KR102200984B1 - 삽입 다이캐스팅법을 적용하기 위한 압출재 마그네슘 합금 및 그 제조 방법 - Google Patents

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    • C22F1/06—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of magnesium or alloys based thereon

Abstract

본 발명은, 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금, 압출재, 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금은, 6.0 wt% 초과 내지 8.5 wt% 이하 범위의 알루미늄(Al); 0.2 wt% 이상 내지 0.8 wt% 이하 범위의 아연(Zn); 0 wt% 초과 내지 1.0 wt% 이하 범위의 지르코늄(Zr); 0 wt% 초과 내지 0.3 wt% 이하 범위의 니켈(Ni); 0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 구리(Cu); 0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 망간(Mn); 0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 실리콘(Si); 0 wt% 초과 내지 0.1 wt% 이하 범위의 철(Fe); 및 잔부는 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함한다.

Description

삽입 다이캐스팅법을 적용하기 위한 압출재 마그네슘 합금 및 그 제조 방법{Magnesium alloy for insert die casting, extruded material, and method of manufacturing the same}
본 발명의 기술적 사상은 삽입 다이캐스팅법을 적용하기 위한 압출재 마그네슘 합금 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 스마트폰 등의 전기전자제품이 고사양, 슬림화 추세에 따른 사용자의 요구수준이 높아지고 있다. 특히, 스마트폰의 금속 프레임 외장부는 외관으로 드러나기 때문에, 우수한 외장품질이 요구되고 있다.
종래에는, 금속 프레임을 다이캐스팅을 이용하여 제조하고, 연마 가공 및 도장하여 금속 프레임 외장부를 제조하였다. 그런데 이러한 방법은 다이캐스팅 제품의 특성상 후속하는 공정에서 아노다이징 처리와 같은 표면처리를 거치더라도 우수한 외장품질을 구현하기 어려운 문제점이 있었다. 다른 방법으로서, 금속 프레임을 다이캐스팅을 대신하여 기계적 가공을 이용하여 제조하고, 아노다이징 표면처리함으로써 프레임 외장부의 외장품질을 증가시키려는 시도도 있다. 그러나, 기계적 가공 방법의 특성 상 금속프레임의 제조에 많은 시간과 비용이 소요되어 비경제적인 문제가 있다. 따라서 이동 단말기용 금속프레임의 제조가 용이하면서도 제품의 외장품질을 확보할 수 있는 새로운 기술에 대한 요구가 대두 되고 있다.
삽입 다이캐스팅(Insert Die Casting)법은 압출재 또는 인발재의 각 부분을 절곡시켜 프레임 외장부를 형성시키고, 형성된 외장부를 금형 내에 장입한 후, 그 금형 내부로 금속 용탕을 주입하여 다이캐스팅함으로서 프레임 내장부를 상기 프레임 외장부와 일체화시키는 방법이다. 이러한 방법은 원하는 외장 품질을 확보함과 동시에 비용을 감소시키는 기술로서 주목받고 있다. 이러한 삽입 다이캐스팅 기술을 적용하는 경우, 특히 외장부를 구성하는 금속 물질이 높은 강도를 가질 것이 요구되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 삽입 다이캐스팅법을 적용하기 위한 압출재 마그네슘 합금 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 삽입 다이캐스팅법을 적용하기 위한 압출재 마그네슘 합금은, 6.5 wt% 초과 내지 8.5 wt% 이하 범위의 알루미늄(Al); 0.2 wt% 이상 내지 0.8 wt% 이하 범위의 아연(Zn); 0 wt% 초과 내지 1.0 wt% 이하 범위의 지르코늄(Zr); 0 wt% 초과 내지 0.3 wt% 이하 범위의 니켈(Ni); 0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 구리(Cu); 0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 망간(Mn); 0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 실리콘(Si); 