KR102407828B1 - Wrought magnesium alloys with high mechanical properties and method for preparing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2.0 내지 8.0 중량%의 비스무트(Bi); 0.5 내지 6.5 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금 압출재에 대한 것으로서, 상기 본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재는 Mg-Bi 2원계 합금에 알루미늄(Al)을 더 포함함으로써 압출 중에 동적 재결정이 촉진되어 얻어지는 균일하면서도 미세한 결정립으로 구성된 미세조직과 함께 압출 중에 석출되는 미세한 이차상(Mg3Bi2) 입자를 가져, 희토류 금속을 포함하지 않으면서도 기존의 마그네슘 압출재에 비해 크게 향상된 강도 및 연신율을 나타낸다. The present invention relates to bismuth (Bi) in an amount of 2.0 to 8.0% by weight; 0.5 to 6.5% by weight of aluminum (Al); Magnesium (Mg) balance; And it relates to a magnesium alloy extruded material containing unavoidable impurities, wherein the magnesium alloy extruded material according to the present invention further includes aluminum (Al) in the Mg-Bi binary alloy, thereby promoting dynamic recrystallization during extrusion to obtain uniform and fine grains. It has fine secondary phase (Mg 3 Bi 2 ) particles that are precipitated during extrusion together with the configured microstructure, and shows significantly improved strength and elongation compared to conventional magnesium extrusion materials without containing rare earth metals.

Description

고물성 마그네슘 합금 가공재 및 그 제조방법{WROUGHT MAGNESIUM ALLOYS WITH HIGH MECHANICAL PROPERTIES AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}High physical properties magnesium alloy processing material and manufacturing method thereof

본 발명은 마그네슘 합금 가공재 및 이의 제조방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 고가의 희토류 금속을 포함하지 않으면서도 종래의 상용 마그네슘 압출재의 단점인 낮은 기계적 특성을 극복한 고물성 마그네슘 합금 가공재 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a magnesium alloy processed material and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a magnesium alloy processed material with high physical properties and a method for manufacturing the same, which overcomes low mechanical properties, which is a disadvantage of conventional commercial magnesium extrusion materials, without including expensive rare earth metals. is about

국제적인 환경 규제가 점점 강화됨에 따라 이산화탄소 배출량이 적고 연비가 우수한 경량 차량이 자동차 산업의 주요 초점이 되었다. As international environmental regulations become increasingly stringent, lightweight vehicles with low carbon dioxide emissions and excellent fuel efficiency have become a major focus of the automobile industry.

그에 따라, 다른 구조재료용 금속에 비해 현저히 낮은 밀도를 가지는 마그네슘 (Mg: 1.738 g/㎤, Fe: 7.874 g/㎤, Ti: 4.506 g/㎤ 및 Al: 2.70 g/㎤)을 기반으로 하는 마그네슘 합금이 자동차 경량화를 위한 소재로서 산업계에서 상당한 관심을 끌고 있다. Accordingly, magnesium-based magnesium (Mg: 1.738 g/cm 3 , Fe: 7.874 g/cm 3 , Ti: 4.506 g/cm 3 and Al: 2.70 g/cm 3 ) has a significantly lower density compared to other structural material metals. Alloys are attracting considerable interest in the industry as a material for reducing the weight of automobiles.

한편, 마그네슘 합금에 대한 기존의 연구는 마그네슘의 우수한 주조성에 기초해 자동차 엔진이나 기어부품 등에 적용하기 위한 주조용 마그네슘 합금에 치중되어 있었으나, 마그네슘 합금 주조재는 주조결함을 가짐에 따라 보다 우수한 기계적 성질을 얻기 위해 압출, 압연, 단조 등의 소성 가공 공정을 통하여 얻어지는 마그네슘 합금 가공재에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. On the other hand, existing research on magnesium alloys has focused on magnesium alloys for casting to be applied to automobile engines and gear parts based on the excellent castability of magnesium, but magnesium alloy castings have better mechanical properties as they have casting defects. In order to obtain this, studies on magnesium alloy processed materials obtained through plastic working processes such as extrusion, rolling, and forging are being actively conducted.

특히, 마그네슘 합금 압출재는 주조재에 비해 뛰어난 기계적 특성을 나타내 범퍼 빔, 라디에이터 지지대, 엔진 크래들 및 서브 프레임 등의 자동차 바디 및 섀시 구성 요소에 사용하기에 적합하다. In particular, magnesium alloy extruded materials exhibit superior mechanical properties compared to cast materials, making them suitable for use in automobile body and chassis components such as bumper beams, radiator supports, engine cradles and subframes.

하지만, 마그네슘 합금 압출재는 알루미늄 합금 압출재에 비해 낮은 강도와 높은 가격은 마그네슘 합금 압출재를 자동차 산업 등 광범위하게 적용하는데 여전히 큰 장애가 되고 있다. However, the low strength and high price of the magnesium alloy extruded material compared to the aluminum alloy extruded material is still a major obstacle to the wide application of the magnesium alloy extruded material in the automobile industry and the like.

한국 등록특허 제10-0994812호 (등록일: 2010.11.10)Korean Patent Registration No. 10-0994812 (Registration Date: 2010.11.10) 한국 공개특허 제10-2012-0095184호 (공개일: 2012.08.28)Korean Patent Publication No. 10-2012-0095184 (published on August 28, 2012)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 합금 원소로서 고가의 희토류 원소를 포함하지 않으면서도 종래 낮은 기계적 특성(강도, 연신율)으로 인해 산업계 적용 확대에 어려움이 있었던 종래의 마그네슘 압출재에 비해 현저히 향상된 기계적 물성을 가지는 신규한 마그네슘 합금 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. The technical problem to be solved by the present invention is significantly improved mechanical properties compared to the conventional magnesium extruded material, which has difficulty in expanding industrial applications due to conventional low mechanical properties (strength, elongation) without including expensive rare earth elements as alloy elements It is to provide a novel magnesium alloy having a and a method for manufacturing the same.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 2.0 내지 8.0 중량%의 비스무트(Bi); 0.5 내지 6.5 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금 압출재를 제공한다.In order to achieve the technical problem as described above, the present invention provides 2.0 to 8.0 wt% of bismuth (Bi); 0.5 to 6.5% by weight of aluminum (Al); Magnesium (Mg) balance; And it provides a magnesium alloy extruded material containing unavoidable impurities.

상기 마그네슘 합금 압출재는 합금 원소로서 희토류 금속(rare-earth metal)을 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.The magnesium alloy extruded material is characterized in that it does not contain a rare-earth metal as an alloying element.

