy containing aluminum and zinc, the contribution of each element to the ignition temperature was estimated to be about 50% of that of aluminum. Therefore, in the magnesium alloy according to the present invention, the content of aluminum and zinc and calcium is preferably included within the range of the following calculation formula,
0.05 ≤ WCa ≤ 2.0 - 0.13 × (WAl + WZn/2)0.05? W Ca ≪ / = 2.0 - 0.13 x (W Al + W Zn / 2)
(상기 식에서 WCa은 Ca의 함량(중량%)이고, WAl은 Al의 함량(중량%)이고, WZn은 Zn의 함량(중량%)임).Wherein W Ca is the Ca content (wt%), W Al is the Al content (wt%), and W Zn is the Zn content (wt%).
더욱 바람직하게는 아래의 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다. More preferably within the following ranges.
0.05 ≤ WCa ≤ 1.6 - 0.13 × (WAl + WZn/2)0.05? W Ca ? 1.6 - 0.13 x (W Al + W Zn / 2)
(상기 식에서 WCa은 Ca의 함량(중량%)이고, WAl은 Al의 함량(중량%)이고, WZn은 Zn의 함량(중량%)임).
Wherein W Ca is the Ca content (wt%), W Al is the Al content (wt%), and W Zn is the Zn content (wt%).
이트륨(Y)Yttrium (Y)
이트륨은 원래 마그네슘에 대하여 큰 고용한을 가지고 있어 주로 석출강화 효과에 의한 고온 내크리프 향상원소로 사용된다. 또한, 도 1에서 이트륨을 2 중량% 첨가 시 용탕 표면에 Y2O3 산화층을 형성하여 발화온도가 크게 향상되며, 특히 소량의 이트륨을 칼슘과 함께 마그네슘 합금에 첨가하면, MgAl2O4, CaO와 Y2O3의 혼합층이 형성되어 발화 저항성이 더욱 증가된다. 또한 소량의 칼슘과 이트륨이 복합 첨가된 합금은 수소 발생 속도가 현저히 저하되어 내식성이 크게 향상될 수 있다. 한편, 마그네슘 합금에 이트륨이 0.05 중량% 미만으로 포함되는 경우 발화온도 및 내식성 증가가 크지 않고, 이트륨이 1.0 중량%를 초과하여 포함되는 경우 합금의 가격이 상승하고, 알루미늄, 망간과의 반응으로 Al-Mn-Y 입자가 다량 형성되어 연성 감소와 더불어 내식성이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 마그네슘 합금에서 이트륨은 0.05 중량% 내지 1.0 중량%의 범위로, 더욱 바람직하게는 0.05 중량% 내지 0.5 중량%의 범위로 포함되어야 한다.
Yttrium has a large solubility with respect to magnesium and is mainly used as an element for improving creep resistance at high temperatures due to precipitation strengthening effect. In addition, when Y 2 O 3 oxide layer is formed on the surface of the molten metal by adding 2 wt% of yttrium in FIG. 1 , the ignition temperature is greatly improved, and when a small amount of yttrium is added to the magnesium alloy together with calcium, MgAl 2 O 4 , CaO And Y 2 O 3 is formed and the ignition resistance is further increased. In addition, alloys containing a small amount of calcium and yttrium added can significantly decrease the rate of hydrogen generation, thereby greatly improving the corrosion resistance. On the other hand, when the magnesium alloy contains less than 0.05% by weight of yttrium, the ignition temperature and corrosion resistance are not increased significantly. When the yttrium is contained in an amount exceeding 1.0% by weight, the price of the alloy increases, There is a problem that a large amount of -Mn-Y particles are formed and the ductility is deteriorated along with the decrease in ductility. Therefore, yttrium in the magnesium alloy according to the present invention should be contained in the range of 0.05 wt% to 1.0 wt%, more preferably 0.05 wt% to 0.5 wt%.
