KR101979344B1 - 알루미늄 합금의 처리 방법 - Google Patents

알루미늄 합금의 처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101979344B1
KR101979344B1 KR1020170117543A KR20170117543A KR101979344B1 KR 101979344 B1 KR101979344 B1 KR 101979344B1 KR 1020170117543 A KR1020170117543 A KR 1020170117543A KR 20170117543 A KR20170117543 A KR 20170117543A KR 101979344 B1 KR101979344 B1 KR 101979344B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
aluminum alloy
heat treatment
plastic working
casting
extrusion
Prior art date
Application number
KR1020170117543A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190030296A (ko
Inventor
이윤수
김수현
임차용
김형욱
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020170117543A priority Critical patent/KR101979344B1/ko
Publication of KR20190030296A publication Critical patent/KR20190030296A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101979344B1 publication Critical patent/KR101979344B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/001—Extruding metal; Impact extrusion to improve the material properties, e.g. lateral extrusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • B22D21/04—Casting aluminium or magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium

Abstract

본 발명은 알루미늄 합금 용탕으로부터 구현된 알루미늄 합금 주물을 제공하는 단계; 상기 알루미늄 합금 주물을 균질화 열처리하는 단계; 및 상기 균질화 열처리 전 또는 상기 균질화 열처리 중에 제 1 소성가공을 수행하는 단계; 를 포함하되, 입계 편석량 감소를 구현하기 위하여 상기 균질화 열처리를 수행하는 시간은 상기 제 1 소성가공을 수행하지 않고서 동일한 수준의 상기 입계 편석량 감소를 구현하기 위하여 균질화 열처리를 수행하는 시간 보다 더 짧은 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금의 처리 방법을 제공한다.

Description

알루미늄 합금의 처리 방법{Methods of treating aluminum alloy}
본 발명은 알루미늄 합금을 이용한 처리 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 균질화 열처리 단계에서 미세조직을 제어함으로써 가공성 및 기계적 특성을 크게 향상시킬 수 있는 알루미늄 합금의 처리 방법에 관한 것이다.
자동차 연비규제 강화에 의한 경량화 추세에 따라 알루미늄 합금의 적용량이 급증하고 있다. 알루미늄 합금의 압출재 제조 시, (1) 조직의 균일화를 목적으로 균질화 처리를 수행하나 이는 일반적으로 고온에서 장시간 수행되기 때문에 많은 시간 및 에너지를 필요로 하며, (2) 합금원소가 다량 첨가된 알루미늄 합금의 경우 가공 시 가공열 발생에 의하여 소재의 온도가 상승하며, 이러한 가공열은 가공속도가 증가할수록 증가하기 때문에 소재 내부의 저온용해상이 용해되어 소재에 균열을 발생시키기 때문에 가공속도를 향상시키기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 가공성 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 알루미늄 합금의 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 알루미늄 합금 용탕으로부터 구현된 알루미늄 합금 주물을 제공하는 단계; 상기 알루미늄 합금 주물을 균질화 열처리하는 단계; 및 상기 균질화 열처리 전 또는 상기 균질화 열처리 중에 제 1 소성가공을 수행하는 단계; 를 포함하되, 입계 편석량 감소를 구현하기 위하여 상기 균질화 열처리를 수행하는 시간은 상기 제 1 소성가공을 수행하지 않고서 동일한 수준의 상기 입계 편석량 감소를 구현하기 위하여 균질화 열처리를 수행하는 시간 보다 더 짧은 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금의 처리 방법이 제공된다.
상기 알루미늄 합금의 처리 방법은, 상기 균질화 열처리하는 단계 후에, 균질화 열처리된 상기 알루미늄 합금 주물을 압출하는 단계; 를 더 포함하되, 상기 압출 과정에서의 압출속도는 상기 제 1 소성가공의 소성변형량과 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
Y ≤ 0.4 · X + 1
(단, 수학식 1에서 상기 Y는 압출속도(단위:mm/sec)이며, 상기 X는 제 1 소성가공의 소성변형량(단위:%)임)
상기 알루미늄 합금의 처리 방법에서, 상기 알루미늄 합금 주물은 합금원소로서 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 구리(Cu), 규소(Si), 주석(Sn) 및 리튬(Li) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 합금의 처리 방법에서, 상기 제 1 소성가공을 수행하는 단계는, 열간가공, 온간가공 및 냉간가공 중 어느 하나의 방법을 사용하거나, 또는 상기 방법 중 2종 이상의 방법을 조합하여 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 알루미늄 합금 용탕으로부터 구현된 알루미늄 합금 주물을 제공하는 단계; 상기 알루미늄 합금 주물을 균질화 열처리하는 단계; 및 균질화 열처리된 상기 알루미늄 합금 주물을 압출하는 단계; 를 포함하되, 상기 균질화 열처리 전 또는 상기 균질화 열처리 중에 제 1 소성가공을 수행하는 단계를 더 포함하며, 상기 제 1 소성가공을 수행하는 단계는 상기 알루미늄 합금 주물 내에 포함된 적어도 하나의 개재물의 크기를 기계적으로 더 감소시키거나, 상기 개재물에 균열을 형성시키는 단계를 포함하되, 상기 개재물에 균열을 형성시키는 단계는 상기 알루미늄 합금 주물의 기지(matrix)를 제외한 상기 개재물에만 수행되게 하는 것을 특징으로 하며, 상기 제 1 소성가공의 소성변형량과 압출속도는 하기 수학식 1을 만족하는, 알루미늄 합금의 압출재 제조방법이 제공된다.
[수학식 1]
Y ≤ 0.4 · X + 1 (단, 상기 Y는 압출속도(단위:mm/sec)이며, 상기 X는 제 1 소성가공의 소성변형량(단위:%)임)
상기 알루미늄 합금의 압출재 제조방법에서, 상기 알루미늄 합금 주물은 합금원소로서 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 및 규소(Si) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 합금의 압출재 제조방법에서, 상기 제 1 소성가공을 수행하는 단계는, 열간가공, 온간가공 및 냉간가공 중 어느 하나의 방법을 사용하거나, 또는 상기 방법 중 2종 이상의 방법을 조합하여 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 합금의 압출재 제조방법에서, 상기 제 1 소성가공을 수행하는 단계는, 상기 알루미늄 주물 내에 포함된 적어도 하나의 개재물의 적어도 일부 표면의 곡률이 감소하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 합금의 압출재 제조방법에서, 상기 개재물은 정출물 또는 2차상을 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 합금의 압출재 제조방법에서, 상기 알루미늄 합금 용탕은 주조용 알루미늄 합금을 용융시켜 제조한 것일 수 있다. 상기 주조용 알루미늄 합금은, 예를 들어, 5 내지 6 중량%의 마그네슘, 1.8 내지 2.6 중량%의 규소, 0.5 내지 0.8 중량%의 망간 및 잔부가 알루미늄인 알루미늄 합금일 수 있다. 다른 예를 들면, 상기 주조용 알루미늄 합금은 Al-Si계, Al-Cu계 또는 Al-Mg계 알루미늄 주조합금일 수 있으며, 구체적으로, AC1A, AC1B, AC2A, AC2B, AC3A, AC4A, AC4B, AC4C, AC4CH, AC4D, AC5A, AC7A, AC7B, AC8A, AC8B, AC8C, AC9A 또는 AC9B 합금일 수 있다. 그 밖의 다른 예를 들면, 상기 주조용 알루미늄 합금은 Al-Si계 다이캐스팅용 알루미늄주조합금일 수 있으며, 구체적으로, ADC1, ADC3, ADC5, ADC6, ADC10, ADC10Z, ADC12, ADC12Z 또는 ADC14 합금일 수 있다.
