KR102004603B1 - 고가공성 알루미늄 합금 - Google Patents

고가공성 알루미늄 합금 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고가공성 알루미늄 합금에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 드릴 가공시 탁월한 절삭 가공성, 홀 가공성 등을 나타내는 동시에 압출성, 표면조도, 치수정밀도, 강도, 내식성 등이 우수한 알루미늄 합금에 관한 것이다.

Description

고가공성 알루미늄 합금{Aluminium alloy having an excellent processibility}
본 발명은 고가공성 알루미늄 합금에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 드릴 가공시 탁월한 절삭 가공성, 홀 가공성 등을 나타내는 동시에 압출성, 표면조도, 치수정밀도, 강도, 내식성 등이 우수한 알루미늄 합금에 관한 것이다.
알루미늄 합금 중 6000계 합금군은 절삭 가공, 홀 가공 등의 공정을 많이 거쳐야 하는 용도로 사용되는 것으로 알려져 있다. 비열처리형 알루미늄 합금계인 1000, 3000, 5000계 등의 합금군은 강도가 낮거나 절삭성이 상대적으로 떨어져 복잡한 절삭이나 홀 가공은 지양하는 것이 일반적이다.
또한, 2000계 합금군은 절삭 가공성이 우수한 계열로 알려져 있으나 내식성이 떨어지는 문제가 있으며, 4000계 합금군은 압출 공정보다 단조 공정에 더 효과적인 합금계로 알려져 있다.
6000계 합금군은 금속간 화합물에 의한 강도 향상 효과로 상대적으로 높은 수준의 기계적 특성을 유지할 수 있고 절삭 가공을 통하여 다양한 형상의 제품을 만들 수 있는 장점이 있다.
그러나, 종래 6000계 알루미늄 합금은 드릴에 의한 홀 가공시 생성되는 드릴 칩이 길게 형성되기 때문에, 상기 드릴 칩이 홀 밖으로 용이하게 배출되지 않고 드릴날에 감겨 드릴 가공을 불가능하게 하는 문제가 있다. 따라서, 작업자가 주기적으로 드릴날에 감긴 드릴 칩을 제거해야 하는데, 이로써 제품 생산 효율이 크게 저하된다.
최근 알루미늄 합금의 절삭 가공성, 홀 가공성 등을 향상시키기 위한 방법으로 납(Pb), 주석(Sn) 등과 같은 저융점 합금 원소를 포함시켜 가공 중 생성되는 가공열에 의해 상기 저융점 합금 원소가 국부적으로 용융되어 가공시 발생하는 드릴 칩의 절단을 용이하게 함으로써 생성되는 드릴 칩의 길이를 감소시키는 방안이 제안되었다.
그러나, 알루미늄 합금에 납(Pb), 주석(Sn) 등과 같은 저융점 합금 원소를 포함시키는 경우 고온 취성이 유발될 소지가 있어 고신뢰도를 요구하는 환경에서 사용하기 어려운 한계가 있다.
한편, 알루미늄 합금에 고용 한도 이상의 합금 원소를 첨가하여 모상(parent phase) 중 제2상을 분산시켜 가공 중 제2상의 연쇄적 파단에 의해 드릴 칩의 길이를 감소시킴으로써 가공성을 향상시키는 방안이 제안되고 있으나, 과량으로 첨가된 합금원소에 의해 알루미늄 합금의 압출성, 표면조도, 치수정밀도 등이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 드릴 가공시 탁월한 절삭 가공성, 홀 가공성 등을 나타내는 동시에 압출성, 치수정밀도, 표면조도, 강도, 내식성 등이 우수한 알루미늄 합금이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 드릴 가공시 탁월한 절삭 가공성, 홀 가공성 등을 나타내는 고가공성 알루미늄 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 우수한 가공성을 보유함에도 불구하고 이와 상충관계에 있는 압출성, 치수정밀도, 표면조도 등도 우수한 고가공성 알루미늄 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
알루미늄 합금으로서, 합금원소로서 규소(Si), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 철(Fe) 및 망간(Mn)을 포함하고, 합금원소로서 1종 이상의 희토류 금속을 추가로 포함하고, 잔량부는 불가피한 불순물 및 알루미늄(Al)을 포함하며, 상기 알루미늄 합금의 압출재에서의 임의의 단위원의 면적 대비 상기 단위원 내에 포함되고 Mg2Si 석출물을 생성시키고 남은 잔여 규소의 석출물 또는 정출물로서 면적이 1 ㎛2 이상인 상기 잔여 규소의 석출물 또는 정출물들 전체의 면적의 비율인 석출물 또는 정출물 면적률이 0.5 내지 8.5%인, 고가공성 알루미늄 합금을 제공한다.