0 wt% 초과 내지 0.1 wt% 이하 범위의 철(Fe); 및 잔부는 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 알루미늄은 7.0 wt% 이상 내지 8.0 wt% 이하 범위를 가질 수 있고, 상기 아연은 0.3 wt% 이상 내지 0.6 wt% 이하 범위를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 압출은 20 내지 30 범위의 압출비, 300℃ 내지 400℃ 범위의 금형 온도, 및 50 cm/분 내지 70 cm/분 범위의 압출 속도를 이용하여 수행하고, 150℃ 내지 200℃ 범위의 온도에서 20 시간 내지 30 시간 동안 시효처리함으로써, 320 MPa 내지 400 MPa 범위의 인장 강도와 200 MPa 내지 300 MPa 범위의 항복 강도를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 압출은 22 내지 26 범위의 압출비 및 325℃ 내지 375℃ 범위의 금형 온도를 이용하여 수행할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 170℃ 내지 180℃ 범위의 온도에서 20 시간 내지 30 시간 동안 시효처리함으로써, 340 MPa 내지 400 MPa 범위의 인장 강도와 205 MPa 내지 300 MPa 범위의 항복 강도를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 180℃ 내지 190℃ 범위의 온도에서 20 시간 내지 30 시간 동안 시효처리함으로써, 350 MPa 내지 400 MPa 범위의 인장 강도와 240 MPa 내지 300 MPa 범위의 항복 강도를 가질 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 압출재의 제조 방법은, 용탕을 주조하여 마그네슘 합금을 제조하는 단계; 상기 마그네슘 합금을 압출하여 마그네슘 합금 압출재를 형성하는 단계; 상기 마그네슘 합금 압출재를 용체화하는 단계; 상기 마그네슘 합금 압출재를 냉각하는 단계; 및 상기 마그네슘 합금 압출재를 시효처리하는 단계;를 포함하고, 상기 마그네슘 합금은, 6.5 wt% 초과 내지 8.5 wt% 이하 범위의 알루미늄(Al); 0.2 wt% 이상 내지 0.8 wt% 이하 범위의 아연(Zn); 0 wt% 초과 내지 1.0 wt% 이하 범위의 지르코늄(Zr); 0 wt% 초과 내지 0.3 wt% 이하 범위의 니켈(Ni); 0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 구리(Cu); 0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 망간(Mn); 0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 실리콘(Si); 0 wt% 초과 내지 0.1 wt% 이하 범위의 철(Fe); 및 잔부는 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 및 압출재는 적절한 합금 설계 및 열처리 조건을 통하여 원하는 인장 강도, 항복 강도 및 연신율을 구현할 수 있다. 이러한 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 및 압출재는 스마트폰 등의 이동단말기와 같은 전자기기 프레임으로 제작할 때의 삽입 다이캐스팅 공법에 적용을 위한 적절한 형태로 압출을 하고, 조성 범위에 따른 열처리 실시예를 통해 고강도 이동단말기용 마그네슘 압출재를 구현할 수 있다. 가공성을 보완하면서 강도를 올리기 위해서 최적의 마그네슘 빌렛의 예열온도, 압출비, 압출속도 등을 적용한 후, 압출재의 조성에 걸맞는 적절한 열처리법을 통해 삽입 다이캐스팅 공법에 적합한 형태 및 강도, 연신율 등의 양호한 기계적 특성을 가지는 마그네슘 합금 압출재를 형성할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 압출재의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 발명의 기술적 사상은 삽입 다이캐스팅 기술 적용을 위한 마그네슘 소재에 대한 압출 및 열처리법에 관한 것이다.
마그네슘 합금은 가볍고 주조성이 뛰어난 장점이 있으나, 항복강도 및 인장강도가 낮기 때문에 응용범위가 제한되고 있다. 마그네슘 합금은 조성 및 열처리에 따라 인장강도를 증가시킬 수 있고, 다른 합금에 비해 가벼운 장점을 지니고 있으며, 높은 방열성능을 갖춰 비교적 열발생량이 많은 디스플레이 적용에 유리하며, 전자파 차폐특성, 절삭성, 진동감쇠능 및 표면의 외적 효과까지 우수한 소재이다.