또한, 상기 마그네슘 합금 압출재는 이차상(second phase)으로 Mg3Bi2 석출 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the magnesium alloy extruded material is characterized in that it comprises Mg 3 Bi 2 precipitated particles as a secondary phase (second phase).

또한, 상기 마그네슘 합금 압출재는 3.0 내지 7.0 중량%의 비스무트(Bi); 2.0 내지 6.0 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하며, 최대인장강도(ultimate tensile strength, UTS) × 연신율(elongation) 값이 4000 MPa·% 이상인 것을 특징으로 한다.In addition, the magnesium alloy extruded material is 3.0 to 7.0% by weight of bismuth (Bi); 2.0 to 6.0% by weight of aluminum (Al); Magnesium (Mg) balance; and unavoidable impurities, wherein the ultimate tensile strength (UTS) × elongation value is 4000 MPa·% or more.

또한, 상기 마그네슘 합금 압출재는 5.0 중량%의 비스무트(Bi); 6.0 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하며, 최대인장강도(ultimate tensile strength, UTS) × 연신율(elongation) 값이 5792 MPa·%인 것을 특징으로 한다.In addition, the magnesium alloy extruded material is 5.0% by weight of bismuth (Bi); 6.0% by weight of aluminum (Al); Magnesium (Mg) balance; and unavoidable impurities, wherein the ultimate tensile strength (UTS) × elongation value is 5792 MPa·%.

그리고, 본 발명은 발명의 다른 측면에서, 상기 마그네슘 합금 압출재의 제조방법으로서 (a) 2.0 내지 8.0 중량%의 비스무트(Bi); 0.5 내지 6.5 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금의 용탕을 주조하여 마그네슘 합금 빌렛을 제조하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 제조된 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리하고 냉각하는 단계; 및 (c) 상기 단계 (b)에서 균질화 열처리된 마그네슘 합금 빌렛을 압출하는 단계;를 포함하는 마그네슘 합금 압출재의 제조방법을 제공한다.And, in another aspect of the present invention, as a method for manufacturing the magnesium alloy extruded material, (a) 2.0 to 8.0 wt% of bismuth (Bi); 0.5 to 6.5% by weight of aluminum (Al); Magnesium (Mg) balance; and manufacturing a magnesium alloy billet by casting a molten magnesium alloy containing unavoidable impurities; (b) homogenizing heat treatment and cooling the magnesium alloy billet prepared in step (a); And (c) extruding the homogenized heat-treated magnesium alloy billet in step (b); provides a method of manufacturing a magnesium alloy extruded material comprising a.

이때, 상기 단계 (a)에서 2.0 내지 8.0 중량%의 비스무트(Bi); 0.5 내지 6.5 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금의 용탕을 670 ~ 770 oC에서 20분간 유지한 후 주조하여 마그네슘 합금 빌렛을 제조하는 것을 특징으로 한다.In this case, in step (a), 2.0 to 8.0 wt% of bismuth (Bi); 0.5 to 6.5% by weight of aluminum (Al); Magnesium (Mg) balance; and maintaining a molten magnesium alloy containing unavoidable impurities at 670 to 770 o C for 20 minutes and then casting to prepare a magnesium alloy billet.

또한, 상기 단계 (b)에서 마그네슘 합금 빌렛을 350 ~ 550 oC에서 0.5 ~ 72시간 동안 균질화 열처리를 수행한 후 수냉을 하는 것을 특징으로 한다.In addition, in step (b), the magnesium alloy billet is subjected to a homogenization heat treatment at 350 to 550 o C for 0.5 to 72 hours, followed by water cooling.

또한, 상기 단계 (c)에서 균질화 열처리된 빌렛을 200 ~ 450 oC에서 예열한 후 압출하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the extruded after preheating the billet homogenized heat treatment in step (c) at 200 ~ 450 o C.

본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재는 Mg-Bi 2원계 합금에 알루미늄(Al)을 더 포함함으로써 압출 중에 동적 재결정이 촉진되어 얻어지는 균일하면서도 미세한 결정립으로 구성된 미세조직과 압출 중에 석출되는 이차상(Mg3Bi2) 입자를 가져, 희토류 금속을 포함하지 않으면서도 기존의 마그네슘 압출재에 비해 크게 향상된 강도 및 연신율을 나타낸다. The magnesium alloy extruded material according to the present invention further includes aluminum (Al) in the Mg - Bi binary alloy, thereby promoting dynamic recrystallization during extrusion. 2 ) By having particles, it exhibits significantly improved strength and elongation compared to conventional magnesium extruded materials without including rare earth metals.

도 1은 비교예 2, 실시예 5 및 실시예 8 각각에서 제조된 마그네슘 합금 압출재의 표면부, 1/4 부분 및 중심부에서의 동적 재결정(dynamic recrystallization, DRX) 분율의 변화를 측정한 결과이다.
도 2는 비교예 2, 실시예 5 및 실시예 8 각각에서 제조된 마그네슘 합금 압출재의 표면부(S), 1/4 부분(Q) 및 중심부(C)에서의 전자후방산란회절(electron backscatter diffraction)법으로 측정한 역극점도지도(inverse pole figure map)이다(d DRX : 동적 재결정된 결정립의 평균 입경, d unDRX: 동적 재결정되지 않은 결정립의 평균 입경).
도 3은 실시예 5 및 실시예 8 각각에서 제조된 마그네슘 합금 압출재의 중심부(C)에 대한 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 비교예 2, 실시예 5 및 실시예 8 각각에서 제조된 마그네슘 합금 압출재의 인장 응력-변형률 그래프이다.
1 is a result of measuring the change in the dynamic recrystallization (dynamic recrystallization, DRX) fraction in the surface portion, 1/4 portion, and the center of the magnesium alloy extruded material prepared in Comparative Examples 2, 5 and 8, respectively.
2 is an electron backscatter diffraction (electron backscatter diffraction) in the surface portion (S), 1/4 portion (Q) and the center (C) of the magnesium alloy extruded material prepared in Comparative Example 2, Example 5 and Example 8, respectively. This is an inverse pole figure map measured by the ) method ( d DRX : average grain size of dynamically recrystallized grains, d unDRX : average grain size of non-dynamic recrystallized grains).
3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the central portion (C) of the magnesium alloy extruded material prepared in Examples 5 and 8, respectively.
4 is a tensile stress-strain graph of the magnesium alloy extruded material prepared in Comparative Example 2, Example 5, and Example 8, respectively.

