KR101941774B1 - Die-casting magnesium alloy having high strength - Google Patents

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신광선
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D21/002Castings of light metals
    • B22D21/007Castings of light metals with low melting point, e.g. Al 659 degrees C, Mg 650 degrees C

Abstract

본 발명은 Mg-Al-Mn 합금계를 기본으로 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 미시메탈(Mm) 또는 이트륨(Y) 등의 합금원소를 첨가하고. 합금계를 구성하는 합금원소의 첨가 비율 조절을 통해, 경제적이면서 뛰어난 인장강도를 지닌 다이캐스팅용 마그네슘 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 마그네슘 합금은, Al: 6.0 ~ 8.5 중량%, Mn: 0.2 ~ 1.0 중량%, Ca: 0.8 ~ 2.0 중량%, Sr: 0.05 ~ 0.5 중량%, Y: 0.1 ~ 0.5 중량%, Mm: 0.8 ~ 1.5 중량%와, 나머지 마그네슘과 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 불순물에 있어서, Fe의 함량은 0.006 중량% 이하, Cu의 함량은 0.040 중량% 이하, Ni의 0.002 중량% 이하이며, 상온 인장강도가 250MPa 이상이고, 연신율이 5% 이상인 것을 특징으로 한다.
In the present invention, an alloy element such as calcium (Ca), strontium (Sr), micrometal (Mm), or yttrium (Y) is added based on a Mg-Al- It is an object of the present invention to provide a magnesium alloy for die casting which has economic and excellent tensile strength by controlling the addition ratio of alloy elements constituting the alloy system.
The magnesium alloy according to the present invention is characterized in that it comprises 6.0 to 8.5 wt% of Al, 0.2 to 1.0 wt% of Mn, 0.8 to 2.0 wt% of Ca, 0.05 to 0.5 wt% of Sr, 0.1 to 0.5 wt% of Y, 0.8 to 1.5% by weight, and the balance of magnesium and unavoidable impurities, wherein the content of Fe is 0.006% by weight or less, the content of Cu is 0.040% by weight or less, the content of Ni is 0.002% by weight or less and the tensile strength at room temperature Of not less than 250 MPa and an elongation of not less than 5%.

Description

고강도 다이캐스팅용 마그네슘 합금 {DIE-CASTING MAGNESIUM ALLOY HAVING HIGH STRENGTH}{DIE-CASTING MAGNESIUM ALLOY HAVING HIGH STRENGTH}

본 발명은 차량이나 전자부품과 같이 높은 기계적 특성과 부식 특성이 요구되는 분야에 사용할 수 있는 마그네슘 합금에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마그네슘에 첨가되는 합금 원소의 선정과 각 성분 간의 비율 조절을 통해 우수한 상온 강도와 부식 특성을 구비하여, 특히 다이캐스팅 주조에 적합한 마그네슘 합금에 관한 것이다.The present invention relates to a magnesium alloy which can be used in a field where high mechanical and corrosion characteristics are required such as a vehicle or an electronic part. More specifically, the present invention relates to a magnesium alloy which is excellent in selection of alloying elements added to magnesium, Temperature strength and corrosion characteristics, and particularly to a magnesium alloy suitable for die casting casting.

마그네슘 합금은 현재 상용화된 합금 중에서 가장 가벼운 합금으로, 자동차 분야에서는 경량화를 극대화하기 위한 부품에 사용된다. 또한, 최근에는 부품의 일체화를 통한 대형화나, 가공재를 이용한 차체 부품 적용 등으로 인해 마그네슘 합금을 적용한 자동차 부품의 수요가 급격히 증가하고 있다.Magnesium alloys are the lightest alloys currently commercialized and are used in automotive applications to maximize weight savings. In recent years, there has been a rapid increase in the demand for automobile parts employing magnesium alloys due to the enlargement through integration of parts and the application of automobile parts using processing materials.

한편, 자동차 부품으로의 적용을 위한 마그네슘 합금을 개발함에 있어서는 여러 가지 사항을 동시에 고려하여야 하는데, 우선적으로 고강도, 고연성 및 사용 환경에 적합한 내부식성을 지녀야 한다. 또한, 다이캐스팅용 마그네슘 합금에 첨가되는 원소는 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 칼슘(Ca), 주석(Sn), 스트론튬(Sr), 희토류계(RE) 등이며, 기계적 특성의 향상 효과가 클수록 가격이 상승하므로 이를 반드시 고려해야 한다.On the other hand, in developing magnesium alloy for application to automobile parts, various matters should be considered at the same time, and first, it should have corrosion resistance suitable for high strength, high ductility and use environment. In addition, the elements added to the magnesium alloy for die casting are aluminum (Al), silicon (Si), calcium (Ca), tin (Sn), strontium (Sr) The higher the price, the higher the price.