여기서, 상기 단위원 내에 포함된 상기 잔여 규소의 석출물 또는 정출물 각각과 동일한 면적을 갖는 원의 직경의 평균값인 석출물 또는 정출물의 평균직경이 1 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는, 고가공성 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 상기 알루미늄 합금의 압출재에 대해 300 내지 20,000 rpm의 회전속도 및 1 내지 10 mm/s의 선속도로 드릴 가공시 아래 수학식 1로 정의되는 가공성(Y)이 60% 이상인, 고가공성 알루미늄 합금을 제공한다.
[수학식 1]
Y(%)={(V-X)/V}×100
상기 수학식 1에서,
V는 가공된 총 체적에 해당하는 알루미늄 합금의 질량이고,
X는 가공 후 임의의 시점에서 드릴 날에 감긴 상태로 남아 있는 드릴 칩의 총 중량이다.
그리고, 상기 잔여 규소의 석출물 또는 정출물은 규소의 석출물 또는 정출물 및 규소 금속간 화합물의 석출물 또는 정출물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고가공성 알루미늄 합금을 제공한다.
여기서, 상기 규소 금속간 화합물은 규소-알루미늄 금속간 화합물, 규소-철-망간 금속간 화합물 및 규소-철-망간-크롬 금속간 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속간 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고가공성 알루미늄 합금을 제공한다.
한편, 상기 희토류 금속은 세륨(Ce) 및 란탄(La)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고가공성 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 상기 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로, Mg2Si 석출물의 함량이 0.3 내지 0.8 중량%이고, 상기 잔여 규소의 석출물의 함량이 0.7 내지 2.9 중량%인 것을 특징으로 하는, 고가공성 알루미늄 합금을 제공한다.
그리고, 상기 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로, 규소(Si)의 함량은 1.0 내지 3.0 중량%이고, 마그네슘(Mg)의 함량은 0.2 내지 0.5 중량%인 것을 특징으로 하는, 고가공성 알루미늄 합금을 제공한다.
여기서, 상기 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로, 망간(Mn)의 함량은 0.3 내지 1.1 중량%, 구리(Cu)의 함량은 0.1 내지 0.5 중량%, 철(Fe)의 함량은 0.1 내지 0.5 중량%, 크롬(Cr)의 함량은 0.05 내지 0.45 중량%, 희토류 금속의 함량은 원소 별로 0.01 내지 1.5 중량%이며, 희토류 금속의 총 중량은 0.01 내지 4.5 중량%인 것을 특징으로 하는, 고가공성 알루미늄 합금을 제공한다.
한편, 상기 알루미늄 합금의 압출재에 대해 측정한 표면조도(RZ)가 90 ㎛ 이하이거나, 표면조도(Ra)가 15 ㎛ 이하이거나, 표면조도(Rmax)가 200 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 고가공성 알루미늄 합금을 제공한다.
본 발명에 따른 고가공성 알루미늄 합금은 합금원소 및 모상에 분산된 특정 합금원소의 석출물 분포의 정밀한 제어를 통해 드릴 가공시 탁월한 절삭 가공성, 홀 가공성 등의 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 고가공성 알루미늄 합금은 가공성 향상을 위해 첨가되는 합금원소에 의한 압출성, 표면조도, 치수정밀도 등의 저하를 억제하는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1의 압출재에서 규소(Si) 석출물 또는 정출물 분포를 나타내는 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1의 압출재 표면 사진이다.
도 3은 비교예 ２의 압출재 표면 사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.
본 발명은 고가공성 알루미늄 합금에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고가공성 알루미늄 합금은 합금원소로서 규소(Si), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 철(Fe), 망간(Mn) 및 크롬(Cr)을 포함하고, 추가로 희토류 금속을 포함하며, 잔량부는 불가피한 불순물 및 알루미늄을 포함할 수 있다.