일부 희토류 금속 원소(Some rare earth metal elements ( GdGd , , SmSm , , NdNd , , DyDy , , ErEr ))
희토류 금속은 일반적으로 고온강도와 내크리프 특성을 향상시키기 위해 첨가된다. 알루미늄의 함량이 낮을 때 희토류 금속을 첨가하면 고온에서 안정한 Al-RE 금속간화합물을 형성, 응고시 정출되어 고온 강도 및 내열특성을 향상시킨다. 하지만, 발화저항성 측면에서 희토류 금속의 첨가는 도 1에서 볼 수 있듯이 첨가되는 원소에 따라 상이한 결과를 나타낸다. 일반적으로 발화저항성을 설명하는데 사용되는 인자인 PBR(Pilling-Bedworth Ratio) 및 산화물 형성에 대한 자유에너지(Gibbs energy) 변화 값과 각 원소의 마그네슘 기지(matrix) 내 고용한(solubility limit) 등을 종합적으로 고려하면, Nd, Gd, Sm, Dy, Er 등의 원소가 발화저항성을 향상시키는데 효과적인 것으로 나타난다. 특히 도 2에서 마그네슘 기지 내 고용한이 큰 Sm(3.5 중량%), Gd(23.5 중량%), Dy(25.3 중량%), Er(33.8 중량%) 원소의 첨가량에 따른 마그네슘 이원계 합금의 발화온도 변화를 보면, 첨가량이 증가함에 따라 발화저항성은 직선적으로 증가함을 알 수 있으며, 3원계 이상의 합금에서도 이 원소들이 첨가됨에 따라 유사한 발화저항성 향상 효과를 가져 올 것으로 판단된다. 따라서 본 발명에서는 희토류 금속원소 가운데 이트륨과 유사하게 발화저항성을 향상시킬 수 있는 원소로 Gd, Sm, Nd, Dy, Er을 선택하였으며, 희토류 원소가 대부분 고가의 원소임을 감안하여 경제성을 고려할 때 0.05 중량% 내지 1.0 중량%의 범위로, 더욱 바람직하게는 0.05 중량% 내지 0.5 중량%의 범위로 포함되는 것이 좋다.
Rare earth metals are generally added to improve high temperature strength and creep resistance. When a rare-earth metal is added when the aluminum content is low, a stable Al-RE intermetallic compound is formed at a high temperature and crystallized at the time of solidification to improve high temperature strength and heat resistance. However, the addition of rare earth metal in terms of fire resistance shows a different result depending on the element to be added, as shown in FIG. In general, the Pilling-Bedworth Ratio (PBR), which is a factor used to explain ignition resistance, and the change in free energy (Gibbs energy) for oxide formation and the solubility limit of each element in the magnesium matrix , Elements such as Nd, Gd, Sm, Dy, and Er appear to be effective in improving ignition resistance. In particular, in FIG. 2 , the ignition temperature change of the magnesium binary alloy according to the addition amount of the large Sm (3.5 wt%), Gd (23.5 wt%), Dy (25.3 wt%) and Er , The ignition resistance increases linearly with the increase of the addition amount, and it is considered that the addition of these elements to the ternary or higher alloys will have a similar effect of improving ignition resistance. Therefore, in the present invention, Gd, Sm, Nd, Dy and Er are selected as rare earth metal elements which can improve ignition resistance similar to yttrium. In consideration of economy, considering rare earth elements are mostly expensive elements, 0.05 weight % To 1.0% by weight, and more preferably 0.05% by weight to 0.5% by weight.
베릴륨(beryllium( BeBe ))
베릴륨은 일반적으로 소량 첨가에 의해서도 용융 마그네슘의 산화를 억제하고 발화온도를 향상시키는데 효과적인 원소이나, 인체 유독성으로 인해 향후 사용 규제가 예상된다. 대부분의 상용 순마그네슘(pure magnesium)에는 0.0001 중량% 이하의 베릴륨이 불순물 수준으로 포함되어 있으며, 0.0005 중량% 미만의 베릴륨이 첨가될 경우 베릴륨의 산화억제 효과가 나타나지 않게 되고, 0.002 중량%를 초과하여 첨가될 경우 결정립을 조대화 시켜 마그네슘 합금의 물성을 저하시킨다. 따라서 본 발명에 따른 마그네슘 합금에서 베릴륨은 0.0005 중량% 내지 0.002 중량% 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
Beryllium is an effective element for suppressing the oxidation of molten magnesium and improving the ignition temperature even by adding a small amount of it, but it is expected to be regulated for future use due to toxicity to human body. Most commercial pure magnesium contains 0.0001% by weight or less of beryllium at an impurity level, and when beryllium is added in an amount of less than 0.0005% by weight, the oxidation inhibiting effect of beryllium is not exhibited, and when it exceeds 0.002% by weight When added, the crystal grains are coarsened to lower the physical properties of the magnesium alloy. Therefore, beryllium in the magnesium alloy according to the present invention is preferably contained in the range of 0.0005 wt% to 0.002 wt%.
기타 불가피한 불순물Other unavoidable impurities
본 발명에 따른 마그네슘 합금에는 합금의 원료 또는 제조과정에서 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함할 수 있으며, 본 발명에 따른 마그네슘 합금에 포함될 수 있는 불순물 중에서 특히 철(Fe), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)은 마그네슘 합금의 내식성을 악화시키는 역할을 하는 성분이다. 따라서 Fe의 함량은 0.005 중량% 이하, Cu의 함량은 0.03 중량% 이하, Ni의 함량은 0.001 중량% 이하를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.