다이캐스팅용 마그네슘 합금은 주로 Al을 주 합금원소로 하고 있는데, 이는 Al의 첨가가 마그네슘 합금의 강도와 함께 내부식성을 향상시키기 때문이다.The magnesium alloy for die casting mainly uses Al as the main alloy element because the addition of Al improves the corrosion resistance together with the strength of the magnesium alloy.

현재 상용화된 다이캐스팅용 마그네슘 합금으로는 고강도 합금인 AZ91D와 고연성의 AM50A 및 AM60B 합금이 있으나, 고강도와 고연성을 모두 만족하는 합금이 없을 뿐만 아니라, 다이캐스팅 마그네슘 합금 부품 제조업체가 대체로 영세하여 신합금 개발에 관한 여건이 부족한 실정이다.Currently, commercialized magnesium alloys for die casting include AZ91D, a high strength alloy, and AM50A and AM60B alloys with high ductility. However, there are no alloys satisfying both high strength and high ductility, and die casting magnesium alloy component manufacturers are largely small, Is not enough.

뿐만 아니라, 현재 개발되고 있는 다이캐스팅용 마그네슘 합금은 내부식성이 상대적으로 좋지 못하여 자동차 및 전자 부품으로의 범용 적용에 한계를 가지고 있다.In addition, the magnesium alloy for diecasting which is currently being developed has a relatively poor corrosion resistance and thus has limitations in general application to automobiles and electronic parts.

따라서 알루미늄(Al)을 주 합금원소로 하며 강도와 연성 및 내부식성이 우수한 마그네슘 합금의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 목적으로 개발된 마그네슘 합금에는 Al 또는 Zn을 주 합금원소로 하고, 여기에 칼슘(Ca), 실리콘(Si), 희토류(RE), 스트론튬(Sr) 등의 원소를 소량 첨가한 합금들이 있다.Therefore, it is required to develop a magnesium alloy having aluminum (Al) as a main alloy element and excellent in strength, ductility and corrosion resistance. The magnesium alloy developed for this purpose is made of Al or Zn as a main alloy element, Ca, silicon (Si), rare earth (RE), and strontium (Sr).

또한, 최근에는 기존의 마그네슘 합금과 동등한 수준의 기계적 강도 및 내부식성을 유지하면서, 생산원가를 낮추는 것이 마그네슘 합금의 중요한 개발 목적이 되고 있다. 이러한 목적으로 개발된 마그네슘 합금으로는 다음과 같은 예가 알려져 있다.In recent years, it has become an important development objective of magnesium alloys to lower the production cost while maintaining mechanical strength and corrosion resistance equivalent to those of conventional magnesium alloys. Examples of magnesium alloys developed for this purpose include the following.

하이드로마그네슘(Hydro Magnesium)사는 다이캐스팅용 마그네슘 합금으로 AS 및 AE계 합금의 개량에 초점을 맞추어, AS21 합금에 Mn 함량을 줄이는 대신에 소량의 미시메탈(Misch metal)을 첨가함으로써 내식성이 향상된 AS21X 합금을 개발하였으며, 또한 AE42 합금의 특성을 향상시킨 AE44 합금을 개발하였다.Hydro Magnesium is a magnesium alloy for die casting that focuses on the improvement of AS and AE alloys. AS21X alloy, which is made by adding a small amount of misch metal instead of reducing the Mn content to AS21 alloy, And developed AE44 alloy which improved the characteristics of AE42 alloy.

또한, 혼다(Honda)사는 미쓰이마이닝스멜팅(Mitsui Mining Smelting)사와 함께 AM50 합금에 2.5 중량%의 RE와 2.0 중량%의 Ca을 첨가한 ACM522 합금을 개발하여 오일팬에 적용하였는데, 이 부품은 혼다사의 하이브리드카인 인사이트(Insight) 엔진에 적용된 예가 있다.In addition, Honda developed the ACM522 alloy with 2.5 wt% RE and 2.0 wt% Ca in the AM50 alloy with Mitsui Mining Smelting and applied it to the oil pan, There is an example applied to a hybrid car insight engine of the company.

미쓰비시알루미늄(Mitsubishi Aluminum)사에서는 AM50, AM60합금에 1.6~2.4 wt.% Ca와 Mn 및 Sr을 소량 첨가하여 MACS1X 합금을 개발하였으며, 타 합금과 비교하여 파워트레인 부품 적용에 적합하다는 자체 평가에 따라 대량 생산을 시도하였다.Mitsubishi Aluminum developed MACS1X alloy by adding 1.6 ~ 2.4 wt.% Of Ca, Mn and Sr to AM50 and AM60 alloys and compared it with other alloys, Mass production.

지엠(GM)사는 AM50 합금에 1.7 내지 3.3 중량%의 Ca과 0.2 중량%의 Sr을 첨가한 AXJ 합금을 개발하였으나, 이 경우에도 높은 Ca 함량에 따른 금형흡착 및 열균열 발생 등의 문제점이 있다.GM has developed an AXJ alloy containing 1.7 to 3.3 wt% of Ca and 0.2 wt% of Sr in the AM50 alloy. However, in this case, there is also a problem such as mold adsorption and thermal cracking due to a high Ca content.