현재의 마그네슘 합금의 다이캐스팅 공정을 통해 제작된 휴대폰 메탈 케이스의 국내 기술 수준은 인장강도 250MPa, 연신율 3%, 제품 두께 0.7mm에 미치는 수준이다. 산업체에서 이동단말기 프레임의 소재를 메탈로 적용하여, 알루미늄까지는 상용화가 되었으나, 마그네슘은 일반적으로 타 합금에 비해 비중이 가장 낮지만 가공성 방면에서는 알루미늄보다 낮아서 상용화가 늦어지고 있다. 현재, 가공용 마그네슘 합금의 원활한 가공을 위해서는 적어도 인장강도 250 MPa, 항복강도 250 MPa 수준을 요구한다.
본 발명의 일실시예에 따른 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금은, 0 wt% 초과 내지 8.5 wt% 이하 범위의 알루미늄(Al); 0.2 wt% 이상 내지 6.0 wt% 이하 범위의 아연(Zn); 0 wt% 초과 내지 1.0 wt% 이하 범위의 지르코늄(Zr); 0 wt% 초과 내지 0.3 wt% 이하 범위의 니켈(Ni); 0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 구리(Cu); 0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 망간(Mn); 0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 실리콘(Si); 0 wt% 초과 내지 0.1 wt% 이하 범위의 철(Fe); 및 잔부는 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함한다.
알루미늄(Al)은 마그네슘 합금의 유동성 향상에 기여할 뿐 아니라, 마그네슘(Mg)과 Mg-Al 강화용 석출상을 형성하여 강도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기와 같이 마그네슘 또는 알루미늄 원소와 각각의 석출상을 형성하여, 강도향상 및 주조성을 기대하기 위해 첨가할 수 있다. 다만, 첨가량이 과도하게 많을 경우에는 연성이 감소될 수 있다.
아연(Zn)을 마그네슘 합금에 소량 첨가하면 고용강화효과를 기대할 수 있다. 다만, 첨가량이 과도하게 많을 경우에는 조대 석출상 형성 및 편석으로 인해 강도와 연성 등의 기계적 물성이 감소될 수 있다.
지르코늄(Zr)은 마그네슘 합금에 첨가될 경우 응고 시 마그네슘 결정과 매우 유사한 결정격자를 갖는 초정 지르코늄이 형성되기 때문에, 초정 지르코늄에서의 불균일 핵생성을 통한 마그네슘의 결정립 미세화를 구현할 수 있다. 다만, 첨가량이 과도하게 많을 경우에는 지르코늄을 포함하는 이차상의 조대화로 인해 연신율이 저하될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금에서, 상기 알루미늄은 6.5 wt% 이상 내지 8.5 wt% 이하 범위를 가질 수 있고, 상기 아연은 0.2 wt% 이상 내지 0.8 wt% 이하 범위를 가질 수 있다. 또한, 상기 알루미늄은 7.0 wt% 이상 내지 8.0 wt% 이하 범위를 가질 수 있고, 상기 아연은 0.3 wt% 이상 내지 0.6 wt% 이하 범위를 가질 수 있다. 이러한 범위는 하기에 구체적인 실시예로서 설명하는 Mg-7.35Al-0.52Zn 합금에 대응할 수 있다.
상술한 마그네슘 합금들에서, 니켈(Ni), 구리(Cu), 망간(Mn), 실리콘(Si), 철(Fe), 또는 이들 모두는 의도적으로 첨가된 합금 성분일 수 있고, 또는 불가피한 불순물일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 압출재의 제조 방법(S100)을 도시하는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 압출재의 제조 방법(S100)은, 용탕을 주조하여 마그네슘 합금을 제조하는 단계(S110); 상기 마그네슘 합금을 압출하여 마그네슘 합금 압출재를 형성하는 단계(S120); 상기 마그네슘 합금 압출재를 용체화하는 단계(S130); 상기 마그네슘 합금 압출재를 냉각하는 단계(S140); 및 상기 마그네슘 합금 압출재를 시효처리하는 단계(S150);를 포함한다.