The magnesium alloy according to the present invention may include a raw material of the alloy or an impurity inevitably incorporated in the manufacturing process. Among the impurities that can be contained in the magnesium alloy according to the present invention, iron (Fe), copper (Cu) and nickel Ni) is a component that acts to deteriorate the corrosion resistance of the magnesium alloy. Therefore, it is preferable that the Fe content is 0.005 wt% or less, the Cu content is 0.03 wt% or less, and the Ni content is 0.001 wt% or less.
다음으로, 앞서 상세히 설명한 본 발명에 따른 마그네슘 합금을 이용한 고속 압출방법에 대해 이하에서 설명한다.
Next, a high-speed extrusion method using the magnesium alloy according to the present invention described in detail above will be described below.
본 발명에 따른 마그네슘 합금 고속 압출방법은, (a) 전술한 마그네슘 합금으로 이루어진 빌렛을 준비하는 단계; (b) 상기 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리(homogenizaton heat treatment)하는 단계; 및 (c) 상기 균질화 열처리된 마그네슘 합금 빌렛을 200 ~ 450 ℃의 압출 온도 및 10 m/min 이상의 출구속도의 압출 조건 하에서 압출하는 단계를 포함하며, 아래에서 상기 각 단계에 대해 상세히 설명한다.
A magnesium alloy high-speed extrusion method according to the present invention includes the steps of: (a) preparing a billet made of the magnesium alloy; (b) homogenizing heat treatment of the magnesium alloy billet; And (c) extruding the homogenized heat-treated magnesium alloy billet at an extrusion temperature of 200 to 450 DEG C and an exit speed of 10 m / min or more. Each step will be described in detail below.
본 발명에 따른 마그네슘 합금 고속 압출방법에 있어서, 상기 마그네슘 합금 빌렛을 준비하는 단계인 단계 (a)는 (a-1) Mg, Al, Zn 및 Mn을 포함하는 마그네슘 합금 용탕을 형성하는 단계; (a-2) 상기 마그네슘 합금 용탕에, (i) Ca 및 (ii) Y, Gd, Sm, Nd, Dy 및 Er으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 순금속 또는 Y, Gd, Sm, Nd, Dy 및 Er으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 투입하는 단계; 및 (a-3) 상기 단계 (a-2)에서 얻어진 마그네슘 합금 용탕을 금속 몰드에 주입하여 빌렛을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
In the magnesium alloy high-speed extrusion method according to the present invention, the step (a) of preparing the magnesium alloy billet includes the steps of: (a-1) forming a magnesium alloy melt containing Mg, Al, Zn and Mn; (i) Ca and (ii) at least one kind of pure metal selected from the group consisting of Y, Gd, Sm, Nd, Dy and Er or at least one of Y, Gd, Sm, Nd and Dy And Er; < RTI ID = 0.0 > a < / RTI > And (a-3) injecting the magnesium alloy melt obtained in the step (a-2) into a metal mold to form a billet.
본 발명에 따른 마그네슘 합금 고속 압출방법에 있어서, 상기 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리(homogenizaton heat treatment)하는 단계, 즉 단계 (b)는 이전 단계에서 제조된 마그네슘 합금 빌렛의 마그네슘 기재 내에 존재하는 조성적 편석을 균질화하기 위해 열처리하는 단계로서, 본 단계를 수행함으로써 이후에 수행되는 압출 공정에서 이차상(second phase)의 동적석출(dynamic precipitation)을 통한 압출재의 강도 강화를 꾀할 수 있으며, 이를 위해 본 단계는 360 ~ 465℃의 온도에서 0.5 ~ 96 시간 동안 수행될 수 있다.In the magnesium alloy high-speed extrusion method according to the present invention, the homogenization heat treatment of the magnesium alloy billet, that is, step (b), is carried out in the same manner as in the step The step of performing this step can enhance the strength of the extruded material through the dynamic precipitation of the second phase in the subsequent extrusion process. For this purpose, At a temperature of 360 to 465 DEG C for 0.5 to 96 hours.
본 발명에 따른 마그네슘 합금 고속 압출방법에 있어서, 상기 균질화 열처리된 마그네슘 합금 빌렛을 압출하는 단계인 단계 (c)는, 360 ~ 465℃의 온도에서 0.5 ~ 96 시간 동안의 출구속도로 수행될 수 있다. In the magnesium alloy high-speed extrusion method according to the present invention, step (c) of extruding the homogenized heat-treated magnesium alloy billet may be performed at an exit speed of from 360 to 465 ° C for 0.5 to 96 hours .