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 describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

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.Since the embodiment according to the concept of the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiment according to the concept of the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in 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 used only to describe specific embodiments, and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof exists, and includes one or more other features or numbers. , it is to be understood that it does not preclude the possibility of the existence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재는 2.0 내지 8.0 중량%의 비스무트(Bi); 0.5 내지 6.5 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금을 압출해 제조된다. The magnesium alloy extruded material according to the present invention includes 2.0 to 8.0 wt% of bismuth (Bi); 0.5 to 6.5% by weight of aluminum (Al); Magnesium (Mg) balance; And it is manufactured by extruding a magnesium alloy containing unavoidable impurities.

본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재에 있어서 상기와 같이 합금 조성을 한정한 이유는 다음과 같다. The reason for limiting the alloy composition as described above in the magnesium alloy extruded material according to the present invention is as follows.

비스무트(Bi)Bismuth (Bi)

비스무트(Bi)는 마그네슘 합금에 첨가되어 고온 압출과 석출 강화에 유리한 조건을 가질 수 있다. Bi의 최대 고용한도가 551 ℃에서 9%로 높고, Bi 첨가로 형성되는 이차상 Mg3Bi2의 융점은 823 ℃로 고온에서 안정한 상이 형성되어 열간 압출 중 발달하는 미세조직과 최종 압출재의 기계적 물성을 개선할 수 있다. Bismuth (Bi) may be added to the magnesium alloy to have favorable conditions for high-temperature extrusion and precipitation strengthening. The maximum solid solution limit of Bi is as high as 9% at 551 ℃, and the melting point of the secondary phase Mg 3 Bi 2 formed by adding Bi is 823 ℃. can be improved

본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재에 포함되는 비스무트의 함량이 2.0 중량% 미만인 경우 고용된 Bi 용질 원자의 부족으로 인해 압출 후 석출 강화 효과를 효과적으로 나타낼 수 없어 최종 압출재의 강도가 낮고, 8.0 중량%를 초과하는 경우에는 균질화 열처리 이후 잔존하는 조대한 Mg3Bi2 분산상이 최종 압출재에 잔존하여 인장 시험 시 조기 파괴의 원인이 될 수 있어 바람직하지 못하다. When the content of bismuth contained in the magnesium alloy extruded material according to the present invention is less than 2.0 wt%, the precipitation strengthening effect cannot be effectively exhibited after extrusion due to the lack of dissolved Bi solute atoms, so the strength of the final extruded material is low and exceeds 8.0 wt% In this case, the coarse Mg 3 Bi 2 dispersed phase remaining after the homogenization heat treatment remains in the final extruded material, which is not preferable because it may cause premature failure during the tensile test.

따라서, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재는 Bi를 2.0 내지 8.0 중량%의 범위로 포함하는 것이 바람직하다.Accordingly, the magnesium alloy extruded material according to the present invention preferably includes Bi in an amount of 2.0 to 8.0 wt%.

알루미늄(Al)Aluminum (Al)

알루미늄(Al)은 Mg-Bi 합금에 첨가되어 마그네슘 합금의 물성을 향상시키는 원소이다. Aluminum (Al) is an element added to the Mg-Bi alloy to improve the physical properties of the magnesium alloy.

본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재에 포함되는 알루미늄의 함량이 0.5 중량% 미만인 경우 동적 재결정을 촉진시키기 위한 충분한 양이 되지 않아 압출 후 결정립의 크기가 균일하지 못하고 조대한 초기 결정립으로 인해 강도 증가 및 연성 증가 효과를 기대하기 어렵다. 반면, 6.5 중량%를 초과하는 경우에는 주조 중 응고과정에서 형성되는 조대한 Mg17Al12 상이 균질화 열처리시 완전히 고용되지 못하고 압출 후 최종 소재 내에 존재하게 되고, 이러한 조대한 상은 인장 시험 시 조기 파괴의 원인이 될 수 있어 바람직하지 못하다. When the content of aluminum contained in the magnesium alloy extruded material according to the present invention is less than 0.5% by weight, the amount is not sufficient to promote dynamic recrystallization, so the size of the grains after extrusion is not uniform and the strength and ductility increase due to coarse initial grains It is difficult to expect the effect. On the other hand, when it exceeds 6.5 wt%, the coarse Mg 17 Al 12 phase formed during the solidification process during casting is not completely dissolved during homogenization heat treatment and is present in the final material after extrusion. It can be a cause and is not recommended.

따라서, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재는 Al을 0.5 내지 6.5 중량%의 범위로 포함하는 것이 바람직하다.Accordingly, the magnesium alloy extruded material according to the present invention preferably contains Al in the range of 0.5 to 6.5 wt%.

기타 불가피한 불순물Other unavoidable impurities

본 발명에 따른 마그네슘 압출재에는 합금의 원료 또는 제조과정에서 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함할 수 있으며, 이러한 불순물 중에서도 특히, Fe, Cu 및 Ni은 마그네슘 합금의 내식성을 악화시키는 역할을 하는 성분이다. 따라서, Fe의 함량은 0.004 중량% 이하, Cu의 함량은 0.005 중량% 이하, Ni의 함량은 0.001 중량% 이하를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.The magnesium extruded material according to the present invention may contain impurities that are unavoidably mixed in the raw material of the alloy or in the manufacturing process, and among these impurities, Fe, Cu and Ni are components that play a role in worsening the corrosion resistance of the magnesium alloy. Accordingly, it is preferable to maintain the Fe content of 0.004 wt% or less, the Cu content of 0.005 wt% or less, and the Ni content of 0.001 wt% or less.

나아가, 본 발명에 따른 마그네슘 압출재는 전술한 Bi 및 Al 외에 필요에 따라 1종 이상의 합금 원소를 더 포함할 수 있으며, 이와 같은 추가 합금 원소로는 대표적으로 아래와 같이 주석(Sn), 아연(Zn), 망간(Mn), 칼슘(Ca) 등을 들 수 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. Furthermore, the magnesium extruded material according to the present invention may further include one or more alloying elements as necessary in addition to the aforementioned Bi and Al, and such additional alloying elements are typically tin (Sn) and zinc (Zn) as follows. , manganese (Mn), calcium (Ca), and the like, but is not necessarily limited thereto.