상기 용탕을 주조하여 마그네슘 합금을 제조하는 단계(S110)는 상술한 마그네슘 합금 조성을 만족하도록 각각의 원소를 용해한 용탕을 준비하고, 상기 용탕을 주조하여 마그네슘 합금 주조재를 형성한다. 주조 방법으로는 다양한 방법을 이용할 수 있고, 예를 들어 저압주조공법, 중력주조공법, 또는 이들의 조합을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 마그네슘 합금을 압출하여 마그네슘 합금 압출재를 형성하는 단계(S120)는, 예를 들어 20 내지 30 범위의 압출비, 예를 들어 22 내지 26 범위의 압출비로 압출을 수행하여 상기 압출재를 형성할 수 있다. 또한, 상기 압출재를 형성하기 위하여, 예를 들어 300℃ 내지 400℃ 범위의 금형 온도, 예를 들어 325℃ 내지 375℃ 범위의 금형 온도를 이용하여 상기 압출을 수행할 수 있다. 상기 압출은, 예를 들어 50 cm/분 내지 70 cm/분 범위의 압출 속도로 수행할 수 있다.
상기 마그네슘 합금 압출재를 용체화하는 단계(S130)는, 예를 들어 300℃ 내지 450℃ 범위의 온도에서 5 시간 내지 20 시간 동안 수행할 수 있다.
상기 마그네슘 합금 압출재를 냉각하는 단계(S140)는, 다양한 냉각 속도를 이용하여 수행할 수 있고, 예를 들어 1℃/시 내지 100℃/시 범위의 냉각 속도로 수행할 수 있다.
상기 마그네슘 합금 압출재를 시효처리하는 단계(S150)는, 예를 들어 150℃ 내지 200℃ 범위의 온도에서 20 시간 내지 30 시간 동안 수행할 수 있다. 또한, 170℃ 내지 180℃ 범위의 온도에서 20 시간 내지 30 시간 동안 수행될 수 있다.
또한, 상기 마그네슘 합금 압출재를 시효처리하는 단계(S150)는, 상술한 바와 같은 인공적으로 상승된 온도에서 시효 처리하기 전에, 상온에서, 예를 들어 20℃ 내지 30℃ 범위의 온도에서 자연시효하는 단계를 더 수행할 수 있다.
이하에 설명하는 실시예들을 통하여, 마그네슘 합금 압출재를 시효처리하는 경우 인장 강도와 항복 강도를 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 상술한 Mg-7.35Al-0.52Zn 합금에 대응되는 조성을 가지는 마그네슘 합금 압출재의 경우에는, 150℃ 내지 200℃ 범위의 온도에서 20 시간 내지 30 시간 동안 시효처리함으로써, 320 MPa 내지 400 MPa 범위의 인장 강도와 200 MPa 내지 300 MPa 범위의 항복 강도를 가질 수 있다. 또한, 170℃ 내지 180℃ 범위의 온도에서 20 시간 내지 30 시간 동안 시효처리함으로써, 340 MPa 내지 400 MPa 범위의 인장 강도와 205 MPa 내지 300 MPa 범위의 항복 강도를 가질 수 있다.