본 단계에 있어서 압출 공정을 수행하기 위한 구체적인 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 간접 압출법(indirect extrusion process), 직접 압출법(direct extrusion process), 정수압 압출법(hydrostatic extrusion process) 또는 충격 압출법(impact extrusion process)을 이용해 본 단계의 압출을 행할 수 있다.The specific method for carrying out the extrusion process in this step is not particularly limited and may be, for example, an indirect extrusion process, a direct extrusion process, a hydrostatic extrusion process, Extrusion of this step can be performed by using an impact extrusion process.
또한, 본 단계를 통해 제조되는 압출재의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 봉재(rod), 파이프(pipe), 각재, 판재, 이형류 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
In addition, the shape of the extruded material produced through this step is not particularly limited, and may have various shapes such as a rod, a pipe, a slab, a plate, a mold, and the like.
다음으로, 상기 단계 (c)를 실시한 후에는 제조된 압출재를 150 ~ 250℃의 온도에서 1 ~ 100 시간 동안 시효처리하는 단계를 추가적으로 수행할 수 있다.
Next, after the step (c) is performed, the extruded material may be aged for 1 to 100 hours at a temperature of 150 to 250 ° C.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네슘 합금 및 그 제조방법을 이하에서 상세히 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 단지 예시적인 것으로 본 발명을 한정하는 것이 아니다.
A magnesium alloy according to a preferred embodiment of the present invention and a method of manufacturing the magnesium alloy will be described in detail below. However, the following examples are illustrative only and do not limit the invention.
<< 실시예Example >>
본 발명의 발명자들은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하고 본 발명의 목적을 달성하기 위해 다양한 조성을 갖는 마그네슘 합금을 제조하였는데, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네슘 합금의 제조방법은 아래와 같다.The inventors of the present invention have solved the problems of the prior art described above and manufactured a magnesium alloy having various compositions in order to accomplish the object of the present invention. A method of manufacturing a magnesium alloy according to a preferred embodiment of the present invention is as follows.
먼저, Mg(99.9%), Al(99.9%), Zn(99.99%), Ca(99.9%), Mn(99.9%) 및 선택적으로 Y(99.9%), Gd(99.9%), MM(Misch metal, 99.9%)의 원료 물질을 준비한 후, 상기 원료를 용해하고 중력 주조방법을 이용하여 하기 표 1의 실시예 1 내지 실시예 16 및 비교예 1 내지 비교예 13에 기재된 합금조성을 가지는 마그네슘 합금 주조재를 형성하였다. 특히, 융점이 상대적으로 높은 Ca, Y, Gd, MM을 직접 용탕에 투입하여 합금화시키기 위해서, 800 내지 900까지 용탕의 온도를 올려서 이들 원소를 완전 용해시킨 후, 주조온도까지 서서히 냉각한 후 주조하여 마그네슘 합금 주조재를 형성하였다. 한편, Sm, Dy, Er를 첨가한 합금에 대한 실시예는 발화저항성, 내식성 및 고속압출성 측면에서 Y 및 Gd를 첨가한 실시예 15와 실시예 16의 결과와 유사할 것으로 예상되기 때문에 표 1에 추가하지 않았다.First, Mg (99.9%), Al (99.9%), Zn 99.99%, Ca 99.9%, Mn 99.9%, Y 99.9% , 99.9%) were prepared, and then the raw materials were dissolved. Using the gravity casting method, a magnesium alloy cast material having the alloy composition described in Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 13 in Table 1 . Particularly, in order to alloys by directly injecting Ca, Y, Gd and MM having relatively high melting points into the molten metal, the temperature of the molten metal is increased up to 800 to 900 to completely dissolve these elements, Magnesium alloy casting material was formed. On the other hand, the examples of the alloys to which Sm, Dy, and Er are added are expected to be similar to those of Examples 15 and 16 in which Y and Gd are added in terms of ignition resistance, corrosion resistance and high- I did not add it.
또는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, Mg, Al, Zn, Ca, Mn 및 선택적으로 Y, Gd, MM의 원료 물질을 용해시켜 용탕을 형성한 후 주조하는 방법 외에 다양한 방법에 따라서 마그네슘 합금을 제조하는 것이 가능하다. 예컨대, Mg, Al, Zn 및 Mn의 원료 물질 또는 이들의 합금을 이용하여 마그네슘 합금 용탕을 먼저 형성하고, Ca, Y, Gd, MM을 함유하는 화합물을 상기 마그네슘 합금 용탕에 투입한 후 적절한 주조 방법을 이용하여 마그네슘 합금 주조재를 형성하는 것도 가능하다. 또는, Mg의 원료 물질과 선택적으로 Ca, Y, Gd, MM의 원료 물질을 목표 조성보다 많이 첨가하여 용해시켜서 700 내지 750℃ 온도에서도 마그네슘 합금 용탕에 용해가 가능한 모합금(master alloy)을 제조하고, 이와 별도로 Mg, Al, Zn 및 Mn의 원료 물질 또는 이들의 합금을 이용하여 마그네슘 합금 용탕을 형성한 후 상기 모합금을 상기 마그네슘 합금 용탕에 투입하여 마그네슘 합금 주조재를 형성할 수도 있다. 상기 방법에 따르면 모합금의 녹는점은 Ca, Y, Gd, MM 원료 물질의 녹는점보다 낮으므로 원료물질을 직접 마그네슘 합금 용탕에 투입할 때보다 낮은 온도에서 모합금을 투입할 수 있다는 점에서 특히 유용하다. 그 외에도, 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 형성은 다양한 방법을 통해서 구현 가능하며, 본 발명이 속한 기술분야에서 이미 널리 알려진 마그네슘 합금의 형성 방법은 모두 본 발명에 일체로 합체된다.