대한민국공개특허공보 제2006-0040745호Korean Patent Publication No. 2006-0040745

본 발명은 Mg-Al-Mn 합금계를 기본으로, 고가의 합금원소 사용을 최소화하면서 기존에 개발된 마그네슘 합금에 상응하는 고강도 및 고연성을 구비할 수 있으며, 다이캐스팅 가능한 주조성을 갖는 마그네슘 합금과 이 합금의 제조방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.The present invention is based on the Mg-Al-Mn alloy system and can be provided with high strength and high ductility corresponding to the previously developed magnesium alloy while minimizing the use of expensive alloying elements, To provide a method for producing an alloy.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은, Al: 6.0 ~ 8.5 중량%, Mn: 0.2 ~ 1.0 중량%, Ca: 0.8 ~ 2.0 중량%, Sr: 0.05 ~ 0.5 중량%, Y: 0.1 ~ 0.5 중량%와, 나머지 마그네슘과 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 불순물에 있어서, Fe의 함량은 0.006 중량% 이하, Cu의 함량은 0.040 중량% 이하, Ni의 0.002 중량% 이하이며, 상온 인장강도가 250MPa 이상이고, 연신율이 5% 이상인, 마그네슘 합금을 제공하는 것이다.One aspect of the present invention for solving the above problems is a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: 6.0 to 8.5 wt% of Al; 0.2 to 1.0 wt% of Mn; 0.8 to 2.0 wt% of Ca; 0.05 to 0.5 wt% Wherein the Fe content is 0.006 wt% or less, the Cu content is 0.040 wt% or less, the Ni content is 0.002 wt% or less, the tensile strength at room temperature is 250 MPa or more, and the balance of magnesium and unavoidable impurities. , And an elongation of 5% or more.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면은, Al: 6.0 ~ 8.5 중량%, Mn: 0.2 ~ 1.0 중량%, Ca: 0.8 ~ 2.0 중량%, Sr: 0.05 ~ 00 중량%, Y: 0.1 ~ 0.5 중량%, 나머지 마그네슘과 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 마그네슘 합금의 용해 시에, Mn을 첨가하여 FeMn 화합물을 생성시켜 슬러지로 제거함으로써, Fe의 함량이 0.006 중량% 이하가 되도록 하는 마그네슘 합금의 제조방법을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is to provide a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: 6.0 to 8.5 wt% of Al; 0.2 to 1.0 wt% of Mn; 0.8 to 2.0 wt% of Ca; 0.05 to 00 wt% A method for producing a magnesium alloy, comprising the step of adding Mn to the FeMn compound and removing the FeMn compound with sludge by dissolving the magnesium alloy in an amount of 0.006 wt% or less, .

본 발명에 따른 마그네슘 합금은 우수한 상온 강도와 연성을 나타내고 다이캐스팅이 가능하여, 자동차 부품용이나 전자기기용 부품용 중에 높은 기계적 특성이 요구되는 부품에 적합하게 사용될 수 있다.The magnesium alloy according to the present invention exhibits excellent room temperature strength and ductility and can be used for parts requiring high mechanical properties in automobile parts and parts for electronic equipment since diecasting is possible.

또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조방법에 의하면, 내식성이 악영향을 미치는 Fe의 함량을 매우 낮게 유지할 수 있어, 내식성이 우수하게 된다.Further, according to the method for producing a magnesium alloy according to the present invention, the content of Fe having a bad influence on corrosion resistance can be kept very low, and the corrosion resistance is excellent.

도 1a ~ 도 1g는 No. 1 ~ No. 7 조성으로 다이캐스팅된 마그네슘 합금의 미세조직 사진이다.Figs. 1 to No. 7 is a microstructure photograph of a magnesium alloy die cast.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 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. Also, when a part is referred to as "including " an element, it does not exclude other elements unless specifically stated otherwise.

본 발명자들은 고가의 합금 원소 사용을 가급적 최소화하여 최소한의 비용으로 기존에 고가의 원소를 사용하여 개발된 마그네슘 합금에 상응하는 고강도 및 고연성을 구비할 수 있도록 연구한 결과, Al, Mn, Ca, Sr, Y 및 Mm을 합금 원소로 사용하고 합금원소 간의 첨가 비율을 조절하여, 합금 성분에 의한 석출물(Mg17Al12, Al8Mn5, (Mg,Al)2Ca, Al11Mn4, Al4Sr, AlMgSr, Al2Ce, Al11Ce3 등)의 종류와 분율을 제어함으로써, 우수한 기계적 특성(상온 강도 및 연성 등)과 내식성을 얻을 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.The inventors of the present invention have conducted research to minimize the use of expensive alloying elements as much as possible and to have high strength and high ductility corresponding to magnesium alloys developed using existing expensive elements at a minimum cost, (Mg 17 Al 12 , Al 8 Mn 5 , (Mg, Al) 2 Ca, Al 11 Mn 4 , and Al (Mg) 4 led to the Sr, AlMgSr, Al 2 Ce, invention 11 Ce 3 Al, etc.) type and by controlling the fraction, good mechanical properties (in mind that we can get the room temperature strength and ductility, and so on) and the corrosion resistance of the present.