합금원소로서 규소(Si) 및 마그네슘(Mg)은 Mg2Si 석출물 형태로 알루미늄 합금의 강도를 향상시키고, Mg2Si 석출물 이외의 잔여 규소(Si)는 규소 또는 규소 금속간 화합물의 형태로 알루미늄 합금의 드릴에 의한 홀 가공성을 향상시킨다. 상기 잔여 규소(Si)로서 규소 금속간 화합물은 규소-알루미늄 금속간 화합물, 규소-철-망간 금속간 화합물, 규소-철-망간-크롬 금속간 화합물 등을 포함할 수 있다.
상기 규소(Si)는 Mg2Si 석출물을 생성시키고 남은 잔여 규소(Si)가 상기 알루미늄 합금의 압출 및 시효 이후 고용되지 않은 미세한 규소 또는 규소 금속간 화합물의 석출물 또는 정출물을 생성하고, 상기 미세한 규소 또는 규소 금속간 화합물 석출물 또는 정출물은 알루미늄 합금 내에서 파단점 역할을 수행하고 알루미늄 합금의 미세경도를 증가시키며 알루미늄 합금의 결정립 미세화를 통해 드릴에 의한 홀 가공시 생성되는 드릴 칩이 잘 끊어지도록 하는 칩 브레이킹(chip breaking) 특성을 향상시키고, 결과적으로 상기 드릴 칩의 길이를 감소시켜 상기 드릴 칩이 상기 홀로부터 용이하게 배출되도록 함으로써 상기 알루미늄 합금의 가공성을 향상시킬 수 있다.
특히, 상기 알루미늄 합금에서 임의의 단위원, 예를 들어 직경이 100 ㎛인 임의의 단위원의 면적 대비 상기 단위원 내에 포함되고 면적이 1 ㎛2 이상인 잔여 규소, 즉 규소 또는 규소 금속간 화합물의 석출물 또는 정출물들 전체의 면적의 비율인 석출물 또는 정출물 면적률이 0.5 내지 8.5%가 되도록, 바람직하게는 1.5 내지 8.5%가 되도록 상기 잔여 규소(Si)의 분포를 정밀하게 제어함으로써 알루미늄 합금의 드릴 가공시 탁월한 절삭 가공성, 홀 가공성 등의 우수한 효과를 유발할 수 있다.
여기서, 상기 잔여 규소(Si)의 석출물 또는 정출물 면적률이 0.5% 미만인 경우 상기 잔여 규소(Si)에 의한 파단점 제공, 미세경도 향상, 결정립 미세화 등의 효과가 불충분하여 결과적으로 알루미늄 합금의 드릴에 의한 홀 가공성이 크게 저하될 수 있으며, 8.5% 초과인 경우 압출성이 크게 저하되며, 표면 뜯김 등의 불량이 발생한다.
또한, 상기 알루미늄 합금에서의 임의의 단위원 내에 포함된 잔여 규소, 즉 규소 또는 규소 금속간 화합물의 석출물 또는 정출물들 각각과 동일한 면적을 갖는 원의 직경의 평균값인 석출물 또는 정출물 평균직경은 1 내지 20 ㎛일 수 있다. 상기 석출물 또는 정출물 평균직경이 1 ㎛ 미만이거나 20 ㎛ 초과인 경우 석출물 또는 정출물 간의 간격이 충분하게 가깝지 못하게 되며, 따라서 상기 잔여 규소(Si) 및 규소 화합물에 의한 파단이 연속적으로 이루어지기에 충분하지 못하여, 칩말림이 발생할 소지가 높아져 결과적으로 알루미늄 합금의 드릴에 의한 홀 가공성이 크게 저하될 수 있다.
예를 들어, 규소(Si)와 마그네슘(Mg)은 Mg2Si 석출물을 생성할 때 규소(Si):마그네슘(Mg)의 중량비가 약 1:1.7이므로, 상기 Mg2Si 석출물을 0.3 내지 0.8 중량%의 함량으로 생성시키고 상기 잔여 규소(Si)에 의한 규소 또는 규소 금속간 화합물 형태의 석출물을 0.7 내지 2.9 중량%의 함량으로 생성시키므로, 상기 규소(Si)의 첨가량은 약 1.0 내지 3.0 중량%이고, 상기 마그네슘(Mg)의 첨가량은 약 0.2 내지 0.5 중량%일 수 있다.