주석(Sn)Tin (Sn)

주석(Sn)은 마그네슘 기 내에서의 최대 고용량이 561 ℃에서 14.5 중량%로서, 1.0 중량% 이상 첨가시 열처리를 통하여 미세한 Mg2Sn 석출상을 형성시켜 시효강화 거동을 나타낸다. Tin (Sn) exhibits an aging strengthening behavior by forming a fine Mg 2 Sn precipitation phase through heat treatment when the maximum amount of tin (Sn) in the magnesium group is 14.5 wt % at 561 ° C., and when 1.0 wt % or more is added.

마그네슘 합금에 Sn을 1.0 중량% 미만으로 첨가할 경우, 석출 강화 현상을 사실상 기대할 수 없으며, 3.0 중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 주조 시 형성된 조대한 Mg2Sn 상의 분율이 과도하여 이를 열처리를 통해 충분히 제거하기 어려우며 가공열처리 이후에도 이러한 조대한 입자가 상당량 조직 내부에 존재하여 기계적 성질의 저하를 초래할 수 있다. When Sn is added to the magnesium alloy in an amount of less than 1.0% by weight, precipitation strengthening phenomenon cannot be expected, and when added in excess of 3.0% by weight, the fraction of the coarse Mg 2 Sn phase formed during casting is excessive, It is difficult to sufficiently remove, and even after processing heat treatment, a significant amount of these coarse particles are present in the tissue, which may lead to deterioration of mechanical properties.

따라서, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재가 Sn을 포함할 경우에는 1.0 내지 3.0 중량%의 범위로 포함하는 것이 바람직하다.Therefore, when the magnesium alloy extruded material according to the present invention includes Sn, it is preferably included in the range of 1.0 to 3.0 wt%.

아연(Zn)Zinc (Zn)

아연(Zn)은 알루미늄과 마찬가지로 고용 강화 및 석출 강화를 통해 마그네슘 합금의 강도 증가에 기여하는 역할을 한다. Like aluminum, zinc (Zn) plays a role in increasing the strength of magnesium alloys through solid solution strengthening and precipitation strengthening.

아연을 0.1 중량% 미만으로 첨가할 경우에는 강도 증가 효과를 기대할 수 없으며, 3.5 중량%를 초과하여 첨가할 경우 마이크로 갈바닉 부식이 촉진될 수 있어 압출재의 내부식성이 저하될 수 있다. When zinc is added in an amount of less than 0.1% by weight, an effect of increasing strength cannot be expected, and when zinc is added in an amount exceeding 3.5% by weight, microgalvanic corrosion may be promoted, and the corrosion resistance of the extruded material may be reduced.

따라서, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재가 Zn을 포함할 경우에는 0.1 내지 3.5 중량%의 범위로 포함하는 것이 바람직하다.Therefore, when the magnesium alloy extruded material according to the present invention contains Zn, it is preferably included in the range of 0.1 to 3.5 wt%.

망간(Mn)Manganese (Mn)

망간(Mn)은 고용 강화 뿐 아니라 알루미늄(Al)과 결합하여 다양한 분산입자를 형성하여 합금의 강도 증가에 기여하며 또한 합금의 내식성을 향상시키는 효과도 얻을 수 있다. Manganese (Mn) not only strengthens the solid solution but also forms various dispersed particles by combining with aluminum (Al), thereby contributing to an increase in the strength of the alloy and improving the corrosion resistance of the alloy.

마그네슘 합금에 망간(Mn)을 0.05 중량% 미만으로 첨가할 경우 이러한 효과를 기대하기 힘들며, 1.5 중량%를 초과하여 첨가할 경우 750 ℃ 이하의 온도에서 용탕 내 조대한 망간(Mn) 입자가 형성되어 합금의 기계적 성질의 저하를 초래하게 된다. When manganese (Mn) is added to the magnesium alloy in an amount of less than 0.05 wt%, it is difficult to expect this effect. This results in deterioration of the mechanical properties of the alloy.

따라서, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재가 Mn을 포함할 경우에는 0.0 5 내지 1.5 중량%의 범위로 포함하는 것이 바람직하다.Therefore, when the magnesium alloy extruded material according to the present invention contains Mn, it is preferably included in the range of 0.0 5 to 1.5 wt %.

칼슘(Ca)Calcium (Ca)

칼슘(Ca)은 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. Calcium (Ca) forms a Mg-Al-Ca intermetallic compound in the magnesium alloy containing aluminum to improve strength and heat resistance, and forms a thin and dense CaO oxide layer on the surface of the molten metal to inhibit oxidation of the magnesium alloy. improve the fire resistance of

칼슘을 0.05 중량% 미만으로 첨가할 경우 발화 저항성 향상 효과가 크지 않고, 2.0 중량%를 초과할 경우 용탕의 주조성이 떨어지고 열간 균열(hot cracking)이 발생하며, 금형과의 점착성(die sticking)이 증가하며 연신율이 크게 떨어지는 등의 문제가 있고, 압출 공정의 경우 압출 하중이 크게 증가하여 표면 균열 발생하는 문제가 있다. When calcium is added in an amount of less than 0.05% by weight, the effect of improving the ignition resistance is not great, and when it exceeds 2.0% by weight, the castability of the molten metal is deteriorated, hot cracking occurs, and the die sticking with the mold is reduced. As it increases, there is a problem such as a large decrease in elongation, and in the case of an extrusion process, there is a problem in that the extrusion load is greatly increased and surface cracks occur.

따라서, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재가 Ca을 포함할 경우에는 0.05 내지 2.0 중량%의 범위로 포함하는 것이 바람직하다.Therefore, when the magnesium alloy extruded material according to the present invention contains Ca, it is preferably included in the range of 0.05 to 2.0 wt%.

상기와 같은 고물성 마그네슘 합금 압출재를 제조하기 위해서, 본 발명에서는 (a) 2.0 내지 8.0 중량%의 비스무트(Bi); 0.5 내지 6.5 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금의 용탕을 주조하여 마그네슘 합금 빌렛을 제조하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 제조된 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리하고 냉각하는 단계; 및 (c) 상기 단계 (b)에서 균질화 열처리된 마그네슘 합금 빌렛을 압출하는 단계;를 포함하는 마그네슘 합금 압출재의 제조방법을 제공한다.In order to prepare the extruded material of high physical properties magnesium alloy as described above, in the present invention, (a) 2.0 to 8.0 wt% of bismuth (Bi); 0.5 to 6.5% by weight of aluminum (Al); Magnesium (Mg) balance; and casting a molten magnesium alloy containing unavoidable impurities to prepare a magnesium alloy billet; (b) homogenizing heat treatment and cooling the magnesium alloy billet prepared in step (a); and (c) extruding the magnesium alloy billet that has been homogenized and heat treated in step (b).