본 발명에 따른 마그네슘 합금은 합금 원소로 Al: 6.0 ~ 8.5 중량%, Mn: 0.2 ~ 1.0 중량%, Ca: 0.8 ~ 2.0 중량%, Sr: 0.05 ~ 0.5 중량%, Y: 0.1 ~ 0.5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.The magnesium alloy according to the present invention is characterized in that it contains 6.0 to 8.5 wt% of Al, 0.2 to 1.0 wt% of Mn, 0.8 to 2.0 wt% of Ca, 0.05 to 0.5 wt% of Sr and 0.1 to 0.5 wt% of Y, .

또한, 추가적으로 희토류 원소로 미시메탈(Mm) 1.0 ~ 1.5 중량%를 포함할 수 있다.In addition, it may further contain 1.0 to 1.5% by weight of mis-metal (Mm) as a rare earth element.

또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금에는 원료 또는 제조 과정에 불가피하게 불순물이 혼입될 수 있으며, 이 불순물에 있어서, Fe의 함량은 0.006 중량% 이하, Cu의 함량은 0.040 중량% 이하, Ni의 0.002 중량% 이하인 것이 바람직하다.In the impurity, the content of Fe is 0.006 wt% or less, the content of Cu is 0.040 wt% or less, the content of Ni is 0.002 wt% or less % Or less.

또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금은, 바람직하게 상온 인장강도가 250MPa 이상이고, 연신율이 5% 이상일 수 있다.The magnesium alloy according to the present invention preferably has a tensile strength at room temperature of 250 MPa or more and an elongation of 5% or more.

또한, 본 발명에 따른 합금은 바람직하게 다이캐스팅 주조용으로 사용될 수 있다.Further, the alloy according to the present invention can be preferably used for die casting casting.

또한, 본 발명에 따른 합금은, 마그네슘 합금의 용해 시에, Mn 첨가를 통해, FeMn 화합물을 생성시켜 슬러지로 제거함으로써, 불순물로 포함되는 Fe의 함량이 0.007 중량% 이하가 되도록 제어하는 방법에 의해 제조될 수 있다.Further, the alloy according to the present invention can be produced by a method of controlling the content of Fe contained as impurities to be 0.007% by weight or less by removing FeMn compounds through sintering by producing FeMn compounds at the time of dissolving the magnesium alloy .

본 발명에 따른 마그네슘 합금을 구성하는 각 성분의 조성 범위를 상기와 같이 한정한 이유는 다음과 같다.The reason why the composition range of each component constituting the magnesium alloy according to the present invention is limited as described above is as follows.

알루미늄(Al): 6.0 ~ 8.5 중량%Aluminum (Al): 6.0 to 8.5 wt%

알루미늄은 마그네슘 기지 내에 최대 고용한도가 437℃에서 대략 12 중량% 정도로, Mg-Al 이원계 합금의 경우 최대 9 중량% 이내로 마그네슘 기지 내에 고용되어 고용강화 효과를 나타낸다.Aluminum is solubilized in the magnesium matrix at a maximum solubility limit of about 12 wt% at 437 DEG C in the magnesium matrix and at most 9 wt% in the case of the Mg-Al binary alloy, and exhibits solid solution strengthening effect.

알루미늄 함량이 6.0 중량% 미만으로 낮아진다면 다이캐스팅 합금의 주조성이 나빠지며 상온강도가 저하하여 6.0 중량% 이상이 되도록 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 알루미늄은 마그네슘과 반응하여 Mg17Al12상을 형성하여 상온에서의 강도 향상에 기여하나, 고온에서는 낮은 용융점으로 인한 입계 연화로 고온 특성을 저해하므로 8.5 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.If the aluminum content is lowered to less than 6.0 wt%, it is preferable that the main composition of the die casting alloy is deteriorated and the strength at room temperature is lowered to be 6.0 wt% or more. On the other hand, aluminum reacts with magnesium to form a Mg 17 Al 12 phase, which contributes to improvement of strength at room temperature. However, since it inhibits high-temperature characteristics due to grain boundary softening due to a low melting point at a high temperature, it is preferable to limit it to 8.5 wt% or less.