정리하면, 본 발명의 기술적 사상에 따른 마그네슘 합금 압출재는, 6.0 wt% 초과 내지 8.5 wt% 이하 범위의 알루미늄(Al); 0.2 wt% 이상 내지 0.8 wt% 이하 범위의 아연(Zn); 0 wt% 초과 내지 1.0 wt% 이하 범위의 지르코늄(Zr); 0 wt% 초과 내지 0.3 wt% 이하 범위의 니켈(Ni); 0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 구리(Cu); 0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 망간(Mn); 0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 실리콘(Si); 0 wt% 초과 내지 0.1 wt% 이하 범위의 철(Fe); 및 잔부는 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하고, 20 내지 30 범위의 압출비, 300℃ 내지 400℃ 범위의 금형 온도, 및 50 cm/분 내지 70 cm/분 범위의 압출 속도를 이용하여 압출을 수행하고, 150℃ 내지 200℃ 범위의 온도에서 20 시간 내지 30 시간 동안 시효처리함으로써, 320 MPa 내지 400 MPa 범위의 인장 강도와 200 MPa 내지 300 MPa 범위의 항복 강도를 가질 수 있다. 상기 압출은 22 내지 26 범위의 압출비 및 325℃ 내지 375℃ 범위의 금형 온도를 이용하여 수행할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 마그네슘 합금 압출재는, 상술한 조성으로 구성되고, 20 내지 30 범위의 압출비, 300℃ 내지 400℃ 범위의 금형 온도, 및 50 cm/분 내지 70 cm/분 범위의 압출 속도를 이용하여 압출을 수행하고, 170℃ 내지 180℃ 범위의 온도에서 20 시간 내지 30 시간 동안 시효처리함으로써, 340 MPa 내지 400 MPa 범위의 인장 강도와 205 MPa 내지 300 MPa 범위의 항복 강도를 가질 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 마그네슘 합금 압출재는, 상술한 조성으로 구성되고, 20 내지 30 범위의 압출비, 300℃ 내지 400℃ 범위의 금형 온도, 및 50 cm/분 내지 70 cm/분 범위의 압출 속도를 이용하여 압출을 수행하고, 180℃ 내지 190℃ 범위의 온도에서 20 시간 내지 30 시간 동안 시효처리함으로써, 350 MPa 내지 400 MPa 범위의 인장 강도와 240 MPa 내지 300 MPa 범위의 항복 강도를 가질 수 있다.
실험예
이하에서는, 본 발명의 기술적 사상에 따른 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 압출재에 대한 실험예를 설명하기로 한다.
본 실험예는 삽입 다이캐스팅법 적용을 위한 가공용 마그네슘 합금 개발을 위한 것으로서, 가공용 마그네슘 합금 개발은 휴대폰 메탈 케이스의 프레임 부분에 사용되는 소재에 대한 선정 및 특성 향상 연구이며, 이전에 수행했던 알루미늄 합금 케이스 개발에 적용하였던 삽입 다이캐스팅 공법에 적합한 형태 및 기계적 특성을 갖는 여러 조성의 마그네슘 합금을 설계하고, 압출과 열처리를 통해 연구를 진행하였다. 처음 고려된 AZ31 합금은 연구가 많이 진행된 합금이며, 압출과 열처리를 통하여 목적하는 기계적 특성을 만족하기에는 어렵다고 판단하여 다른 조성의 마그네슘 합금을 설계하였다.
목표 물성은 인장강도 270MPa, 항복강도 250MPa, 연신율 3%를 목적으로 한다. 또한, 상용 및 설계된 마그네슘 합금의 조직 제어를 통한 성형성 개선을 위한 것이다.
상기 마그네슘 합금은 8.0 wt% 이하의 알루미늄, 0.3 wt% 내지 5.5 wt% 범위의 아연, 0.9 wt% 이하의 지르코늄, 0.2 wt%의 구리, 0.18 wt% 이하의 망간, 0.11 wt% 이하의 실리콘, 0.07 wt% 이하의 철, 0.32 wt% 이하의 니켈, 잔부는 마그네슘 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 마그네슘 합금 빌렛을 사용하였다.
실험예로서 선택된 합금은 Mg-5.85Al-0.55Zn 합금, 및 Mg-7.35Al-0.52Zn 합금으로, 시효경화성이 우수하고 뛰어난 강성을 가지며 압출성이 우수한 가공재 합금으로써 압출성 및 시효경화성이 우수한 합금으로, 시효를 통한 2차상 형성에 의한 강도 향상을 구현하고자 하였다. 상기 합금은 항공기, 스포츠용품 등 높은 강도가 요구되는 구조재에 사용되는 마그네슘 합금이다.
상기 마그네슘 합금의 압출 조건은 24:1의 압출비, 350℃의 금형 온도, 350℃의 빌렛 온도, 60 cm/분의 압출 속도로 수행하였다.