상기 단계 (a)에서는 2.0 내지 8.0 중량%의 비스무트(Bi); 0.5 내지 6.5 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 제조한 후 이를 예열된 금속 몰드에 주입하여 빌렛을 주조할 수 있다. In step (a), 2.0 to 8.0 wt% of bismuth (Bi); 0.5 to 6.5% by weight of aluminum (Al); Magnesium (Mg) balance; And after preparing a molten metal containing unavoidable impurities, the billet may be cast by injecting it into a preheated metal mold.

본 단계에서의 주조 공정은 상기 마그네슘 합금 용탕을 670 ~ 770 oC에서 20분간 유지한 후 주조하는 것이 바람직하다. 마그네슘 합금 용탕을 670 ℃ 미만에서 주조하는 경우에는 마그네슘 합금 용탕의 유동도가 낮아 주조가 어려운 문제가 있다. 또한, 마그네슘 합금 용탕을 770 ℃를 초과하여 주조하는 경우에는 마그네슘 합금 용탕이 급격하게 산화되어 주조 시 불순물이 혼합될 수 있어 이로부터 제조된 마그네슘 합금 빌렛의 순도가 낮아지는 문제가 있다.In the casting process in this step, it is preferable to cast the magnesium alloy molten metal after maintaining it at 670 to 770 o C for 20 minutes. When the magnesium alloy molten metal is cast at less than 670 °C, there is a problem in that the fluidity of the molten magnesium alloy is low and casting is difficult. In addition, when the molten magnesium alloy is cast at a temperature exceeding 770° C., the molten magnesium alloy is rapidly oxidized and impurities may be mixed during casting, thereby reducing the purity of the magnesium alloy billet manufactured therefrom.

또한, 마그네슘 합금의 용탕은 마그네슘 합금의 원료를 용융하여 제조할 수 있는데, 상기 마그네슘 합금 용탕을 제조하는 방법은 당업에서 통상적으로 사용하는 방법이라면 이에 한정되지 않으며, 예를 들면, 중력주조, 연속주조, 사형주조 또는 가압주조 등을 사용할 수 있다.In addition, the molten magnesium alloy may be prepared by melting the raw material of the magnesium alloy, and the method for preparing the molten magnesium alloy is not limited thereto, as long as it is a method commonly used in the art. For example, gravity casting, continuous casting , sand casting or pressure casting can be used.

다음으로, 상기 단계 (b)는 제조된 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리한 후 냉각하는 단계로서, 균질화 처리는 마그네슘 합금 용탕을 주조하는 과정에서 발생하는 합금원소의 편석으로 인한 불균질한 조직을 개선하고, 등축정 a-Mg 입자를 형성시켜 마그네슘 합금의 고온 가공성 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있다. Next, the step (b) is a step of homogenizing and heat treating the manufactured magnesium alloy billet and then cooling it. , it is possible to improve the high-temperature workability and mechanical properties of the magnesium alloy by forming equiaxed a-Mg particles.

균질화 처리 온도의 범위는 마그네슘 합금 빌렛을 구성하는 구성원소의 종류에 따라 당업자가 적절하게 선택할 수 있는데, 상기 마그네슘 합금 빌렛의 균질화 처리는 바람직하게는 350 내지 550 ℃에서 0.5 내지 72 시간 동안 열처리 공정을 수행할 수 있으며, 균질화 처리온도가 350 ℃ 미만인 경우에는 온도가 낮아 합금원소 편석의 균질화와 응고 중 형성된 이차상의 기지로의 고용이 충분히 이루어지지 않고, 550 ℃를 초과하는 경우에는 마그네슘 합금 빌렛의 국부적인 용해가 발생하여 물성이 저하될 수 있는 문제가 있다.The range of the homogenization treatment temperature can be appropriately selected by those skilled in the art according to the types of constituent elements constituting the magnesium alloy billet, and the homogenization treatment of the magnesium alloy billet is preferably carried out at 350 to 550 ° C. If the homogenization treatment temperature is less than 350 ℃, the temperature is low, so that the homogenization of alloy element segregation and solid solution into the matrix of the secondary phase formed during solidification is not sufficiently achieved. There is a problem in that the dissolution of phosphorus may occur and the physical properties may be deteriorated.

그리고, 균질화 처리시간이 0.5시간 미만인 경우에는 마그네슘 합금 빌렛의 합금원소의 확산이 충분히 일어나지 않아 균질화 처리의 효과가 나타나지 않을 수 있고, 균질화 처리를 72 시간을 초과하여 수행되는 경우에는 수행시간 대비 효과의 상승 폭이 크지 않아 경제적이지 않다. In addition, if the homogenization treatment time is less than 0.5 hours, the diffusion of the alloying elements of the magnesium alloy billet does not occur sufficiently, so the effect of the homogenization treatment may not appear. It is not economical because the rise is not large.

또한, 균질화 처리를 통해 마그네슘 합금 빌렛의 미세조직을 과고용체 상태로 만들기 위해서 마그네슘 합금 빌렛을 수냉 등을 통해 급속 냉각시킬 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. In addition, in order to make the microstructure of the magnesium alloy billet into a super-solid solution state through the homogenization treatment, it is preferable to rapidly cool the magnesium alloy billet through water cooling or the like.

마지막으로, 상기 단계 (c)에서는 균질화 열처리된 마그네슘 합금 빌렛을 압출해 압출재로 가공하는 단계이다. Finally, in step (c), the homogenization heat treatment is a step of extruding the magnesium alloy billet and processing it into an extruded material.

예를 들어, 마그네슘 합금을 직접 압출 또는 간접 압출하여 마그네슘 합금 압출재를 제조할 수 있으며, 이와 같이 압출 공정을 실시할 경우에는 보다 미세한 결정립의 형성을 위해 균질화 열처리된 마그네슘 합금 빌렛을 200 내지 450 ℃의 온도로 0.5 내지 2시간 동안 예열한 후 압출하는 것이 바람직하다.For example, a magnesium alloy extruded material can be manufactured by directly extruding or indirectly extruding a magnesium alloy. It is preferable to extrude after preheating to a temperature for 0.5 to 2 hours.

이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples.

본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Embodiments according to the present specification may be modified in various other forms, and the scope of the present specification is not to be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present specification are provided to more completely explain the present specification to those of ordinary skill in the art.