망간(Mn): 0.2 ~ 1.0 중량%Manganese (Mn): 0.2 to 1.0 wt%

망간은 마그네슘 합금의 내식성에 악영향을 미치는 철과 반응하여 FeMn화합물을 형성하고, 이 화합물은 슬러지로 걸러져 마그네슘 합금의 철 함량을 낮추기 때문에 마그네슘 합금의 내식성을 개선하는 역할을 한다. Manganese reacts with iron, which has an adverse effect on the corrosion resistance of magnesium alloys, to form FeMn compounds, which are sludge-filtered to lower the iron content of magnesium alloys, thereby improving the corrosion resistance of magnesium alloys.

망간의 함량이 너무 낮으면 상기한 효과를 얻을 수 없기 때문에 최소 0.2 중량% 이상으로 첨가한다. 한편, 망간을 1.0 중량% 초과하여 첨가하게 되면 초정 Mn을 생성하여 기계적 성질을 떨어뜨리므로 1.0 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하고, 0.5 중량% 이하로 첨가하는 것이 보다 바람직하다.If the content of manganese is too low, the above effect can not be obtained. On the other hand, when 1.0 wt% or more of manganese is added, 1.0 wt% or less of Mn is produced and 0.5 wt% or less is more preferable because it produces primary Mn and decreases mechanical properties.

칼슘(Ca): 0.8 ~ 2.0 중량%Calcium (Ca): 0.8 to 2.0 wt%

칼슘은 마그네슘 합금 용탕 표면에 산화막을 형성하여 주조 공정 시 내산화성을 향상시켜 마그네슘 용해시 보호가스로 사용되는 SF6 가스의 소비량을 줄일 수 있고, 알루미늄과 반응하여 입계에 Al2Ca과 같은 중간상을 생성하여 마그네슘 합금의 내부식성 특성을 향상시키는 역할을 한다. Calcium forms an oxide film on the surface of the magnesium alloy melt to improve the oxidation resistance during the casting process. It can reduce the consumption of SF 6 gas, which is used as a protective gas in the dissolution of magnesium, and react with aluminum to form an intermediate phase such as Al 2 Ca Thereby improving the corrosion resistance characteristic of the magnesium alloy.

이러한 칼슘의 효과를 얻기 위해서는 0.8 중량% 이상으로 첨가되어야 하고, 한편, 칼슘의 함량이 2.0 중량% 초과하게 되면 다이캐스팅 금형과의 반응으로 인해 금형흡착 현상이 심해져 금형의 마모와 함께 마그네슘 합금의 회수율이 저하되므로, 0.8 ~ 2.0 중량%가 바람직하다.In order to obtain the effect of calcium, it should be added in an amount of not less than 0.8 wt%. On the other hand, when the content of calcium exceeds 2.0 wt%, the adsorption of the mold is increased due to the reaction with the die casting mold, and the recovery rate of the magnesium alloy It is preferably 0.8 to 2.0% by weight.

스트론튬(Sr): 0.05 ~ 0.5 중량%Strontium (Sr): 0.05 to 0.5 wt%

스트론튬은 용탕의 유동도를 향상시키고, 마그네슘 합금의 결정립을 미세하게 하는 작용을 하여 마그네슘 합금의 강도를 향상시킨다. 또한 알루미늄이나 마그네슘과 반응으로 입계에 열적으로 안정한 Al4Sr 및 MgAlSr과 같은 화합물을 생성하여 강도 향상에 기여한다. 함량이 지나치게 낮을 경우에는 상기한 효과를 기대하기 어려워 0.05 중량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 스트론튬은 상대적으로 고가의 원소이고, 1.0 중량%를 초과할 경우 연신율을 저하하므로, 0.5 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.Strontium improves the fluidity of the molten metal and functions to refine the crystal grains of the magnesium alloy, thereby improving the strength of the magnesium alloy. In addition, it reacts with aluminum or magnesium to generate compounds such as Al 4 Sr and MgAlSr which are thermally stable in the grain boundary, thereby contributing to the improvement of strength. Strontium is a relatively expensive element. When it exceeds 1.0% by weight, the elongation is lowered. Therefore, when the content is less than 0.5% by weight, .

이트륨(Y): 0.1 ~ 0.5 중량%Yttrium (Y): 0.1 to 0.5 wt%

이트륨은 마그네슘 합금에 큰 고용한을 가지고 있어 석출강화에 효과적인 원소이다. 용탕 표면에 Al2O3 산화층을 형성하여 발화저항성을 증가시킨다. 또한, 알루미늄과 반응하여 열적으로 안정한 Al2Y 상을 생성하여 기계적 특성의 향상에 기여한다. Y은 상대적으로 고가의 원소이므로 0.1 중량% 이상 0.5 중량% 이하의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. Yttrium has a large solubility in magnesium alloys and is an effective element for precipitation strengthening. Al 2 O 3 An oxide layer is formed to increase ignition resistance. In addition, it reacts with aluminum to generate a thermally stable Al 2 Y phase, which contributes to improvement of mechanical properties. Since Y is a relatively expensive element, it is preferably contained in the range of 0.1 wt% or more and 0.5 wt% or less.