여기서, 상기 Mg2Si 석출물의 함량이 0.3 중량% 미만인 경우 알루미늄 합금의 강도 향상이 불충분할 수 있는 반면, 0.8 중량% 초과인 경우 다수의 미세 Mg2Si 상에 의하여 칩 브레이킹을 유도하는 가공 활로가 막혀 가공성이 크게 저하될 수 있다. 또한, 상기 잔여 규소(Si)의 함량이 0.7 중량% 미만인 경우 알루미늄 합금의 드릴에 의한 홀 가공성이 크게 저하될 수 있는 반면, 2.9 중량% 초과인 경우 알루미늄 합금의 압출성, 표면조도, 치수정밀도 등이 크게 저하될 수 있다.
상기 합금원소로서 망간(Mn)은 주조 중 알루미늄 합금에 고용되어 미세한 망간(Mn) 석출물을 생성시킨다. 상기 망간(Mn) 석출물은 상기 알루미늄 합금의 재결정 온도를 증가시키고 결정립 성장을 억제하는 효과가 있어 균질화 열처리 재결정을 억제하며, 압출 및 열간 가공 공정 중 변형 가공에 의한 응력 집중을 방지하며 변형에 대한 저항성을 높여 연신율과 가공성을 향상시킨다.
상기 망간(Mn)의 함량은 상기 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로 0.3 내지 1.1 중량%, 바람직하게는 0.3 내지 0.8 중량%일 수 있다. 상기 망간(Mn)의 함량이 0.3 중량% 미만인 경우 결정립 성장 억제 효과가 불충분하고, Al-Mn 금속간 화합물의 생성량이 충분하지 않아 상기 알루미늄 합금의 강도가 저하될 수 있는 반면, 1.1 중량% 초과인 경우 가공성 향상 효과는 더 이상 증가하지 않고 수렴하는 반면 압출성이 오히려 저하될 수 있다.
상기 합금원소로서 구리(Cu) 및 철(Fe)은 알루미늄 합금의 강도를 추가로 향상시킬 수 있다. 상기 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로, 상기 구리(Cu) 및 상기 철(Fe)의 함량은 각각 0.1 내지 0.5 중량%일 수 있다. 상기 구리(Cu) 및 상기 철(Fe)의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 알루미늄 합금의 강도 향상이 미미한 반면, 0.5 주량% 초과인 경우 구리(Cu) 및 철(Fe)은 규소(Si)와 결합하여 β-AlCuSi 석출물 및 다량의 β-AlFeSi 석출물을 생성시켜 상기 알루미늄 합금의 내식성을 떨어트려 제품으로서의 신뢰도를 크게 저하시킬 수 있다.
상기 합금원소로서 크롬(Cr)은 소량 첨가시 Al-Cr 금속간 화합물을 생성하고, 상기 Al-Cr 금속간 화합물은 드릴에 의한 상기 알루미늄 합금의 절삭 가공 또는 홀 가공에서 드릴 칩의 분산 기점으로 작용하여 상기 드릴 칩의 길이를 감소시킴으로써 상기 알루미늄 합금의 가공성을 향상시키며 강도를 추가로 향상시키는 효과도 있다.
상기 크롬(Cr)의 함량은 상기 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로 0.05 내지 0.45 중량%일 수 있고, 상기 크롬(Cr)의 함량이 0.05 중량% 미만인 경우 상기 알루미늄 합금의 가공성 향상 효과가 미미할 수 있는 반면, 0.45 중량% 초과인 경우 상기 알루미늄 합금의 결정립이 조대화되어 강도가 저하되고 압출성이 크게 저하될 수 있다.