<실시예 1 내지 10><Examples 1 to 10>

본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재를 제조하기 위해서 하기 표 1의 조성을 갖는 마그네슘 합금 주조 빌렛을 다음과 같이 제조하였다. 압출용 빌렛의 제조과정은 CO2와 SF6의 혼합가스 분위기에서 탄소 도가니에 99.99%의 순도를 갖는 순수한 Mg 잉곳을 용해시키고 비스무트와 알루미늄를 첨가한 후 안정화를 위해 720 ℃에서 20분간 유지하고, 용탕을 균일하게 하기 위해서 충분히 저어준 후 210 ℃로 예열된 스틸 몰드에 출탕하였다. 주조된 합금의 화학적 조성은 유도결합플라즈마 분광기 (PerkinElmer, Optima 7300DV) 로 측정하였다. In order to prepare a magnesium alloy extruded material according to the present invention, magnesium alloy casting billets having the composition shown in Table 1 below were prepared as follows. In the manufacturing process of the billet for extrusion, a pure Mg ingot with a purity of 99.99% is dissolved in a carbon crucible in a mixed gas atmosphere of CO 2 and SF 6 , bismuth and aluminum are added, and then maintained at 720 ° C. for 20 minutes for stabilization, and the molten metal After sufficiently stirring to make the mixture uniform, it was tapped into a steel mold preheated to 210 °C. The chemical composition of the cast alloy was measured with an inductively coupled plasma spectrometer (PerkinElmer, Optima 7300DV).

다음으로, 주조된 빌렛을 410 ℃에서 24시간 동안 전기로를 사용하여 불활성 기체분위기에서 균질화 열처리한 후, 냉각 중에 마그네슘 기지에 고용된 Bi 및 Al의 정적 석출(static precipitation)을 방지하기 위해 수냉하였다. Next, the cast billet was subjected to homogenization heat treatment in an inert gas atmosphere using an electric furnace at 410 ° C. for 24 hours, and then cooled with water to prevent static precipitation of Bi and Al dissolved in the magnesium matrix during cooling.

균질화 열처리된 빌렛을 직경 68 mm, 길이 120 mm로 가공 후 350 ℃에서 1시간 동안 예열한 후 램 속도(ram speed) 1 mm/s, 압출비 10으로 직접 압출(direct extrusion)하여 직경 21.5mm인 압출 바(bar)를 제조하였다. After processing the homogenized heat-treated billet to a diameter of 68 mm and a length of 120 mm, it was preheated at 350 ° C. for 1 hour, and then directly extruded at a ram speed of 1 mm / s and an extrusion ratio of 10 to have a diameter of 21.5 mm. An extruded bar was prepared.

<표 1><Table 1>

Figure 112020033107224-pat00001
Figure 112020033107224-pat00001

<비교예 1 내지 5><Comparative Examples 1 to 5>

아래 표 2의 합금 조성을 갖는 것을 제외하고는 상기 실시예 1 내지 10과 동일한 공정에 따라 마그네슘 합금 압출재를 제조하였다.A magnesium alloy extruded material was prepared in the same manner as in Examples 1 to 10, except for having the alloy composition shown in Table 2 below.

<표 2><Table 2>

Figure 112020033107224-pat00002
Figure 112020033107224-pat00002

<실험예><Experimental example>

압출재의 미세조직 특성은 후방산란전자회절(electron backscatter diffraction, EBSD) 검출기가 장착된 FE-SEM을 사용하여 분석했다. The microstructure properties of the extruded material were analyzed using FE-SEM equipped with an electron backscatter diffraction (EBSD) detector.

알루미늄(Al) 함량의 변화에 따른 동적 재결정(DRX) 분율의 변화를 정량적으로 분석하기 위해, 압출재의 종 방향 단면의 표면부, 1/4 부분 및 중심부 영역에서 미재결정된 결정립들의 면적 분율을 각 영역의 광학 현미경 사진에서 18.8 mm2의 비교적 넓은 영역을 대상으로 측정하였다. In order to quantitatively analyze the change in the dynamic recrystallization (DRX) fraction according to the change in the aluminum (Al) content, the area fraction of unrecrystallized grains in the surface part, 1/4 part, and central region of the longitudinal section of the extruded material was measured. In the optical micrograph of the area, it was measured for a relatively large area of 18.8 mm 2 .

EBSD 실험은 비교예 2에서 제조한 합금(B5), 실시예 5에서 제조한 합금(BA53) 및 실시예 8에서 제조한 합금(BA56) 합금의 종단면에 대해 2.02 mm2 영역에서 step size 0.9 μm, confidence index > 0.1의 조건으로 TexSEM Laboratories (TSL) data acquisition software를 사용해 실시하였다. The EBSD experiment was performed in an alloy prepared in Comparative Example 2 (B5), an alloy prepared in Example 5 (BA53) and an alloy (BA56) prepared in Example 8 with a step size of 0.9 μm in a 2.02 mm 2 area for the longitudinal section, It was performed using TexSEM Laboratories (TSL) data acquisition software under the condition of confidence index > 0.1.

도 1에 비교예 2, 실시예 5 및 실시예 8 각각에서 제조된 마그네슘 합금 압출재의 표면부(S), 1/4 부분(Q) 및 중심부(C)에서의 재결정 분율을 Al 함량의 함수로 나타냈다. 1 shows the recrystallization fractions in the surface portion (S), 1/4 portion (Q) and the center portion (C) of the magnesium alloy extruded material prepared in Comparative Examples 2, 5 and 8, respectively, as a function of the Al content. showed

모든 부분에서 Al 함량이 높을수록 재결정 분율은 증가하며, 표면부(90.3 ~ 100%)보다 중심부(69.3 ~ 100%)에서 증가하는 정도가 더 두드러진다. The higher the Al content in all parts, the more the recrystallization fraction increases, and the increase is more pronounced in the central part (69.3-100%) than in the surface part (90.3-100%).

일반적으로, 압출 시 중심부보다는 표면부가 보다 심한 금속 유동(metal flow)을 겪기 때문에 압출 중에 소재에 가해지는 유효 변형(effective strain)은 중심부보다는 표면부에서 더 높다. 또한, 빌렛과 용기 벽 사이의 마찰로 인해 표면부에서 변형 온도가 더 높다. 따라서, 더 큰 유효 변형 및 변형 온도는 열간 압출 중 재결정을 촉진하여 압출재의 표면부가 더 높은 재결정 분율을 나타낸다. In general, the effective strain applied to the material during extrusion is higher at the surface than at the center because the surface portion experiences more metal flow than the center portion during extrusion. Also, the deformation temperature is higher at the surface part due to the friction between the billet and the container wall. Therefore, a larger effective strain and strain temperature promotes recrystallization during hot extrusion, so that the surface portion of the extruded material exhibits a higher recrystallization fraction.