Alternatively, according to a preferred embodiment of the present invention, a magnesium alloy may be prepared by dissolving a raw material of Mg, Al, Zn, Ca, Mn and optionally Y, Gd and MM to form a molten metal, It is possible to manufacture. For example, a magnesium alloy melt is first formed using a raw material of Mg, Al, Zn, and Mn or an alloy thereof, a compound containing Ca, Y, Gd, and MM is put into the magnesium alloy melt, It is also possible to form a magnesium alloy cast material. Alternatively, a raw material of Mg and optionally a raw material of Ca, Y, Gd and MM are added and dissolved to prepare a master alloy capable of dissolving in a magnesium alloy melt at a temperature of 700 to 750 ° C. Alternatively, a magnesium alloy melt may be formed using a raw material of Mg, Al, Zn, and Mn, or an alloy thereof, and then the master alloy may be injected into the magnesium alloy melt to form a magnesium alloy casting material. According to this method, since the melting point of the parent alloy is lower than the melting point of the raw materials of Ca, Y, Gd and MM, the mother alloy can be supplied at a lower temperature than when the raw material is directly introduced into the magnesium alloy melt. useful. In addition, the formation of the magnesium alloy according to the present invention can be realized by various methods, and the magnesium alloy forming methods well known in the technical field of the present invention are all incorporated into the present invention.
한편, 본 실시예에서 유도 용해는 흑연 도가니(graphite crucible)를 사용하였으며, 합금화가 마무리되기 전까지는 용탕의 산화를 방지하기 위해 SF6와 CO2 혼합가스를 소량 용탕 상부에 도포하여 용탕과 대기가 접촉하는 것을 차단하였다. 또한, 용해가 완료된 후에는 철계 금형 몰드(steel mould)를 사용하여 보호가스를 사용하지 않고 금형 주조하였으며, 압출 실험을 위해 직경 89mm, 길이 150mm의 원통형 빌렛(billet)을 제조하였다. 또한, 본 실시예는 금형주조법을 사용하여 마그네슘 합금을 주조하였으나, 사형주조, 중력주조, 가압주조, 연속주조, 정밀주조, 분무주조 등 다양한 주조법이 사용될 수 있으며, 본 발명에 따른 마그네슘 합금은 반드시 어떠한 특정한 주조 방식에 한정되지는 않는다.
In the present embodiment, graphite crucible was used for induction melting. SF 6 and CO 2 were used to prevent oxidation of the molten metal until alloying was completed. A small amount of mixed gas was applied to the top of the molten metal to prevent the molten metal from contacting with the atmosphere. After the dissolution was completed, a steel mold was used to cast a mold without using a protective gas, and a cylindrical billet having a diameter of 89 mm and a length of 150 mm was prepared for the extrusion test. In addition, although the magnesium alloy is cast using the mold casting method in this embodiment, various casting methods such as sand casting, gravity casting, press casting, continuous casting, precision casting and spray casting can be used, and the magnesium alloy according to the present invention It is not limited to any particular casting method.
마그네슘 합금의 Magnesium alloy 고속압출성High-speed extrusion property 평가 evaluation
앞에서 형성한 마그네슘 합금 빌렛를 400 내지 430℃에서 15 내지 24시간 동안 균질화 열처리를 실시하였으며, 균질화 열처리 완료 후 곧바로 수냉(water quenching)을 실시하였다. 이어서, 균질화 열처리된 재료는 직경 80mm, 길이 150mm의 원통형 빌렛으로 절삭 가공되며, 이 후 압출 실험을 위해 열처리 노(furnace)에서 300℃로 예열한다. 예열된 빌렛은 압출 온도 300℃에서 11 m/min의 압출 속도(출구 기준) 및 25:1의 압출비로 직접압출(direct extrusion)하여 최종적으로 폭 50mm, 두께 4mm의 판상 압출재를 제조하였다.The magnesium alloy billets formed above were subjected to homogenization heat treatment at 400 to 430 ° C for 15 to 24 hours, and water quenching was performed immediately after completion of the homogenization heat treatment. The homogenized heat treated material is then cut into cylindrical blanks of 80 mm in diameter and 150 mm in length and then pre-heated to 300 ° C in a heat treatment furnace for extrusion experiments. The preheated billet was directly extruded at an extrusion temperature of 300 占 폚 at an extrusion rate of 11 m / min (exit standard) and an extrusion ratio of 25: 1 to finally produce a plate extrudate having a width of 50 mm and a thickness of 4 mm.