알루미늄이 상대적으로 적은, 상기 Mg-5.85Al-0.55Zn 합금은 하기에 설명하는 바와 같이 여러 조건의 시효 후에도 인장강도 환산값이 196.8MPa로서 목표 인장강도 270MPa에 미치지 못하는 한계가 있었다. 따라서, 강화 원소인 알루미늄을 더 첨가하여 높은 강도를 가질 수 있는 합금인 Mg-7.35Al-0.52Zn 합금을 설계하였다.
삽입 다이캐스팅 공법에 적용하기 위한 단면형태를 갖는 Mg-7.35Al-0.52Zn 합금의 압출재는, 압출 후 자연시효 상태에서 309.6MPa의 인장강도와 14.2%의 연신율을 가졌으며, 자연시효 및 인공시효(예를 들어, 용체화 처리 415℃, 6 시간의 용체화 처리 및 185℃ 24 시간의 인공시효) 상태에서 361.4MPa의 인장강도와 7%의 연신율을 가짐으로써 목표 수치를 달성하였다.
표 1은 본 발명의 일실시예에 따른 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 압출재의 조성을 나타내는 표이다.
구분 화학성분(wt%)
Mg Al Si Mn Fe Ni Zn Cu Zr
비교예1
Mg-5.85Al-0.55Zn		 Bal 5.85 0.04 0.11 - 0.01 0.55 0.19 -
비교예2Mg-8.60Al-0.53Zn Bal 8.60 0.02 0.02 0.01 0.04 0.53 0.25 -
실시예1Mg-7.35Al-0.52Zn Bal 7.36 0.01 0.03 0.01 0.08 0.44 0.31 -
삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 압출재에 대하여, 시효 조건에 따른 비커스 경도 실험을 수행하고, 비커스 경도 수치를 이용하여 환산한 환산 인장 강도를 취득하였다.
비교예1인 Mg-5.85Al-0.55Zn의 경우에는, 415℃ 온도에서 6 시간 동안 용체화하고 급냉한 후, 175℃에서 시효 처리한 경우, 압출 직후에 비하여 환산 인장 강도가 모두 감소되었다. 즉, 시효 처리에 의한 인장 강도의 증가가 나타나지 않았다. 구체적으로, 압출 직후에는 218.2 MPa, 용체화 후에는 188.8 MPa, 용체화 후 6시간 시효한 후에는 193.0 MPa, 용체화 후 12시간 시효한 후에는 196.3 MPa, 용체화 후 24시간 시효한 후에는 187.5 MPa를 나타내었다. 따라서, 목표 인장 강도인 250 MPa에 도달하지 못하였다. 또한, 비교예2인 Mg-8.60Al-0.53Zn의 경우에도 환산 인장 강도가 모두 감소하여 목표 인장 강도인 250 MPa에 도달하지 못하였다. 구체적으로, 압출 직후에는 225.2 MPa, 용체화 후에는 200.3 MPa, 용체화 후 6시간 시효한 후에는 213.0 MPa, 용체화 후 12시간 시효한 후에는 216.3 MPa, 용체화 후 24시간 시효한 후에는 200.5 MPa를 나타내었다.
표 2는 본 발명의 일실시예에 따른 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 압출재의 환산 인장 강도를 나타내는 표이다. 상기 압출재는 실시예1인 Mg-7.35Al-0.52Zn의 조성을 가졌다.
용체화 415℃ + 급랭 +
시효 175℃		 용체화 415℃ + 급랭 +
시효 185℃
압출후 232.9 232.9
용체화 6시간 처리 후 194.7 196.0
용체화 + 시효 6시간 후 - 249.6
용체화 + 시효 12시간 후 - 256.8
용체화 + 시효 24시간 후 262.0 273.7
용체화 + 시효 36시간 후 267.9 272.1
용체화 + 시효 48시간 후 278.6 -
표 2를 참조하면, 용체화 처리 후 175℃에서의 시효시간이 증가할수록 강도가 증가하여 48시간 후에는 목표 인장강도인 270MPa 상회하였다. 그러나 48시간 이라는 긴 시간 동안 시효하는 것은 공업적으로 적절하지 않을 수 있다. 또한 시효온도를 185℃로 증가시켜 시효시간을 단축할 열처리 조건을 도출을 시도하였다. 이에 따라, 415℃에서 용체화 처리 후 185℃에서 24시간 시효 후에 최고 경도값 도달하였고, 환산 인장강도는 목표 인장강도인 270MPa 를 상회하였다.