비교예 2에서 제조된 압출재(B5)에서 각 부분의 재결정 분율을 기반으로 계산한 평균 재결정 분율은 상대적으로 낮으며(80.3%), 표면부와 중심부 간의 재결정 분율 차이는 상대적으로 높아(21.0%) 압출재의 미세조직 불균일성이 높은 것으로 나타났다(도 1). 그러나, 이러한 Mg-Bi 2원계 합금에 Al이 첨가되면 압출재 전반에 걸쳐 재결정 분율이 증가하고 미세조직의 균일성 또한 크게 향상된다. Al 함량이 0 wt%에서 6 wt%로 증가함에 따라 평균 재결정 분율은 80.3%에서 99.4%로 증가하고, DRX 분율의 차이는 21.0%에서 1.4%로 크게 감소해 압출재 미세조직의 균일성이 해당 Al 함량 범위 내에서 현저히 증가한다. In the extruded material (B5) prepared in Comparative Example 2, the average recrystallization fraction calculated based on the recrystallization fraction of each part is relatively low (80.3%), and the difference in the recrystallization fraction between the surface part and the center part is relatively high (21.0%) It was found that the microstructure non-uniformity of the extruded material was high (FIG. 1). However, when Al is added to the Mg-Bi binary alloy, the recrystallization fraction is increased throughout the extruded material and the uniformity of the microstructure is also greatly improved. As the Al content increased from 0 wt% to 6 wt%, the average recrystallization fraction increased from 80.3% to 99.4%, and the difference in the DRX fraction greatly decreased from 21.0% to 1.4%, so that the uniformity of the microstructure of the extruded material was the corresponding Al It significantly increases within the content range.

실시예 8에서 제조된 합금(BA56)은 이미 거의 완전히 재결정된 미세조직을 갖기 때문에 Al 함량이 6 중량%에서 9 중량%로 증가할 때 미세 구조에는 거의 변화가 없다.Since the alloy (BA56) prepared in Example 8 already has an almost completely recrystallized microstructure, there is little change in the microstructure when the Al content is increased from 6 wt% to 9 wt%.

상기와 같은 결과로부터 Mg-Bi 2원계 합금에 Al를 첨가하면 압출 중에 재결정 거동을 효과적으로 촉진시켜 균일한 결정립 구조를 갖는 Mg-Bi-Al 합금 압출재를 얻을 수 있음을 알 수 있다. From the above results, it can be seen that adding Al to the Mg-Bi binary alloy effectively promotes the recrystallization behavior during extrusion, thereby obtaining an extruded Mg-Bi-Al alloy having a uniform grain structure.

압출재의 미세조직에서 결정립 크기에 대한 Al 첨가의 효과는 압출재의 길이 방향 단면의 표면부(S), 1/4 부분(Q) 및 중심부(C)의 역극점도지도(inverse pole figure map)를 사용하여 분석하였다(도 2). The effect of Al addition on the grain size in the microstructure of the extruded material was obtained from the inverse pole figure map of the surface portion (S), the quarter portion (Q) and the center portion (C) of the longitudinal section of the extruded material. was used for analysis (FIG. 2).

동적 재결정되지 않은 결정립의 평균 크기(48.3 ~ 89.1 μm)는 동적 재결정된 결정립의 크기(4.9 ~ 13.7 μm)보다 훨씬 크고, 표면부에서 유효 변형률이 더 크기 때문에 표면부의 미재결정된 결정립의 크기가 중심부의 미재결정된 결정립 크기보다 작다. 또한, Al 함량이 0 중량%에서 6 중량%로 증가함에 따라 동적 재결정의 촉진으로 인해 중심부에서의 미재결정된 결정립의 크기는 89.1 μm에서 68.6 μm로 감소했다. The average size of non-dynamically recrystallized grains (48.3 ~ 89.1 μm) is much larger than that of dynamically recrystallized grains (4.9 ~ 13.7 μm), and since the effective strain in the surface portion is larger, the size of the unrecrystallized grains in the surface portion is larger in the central portion. smaller than the unrecrystallized grain size of In addition, as the Al content increased from 0 wt% to 6 wt%, the size of unrecrystallized grains in the center decreased from 89.1 μm to 68.6 μm due to the promotion of dynamic recrystallization.

또한, Mg-Bi 2원계인 비교예 2의 경우 조대한 미재결정 결정립이 상당히 많이 존재하며, 압출재의 표면부(S)와 중심부(C)의 조직 차이가 크다. 반면, 본 발명에 따른 Mg-Bi-Al 합금 압출재인 실시예 5 및 8의 경우 미재결정된 결정립의 양이 적고 조직이 전체적으로 균일하다. 따라서, Mg-Bi 2원계 합금에 Al 첨가 시 압출 중 재결정이 촉진으로 인해 압출재의 평균 결정립 크기가 감소하고 보다 미세하고 균일한 조직을 얻을 수 있다. In addition, in the case of Comparative Example 2, which is a binary Mg-Bi system, a large number of coarse non-recrystallized crystal grains exist, and the difference in structure between the surface portion (S) and the center portion (C) of the extruded material is large. On the other hand, in the case of Examples 5 and 8, which are Mg-Bi-Al alloy extruded materials according to the present invention, the amount of unrecrystallized grains is small and the structure is uniform throughout. Therefore, when Al is added to the Mg-Bi binary alloy, recrystallization during extrusion is promoted, so that the average grain size of the extruded material is reduced and a finer and more uniform structure can be obtained.

이러한 미세해진 결정립 크기는 인장 변형 시 결정립계 강화 효과를 증대시켜 압출재의 강도를 향상시키며, 조대한 미재결된 결정립 분율의 감소는 인장 변형 시 미세균열 형성을 억제시킴으로써 압출재의 연성을 향상시킨다.The finer grain size improves the strength of the extruded material by increasing the grain boundary reinforcing effect during tensile deformation, and the reduction of the coarse unre-settled grain fraction suppresses the formation of microcracks during tensile deformation, thereby improving the ductility of the extruded material.