상기 알루미늄 합금의 압출재 제조방법에서, 상기 알루미늄 합금 용탕은 전신재용(가공재용) 알루미늄 합금을 용융시켜 제조한 것일 수 있다. 상기 전신재용 알루미늄 합금의 조성을 가지는 알루미늄 합금은 Al-Cu-(Mg)계인 2000계열, Al-Mn계인 3000계열, Al-Si계인 4000계열, Al-Mg계인 5000계열, Al-Mg-Si계인 6000계열, 또는 Al-Zn-Mg-(Cu)계인 7000계열의 알루미늄 합금일 수 있다. 구체적으로, 2000계열의 전신재 알루미늄 합금은 2011, 2014, 2017, 2117, 2018, 2218, 2024, 2025, 2N01 또는 2219 합금일 수 있으며, 3000계열의 전신재 알루미늄 합금은 3003, 3203, 3004, 3104, 3005, 3105, 3008 또는 3009 합금일 수 있으며, 4000계열의 전신재 알루미늄 합금은 4032, BA4343, BA4045 또는 BA4004 합금일 수 있으며, 5000계열의 전신재 알루미늄 합금은 5005, 5052, 5652, 5154, 5254, 5454, 5056, 5082, 5182, 5083, 5086, 5N01 또는 5N02 합금일 수 있으며, 6000계열의 전신재 알루미늄 합금은 6063, 6061, 6005A, 6N01, 6351, 6151, 6262 또는 6101 합금일 수 있으며, 7000계열의 전신재 알루미늄 합금은 7003, 7010, 7050, 7072, 7075, 7175, 7475, 7178, 7079 또는 7N01 합금일 수 있다.
한편, 상기 알루미늄 합금의 압출재 제조방법에서, 상기 알루미늄 합금 용탕은 주조용 알루미늄 합금 및 전신재용 알루미늄 합금을 함께 용융시켜 제조한 것일 수도 있다. 이 경우, 상기 알루미늄 합금 용탕은 알루미늄 제품의 재활용을 위한 스크랩을 상기 주조용 알루미늄 합금과 전신재용 알루미늄 합금을 구별하는 별도의 선별작업을 수행하지 않고 함께 용융함으로써 구현될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 알루미늄 합금의 균질화처리 시간을 단축할 수 있으며, 압출속도에 따라 기계적 특성을 향상시키고 크랙을 저감시킬 수 있는 알루미늄 합금의 처리 방법 내지 압출재 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 알루미늄 합금의 가공 처리 공정을 도식화하여 나타낸 공정순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제 1 소성가공의 소성변형량에 따른 알루미늄 합금의 3차원 미세조직 변화를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 가공 처리 공정에 따른 알루미늄 합금의 미세조직 변화를 촬영한 사진들이다. 구체적으로는, 제 1 소성가공 후 균질화 열처리를 수행한 후 촬영한 미세조직이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 압출 직후(As-extruded)의 알루미늄 합금의 인장특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 압출 후 열처리를 수행한 알루미늄 합금의 인장특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 알루미늄 합금의 압출재 표면 균열의 양상을 촬영한 사진들이다.
도 7은 본 발명의 알루미늄 합금의 압출재 제조방법에서 고속 압출 시 표면 균열이 저감되는 메커니즘을 도해하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 알루미늄 합금 압출재의 제조방법에서 제 1 소성가공의 소성변형량과 압출속도에 따른 압출재의 결함 발생 여부를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제 1 소성가공의 소성변형량에 따른 알루미늄 합금 압출재의 인장특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예 및 비교예에 따른 주조용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법을 도식화하여 나타낸 공정순서도이다.
도 11은 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 스트레인(strain)을 도시하는 컬러바와 미세조직을 분석한 광학현미경 사진이다.
도 12 및 도 13는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 스트레인(strain)을 도시하는 컬러바와 미세조직을 분석한 광학현미경 사진이다.
도 14는 도 11 내지 도 13에 나타난 2차상(Mg2Si) 크기 및 구상화도를 분석한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플에 대하여 균질화 처리 후 압출한 압출재의 외관을 촬영한 사진이다.
도 16은 본 발명의 비교예 및 실시예에 대하여 균질화 처리 및 이후 압출한 압출재의 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 17은 도 16에 나타난 2차상(Mg2Si) 크기 및 구상화도를 분석한 그래프이다.
도 18은 본 발명의 비교예 및 실시예에 대하여 균질화 처리 및 이후 압출한 압출재의 인장특성을 평가한 그래프이다.
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.
본 발명의 일 관점에 따르면, 알루미늄 합금 용탕으로부터 구현된 알루미늄 합금 주물을 제공하는 단계; 상기 알루미늄 합금 주물을 균질화 열처리하는 단계; 및 상기 균질화 열처리 전 또는 상기 균질화 열처리 중에 제 1 소성가공을 수행하는 단계; 를 포함하되, 입계 편석량 감소를 구현하기 위하여 상기 균질화 열처리를 수행하는 시간은 상기 제 1 소성가공을 수행하지 않고서 동일한 수준의 상기 입계 편석량 감소를 구현하기 위하여 균질화 열처리를 수행하는 시간 보다 더 짧은 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금의 처리 방법이 제공된다.
상기 알루미늄 합금의 처리 방법은, 상기 균질화 열처리하는 단계 후에, 균질화 열처리된 상기 알루미늄 합금 주물을 압출하는 단계; 를 더 포함하되, 상기 압출 과정에서의 압출속도는 상기 제 1 소성가공의 소성변형량과 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
Y ≤ 0.4 · X + 1
(단, 수학식 1에서 상기 Y는 압출속도(단위:mm/sec)이며, 상기 X는 제 1 소성가공의 소성변형량(단위:%)임)
상기 알루미늄 합금의 처리 방법에서, 상기 알루미늄 합금 주물은 합금원소로서 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 구리(Cu), 규소(Si), 주석(Sn) 및 리튬(Li) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 합금의 처리 방법에서, 상기 제 1 소성가공을 수행하는 단계는, 열간가공, 온간가공 및 냉간가공 중 어느 하나의 방법을 사용하거나, 또는 상기 방법 중 2종 이상의 방법을 조합하여 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 상술한 기술적 사상을 적용한 실험예를 설명한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예에 의해서 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 알루미늄 합금의 가공 처리 공정을 도식화하여 나타낸 공정순서도이다. 구체적으로, 도 1의 (a)는 본 발명의 비교예에 의한 알루미늄 합금의 가공 처리 공정을 개략적으로 도시한 공정순서도이고, 도 1의 (b) 및 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금의 가공 처리 공정을 개략적으로 도시한 공정순서도이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금의 가공 처리 공정은 알루미늄 합금 용탕으로부터 구현된 알루미늄 합금 주물을 제공하는 제 1 단계; 상기 알루미늄 합금 주물을 균질화 열처리하는 제 2 단계; 및 균질화 열처리된 상기 알루미늄 합금 주물을 압출하는 제 3 단계;를 포함한다.