상기 합금원소로서 희토류 금속은 일반적으로 니들(needle)상인 규소(Si)의 미세 석출물 또는 정출물의 입경이 구형으로 형성되도록 하고 규소(Si)의 미세 석출물 또는 정출물의 입경 사이즈를 제어하여 직경 1㎛ 이상의 석출물 또는 정출물의 평균 입경이 1 내지 20㎛가 되도록 하며, 규소(Si)의 미세 석출물 또는 정출물의 분포를 균일하게 제어하게 하여, 합금 내에서 규소(Si) 미세 석출물 또는 정출물의 파단점으로서의 기능을 충실히 수행할 수 있도록 하여, 결과적으로 드릴에 의한 상기 알루미늄 합금의 홀 가공시 생성되는 드릴 칩이 잘 끊어지도록 하는 칩 브레이킹(chip breaking) 특성을 극대화할 수 있다. 또한 규소(Si)의 미세 석출물 또는 정출물에 의하여 알루미늄 합금의 추가 경도 향상을 기대할 수 있다.
상기 희토류 금속은 예를 들어 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메슘(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 희토류 금속, 바람직하게는 세륨(Ce) 및 란탄(La)을 포함할 수 있고, 상기 희토류 금속의 함량은 상기 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로 각 원소 별로 0.01 내지 1.5 중량%이며 희토류 금속의 총 중량은 0.01 내지 4.5 중량%일 수 있다.
상기 희토류 금속의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우 상기 규소(Si)의 미세 석출물 또는 정출물의 형상, 입경, 분포 등의 조절 효과가 극히 미미한 반면, 4.5 중량% 초과인 경우 상기 알루미늄 합금의 압출성, 표면조도, 치수정밀도 등이 크게 저하될 수 있다.
본 발명자들은 앞서 기술한 바와 같은 합금원소의 조합 및 석출물 또는 정출물의 분포, 특히 규소(Si)와 마그네슘(Mg)으로부터 형성된 Mg2Si 이외의 규소 또는 규소 금속간 화합물의 석출물 또는 정출물의 분포를 정밀하게 제어함으로써 알루미늄 합금의 압출재에 대한 드릴 가공시(드릴 회전속도 : 300 내지 20,000 rpm, 드릴 선속도 : 1 내지 10 mm/s) 생성되는 드릴 칩의 길이가 일정 수준 이하로 짧게 제어할 수 있고, 결과적으로 상기 드릴 칩이 가공된 홀로부터 용이하게 배출되어 가공성이 크게 향상됨을 실험적으로 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
구체적으로, 본 발명에 따른 알루미늄 합금은 앞서 기술한 합금원소의 조합 및 석출물 또는 정출물의 분포를 통해 상기 알루미늄 합금의 압출재에 대한 드릴 가공시(드릴 회전속도 : 300 내지 20,000 rpm, 드릴 선속도 : 1 내지 10 mm/s) 아래 수학식 1로 정의되는 가공성(Y)이 60% 이상일 수 있다.
[수학식 1]
Y(%)={(V-X)/V}×100
상기 수학식 1에서,
V는 가공된 총 체적에 해당하는 알루미늄 합금의 질량이고,
X는 가공 후 임의의 시점에서 드릴 날에 감긴상태로 남아 있는 드릴 칩의 총 중량이다.
즉, 상기 수학식 1로 정의되는 가공성(Y)이 60% 미만인 경우 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 압출재에 대한 드릴 가공시 생성되는 드릴 칩의 길이가 일정 수준 이상으로 길어져 상기 드릴 칩이 가공된 홀로부터 용이하게 배출되지 못하고 드릴날에 감겨 드릴 가공성이 크게 저하된다.
나아가, 본원의 발명자들은 앞서 기술한 바와 같이 합금원소의 종류 및 함량을 정밀하게 제어하는 동시에 석출물 또는 정출물의 크기와 분포를 추가로 제어함으로써 압출재의 표면조도를 조절해 우수한 치수정밀도를 달성할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 알루미늄 합금에 대해 2 내지 20 m/min의 선속으로 10:1 내지 30:1의 압출비를 가지는 냉간 또는 열간 압출 가공을 수행함으로써 알루미늄 합금의 압출재를 형성하고, 규격 KS B 0601에 따라 상기 알루미늄 합금의 압출재에 대해 측정한 표면조도(RZ)가 90 ㎛ 이하이거나, 표면조도(Ra)가 15 ㎛ 이하이거나, 표면조도(Rmax)가 200 ㎛ 이하인 경우, 상기 알루미늄 합금의 압출재에 대한 우수한 치수정밀도를 달성할 수 있다.