도 3에 실시예 5에서 제조한 합금(BA53) 및 실시예 8에서 제조한 합금(BA56) 합금의 압출재 중심부에서의 SEM 사진을 나타냈다. 압출 방향 (extrusion direction, ED)를 따라 재배열된 용해되지 않은 소량의 Mg3Bi2 입자가 두 압출재에서 관찰된다. 또한, 압출 중에 형성된 동적 석출물로써, 100 ~ 200 nm 크기의 매우 미세하고 균일하게 분포된 Mg3Bi2 석출물이 두 압출재에 존재하며, 그 크기 및 수는 Al 함량에 관계없이 유사한 것으로 확인된다. 이러한 소재 전반에 걸쳐 균일하게 형성된 미세한 석출물들은 인장 변형 시 전위의 이동을 효과적으로 방해하여 석출강화 효과를 야기시킴으로써 압출재의 강도를 높이게 된다.3 shows an SEM photograph of the extruded center of the alloy (BA53) prepared in Example 5 and the alloy (BA56) prepared in Example 8. A small amount of undissolved Mg 3 Bi 2 particles rearranged along the extrusion direction (ED) were observed in both extrudates. In addition, as dynamic precipitates formed during extrusion, very fine and uniformly distributed Mg 3 Bi 2 precipitates with a size of 100 to 200 nm exist in both extruded materials, and the size and number thereof are confirmed to be similar regardless of the Al content. The fine precipitates uniformly formed throughout these materials effectively hinder the movement of dislocations during tensile deformation to cause a precipitation strengthening effect, thereby increasing the strength of the extruded material.

마그네슘 합금 압출재의 기계적 특성을 분석하기 위해서, 마그네슘 합금 압출재를 가공해 얻은 게이지 직경 6 mm, 게이지 길이 25 mm를 가지는 인장 시험편에 대해 Instron 8516 시험기를 이용하여 상온에서 1 x 10-3 s-1의 변형률 속도로 인장 시험을 수행하였으며 그 결과를 상기 표 1, 표 2 및 도 4에 나타내었다.In order to analyze the mechanical properties of the magnesium alloy extruded material, a tensile test specimen having a gauge diameter of 6 mm and a gauge length of 25 mm obtained by processing the magnesium alloy extrusion material was used with an Instron 8516 tester to measure 1 x 10 -3 s -1 at room temperature. A tensile test was performed at a rate of strain, and the results are shown in Tables 1, 2 and 4 above.

표 1 및 표 2에 기재된 기계적 물성 측정 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1 내지 5의 Mg-Bi 2원계 압출재의 인장강도*연신율이 1197 MPa·% 이하를 가지는 반면, 실시예 1 내지 10의 Mg-Bi-Al 3원계 압출재는 2228 MPa·% 이상의 우수한 물성을 가진다. As can be seen from the mechanical properties measurement results shown in Tables 1 and 2, the tensile strength * elongation of the Mg-Bi binary extruded materials of Comparative Examples 1 to 5 were 1197 MPa·% or less, whereas Examples 1 to 10 of Mg-Bi-Al ternary extruded material has excellent physical properties of 2228 MPa·% or more.

특히, Al을 2 중량% 이상 포함하는 실시예 2, 4-8, 10의 Mg-Bi-Al 3원계 압출재는 인장강도*연신율이 4000 MPa·% 이상의 매우 뛰어난 기계적 특성을 가지는 것으로 나타났다. In particular, it was found that the Mg-Bi-Al ternary extruded materials of Examples 2, 4-8, and 10 containing 2 wt % or more of Al had very excellent mechanical properties with tensile strength * elongation of 4000 MPa·% or more.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.As mentioned above, although embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can practice the present invention in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. You can understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (9)

5.0 중량%의 비스무트(Bi);
6.0 중량%의 알루미늄(Al);
마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물로 이루어지며,
최대인장강도(ultimate tensile strength, UTS) × 연신율(elongation) 값이 5792 MPa·%인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 압출재.
5.0% by weight of bismuth (Bi);
6.0% by weight of aluminum (Al);
Magnesium (Mg) balance; and unavoidable impurities,
A magnesium alloy extruded material, characterized in that the ultimate tensile strength (UTS) × elongation value is 5792 MPa·%.
제1항에 있어서,
합금 원소로서 희토류 금속(rare-earth metal)을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 압출재.
According to claim 1,
A magnesium alloy extruded material, characterized in that it does not contain a rare-earth metal as an alloying element.
제1항에 있어서,
이차상(second phase)으로 Mg3Bi2 석출 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 압출재.
According to claim 1,
Magnesium alloy extruded material, characterized in that it comprises Mg 3 Bi 2 precipitated particles as a secondary phase (second phase).
삭제delete 삭제delete (a) 5.0 중량%의 비스무트(Bi); 6.0 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금의 용탕을 주조하여 마그네슘 합금 빌렛을 제조하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)에서 제조된 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리하고 냉각하는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b)에서 균질화 열처리된 마그네슘 합금 빌렛을 압출하는 단계;를 포함하는 마그네슘 합금 압출재의 제조방법.
(a) 5.0% by weight of bismuth (Bi); 6.0% by weight of aluminum (Al); Magnesium (Mg) balance; and manufacturing a magnesium alloy billet by casting a molten magnesium alloy containing unavoidable impurities;
(b) homogenizing heat treatment and cooling the magnesium alloy billet prepared in step (a); and
(c) extruding the homogenized heat-treated magnesium alloy billet in step (b);
제6항에 있어서,
상기 단계 (a)에서 5.0 중량%의 비스무트(Bi); 6.0 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금의 용탕을 670 ~ 770 oC에서 20분간 유지한 후 주조하여 마그네슘 합금 빌렛을 제조하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 압출재의 제조방법.
7. The method of claim 6,
5.0% by weight of bismuth (Bi) in step (a); 6.0% by weight of aluminum (Al); Magnesium (Mg) balance; and maintaining a molten magnesium alloy containing unavoidable impurities at 670 to 770 o C for 20 minutes and then casting the magnesium alloy billet.
제6항에 있어서,
상기 단계 (b)에서 마그네슘 합금 빌렛을 350 ~ 550 oC에서 0.5 ~ 72시간 동안 균질화 열처리를 수행한 후 수냉을 하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 압출재의 제조방법.
7. The method of claim 6,
Method for producing a magnesium alloy extruded material, characterized in that the magnesium alloy billet in step (b) is subjected to a homogenization heat treatment at 350 to 550 o C for 0.5 to 72 hours, followed by water cooling.
제6항에 있어서,
상기 단계 (c)에서 균질화 열처리된 빌렛을 200 ~ 450 oC에서 예열한 후 압출하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 압출재의 제조방법.
7. The method of claim 6,
Method for producing a magnesium alloy extruded material, characterized in that the extruded after preheating the billet homogenized heat treatment in step (c) at 200 ~ 450 o C.
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