도 1의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 가공 처리 공정은, 알루미늄 합금 용탕으로부터 구현된 알루미늄 합금 주물을 제공하는 제 1 단계; 상기 알루미늄 합금 주물을 균질화 열처리 하기 전에 상기 알루미늄 합금 주물을 제 1 소성가공하는 제 2 단계; 상기 알루미늄 합금 주물을 균질화 열처리하는 제 3 단계; 및 균질화 열처리된 상기 알루미늄 합금 주물을 압출하는 제 4 단계;를 포함한다. 이에 따르면, 제 1 소성가공은 균질화 열처리 전에 수행된다.
도 1의 (c)를 참조하면, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 가공 처리 공정은, 알루미늄 합금 용탕으로부터 구현된 알루미늄 합금 주물을 제공하는 제 1 단계; 상기 알루미늄 합금 주물을 제 1 균질화 열처리하는 제 2 단계; 제 1 균질화 열처리 후에 상기 알루미늄 합금 주물을 제 1 소성가공하는 제 3 단계; 제 1 소성가공 후에 상기 알루미늄 합금 주물을 제 2 균질화 열처리하는 제 4 단계; 균질화 열처리된 상기 알루미늄 합금 주물을 압출하는 제 5 단계;를 포함한다. 이에 따르면, 제 1 소성가공은 균질화 열처리 중에 수행된다고 볼 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금의 처리 방법에 의하면, 상기 제 1 소성가공에 의하여 결정립계의 편석이 (상온에서도) 입내로 확산되며, 이에 대하여 이하에서 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제 1 소성가공의 소성변형량에 따른 가공용 알루미늄 합금의 3차원 미세조직 변화를 나타낸 도면이다. 상기 가공용 알루미늄 합금은 Al-Mg-Zn를 기반으로 한 알루미늄 합금이다.
도 2를 참조하면, 균질화 열처리 전 냉간가공(제 1 소성가공)을 도입할 경우 결정립계 편석부 주변에 2차상(회색 이외의 상)이 형성되며, 성분 분석 결과 β(Al3Mg2)상으로 확인되었다. 균질화 열처리 전 냉간가공(제 1 소성가공) 도입량에 따라 2차상의 양이 증가하는 것으로 보아 결정립계 부근의 전위(dislocation) 또는 공공(vacancy)의 증가로 인하여 입계편석이 확산된 것으로 판단된다. 즉, 제 1 소성가공량의 증가에 따라 도 2에서 회색으로 나타낸 입계편석 내부로 알록달록한 색으로 나타낸 상들이 증가하는 것을 확인할 수 있는데, 이것은 제 1 소성가공에 의한 입계 부근 전위의 증가에 의하여 공공(vacancy)의 양이 증가하고 이에 따라 확산의 구동력이 증가하여 입계 편석이 상온에서도 입내로 확산되는 것으로 이해된다.
특히, 알루미늄 합금 내의 아연(Zn)이나 마그네슘(Mg)의 경우 알루미늄(Al) 기지 내에서 확산속도가 상당히 높은 편이기 때문에 충분히 상온에서도 빠른 확산이 가능할 것으로 예상된다. 한편, 아연(Zn)이나 마그네슘(Mg) 외에도 구리(Cu), 규소(Si), 주석(Sn) 또는 리튬(Li)의 경우에도 이러한 효과를 기대할 수 있다.
이후 균질화 열처리 시 알루미늄(Al) 기지와 입계편석/β상 간의 접촉면적이 넓고, 이미 기지 내부로 일부 편석이 확산되어 있기 때문에 빠른 균질화 열처리 속도를 나타내는 것으로 판단된다.
이러한 메커니즘에 의하여, 상기 제 1 소성가공을 수행하는 조건 하에서 입계 편석량 감소를 구현하기 위하여 상기 균질화 열처리를 수행하는 시간은 상기 제 1 소성가공을 수행하지 않고서 동일한 수준의 상기 입계 편석량 감소를 구현하기 위하여 균질화 열처리를 수행하는 시간 보다 더 짧다는 것이 이해될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 가공 처리 공정에 따른 알루미늄 합금의 미세조직 변화를 촬영한 사진들이다. 도 3의 미세조직은 상기 제 1 소성가공을 수행하고 균질화 열처리를 수행한 후 촬영한 사진들이다.
도 3을 참조하면, 첫번째 행에 도시된 미세조직은, 도 1의 (a)와 같이, 제 1 소성가공을 수행하지 않은 비교예들에 해당한다. 두번째 행에 도시된 미세조직은, 도 1의 (b)와 같이, 소성변형량이 5%인 제 1 소성가공을 수행한 실시예들에 해당한다. 세번째 행에 도시된 미세조직은, 도 1의 (b)와 같이, 소성변형량이 10%인 제 1 소성가공을 수행한 실시예들에 해당한다. 첫번째 열에 도시된 미세조직은 주조 직후의 주물의 미세조직을 나타내며, 두번째 열에 도시된 미세조직은 균질화 열처리 공정이 450℃의 온도에서 6시간 동안 유지하는 조건 하에서 제 1 소성가공의 소성변형량에 따른 미세조직을 나타내며, 세번째 열에 도시된 미세조직은 균질화 열처리 공정이 450℃의 온도에서 12시간 동안 유지하는 조건 하에서 제 1 소성가공의 소성변형량에 따른 미세조직을 나타내며, 네번째 열에 도시된 미세조직은 균질화 열처리 공정이 450℃의 온도에서 24시간 동안 유지하는 조건 하에서 제 1 소성가공의 소성변형량에 따른 미세조직을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 제 1 소성가공을 적용하지 않은 경우, 균질화 열처리 시간 증가에 따라 입계 편석량이 감소함을 확인할 수 있다. 또한, 제 1 소성가공을 적용한 경우, 상대적으로 짧은 균질화 열처리 시간에도 입계 편석량이 크게 감소함을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 소성가공 적용에 의하여 균질화 열처리 시간의 절감이 가능하며 이에 따라 비용 절감이 가능함을 확인할 수 있다. 즉, 도 2와 같이 편석이 입내로 확산되어 있을 경우, 기지(aluminum matrix)와의 접촉면적이 넓기 때문에 도 3과 같이 짧은 균질화처리 시간에도 불구하고 기지 내부로 빠른 확산이 일어나는 것으로 판단된다. 즉, 상기 공정의 도입을 통하여 균질화처리 시간을 단축함으로써 시간 및 에너지(온도)를 절약할 수 있는 이점이 있다. 또한 상기 공정을 도입할 경우 단순히 균질화처리 시간만을 증가시킨 경우보다 더욱 많은 양의 편석(저온 용해상)을 기지로 고용시킬 수 있다. 이에 따라 압출속도를 향상시켜 가공열의 발생이 증가하더라도 저온 용해상이 크게 감소하여 압출 시 표면 터짐 현상이 감소하는 것으로 판단된다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 압출 직후(As-extruded)의 알루미늄 합금의 인장특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 압출속도는 1 mm/sec를 적용하였다. 도 4의 좌측부터 우측으로 제 1 소성가공의 소성변형량이 각각 0%, 5%, 10%인 경우에 해당한다.