본 발명에 따른 알루미늄 합금은 이의 압출재의 표면조도(RZ)가 90 ㎛ 초과이고, 표면조도(Ra)가 15 ㎛ 초과이며, 표면조도(Rmax)가 200 ㎛ 초과인 경우 상기 압출재의 치수정밀도가 현저히 저하될 수 있기 때문에, 상기 압출재가 이의 표면에 형성된 드릴 홀 등을 통해 다른 성형품과 결합되는 경우, 상기 압출재와 상기 다른 성형품의 접촉면이 밀착될 수 없어 상기 압출재와 상기 다른 성형품이 안정적으로 결합할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
참고로, 규격 KS B 0601에 기초하여 표면조도를 나타내는 표면거칠기 파라미터로서 RZ는 10점 평균 거칠기(ten point height)라고도 하며, 거칠기 단면 곡선에서 기준길이만큼 채취하여 단면곡선의 평균선과 평행한 임의직선(기준선)을 긋고 가장 높은 5개 산의 기준선으로부터의 거리의 평균값과 가장 낮은 5개 골의 기준선으로부터의 거리의 평균값과의 차이로 나타낸다.
또한, 규격 KS B 0601에 기초하여 표면조도를 나타내는 다른 표면거칠기 파라미터로서 Ra는 거칠기 단면 곡선에서 중심선으로부터 표면의 단면 곡선까지의 절대길이의 평균값으로 나타내고, Rmax는 최대 거칠기를 의미하며, 거칠기 단면 곡선에서 기준길이만큼 채취하여 단면곡선의 중심선과 평행하며 제일 높은 산과 제일 깊은 골을 접하는 두 평행선간의 거리로 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 압출재는 상기 알루미늄 합금을 빌렛(billet) 또는 로드(rod) 형태로 주조를 한 후 470 내지 560℃에서 4 내지 28시간 동안 균질화 열처리를 수행하고, 냉간 혹은 열간 압출 후 T6 열처리를 수행하며, 수냉 직후 6시간 이내에 160 내지 200℃의 열처리로에서 7 내지 14시간 동안 인공 시효 경화를 유도함으로써 제조될 수 있다.
[실시예]
1. 제조예
합금원소로서 규소(Si), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 철(Fe), 망간(Mn), 크롬(Cr) 및 세륨(Ce)을 포함하고, 잔량부는 불가피한 불순물 및 알루미늄을 포함하는 알루미늄 합금으로부터 아래 표 1에 나타난 석출물 분포를 갖는 알루미늄 압출재를 각각 제조했다.
잔여 규소의 면적률(%)
실시예 1 3.6
실시예 2 6.5
비교예 1 0.4
비교예 2 9.5
- 잔여 규소의 면적률은 제조한 알루미늄 합금의 압출재에 대한 SEM 사진(도 1)으로부터 직경이 100 ㎛인 단위원 내에 포함되고 면적이 1 ㎛2 이상인 잔여 규소의 석출물 및 정출물(도 1의 SEM 사진에서 백색으로 나타난 부분) 전체 면적의 상기 단위원 면적에 대한 비율이다.
2. 홀 가공성 및 압출 조도 평가
실시예 및 비교예 각각의 알루미늄 압출재에 대해 직경 15 mm의 드릴 날을 갖는 드릴을 이용하여 회전 속도 10,000 rpm 및 공구 선속도 5 mm/s로 홀 가공시 상기 수학식 1로 정의되는 가공성(Y)를 계산했고, 또한 압출재 표면에 대한 표면 조도인 압출 조도(Rz)를 계산했으며, 그 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.
가공성(%) 압출 조도(Rz)
실시예 1 78 22
실시예 2 82 43
비교예 1 51 16
비교예 2 80 압출 불량
(조도 측정 불가)
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 잔여 규소(Si)의 면적률이 0.5% 미만인 비교예 1의 알루미늄 합금은 석출물의 분포가 부적합하여 가공성(Y)이 60% 미만으로 측정되었고, 결과적으로 드릴에 대한 홀 가공성이 크게 저하된 것으로 확인되었다. 한편, 잔여 규소(Si)의 면적률이 8.5%를 초과하는 비교예 2의 알루미늄 합금은 가공성(Y)은 만족하였으나, 도 3에 나타난 바와 같이 압출성이 크게 저하되어 표면 조도의 측정이 불가하였다.