미시 메탈(Mm): 0.8 ~ 1.5 중량%Mis-metal (Mm): 0.8 to 1.5 wt%

본 발명에 첨가되는 미시메탈은 일반적으로 원자번호 57(La, 란탄) 내지 71(Lu, 루테늄)에 속하는 원소의 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 한편, 세륨리치 미시메탈(Mm)은 대략 50 중량%의 Ce(세륨), 25 중량%의 La(란탄), 20 중량%의 Nd(네오디뮴), 5 중량%의 Pr(프라세오디뮴)으로 이루어져 있는데, 다른 희토류금속에 비해 저렴하기 때문에 바람직한 예라고 할 수 있다.The mis-metal to be added to the present invention may generally be a mixture of one or more elements belonging to atomic number 57 (La, lanthanum) to 71 (Lu, ruthenium). On the other hand, cerium richmicum metal (Mm) is composed of approximately 50% by weight of Ce, 25% by weight of La, 20% by weight of Nd and 5% by weight of Pr, It is a preferable example because it is less expensive than other rare earth metals.

희토류금속은 알루미늄과의 반응으로 입계에 Al11RE3의 중간상을 생성하여 강도, 내부식성을 향상시키기 때문에 최소한 0.8 중량% 이상을 마그네슘에 첨가하는 것이 바람직하며, 지나치게 많이 첨가하게 되면 마그네슘 합금의 제조비용이 상승할 뿐 아니라, 강도와 연신율이 저하하는 문제점이 있기 때문에 1.5 중량%까지로 제한한다.It is preferable to add at least 0.8 wt% or more of magnesium to the rare earth metal in order to improve the strength and corrosion resistance by generating a middle phase of Al 11 RE 3 in the grain boundary due to reaction with aluminum. When the rare earth metal is added in an excessive amount, There is a problem that not only the cost is increased but also the strength and elongation are lowered, so that it is limited to 1.5% by weight.

한편, 미시메탈(Mm)을 포함할 경우에, 미시메탈(Mm)과 이트륨(Y)의 첨가량의 합이 2.0 중량% 초과일 경우, 오히려 인장강도와 연신율이 저하할 수 있으므로, 2.0 중량% 이하가 되도록 조절하는 것이 바람직하다.On the other hand, when the sum of addition amounts of mis-metal (Mm) and yttrium (Y) is more than 2.0% by weight in the case of including mis-metal (Mm), the tensile strength and elongation may be rather lowered. As shown in FIG.

또한, 상기 마그네슘 합금에는, Mg와 합금원소 간의 반응 석출물을 포함하고, 상기 반응 석출물은 입내보다 입계에 더 많이 분포한다.In addition, the magnesium alloy includes reactive precipitates between Mg and the alloying elements, and the reactive precipitates are distributed more in the grain boundaries than in the grain.

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 Fe, Cu, Ni는 마그네슘 합금의 내식성을 악화시키는 역할을 하는 성분이다. 따라서 Fe의 함량은 0.007 중량% 이하, Cu의 함량은 0.040 중량% 이하, Ni의 0.003 중량% 이하를 유지하는 것이 바람직하다.The magnesium alloy according to the present invention may include a raw material of the alloy or an impurity which is inevitably incorporated in the manufacturing process. Of the impurities that can be contained in the magnesium alloy according to the present invention, Fe, Cu and Ni may deteriorate the corrosion resistance of the magnesium alloy It is a component that plays a role. Therefore, it is preferable that the Fe content is 0.007 wt% or less, the Cu content is 0.040 wt% or less, and the Ni content is 0.003 wt% or less.

이하, 본 발명에 따른 마그네슘 합금에 대해서 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the magnesium alloy according to the present invention will be described in more detail with reference to examples.

먼저, 마그네슘 합금은 350톤 콜드챔버(Cold Chamber) 다이캐스팅 장비와, 240리터급 진공탱크를 구비한 장비를 사용하여, 용탕온도 690℃, 금형온도 200℃, 사출압력 260kgf/㎠ 조건을 적용하여, 하기 표 1에 나타낸 것과 같은 다양한 조성을 갖는 다이캐스팅 마그네슘 합금을 제조하였다.First, the magnesium alloy was cast using a 350-ton cold chamber die casting machine and a 240-liter vacuum tank equipped with a melt temperature of 690 캜, a mold temperature of 200 캜, and an injection pressure of 260 kgf / Diecasting magnesium alloys having various compositions as shown in Table 1 below were prepared.

표 1의 조성으로 제조한 마그네슘 합금의 미세조직을 관찰하기 위하여, 다이캐스팅 공정으로 제조한 합금시편에서 미세조직 관찰용 시편을 채취하였으며, 각 시편은 수지에 마운팅(Mounting)하여 100 ~ 4000번 사포 및 0.05mm 알루미나 분말로 기계적 연마를 한 후, 0.5% 나이탈(Nital) 용액으로 에칭하였다.In order to observe the microstructure of the magnesium alloy prepared in the composition of Table 1, specimens for microstructure observation were collected from the alloying specimens prepared by the die casting process. Each specimen was mounted on a resin and sanded 100 to 4000 times After mechanical polishing with 0.05 mm alumina powder, it was etched with a 0.5% Nital solution.