도 4를 참조하면, 제 1 소성가공의 소성변형량이 증가함에 따라 짧은 시간의 균질화 열처리에도 항복강도(YS), 인장강도(UTS), 연신율(Elongation)이 증가함을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 압출 후 열처리를 수행한 알루미늄 합금의 인장특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 압출속도는 1 mm/sec를 적용하였다. 도 5의 좌측부터 우측으로 제 1 소성가공의 소성변형량이 각각 0%, 5%, 10%인 경우에 해당한다.
도 5를 참조하면, 제 1 소성가공의 소성변형량이 증가함에 따라 짧은 시간의 균질화 열처리에도 항복강도(YS), 인장강도(UTS), 연신율(Elongation)이 증가하였으며, 압출 후 열처리를 수행함에 따라 강도는 소폭 감소하였으나 연신율이 향상됨을 확인할 수 있다.
지금까지 설명한 알루미늄 합금의 처리 방법은 알루미늄 합금 용탕으로부터 구현된 알루미늄 합금 주물을 제공하는 단계; 상기 알루미늄 합금 주물을 균질화 열처리하는 단계;를 포함하되, 상기 균질화 열처리 전 또는 상기 균질화 열처리 중에 제 1 소성가공을 수행하는 단계; 를 더 포함함으로써, 입계 편석량 감소를 구현하기 위하여 상기 균질화 열처리를 수행하는 시간은 상기 제 1 소성가공을 수행하지 않고서 동일한 수준의 상기 입계 편석량 감소를 구현하기 위하여 균질화 열처리를 수행하는 시간 보다 더 짧다는 사실에 주목한다면 균질화 열처리의 향상 방법으로도 이해될 수 있다.
이하에서는 압출속도에 따른 압출재 표면 균열과 기계적 특성에 대하여 살펴본다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 알루미늄 합금의 압출재 표면 균열의 양상을 촬영한 사진들이다. 균질화 열처리 공정은 450℃의 온도에서 24시간 동안 유지하였으며 압출속도는 5 mm/sec를 적용하였다. 도 6의 (a)는 제 1 소성가공의 소성변형량이 0%인 경우이며, 도 6의 (b)는 제 1 소성가공의 소성변형량이 5%인 경우이며, 도 6의 (c)는 제 1 소성가공의 소성변형량이 10%인 경우이다.
도 6을 참조하면, 제 1 소성가공의 소성변형량을 일정량(도 6에서는 10%) 이상 도입할 경우, 표면 균열이 크게 저감됨을 확인할 수 있다. 이에 반하여, 임계치(도 6에서는 10%) 이하의 제 1 소성가공의 소성변형량 도입은 균열의 갯수는 감소시키나 더욱 조대한 균열을 유발함을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 알루미늄 합금의 압출재 제조방법에서 고속 압출 시 표면 균열이 저감되는 메커니즘을 도해하는 도면이다. 도 7의 (a)는 응고 직후(As-cast)의 알루미늄 합금의 미세조직을 도해한 것이며, 도 7의 (b)는 균질화 열처리 후의 알루미늄 합금의 미세조직을 도해한 것이며, 도 7의 (c)는 (b)의 알루미늄 합금을 압출하여 구현한 압출재의 미세조직을 도해한 것이며, 도 7의 (d)는 균질화 열처리 후의 알루미늄 합금의 미세조직을 도해한 것이며, 도 7의 (e)는 (d)의 알루미늄 합금을 압출하여 구현한 압출재의 미세조직을 도해한 것이며, 도 7의 (f)는 균질화 열처리 후의 알루미늄 합금의 미세조직을 도해한 것이며, 도 7의 (g)는 (f)의 알루미늄 합금을 압출하여 구현한 압출재의 미세조직을 도해한 것이다. 특히, 균질화 열처리 전 또는 균질화 열처리 중에 수행하는 제 1 소성가공의 소성변형량은 도 7의 (b)가 상대적으로 가장 낮고, 도 7의 (f)가 상대적으로 가장 높다.
도 7의 (a)를 살펴보면, 응고 직후의 결정립(Grain)과 입계 및 편석(Grain boundary segregation)이 주물의 표면과 중앙에 걸쳐 나타난다. 도 7의 (b) 내지 (e)에서 적색 점선원으로 표시한 부분은 압출 과정에서 다이와 소재간의 마찰열이 증가하여 압출 후의 초기 용융 영역(incipient melting site)에 해당한다.
도 7의 (b) 내지 (g)를 참조하면, 제 1 소성가공의 소성변형량이 증가함에 따라 압출 후의 초기 용융 영역(incipient melting site)이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 제 1 소성가공의 소성변형량을 도입함에 따라 균질화 처리 속도가 향상되고 2차상 용해에 의한 표면 균열이 저감되는 것으로 이해된다.
구체적으로는, 상술한 도 2의 설명에서 확인한 바와 같이, 상온확산에 의한 알루미늄(Al) 기지와 β(Al3Mg2)상의 접촉 계면이 증가하여, 상온확산에 의한 균질화 처리 속도가 증가하며, 이로 인하여 고속 압출시 균열이 저감된 것으로 판단된다.
도 6 및 도 7을 함께 살펴보면, 제 1 소성가공의 양이 임계량에 도달하지 않을 경우 균열이 더욱 증가되는 것을 확인할 수 있다. 이는 압출 시 표면에 걸리는 응력은 동일하나, 편석(저온 용해상)이 적을 경우, 이 적은 편석에서 응력을 모두 해소시켜주어야 하기 때문에 균열의 수는 감소하나 균열의 크기는 증가하는 것으로 판단된다. 또한, 제 1 소성가공을 포함한 균질화처리를 수행할 경우, 압출속도가 낮을 때(램 스피드 1mm/sec)는 기계적 특성이 향상되는 반면, 압출속도가 높을 때는 기계적 특성은 다소 감소된다. 즉, 기계적 특성은 다소 감소하나, 압출속도를 크게 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
지금까지 상술한 내용을 정리하면, 균질화 열처리 전에 또는 균질화 열처리 중에 제 1 소성가공의 소성변형을 도입함에 따라 균질화 처리 시간을 절감할 수 있으며, 제 1 소성가공을 거친 후 저속 압출하는 경우 압출재의 기계적 특성이 향상되며, 제 1 소성가공을 거친 후 고속 압출하는 경우 압출재의 결함이 저감됨을 확인할 수 있었다.
본 발명자는 이러한 내용을 바탕으로 압출재의 기계적 특성이 향상되면서도 압출재의 결함이 저감되는 압출속도의 임계값을 발견하였는 바, 이하에서 이를 설명한다.
소성변형량
0%		 소성변형량
5%		 소성변형량
10%
압출속도
1mm/sec		 양호 양호 양호
압출속도
3mm/sec		 불량 양호 양호
압출속도
5mm/sec		 불량 불량 양호
표 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 알루미늄 합금 압출재의 제조방법에서 제 1 소성가공의 소성변형량과 압출속도에 따른 압출재의 결함 발생 여부를 나타낸 것이며, 도 8은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 알루미늄 합금 압출재의 제조방법에서 제 1 소성가공의 소성변형량과 압출속도에 따른 압출재의 결함 발생 여부를 나타낸 도면이다. 도 8에서 'X' 항목은 압출재의 결함이 발생하는 경우이며, '●'항목은 압출재의 결함이 발생하지 않는 경우에 해당한다.