반면, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 알루미늄 합금은 도 1에 나타난 바와 같이 잔여 규소(Si)의 석출물 분포를 정밀하게 제어함으로써 가공성(Y)이 60% 이상으로 측정되어 드릴에 대한 홀 가공성이 우수한 것으로 확인되었고, 도 2에 나타난 바와 같이 압출성이 우수하여 압출재의 표면 조도인 압출 조도(Rz) 및 치수정밀도가 우수한 것으로 확인되었다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

Claims (10)

  1. 알루미늄 합금으로서,
    합금원소로서 규소(Si), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 철(Fe), 망간(Mn) 및 크롬(Cr)을 포함하고, 합금원소로서 1종 이상의 희토류 금속을 추가로 포함하고, 잔량부는 불가피한 불순물 및 알루미늄(Al)을 포함하며,
    상기 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로, 규소(Si)의 함량은 1.0 내지 3.0 중량%, 마그네슘(Mg)의 함량은 0.2 내지 0.5 중량%, 망간(Mn)의 함량은 0.3 내지 1.1 중량%, 구리(Cu)의 함량은 0.1 내지 0.5 중량%, 철(Fe)의 함량은 0.1 내지 0.5 중량%, 크롬(Cr)의 함량은 0.05 내지 0.45 중량%, 희토류 금속의 함량은 원소별로 각각 0.01 내지 1.5 중량%이며, 희토류 금속의 총 함량은 0.01 내지 4.5 중량%이고,
    상기 알루미늄 합금의 압출재에서의 임의의 단위원의 면적 대비 상기 단위원 내에 포함되고 Mg2Si 석출물을 생성시키고 남은 잔여 규소의 석출물 또는 정출물로서 면적이 1 ㎛2 이상인 상기 잔여 규소의 석출물 또는 정출물들 전체의 면적의 비율인 석출물 또는 정출물 면적률이 0.5 내지 8.5%인, 고가공성 알루미늄 합금.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단위원 내에 포함된 상기 잔여 규소의 석출물 또는 정출물 각각과 동일한 면적을 갖는 원의 직경의 평균값인 석출물 또는 정출물의 평균직경이 1 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는, 고가공성 알루미늄 합금.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금의 압출재에 대해 300 내지 20,000 rpm의 회전속도 및 1 내지 10 mm/s의 선속도로 드릴 가공시 아래 수학식 1로 정의되는 가공성(Y)이 60% 이상인 것을 특징으로 하는, 고가공성 알루미늄 합금.
    [수학식 1]
    Y(%)={(V-X)/V}×100
    상기 수학식 1에서,
    V는 가공된 총 체적에 해당하는 알루미늄 합금의 질량이고,
    X는 가공 후 임의의 시점에서 드릴 날에 감긴 상태로 남아 있는 드릴 칩의 총 중량이다.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 잔여 규소의 석출물 또는 정출물은 규소의 석출물 또는 정출물 및 규소 금속간 화합물의 석출물 또는 정출물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고가공성 알루미늄 합금.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 규소 금속간 화합물은 규소-알루미늄 금속간 화합물, 규소-철-망간 금속간 화합물 및 규소-철-망간-크롬 금속간 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속간 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고가공성 알루미늄 합금.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 희토류 금속은 세륨(Ce) 및 란탄(La)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고가공성 알루미늄 합금.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로, Mg2Si 석출물의 함량이 0.3 내지 0.8 중량%이고, 상기 잔여 규소의 석출물 또는 정출물의 함량이 0.7 내지 2.9 중량%인 것을 특징으로 하는, 고가공성 알루미늄 합금.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금의 압출재에 대해 측정한 표면조도(RZ)가 90 ㎛ 이하이거나, 표면조도(Ra)가 15 ㎛ 이하이거나, 표면조도(Rmax)가 200 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 고가공성 알루미늄 합금.
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