도 1(a)은 No. 1 합금 조성을 갖는 마그네슘 합금의 광학 미세조직사진이다. 미세조직사진에서 확인되는 바와 같이, 대부분의 석출상들이 입내보다는 입계에 많이 분포되어 있다. 공정 조직인 Mg17Al12 역시 주로 입계에 형성되어 있으며, 이는 다이캐스팅 공정의 특성상 빠른 냉각속도로 인해 생성되는 상의 대부분이 입계에 집중적으로 형성되었기 때문이다. 이와 같은 현상은 다른 No. 2 ~ 7 합금 조성을 갖는 마그네슘 합금에서도 동일하게 관찰되었다.Fig. 1 alloy composition of a magnesium alloy. As can be seen from microstructural photographs, most of the precipitate phases are distributed more in the grain boundaries than in the mouth. Mg 17 Al 12 , which is a process system, is also formed mainly in the grain boundary because most of the phases generated due to the rapid cooling rate are intensively formed in the grain boundaries due to the characteristics of the die casting process. This phenomenon is caused by the other No. Magnesium alloys with 2-7 alloy compositions were also observed.

이와 같은 석출상들을 XRD와 SEM의 EDS를 통해서 마그네슘이나 알루미늄과 반응하여 안정상을 이루는 Ca, Mn, Sr, Mm, Y 등의 석출상을 분석한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The precipitation phases of Ca, Mn, Sr, Mm, Y, etc., which react with magnesium or aluminum through EDS of XRD and SEM to form these phases, are shown in Table 1 below.

합금번호Alloy number 조성Furtherance 생성 강화상Generated Enhancement Award 1One Mg-8.0Al-0.3MnMg-8.0Al-0.3Mn Mg17Al12 Mg 17 Al 12 22 Mg-8.0Al-0.3Mn-1.0CaMg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca Mg17Al12, (Mg,Al)2Ca, Al8Mn5, Al11Mn4 Mg 17 Al 12 , (Mg, Al) 2 Ca, Al 8 Mn 5 , Al 11 Mn 4 33 Mg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1SrMg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr Mg17Al12, (Mg,Al)2Ca, Al8Mn5, Al11Mn4, Al4Sr, AlMgSr Mg 17 Al 12, (Mg, Al) 2 Ca, Al 8 Mn 5, Al 11 Mn 4, Al 4 Sr, AlMgSr 44 Mg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr-0.1YMg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr-0.1Y Mg17Al12, (Mg,Al)2Ca, Al8Mn5, Al11Mn4, Al4Sr, AlMgSr, Al3Y Mg 17 Al 12, (Mg, Al) 2 Ca, Al 8 Mn 5, Al 11 Mn 4, Al 4 Sr, AlMgSr, Al 3 Y 55 Mg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr-0.3YMg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr-0.3Y Mg17Al12, (Mg,Al)2Ca, Al8Mn5, Al11Mn4, Al4Sr, AlMgSr, Al2Y Mg 17 Al 12, (Mg, Al) 2 Ca, Al 8 Mn 5, Al 11 Mn 4, Al 4 Sr, AlMgSr, Al 2 Y 66 Mg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr-0.3Y-1.0MmMg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr-0.3Y-1.0Mm Mg17Al12, (Mg,Al)2Ca, Al8Mn5, Al11Mn4, Al4Sr, AlMgSr, Al2Y, Al2Ce, Al11Ce3 Mg 17 Al 12, (Mg, Al) 2 Ca, Al 8 Mn 5, Al 11 Mn 4, Al 4 Sr, AlMgSr, Al 2 Y, Al 2 Ce, Al 11 Ce 3 77 Mg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr-0.3Y-2.0MmMg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr-0.3Y-2.0Mm Mg17Al12, (Mg,Al)2Ca, Al8Mn5, Al4Sr, Al2Y, Al2Ce, Al11Ce3 Mg 17 Al 12, (Mg, Al) 2 Ca, Al 8 Mn 5, Al 4 Sr, Al 2 Y, Al 2 Ce, Al 11 Ce 3

이상과 같은 미세조직을 갖는 마그네슘 합금의 상온 인장시험은 20mm의 표점거리와 4mm의 직경(ASTM B557M)을 가진 봉상 시편을 사용하여 수행하였으며, 인장시험 중 시편의 외부결함에 의한 조기 파단을 막기 위하여 실험 전에 시편의 표면을 2,000번 사포를 사용하여 연마하였다.The tensile test of the magnesium alloy with microstructure at room temperature was carried out using a rod-shaped specimen with a gauge distance of 20 mm and a diameter of 4 mm (ASTM B557M). In order to prevent premature failure of the specimen during the tensile test Before the experiment, the surface of the specimen was polished using sandpaper 2,000 times.