표 1을 참조하면, 제 1 소성가공의 소성변형량이 없을 경우에는 압출속도가 3 mm/sec 이상인 경우 압출재의 표면 균열이 조대해지며, 제 1 소성가공의 소성변형량이 5%인 경우에는 압출속도가 5 mm/sec 이상인 경우 압출재의 표면 균열이 조대해지는 반면에, 제 1 소성가공의 소성변형량이 10%인 경우에는 압출속도가 5 mm/sec 이상에서도 압출재의 표면 균열이 나타나지 않음을 확인하였다.
이러한 경향을 도 8에서 살펴보면, 압출재의 기계적 특성이 향상되면서도 압출재의 결함이 나타나지 않는 압출속도는 상기 제 1 소성가공의 소성변형량과 관련하여 하기 수학식 1을 만족하는 범위에서 결정됨을 알 수 있다.
[수학식 1]
Y ≤ 0.4 · X + 1
(단, 수학식 1에서 상기 Y는 압출속도(단위:mm/sec)이며, 상기 X는 제 1 소성가공의 소성변형량(단위:%)임)
도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제 1 소성가공의 소성변형량에 따른 알루미늄 합금 압출재의 인장특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 압출속도는 5 mm/sec를 적용하였다. 도 9의 (a)는 압출 직후의 압출재의 인장특성을 나타낸 것이며, 도 9의 (b)는 압출 후 열처리(400℃, 1시간)를 수행한 압출재의 인장특성을 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 제 1 소성가공의 소성변형량 증가에 따라 압출재 표면 균열을 저감되되, 기계적 특성은 거의 대등한 수준으로 유지됨을 확인할 수 있다.
이하에서는, 균질화 열처리가 완료된 이후의 최종 제품을 제조하기 위한 제 2 소성가공으로 압출공정인 경우를 또 다른 실험예로 설명한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예 및 비교예에 따른 주조용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법을 도식화하여 나타낸 공정순서도이다. 구체적으로, 도 10의 (a)는 본 발명의 비교예 1에 의한 주조용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법을 개략적으로 도시한 공정순서도이고, 도 10의 (b) 및 (c)는 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따른 주조용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법을 개략적으로 도시한 공정순서도이다. 본 발명에서 사용한 공정조건을 하기 표 2에 정리하였다. 여기에서, 알루미늄 합금은 상용 주조용 합금인 Magsimal-59(AlMg5Si2Mn)를 이용하였다.
프레스
냉간가공		 균질화 압출비 압출온도 압출속도
비교예 1 0% 580℃x24h 16:1 350℃ 1mm/sec
실시예 1 5% 580℃x24h 16:1 350℃ 1mm/sec
실시예 2 10% 580℃x24h 16:1 350℃ 1mm/sec
표 2에서 균질화 열처리를 수행하기 위하여 냉간가공 이후 승온속도는 100℃/h이며, 균질화 열처리 후 상온으로의 냉각은 공냉 조건이다.
도 10의 (a)와 표 2를 참조하면, 본 발명의 비교예 1에 의한 샘플로서, 700℃ 온도의 주조용 알루미늄 합금 용탕을 주형에 주입한 후 냉각하여 알루미늄 합금 빌렛 샘플을 제조하였다. 알루미늄 합금은 상용 주조용 합금인 Magsimal-59(AlMg5Si2Mn)를 이용하였다. 제조된 알루미늄 합금 빌렛 샘플에 580℃, 24시간동안 균질화 열처리를 수행하고, 350℃에서 압출을 순차적으로 수행하여 비교예 1인 알루미늄 합금 빌렛 샘플을 제조하였다.
한편, 도 10의 (b)와 표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 의한 샘플로서, 비교예 1 샘플과 동일한 주조용 알루미늄 합금 용탕을 주형에 주입한 후 냉각하여 알루미늄 합금 빌렛 샘플을 제조하였다. 제조된 알루미늄 합금 빌렛 샘플에 균질화 열처리 전에, 프레스를 이용하여 5%의 냉간가공(제 1 소성가공)을 수행한다. 계속하여, 이러한 제 1 소성가공을 수행한 후에, 580℃, 24시간동안 균질화 열처리를 수행하고, 350℃에서 압출을 순차적으로 수행하여 실시예 1인 알루미늄 합금 빌렛 샘플을 제조하였다.
한편, 도 10의 (c)와 표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예 2에 의한 샘플로서, 비교예 1 샘플과 동일한 주조용 알루미늄 합금 용탕을 주형에 주입한 후 냉각하여 알루미늄 합금 빌렛 샘플을 제조하였다. 제조된 알루미늄 합금 빌렛 샘플에 균질화 열처리 전에, 프레스를 이용하여 10%의 냉간가공(제 1 소성가공)을 수행한다. 계속하여, 이러한 제 1 소성가공을 수행한 후에, 580℃, 24시간동안 균질화 열처리를 수행하고, 350℃에서 압출을 순차적으로 수행하여 실시예 2인 알루미늄 합금 빌렛 샘플을 제조하였다.
도 11은 본 발명의 비교예 1에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 스트레인(strain)을 도시하는 컬러바(좌측)와 미세조직을 분석한 광학현미경 사진(우측)이다.
도 11의 (a)는 도 10의 (a)에서 용해/주조 단계만 수행한 알루미늄 합금 주물 상태의 빌렛의 상단부에 해당하며, 도 11의 (b)는 도 10의 (a)에서 용해/주조 단계만 수행한 알루미늄 합금 주물 상태의 빌렛의 중간부에 해당하며, 도 11의 (c)는 도 10의 (a)에서 균질화 열처리 단계까지 수행한 알루미늄 합금 주물 상태의 빌렛의 상단부에 해당하며, 도 11의 (d)는 도 10의 (a)에서 균질화 열처리 단계까지 수행한 알루미늄 합금 주물 상태의 빌렛의 중간부에 해당한다. "PD"는 냉간가공 도입 방향(Press Direction)을 의미한다.
도 11의 (a) 및 (b)를 참조하면, 알루미늄 기지(α-Al) 주위에 층상구조의 Al(초정 α-Al)과 Mg2Si 공정 조직이 형성되어 있음을 확인할 수 있으며, 도 11의 (c) 및 (d)를 참조하면, 단순히 균질화 열처리 공정만 수행한 경우, Al 기지상 이외에 일부 구상화된 Mg2Si와 길다란 섬유 형태의 Mg2Si가 혼재되어 있는 형태로 분포되어 있음을 확인할 수 있다.
도 12 및 도 13는 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 스트레인(strain)을 도시하는 컬러바(좌측)와 미세조직을 분석한 광학현미경 사진(우측)이다.
도 12의 (a) 및 도 13의 (a)는 각각 도 10의 (b) 및 (c)에서 용해/주조 및 제 1 소성가공 단계를 수행한 알루미늄 합금 주물 상태의 빌렛의 상단부에 해당하며, 도 12의 (b) 및 도 13의 (b)는 각각 도 10의 (b) 및 (c)에서 용해/주조 및 제 1 소성가공 단계를 수행한 알루미늄 합금 주물 상태의 빌렛의 중간부에 해당하며, 도 12의 (c) 및 도 13의 (c)는 각각 도 10의 (b) 및 (c)에서 균질화 열처리 단계까지 수행한 알루미늄 합금 주물 상태의 빌렛의 상단부에 해당하며, 도 12의 (d) 및 도 13의 (d)는 각각 도 10의 (b) 및 (c)에서 균질화 열처리 단계까지 수행한 알루미늄 합금 주물 상태의 빌렛의 중간부에 해당한다. "PD"는 냉간가공 도입 방향(Press Direction)을 의미한다.