미세조직을 분석하면, 압출된 상태에서 용체화 처리 후 시효를 거치면 Mg17Al12 이라는 강화상이 나타났다. 비교예1인 Mg-5.85Al-0.55Zn합금에서는 알루미늄이 충분하지 않아 시효를 통한 강화 효과가 두드러지지 않았으나, Al을 더 첨가한 실시예1인 Mg-7.35Al-0.52Zn 합금의 경우에는, 시효 처리후 Mg17Al12 상이 충분히 석출되어 시효강화 효과가 나타난 것으로 분석된다.
용체화 처리에서 과포화 고용체가 형성이 된 후, 시효를 거치면 불연속적 결정립계가 라멜라 구조로 성장한다. 용체화 후 급냉 과정에서 과포화 고용체가 골고루 분산된 형태가 되는 것으로 분석되며, 용체화 처리를 배제한 상태에서 시효만 할 경우에는 강화상이 골고루 분산되지 않아 이와 같은 강화효과를 나타내지 않는 것으로 분석된다.
표 3는 본 발명의 일실시예에 따른 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 압출재의 인장 강도, 항복 강도 및 연신율을 나타내는 표이다.
열처리 조건 인장강도
(MPa)		 항복강도
(MPa)
(0.2% 오프셋)		 연신율
(%)
Mg-7.35Al-0.52Zn 압출후 309.64 207.86 14.28
실시예3Mg-7.35Al-0.52Zn 415℃ 6시간 용체화 + 175℃ 24시간 시효 342.14 211.13 11.48
실시예4Mg-7.35Al-0.52Zn 415℃ 6시간 용체화 + 185℃ 24시간 시효 361.47 251.05 7.04
비교예3Mg-7.35Al-0.52Zn 415℃ 6시간 용체화 + 175℃ 15시간 시효 288.45 198.53 12.21
비교예4Mg-7.35Al-0.52Zn 415℃ 6시간 용체화 + 175℃ 36시간 시효 281.82 195.75 10.12
비교예5Mg-7.35Al-0.52Zn 415℃ 6시간 용체화 + 140℃ 24시간 시효 286.64 194.87 13.52
비교예6Mg-7.35Al-0.52Zn 415℃ 6시간 용체화 + 220℃ 24시간 시효 276.32 188.63 9.87
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 7.0 wt% 이상 내지 8.0 wt% 이하 범위의 알루미늄(Al);
    0.3 wt% 이상 내지 0.6 wt% 이하 범위의 아연(Zn);
    0 wt% 초과 내지 1.0 wt% 이하 범위의 지르코늄(Zr);
    0 wt% 초과 내지 0.3 wt% 이하 범위의 니켈(Ni);
    0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 구리(Cu);
    0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 망간(Mn);
    0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 실리콘(Si);
    0 wt% 초과 내지 0.1 wt% 이하 범위의 철(Fe); 및
    잔부는 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함한 마그네슘 합금에 압출을 수행하여 형성한, 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 압출재로써,
    상기 압출은 22 내지 26 범위의 압출비 및 325℃ 내지 375℃ 범위의 금형 온도 및 50 cm/분 내지 70 cm/분 범위의 압출 속도를 이용하여 수행하고,
    170℃ 내지 180℃ 범위의 온도에서 20 시간 내지 30 시간 동안 시효 처리함으로써,
    340 MPa 내지 400 MPa 범위의 인장 강도, 205 MPa 내지 300 MPa 범위의 항복 강도 및 11.48% 이상의 연신율을 가지는, 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 압출재.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 7.0 wt% 이상 내지 8.0 wt% 이하 범위의 알루미늄(Al);
    0.3 wt% 이상 내지 0.6 wt% 이하 범위의 아연(Zn);
    0 wt% 초과 내지 1.0 wt% 이하 범위의 지르코늄(Zr);
    0 wt% 초과 내지 0.3 wt% 이하 범위의 니켈(Ni);
    0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 구리(Cu);
    0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 망간(Mn);
    0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 실리콘(Si);
    0 wt% 초과 내지 0.1 wt% 이하 범위의 철(Fe); 및
    잔부는 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함한 마그네슘 합금에 압출을 수행하여 형성한, 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 압출재로써,
    상기 압출은 22 내지 26 범위의 압출비 및 325℃ 내지 375℃ 범위의 금형 온도 및 50 cm/분 내지 70 cm/분 범위의 압출 속도를 이용하여 수행하고,
    180℃ 내지 190℃ 범위의 온도에서 20 시간 내지 30 시간 동안 시효 처리함으로써,
    350 MPa 내지 400 MPa 범위의 인장 강도, 240 MPa 내지 300 MPa 범위의 항복 강도 및 7.04% 이상의 연신율을 가지는, 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 압출재.