또한, 인장시험은 상온에서 2×10-4/s의 공칭변형률속도로 수행하였으며, 실험결과의 재현성을 위하여 5개 이상의 시편을 동일한 조건에서 인장실험을 수행하여 그 평균치를 아래 표 2에 나타내었다.The tensile test was carried out at a nominal strain rate of 2 x 10 < -4 > / s at room temperature. For the reproducibility of the experimental results, five or more specimens were subjected to tensile tests under the same conditions, .

또한, 본 발명의 실시예에 따른 합금과의 비교를 위하여, 상용 AZ91D 합금에 대해서도 동일하게 상온 인장시험을 수행하였다.For comparison with the alloy according to the embodiment of the present invention, a room temperature tensile test was also carried out for a commercial AZ91D alloy.

합금번호Alloy number 조성Furtherance 25℃25 ℃ 항복강도
(MPa)
Yield strength
(MPa)
인장강도
(MPa)
The tensile strength
(MPa)
연신율
(%)
Elongation
(%)
1One Mg-8.0Al-0.3MnMg-8.0Al-0.3Mn 148.2148.2 223.8223.8 5.15.1 22 Mg-8.0Al-0.3Mn-1.0CaMg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca 173.4173.4 233.9233.9 3.83.8 33 Mg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1SrMg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr 174.8174.8 247.9247.9 5.35.3 44 Mg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr-0.1YMg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr-0.1Y 167.0167.0 259.7259.7 6.96.9 55 Mg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr-0.3YMg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr-0.3Y 167.0167.0 264.0264.0 7.77.7 66 Mg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr-0.3Y-1.0MmMg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr-0.3Y-1.0Mm 174.1174.1 257.9257.9 5.85.8 77 Mg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr-0.3Y-2.0MmMg-8.0Al-0.3Mn-1.0Ca-0.1Sr-0.3Y-2.0Mm 171.5171.5 216.6216.6 2.32.3 AZ91DAZ91D Mg-9.0Al-1Zn-0.3MnMg-9.0Al-1Zn-0.3Mn 150.0150.0 230.0230.0 3.03.0

상기 표 2에서 확인된 바와 같이, No. 4 ~ No. 6 합금은 인장강도가 257.9 ~ 264.0MPa로 AZ910D에 비해 우수할 뿐 아니라, 연신율도 5.8 ~ 6.9%로 타 합금 조성에 비해 우수함을 알 수 있다.As shown in Table 2 above, no. 4 ~ No. 6 alloy has a tensile strength of 257.9 ~ 264.0MPa which is superior to AZ910D and elongation is 5.8 ~ 6.9%, which is superior to other alloy composition.

한편, No.7 합금의 경우, Mm이 2.0 중량%로 많이 첨가되어 용탕의 유동도가 현저히 떨어져 주조 결함에 의해 기계적 특성이 저하된 것으로 추정된다.On the other hand, in the case of the No. 7 alloy, it is estimated that the amount of Mm added was as much as 2.0% by weight and the flowability of the molten metal was remarkably decreased to deteriorate the mechanical properties due to casting defects.

Claims (7)

Al: 6.0 ~ 8.5 중량%,
Mn: 0.2 ~ 1.0 중량%,
Ca: 0.8 ~ 2.0 중량%,
Sr: 0.05 ~ 0.5 중량%,
Y: 0.1 ~ 0.5 중량%와,
Mm: 0.8 ~ 1.5 중량%와,
나머지 마그네슘과 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 불순물에 있어서, Fe의 함량은 0.006 중량% 이하, Cu의 함량은 0.040 중량% 이하, Ni의 0.002 중량% 이하이며,
상온 인장강도가 250MPa 이상이고, 연신율이 5% 이상이고,
다이캐스팅 주조용인, 마그네슘 합금.
Al: 6.0 to 8.5% by weight,
Mn: 0.2 to 1.0% by weight,
0.8 to 2.0% by weight of Ca,
0.05 to 0.5% by weight of Sr,
0.1 to 0.5% by weight of Y,
0.8 to 1.5% by weight of Mm,
The remaining magnesium and unavoidable impurities,
In the impurities, the content of Fe is 0.006 wt% or less, the content of Cu is 0.040 wt% or less, the content of Ni is 0.002 wt%
A tensile strength at room temperature of 250 MPa or more, an elongation of 5% or more,
Die cast casting, magnesium alloy.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 마그네슘 합금에는, Mg와 합금원소 간의 반응 석출물을 포함하고, 상기 반응 석출물은 입내보다 입계에 더 많이 분포하는, 마그네슘 합금.
The method according to claim 1,
Wherein the magnesium alloy includes reaction precipitates between Mg and an alloy element, and the reactive precipitates are distributed more in grain boundaries than in the grain.
삭제delete 삭제delete
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