도 12 및 도 13의 (a) 및 (b)를 참조하면, 알루미늄 기지(α-Al) 주위에 층상구조의 Al(초정 α-Al)과 Mg2Si 공정 조직이 형성되어 있음을 확인할 수 있으며, 공정조직 내부에 균열이 발생하였음을 확인할 수 있다. 또한 공정조직 내부의 균열은 도 12의 (a) 및 (b) 보다 균질화열처리 전 냉간가공 도입량이 큰 도 13의 (a) 및 (b)에서 더욱 많이 발생하였다. 도 12 및 도 13의 (c) 및 (d)를 참조하면, 균질화 열처리 전에 프레스 냉간가공을 수행한 경우 Mg2Si 입자가 대부분 구상화된 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 12 내지 도 13을 참조하면, 균질화 열처리 전 냉간가공량 증가에 따라 Mg2Si 입자 크기가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 14는 도 11 내지 도 13에 나타난 2차상(Mg2Si) 크기 및 구상화도를 분석한 그래프이다. 도 14의 가로축은 균질화 열처리 전의 제 1 소성가공의 변형량(0%, 5%, 10%)을 나타내며, 좌측 세로축은 2차상의 평균 크기를 나타내며, 우측 세로축은 2차상의 평균 구상화도를 나타낸다. ■ 항목은 빌렛의 상단부에서 2차상의 평균 크기를 나타내며, ● 항목은 빌렛의 중간부에서 2차상의 평균 크기를 나타내며, □ 항목은 빌렛의 상단부에서 2차상의 평균 구상화도를 나타내며, ○ 항목은 빌렛의 중간부에서 2차상의 평균 구상화도를 나타낸다. 여기에서, 평균 구상화도는 수식 1에 의하여 결정되는 바, 여기에서, Vp는 입자의 부피이며, Ap는 입자의 표면적을 나타낸다.
[수식 1]
Figure 112017089235087-pat00001
도 14를 참조하면, 균질화 열처리 전의 제 1 소성가공의 변형량이 증가함에 따라 2차상의 크기가 감소하며, 구상화도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 2차상의 크기가 감소하고 구상화도가 증가하면 기계적 특성이 향상된다.
도 15는 본 발명의 (a) 비교예 1, (b) 실시예 1 및 (c) 실시예 2에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플에 대하여 균질화 처리 후 압출한 압출재의 외관을 촬영한 사진이다. 즉, 도 15의 (a)는 도 10의 (a)에서 균질화 열처리 후 압출 단계를 수행한 압출재의 외관이며, 도 15의 (b)는 도 10의 (b)에서 균질화 열처리 후 압출 단계를 수행한 압출재의 외관이며, 도 15의 (c)는 도 10의 (c)에서 균질화 열처리 후 압출 단계를 수행한 압출재의 외관이다. 이에 따르면, 균질화 열처리 전에 제 1 소성가공을 수행하여도 균질화 열처리 후의 압출재의 외관상의 차이는 없는 것으로 나타난다.
도 16은 본 발명의 비교예 및 실시예에 대하여 균질화 처리 및 이후 압출한 압출재의 미세조직을 나타낸 사진이다. 구체적으로, 도 16의 (a), (b), (c)는 각각 표 2의 비교예 1, 실시예 1, 실시예 2에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플에 대하여 균질화 처리 후 압출한 압출재의 미세조직을 나타낸 사진이고, 도 16의 (d), (e), (f)는 각각 표 2의 비교예 1, 실시예 1, 실시예 2에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플에 대하여 균질화 처리 후 압출한 압출재를 580℃, 1시간동안 고용 처리(solution treatment)한 미세조직을 나타낸 사진이다. "ED"는 압출방향(Extrusion Direction)을 의미한다.
또한, 도 17은 도 16에 나타난 2차상(Mg2Si) 크기 및 구상화도를 분석한 그래프이다. 도 17의 가로축은 균질화 열처리 전의 제 1 소성가공의 변형량(0%, 5%, 10%)을 나타내며, 좌측 세로축은 2차상의 평균 크기를 나타내며, 우측 세로축은 2차상의 평균 구상화도를 나타낸다. ■ 항목은 압출 직후 2차상의 평균 크기를 나타내며, ● 항목은 고용 처리(solution treatment) 후의 2차상의 평균 크기를 나타내며, □ 항목은 압출 직후의 2차상의 평균 구상화도를 나타내며, ○ 항목은 고용 처리 후의 2차상의 평균 구상화도를 나타낸다. 여기에서, 평균 구상화도는 수식 1에 의하여 결정되는 바, 여기에서, Vp는 입자의 부피이며, Ap는 입자의 표면적을 나타낸다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 균질화 열처리 전의 제 1 소성가공의 변형량이 증가함에 따라 2차상의 크기가 더욱 감소하며, 구상화도가 더욱 증가하는 것을 확인할 수 있다. 2차상의 크기가 더욱 감소하고 구상화도가 증가하면 기계적 특성이 그만큼 더 향상된다.
도 18은 본 발명의 비교예 및 실시예에 대하여 균질화 처리 및 이후 압출한 압출재의 인장특성을 평가한 그래프이다. 비교예 1, 실시예 1 및 실시예 2는 표 2에 나타난 예이다.
도 18의 (a)는 압출 직후(As-extruded)의 압출재 인장특성을 평가한 것으로서, 균질화 열처리 전의 제 1 소성가공의 변형량이 증가함에 따라 연신율이 17%에서 23%까지 증가함을 확인할 수 있다.
도 18의 (b)는 T4 처리(압출재를 580℃의 온도에서 1시간 동안 열처리후 자연시효)한 상태의 압출재 인장특성을 평가한 것으로서, 압출 직후와 비교하여 강도 가 향상됨을 확인할 수 있으며, 균질화 열처리 전의 제 1 소성가공의 변형량이 증가함에 따라 항복강도 및 인장강도가 향상됨을 확인할 수 있었다.
도 18의 (c)는 T6 처리(압출재를 580℃의 온도에서 1시간 동안 열처리후 자연시효하고 계속하여 250℃의 온도에서 1시간 동안 열처리)한 상태의 압출재 인장특성을 평가한 것으로서, 도 18의 (a) 및 (b)와 비교하여 항복강도 및 인장강도가 크게 향상됨을 확인할 수 있다.
도 18을 참조하면, 균질화 열처리 전에 변형량 10% 정도의 제 1 소성가공을 도입하는 경우 압출재는 시효처리 전 23% 수준의 연신율을 가지며, 시효처리 후 250MPa 수준의 항복강도와 280MPa 수준의 인장강도를 구현함을 확인할 수 있다. 즉, Magsimal-59와 같은 주조재로 가공재인 A6061 수준의 기계적 특성을 확보할 수 있음을 확인하였다.