  8. 용탕을 주조하여 마그네슘 합금을 제조하는 단계;
    상기 마그네슘 합금을 압출하여 마그네슘 합금 압출재를 형성하는 단계;
    상기 마그네슘 합금 압출재를 용체화하는 단계;
    상기 마그네슘 합금 압출재를 냉각하는 단계; 및
    상기 마그네슘 합금 압출재를 시효처리하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 마그네슘 합금은,
    7.0 wt% 이상 내지 8.0 wt% 이하 범위의 알루미늄(Al);
    0.3 wt% 이상 내지 0.6 wt% 이하 범위의 아연(Zn);
    0 wt% 초과 내지 1.0 wt% 이하 범위의 지르코늄(Zr);
    0 wt% 초과 내지 0.3 wt% 이하 범위의 니켈(Ni);
    0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 구리(Cu);
    0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 망간(Mn);
    0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 실리콘(Si);
    0 wt% 초과 내지 0.1 wt% 이하 범위의 철(Fe); 및
    잔부는 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하는 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 압출재의 제조 방법에 있어서,
    170℃ 내지 180℃ 범위의 온도에서 20 시간 내지 30 시간 동안 상기 시효 처리함으로써,
    340 MPa 내지 400 MPa 범위의 인장 강도, 205 MPa 내지 300 MPa 범위의 항복 강도 및 11.48% 이상의 연신율을 가지는, 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 압출재의 제조 방법.
  9. 용탕을 주조하여 마그네슘 합금을 제조하는 단계;
    상기 마그네슘 합금을 압출하여 마그네슘 합금 압출재를 형성하는 단계;
    상기 마그네슘 합금 압출재를 용체화하는 단계;
    상기 마그네슘 합금 압출재를 냉각하는 단계; 및
    상기 마그네슘 합금 압출재를 시효 처리하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 마그네슘 합금은,
    7.0 wt% 이상 내지 8.0 wt% 이하 범위의 알루미늄(Al);
    0.3 wt% 이상 내지 0.6 wt% 이하 범위의 아연(Zn);
    0 wt% 초과 내지 1.0 wt% 이하 범위의 지르코늄(Zr);
    0 wt% 초과 내지 0.3 wt% 이하 범위의 니켈(Ni);
    0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 구리(Cu);
    0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 망간(Mn);
    0 wt% 초과 내지 0.2 wt% 이하 범위의 실리콘(Si);
    0 wt% 초과 내지 0.1 wt% 이하 범위의 철(Fe); 및
    잔부는 마그네슘(Mg) 및 불가피한 불순물을 포함하는 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 압출재의 제조 방법에 있어서,
    180℃ 내지 190℃ 범위의 온도에서 20 시간 내지 30 시간 동안 시효 처리함으로써,
    350 MPa 내지 400 MPa 범위의 인장 강도, 240 MPa 내지 300 MPa 범위의 항복 강도 및 7.04% 이상의 연신율을 가지는, 삽입 다이캐스팅법 적용 마그네슘 합금 압출재의 제조 방법.
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