한편, 본 발명의 실시예에서는 주조 및 균질화 열처리 후 직접압출 가공을 실시하였으나, 간접압출 및 정수압 압출과 같은 방법에 의해 제조될 수 있으며, 반드시 어떠한 특정한 압출 방식에 한정되지는 않는다.
In the examples of the present invention, direct extrusion processing is performed after the casting and homogenization heat treatment, but it can be produced by a method such as indirect extrusion and hydrostatic pressure extrusion, and is not necessarily limited to any specific extrusion method.
본 발명의 실시예에서 고속압출성에 대한 평가는 압출 온도 300℃에서 11 m/min의 압출 속도 및 25:1의 압출비로 직접압출(direct extrusion)한 후 제조된 압출 판재의 표면 열간균열(hot-cracking) 유무를 통해 판단하였으며, 이 외에도 압출재의 형상이 제대로 만들어지지 않거나 압출하중이 너무 높아 압출이 되지 않는 것도 압출성이 낮은 것으로 판단하여 불량으로 결정하였다.
In the examples of the present invention, the evaluation of high-speed extrudability was performed by direct extrusion at an extrusion temperature of 300 캜 at an extrusion rate of 11 m / min and an extrusion ratio of 25: 1, cracking. In addition, it was judged that the extruded material was not formed properly or the extruded material was not extruded because the extruded load was too high.
도 3은 앞에서 설명한 압출 조건으로 압출한 비교예 3 내지 비교예 4와 실시예 1, 실시예 4, 실시예 11 및 실시예 12의 압출판재 표면 상태를 보여준다. 도 3에서 알루미늄 함량이 1 중량%로 낮지만 아연의 함량이 4 중량%로 높은 비교예 4의 경우 표면에 심한 열간균열이 발생하여 가장 좋지 않은 표면상태를 보여준다. 반면 아연의 함량이 0.3 중량%로 낮은 반면 알루미늄의 함량이 8 중량%로 높을 경우에도 압출 판재 표면에 열간균열 발생이 심한 것을 확인 할 수 있다. 이에 반해, 알루미늄 함량이 3 중량% 혹은 6 중량%이면서 아연의 함량이 0.3 중량% 및 0.8 중량%로 낮게 유지된 실시예 1, 실시예 4, 실시예 11 및 실시예 12의 경우 표면에 열간균열이 전혀 발생하지 않은 양호한 표면상태를 보여준다.
Fig. 3 shows the surface states of the extruded plate materials of Comparative Examples 3 to 4 and Examples 1, 4, 11, and 12 extruded under the above-described extrusion conditions. In the case of Comparative Example 4, in which the aluminum content is as low as 1% by weight and the zinc content is as high as 4% by weight in FIG. 3 , severe cracks are generated on the surface, which shows the worst surface condition. On the other hand, when the content of zinc is as low as 0.3% by weight, even when the content of aluminum is as high as 8% by weight, it can be confirmed that hot cracks are generated on the surface of the extruded plate. On the other hand, in Examples 1, 4, 11 and 12 in which the aluminum content was 3% by weight or 6% by weight and the zinc content was as low as 0.3% by weight and 0.8% by weight, Shows a good surface state that did not occur at all.
표 2는 3중량%의 알루미늄과 0.8중량%의 아연이 첨가된 마그네슘 합금(실시예 2과 실시예 3, 실시예 5 내지 실시예 10, 및 비교예 1과 비교예 2)에서 칼슘 함량에 따른 압출하중의 변화를 보여준다. 일반적인 압출공정에서 압출하중은 압출 초기에 급격히 증가하다가 최대 하중에서 정점(peak)을 만들며 감소하다 특정 하중에서 일정하게 유지된다. 표 2에서 칼슘 함량이 증가함에 따라 경질의 Mg-Al-Ca 이차상의 분율이 증가하고 이로 인해 압출하중이 증가하는 경향을 보이고 있으며, 특히 칼슘의 함량이 1.3중량% 이상으로 증가할 경우 압출하중이, 특히 안정 상태(steady state)에서의 압출하중이 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있다. 칼슘 함량이 2.0 중량%로 증가한 비교예 1과 비교예 2의 경우 압출 하중이 500톤을 초과하여 증가하였기 때문에 압출이 되지 않았다. 이처럼 압출 하중이 급격히 증가하게 되면 압출재의 온도가 급격히 증가하여 표면균열 발생 가능성이 증가하게 될 뿐만 아니라 경우에 따라서는 압출이 불가능할 수도 있게 된다. 따라서, 압출성 측면에서 3중량% 알루미늄과 0.8중량% 아연이 첨가된 마그네슘 합금에서 칼슘의 함량은 2.0중량% 미만으로 제어하는 것이 바람직하다.