지금까지 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 주조용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법은 주조용 알루미늄 합금 조성을 가지는 용탕을 주형에 주입하여 알루미늄 합금 주조재를 제조하고, 상기 주조재를 균질화 열처리 전 또는 균질화 열처리 중간에 제 1 소성가공을 수행한 후 균질화 열처리를 종료한다. 이후에 상기 균질화 열처리한 주조재를 다시 제 2 소성가공함으로써 가공재를 제조할 수 있다. 이에 의하면, 제 1 소성가공을 포함하는 균질화열처리를 통하여 2차상을 제어함으로써, 이후 제 2 소성가공 단계의 가공성을 향상시킴은 물론 최종 소재의 기계적 특성을 향상시킨다.
한편, 도 10 내지 도 18을 참조하여 설명한 알루미늄 합금의 압출재 가공방법에서도, 압출 과정에서의 압출속도와 상기 제 1 소성가공의 소성변형량은 상술한 수학식 1을 만족할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 상술한 알루미늄 합금은 주조용 알루미늄 합금의 조성을 가질 수 있다.
예를 들면, 상기 알루미늄 합금은 5 내지 6 중량%의 마그네슘, 1.8 내지 2.6 중량%의 규소, 0.5 내지 0.8 중량%의 망간 및 잔부가 알루미늄인 알루미늄 합금일 수 있다.
다른 예를 들면, 상기 알루미늄 합금은 Al-Si계, Al-Cu계 또는 Al-Mg계 알루미늄 주조합금일 수 있으며, 구체적으로, AC1A, AC1B, AC2A, AC2B, AC3A, AC4A, AC4B, AC4C, AC4CH, AC4D, AC5A, AC7A, AC7B, AC8A, AC8B, AC8C, AC9A 또는 AC9B 합금일 수 있다.
그 밖의 다른 예를 들면, 상기 알루미늄 합금은 Al-Si계 다이캐스팅용 알루미늄주조합금일 수 있으며, 구체적으로, ADC1, ADC3, ADC5, ADC6, ADC10, ADC10Z, ADC12, ADC12Z 또는 ADC14 합금일 수 있다.
한편, 본 발명의 변형된 실시예에 의하면, 전신재용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법은 전신재용 알루미늄 합금 조성을 가지는 용탕을 주형에 주입하여 알루미늄 합금 주조재를 제조하고, 상기 주조재를 균질화 열처리 전 또는 균질화 열처리 중간에 제 1 소성가공을 수행한 후 균질화 열처리를 종료한다. 이후에 상기 균질화 열처리한 주조재를 다시 제 2 소성가공함으로써 가공재를 제조할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 변형된 실시예에 의하면, 주조용 알루미늄 합금과 전신재용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법은 주조용 알루미늄 합금 조성을 가지는 용탕과 전신재용 알루미늄 합금 조성을 가지는 용탕을 주형에 함께 주입하여 알루미늄 합금 주조재를 제조하고, 상기 주조재를 균질화 열처리 전 또는 균질화 열처리 중간에 제 1 소성가공을 수행한 후 균질화 열처리를 종료한다. 이후에 상기 균질화 열처리한 주조재를 다시 제 2 소성가공함으로써 가공재를 제조할 수 있다.
전신재용 알루미늄 합금의 조성을 가지는 알루미늄 합금은 Al-Cu-(Mg)계인 2000계열, Al-Mn계인 3000계열, Al-Si계인 4000계열, Al-Mg계인 5000계열, Al-Mg-Si계인 6000계열, 또는 Al-Zn-Mg-(Cu)계인 7000계열의 알루미늄 합금일 수 있다.
구체적으로, 2000계열의 전신재 알루미늄 합금은 2011, 2014, 2017, 2117, 2018, 2218, 2024, 2025, 2N01 또는 2219 합금일 수 있으며, 3000계열의 전신재 알루미늄 합금은 3003, 3203, 3004, 3104, 3005, 3105, 3008 또는 3009 합금일 수 있으며, 4000계열의 전신재 알루미늄 합금은 4032, BA4343, BA4045 또는 BA4004 합금일 수 있으며, 5000계열의 전신재 알루미늄 합금은 5005, 5052, 5652, 5154, 5254, 5454, 5056, 5082, 5182, 5083, 5086, 5N01 또는 5N02 합금일 수 있으며, 6000계열의 전신재 알루미늄 합금은 6063, 6061, 6005A, 6N01, 6351, 6151, 6262 또는 6101 합금일 수 있으며, 7000계열의 전신재 알루미늄 합금은 7003, 7010, 7050, 7072, 7075, 7175, 7475, 7178, 7079 또는 7N01 합금일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의할 시, 알루미늄 합금 주조재와 가공재를 통합하여 사용할 수 있는 방법으로서, 별도의 선별작업이 필요없으며, 별도의 부대설비를 도입할 필요가 없고 기존의 열처리로와 프레스, 압연기, 압출기만 있으면 적용이 가능한 제조방법으로써, 경제적이며 우수한 기계적 특성을 갖는 알루미늄 합금 가공재를 제조할 수 있다.
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.

Claims (12)

  1. 알루미늄 합금 용탕으로부터 구현된 알루미늄 합금 주물을 제공하는 단계;
    상기 알루미늄 합금 주물에 대하여 제 1 소성가공을 수행하는 단계;
    상기 제 1 소성가공 후에 상기 알루미늄 합금 주물을 균질화 열처리하는 단계; 및
    상기 균질화 열처리된 상기 알루미늄 합금 주물을 압출하는 단계; 를 포함하되,
    입계 편석량 감소를 구현하기 위하여 상기 균질화 열처리를 수행하는 시간은 상기 제 1 소성가공을 수행하지 않고서 동일한 수준의 상기 입계 편석량 감소를 구현하기 위하여 균질화 열처리를 수행하는 시간 보다 더 짧으며,
    상기 압출 과정에서의 압출속도는 상기 제 1 소성가공의 소성변형량과 하기 수학식 1을 만족하는,
    알루미늄 합금의 처리 방법.
    [수학식 1]
    Y ≤ 0.4 · X + 1
    (단, 수학식 1에서 상기 Y는 압출속도(단위:mm/sec)이며, 상기 X는 제 1 소성가공의 소성변형량(단위:%)임)
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 주물은 합금원소로서 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 구리(Cu), 규소(Si), 주석(Sn) 및 리튬(Li) 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 알루미늄 합금의 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 소성가공을 수행하는 단계는,
    열간가공, 온간가공 및 냉간가공 중 어느 하나의 방법을 사용하거나, 또는 상기 방법 중 2종 이상의 방법을 조합하여 수행하는 단계를 포함하는, 알루미늄 합금의 처리 방법.
  5. 알루미늄 합금 용탕으로부터 구현된 알루미늄 합금 주물을 제공하는 단계;
    상기 알루미늄 합금 주물을 균질화 열처리하는 단계; 및
    균질화 열처리된 상기 알루미늄 합금 주물을 압출하는 단계; 를 포함하되,
    상기 균질화 열처리 전 또는 상기 균질화 열처리 중에 제 1 소성가공을 수행하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제 1 소성가공을 수행하는 단계는 상기 알루미늄 합금 주물 내에 포함된 적어도 하나의 개재물의 크기를 기계적으로 더 감소시키거나, 상기 개재물에 균열을 형성시키는 단계를 포함하되, 상기 개재물에 균열을 형성시키는 단계는 상기 알루미늄 합금 주물의 기지(matrix)를 제외한 상기 개재물에만 수행되게 하는 것을 특징으로 하며,
    상기 압출 과정에서의 압출속도는 상기 제 1 소성가공의 소성변형량과 하기 수학식 1을 만족하는,
    알루미늄 합금의 압출재 제조방법.
    [수학식 1]
    Y ≤ 0.4 · X + 1
    (단, 수학식 1에서 상기 Y는 압출속도(단위:mm/sec)이며, 상기 X는 제 1 소성가공의 소성변형량(단위:%)임)
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 소성가공을 수행하는 단계는,
    열간가공, 온간가공 및 냉간가공 중 어느 하나의 방법을 사용하거나, 또는 상기 방법 중 2종 이상의 방법을 조합하여 수행하는 단계를 포함하는,
    알루미늄 합금의 압출재 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 소성가공을 수행하는 단계는,
    상기 알루미늄 합금 주물 내에 포함된 적어도 하나의 개재물의 적어도 일부 표면의 곡률이 감소하는 단계를 포함하는,
    알루미늄 합금의 압출재 제조방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 개재물은 정출물 또는 2차상을 포함하는,
    알루미늄 합금의 압출재 제조방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 용탕은 주조용 알루미늄 합금을 용융시켜 제조한 것인,
    알루미늄 합금의 압출재 제조방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 용탕은 전신재용 알루미늄 합금을 용융시켜 제조한 것인, 알루미늄 합금의 압출재 제조방법.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 용탕은 주조용 알루미늄 합금 및 전신재용 알루미늄 합금을 함께 용융시켜 제조한 것인, 알루미늄 합금의 압출재 제조방법.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 용탕은 알루미늄 제품의 재활용을 위한 스크랩을 주조용 알루미늄 합금과 전신재용 알루미늄 합금을 구별하는 별도의 선별작업을 수행하지 않고 함께 용융함으로써 구현된 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금의 압출재 제조방법.


KR1020170117543A 2017-09-14 2017-09-14 알루미늄 합금의 처리 방법 KR101979344B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170117543A KR101979344B1 (ko) 2017-09-14 2017-09-14 알루미늄 합금의 처리 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170117543A KR101979344B1 (ko) 2017-09-14 2017-09-14 알루미늄 합금의 처리 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190030296A KR20190030296A (ko) 2019-03-22
KR101979344B1 true KR101979344B1 (ko) 2019-08-28

Family

ID=65949643

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170117543A KR101979344B1 (ko) 2017-09-14 2017-09-14 알루미늄 합금의 처리 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101979344B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110541131B (zh) * 2019-08-29 2021-02-19 哈尔滨工业大学 一种基于粒子激发形核的Al-Cu-Li合金形变热处理工艺
CN112808977B (zh) * 2020-12-28 2022-04-26 龙口市丛林铝材有限公司 降低高硅变形铝合金铸锭偏析厚度的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000336454A (ja) 1999-05-25 2000-12-05 Pohang Iron & Steel Co Ltd 高温延性に優れたビスマス（Ｂｉ）−硫黄（Ｓ）系快削鋼、及びその製造方法
JP2002294383A (ja) * 2001-03-30 2002-10-09 Showa Denko Kk 塑性加工用アルミニウム合金鋳塊、塑性加工用アルミニウム合金鋳塊の製造方法、アルミニウム合金塑性加工品の製造方法およびアルミニウム合金塑性加工品
JP2003321755A (ja) 2002-03-01 2003-11-14 Showa Denko Kk Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法およびＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板、ならびにＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100213679B1 (en) * 1997-03-27 1999-08-02 Korea Machinery & Metal Inst Manufacturing method of al-mg-si alloy with excellent high forming and high strength
JPH10280081A (ja) * 1997-04-08 1998-10-20 Sky Alum Co Ltd Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金からなる高強度・高精度枠形状部材およびその製造方法
KR101277297B1 (ko) * 2011-02-18 2013-06-20 한국기계연구원 이방성이 낮은 고강도 고연성 마그네슘 합금 압출재 및 그 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000336454A (ja) 1999-05-25 2000-12-05 Pohang Iron & Steel Co Ltd 高温延性に優れたビスマス（Ｂｉ）−硫黄（Ｓ）系快削鋼、及びその製造方法
JP2002294383A (ja) * 2001-03-30 2002-10-09 Showa Denko Kk 塑性加工用アルミニウム合金鋳塊、塑性加工用アルミニウム合金鋳塊の製造方法、アルミニウム合金塑性加工品の製造方法およびアルミニウム合金塑性加工品
JP2003321755A (ja) 2002-03-01 2003-11-14 Showa Denko Kk Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法およびＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板、ならびにＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190030296A (ko) 2019-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2274454B1 (en) Alloy composition and preparation thereof
RU2463371C2 (ru) Содержащие магний высококремниевые алюминиевые сплавы, используемые в качестве конструкционных материалов, и способ их изготовления
CA2932372C (en) Manufacturing process for obtaining high strength extruded products made from 6xxx aluminium alloys
JP5678099B2 (ja) 構造部材製造用アルミニウム合金製品およびその製造方法
CN108456812B (zh) 一种低Sc高强高韧高淬透性铝锌镁系合金及制备方法
CA2797446C (en) Damage tolerant aluminium material having a layered microstructure
KR101979344B1 (ko) 알루미늄 합금의 처리 방법
JP3346186B2 (ja) 耐摩耗性，鋳造性，鍛造性に優れた鋳造・鍛造用アルミ合金材及びその製造法
KR101400140B1 (ko) 마그네슘 합금 압출재의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 마그네슘 합금 압출재
KR101680046B1 (ko) 소성 가공 전 시효 처리에 의한 고강도 마그네슘 합금 가공재 제조방법 및 이에 의해 제조된 고강도 마그네슘 합금 가공재
WO2023218058A1 (de) Strukturbauteile aus einer aluminiumlegierung, vormaterial und verfahren zur herstellung
CN114351019B (zh) 一种铝合金材料及其制备方法和应用
KR20170077886A (ko) 고강도 저밀도 알루미늄-리튬 합금 및 이를 이용한 알루미늄-리튬 합금 가공품 제조방법
KR102423774B1 (ko) 온간 균질화 열처리를 통해 향상된 물성을 갖는 Mg-Bi계 마그네슘 압출재의 제조방법
CN114480930B (zh) 客车车身骨架用铝合金型材及其制备方法
JP2848368B2 (ja) 耐摩耗性及び靭性に優れたコンプレッサー部品用アルミ合金の製造方法
CN116761904A (zh) 铝合金挤压材料的制造方法
KR20080046974A (ko) 알루미늄 압출재 제조 방법
JP5435266B2 (ja) 疲労強度，靭性及び光輝性に優れたアルマイト処理用アルミニウム合金展伸材及びその製造方法
AU2016211088A1 (en) Process for obtaining a low silicon aluminium alloy part
WO2017204576A1 (ko) 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법
KR20180129155A (ko) 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법
JP2003136198A (ja) 輸送機器用アルミニウム合金の半溶融成型ビレットの製造方法
JP3006446B2 (ja) 熱処理型薄肉アルミニウム押出し形材及びその製造方法
KR102563406B1 (ko) 2xxx계 알루미늄 합금 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right