Table 2 shows the magnesium content of the magnesium alloy with 3 wt% aluminum and 0.8 wt% zinc (Example 2 and Example 3, Examples 5 to 10, and Comparative Examples 1 and 2) It shows the change of extrusion load. In a typical extrusion process, the extrusion load increases rapidly at the beginning of the extrusion, then makes a peak at the maximum load and decreases and remains constant at a specific load. In Table 2, as the calcium content increases, the proportion of the hard Mg-Al-Ca secondary phases increases and the extrusion load tends to increase. Especially, when the calcium content increases to more than 1.3 wt%, the extrusion load , The extrusion load in the steady state is increased sharply. In the case of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in which the calcium content was increased to 2.0 wt%, the extrusion load was increased to exceed 500 tons, so that the extrusion could not be performed. If the extrusion load is rapidly increased, the temperature of the extruded material increases sharply and the possibility of surface cracking increases. In addition, extrusion may not be possible in some cases. Therefore, in view of the extrudability, the content of calcium in the magnesium alloy to which 3 wt% aluminum and 0.8 wt% zinc are added is preferably controlled to less than 2.0 wt%.
[톤]Extrusion load (peak)
[ton]
[톤]Extrusion load (steady)
[ton]
[톤]Extrusion load (peak)
[ton]
[톤]Extrusion load (steady)
[ton]
마그네슘 합금의 발화온도 및 기계적 특성 평가Evaluation of ignition temperature and mechanical properties of magnesium alloy
상기 마그네슘 합금의 발화온도를 측정하기 위하여, 앞에서 균질화 열처리된 원통형 빌렛의 외각을 깊이 0.5mm, 피치 0.1mm, 350rpm의 일정한 속도로 칩 가공하여 일정한 크기의 칩을 얻었다. 상기 방법으로 얻은 칩 0.1g을 1000℃로 유지되는 가열로 안으로 일정한 속도로 넣어서 승온시켰다. 그 과정에서 발화로 인해 급격한 온도 상승이 시작되는 온도를 발화온도로 측정하고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
In order to measure the ignition temperature of the magnesium alloy, the outer periphery of the cylindrical billet subjected to the homogenization heat treatment was subjected to chip processing at a constant speed of 0.5 mm in depth, 0.1 mm in pitch and 350 rpm to obtain chips having a constant size. 0.1 g of the chip obtained by the above method was heated at a constant rate into a heating furnace maintained at 1000 캜. In the process, the temperature at which the rapid temperature rise starts due to ignition is measured as the ignition temperature, and the results are shown in Table 3 .
또한, 앞에서 설명한 방법에 의하여 제조된 주조재 및 압출재를 게이지부 길이가 25 mm인 ASTM-E-8M 규격의 sub-size 시편을 제조하였고, 통상의 인장시험기를 사용하여 1 × 10-3 s-1의 변형률로 상온 인장시험을 실시하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
In addition, the cast material and the extruded material produced by the method described previously was prepared sub-size specimen of ASTM-E-8M standard gauge portion length of 25 mm, using conventional tensile testing machine 1 × 10 -3 s - 1 strain at room temperature. The results are shown in Table 4.
[%]Elongation
[%]
[%]Uniform elongation
[%]
[MPa·%]Tensile Strength x Elongation
[MPa.%]
표 3에서 볼 수 있듯이 본 발명의 실시예로 제시된 마그네슘 합금은 마그네슘의 융점보다 높은 700℃이상의 발화온도를 가지며, 특히 칼슘과 이트륨의 합산 함량이 증가할수록, 또한 알루미늄의 함량이 증가할수록 발화온도가 더욱 증가하는 것을 알 수 있다. 표 4는 실시예 1, 실시예 4, 실시예 11 및 실시예 12의 압출판재의 인장특성을 보여주며, 일반적으로 압출속도가 빠를수록 결정립 조대화가 현저하게 일어나기 때문에 기계적 특성이 저하되는 문제가 있지만, 본 발명의 실시예로 제시된 마그네슘 합금의 압출판재는 강도저하가 크지 않으면서 높은 연신율을 가짐을 확인할 수 있다.As can be seen from Table 3, the magnesium alloy of the present invention has an ignition temperature of 700 ° C or higher, which is higher than the melting point of magnesium. Particularly, as the content of calcium and yttrium is increased and the content of aluminum is increased, It can be seen that it is further increased. Table 4 shows the tensile properties of the extruded plate materials of Examples 1, 4, 11 and 12. In general, the higher the extrusion speed, the greater the grain coarsening and the lower the mechanical properties However, it can be confirmed that the extruded plate of the magnesium alloy shown in the embodiment of the present invention has a high elongation without a significant decrease in strength.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네슘 합금 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하였다. 하지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 실시예가 본 발명의 일례를 예시하는 것에 불과하고 다른 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 오직 뒤에서 설명할 특허청구범위에 의해서만 한정된다.The magnesium alloy according to the preferred embodiment of the present invention and its manufacturing method have been described in detail with reference to the accompanying drawings. However, those skilled in the art will appreciate that the embodiments are merely illustrative of the present invention and that various other modifications and variations are possible. Accordingly, the scope of the present invention is limited only by the claims that follow.
Claims (16)
아래 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 200 ~ 450 ℃의 압출 온도 및 10m/min 이상의 출구 속도의 출구 조건 하에서 압출되는 고속압출용 난연성 마그네슘 합금:
0.05 ≤ WCa ≤ 2.0 - 0.13 × (WAl + WZn/2)
0 < WZn ≤ 1.2 - 0.13 × WAl
(상기 식에서 WCa은 Ca의 함량(중량%)이고, WAl은 Al의 함량(중량%)이고, WZn은 Zn의 함량(중량%)임).1.0 to 7.0% by weight of Al; 0.05 to 0.3% by weight of Mn; At least 0.05 wt% and less than 2.0 wt% Ca; 0.05 to 1.0% by weight of at least one selected from the group consisting of Y, Gd, Sm, Nd, Dy and Er; 1.0% by weight or less of Zn; Mg; And other unavoidable impurities,
A flame-retardant magnesium alloy for high-speed extrusion which is extruded at an extrusion temperature of 200 to 450 DEG C and an outlet speed of 10 m / min or more, characterized by satisfying the following relational expression:
0.05? W Ca ? 2.0 - 0.13 (W Al + W Zn / 2)
0 < W Zn ? 1.2 - 0.13 x W Al
Wherein W Ca is the Ca content (wt%), W Al is the Al content (wt%), and W Zn is the Zn content (wt%).
(b) 상기 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리(homogenizaton heat treatment)하는 단계; 및
(c) 상기 균질화 열처리된 마그네슘 합금 빌렛을 200 ~ 450 ℃의 압출 온도 및 10 m/min 이상의 출구속도의 압출 조건 하에서 압출하는 단계를 포함하는 마그네슘 합금 고속 압출방법.(a) preparing a billet made of a magnesium alloy according to any one of claims 1, 2, 7, and 8;
(b) homogenizing heat treatment of the magnesium alloy billet; And
(c) extruding the homogenized magnesium alloy billet under extrusion conditions at an extrusion temperature of 200 to 450 DEG C and an outlet speed of 10 m / min or more.
(a-1) Mg, Al, Zn 및 Mn을 포함하는 마그네슘 합금 용탕을 형성하는 단계;
(a-2) 상기 마그네슘 합금 용탕에, (i) Ca 및 (ii) Y, Gd, Sm, Nd, Dy 및 Er으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 순금속 또는 Y, Gd, Sm, Nd, Dy 및 Er으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 투입하는 단계; 및
(a-3) 상기 단계 (a-2)에서 얻어진 마그네슘 합금 용탕을 금속 몰드에 주입하여 빌렛을 형성하는 단계.The method of claim 10, wherein the step (a) comprises the following steps:
(a-1) forming a magnesium alloy melt containing Mg, Al, Zn and Mn;
(i) Ca and (ii) at least one kind of pure metal selected from the group consisting of Y, Gd, Sm, Nd, Dy and Er or at least one of Y, Gd, Sm, Nd and Dy And Er; < RTI ID = 0.0 > a < / RTI > And
(a-3) injecting the magnesium alloy melt obtained in the step (a-2) into a metal mold to form a billet.
(d) 상기 단계 (c)에서 제조된 압출재를 150 ~ 250℃의 온도에서 1 ~ 100 시간 동안 시효처리하는 단계.The magnesium alloy high-speed extrusion method according to claim 10, further comprising the steps of:
(d) aging the extruded material produced in step (c) at a temperature of 150 to 250 ° C for 1 to 100 hours.
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