KR102423774B1 - 온간 균질화 열처리를 통해 향상된 물성을 갖는 Mg-Bi계 마그네슘 압출재의 제조방법 - Google Patents

온간 균질화 열처리를 통해 향상된 물성을 갖는 Mg-Bi계 마그네슘 압출재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고온·고속 압출용으로 개발된 Mg-Bi계 마그네슘 합금 압출재의 강도 및 연성을 동시에 향상시키는 방법에 대한 것으로서, (a) 3.0 중량% 이상의 비스무트(Bi); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금 빌렛을 준비하는 단계, (b) 상기 마그네슘 합금 빌렛을 200 ~ 350℃에서 균질화 열처리(homogenizaton heat treatment)하는 단계, 및 (c) 상기 균질화 열처리된 마그네슘 합금 빌렛을 열간 압출하는 단계를 포함하는, 온간 균질화 열처리를 통해 향상된 물성을 갖는 Mg-Bi계 마그네슘 압출재의 제조방법에 대한 것이다.

Description

온간 균질화 열처리를 통해 향상된 물성을 갖는 Mg-Bi계 마그네슘 압출재의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF EXTRUDED Mg-Bi BASED MAGNESIUM ALLOY HAVING IMPROVED MECHANICAL PROPERTY VIA WARM HOMOGENIZATION HEAT TREATMENT}
본 발명은 고온·고속 압출용으로 개발된 Mg-Bi계 마그네슘 합금 압출재의 강도와 연성을 동시에 향상시키기 위한 열처리 공정을 포함하는 마그네슘 합금 압출재의 제조방법 및 그에 의해 제조된 압출재에 대한 것이다.
상용 고합금계 마그네슘 합금인 AZ80 (Mg-8Al-0.5Zn), AZ91 (Mg-9Al-1Zn), ZK60 (Mg-6Zn-0.5Zr) 등은 최대 압출속도가 0.5-4.0 m/min로서 상용 알루미늄 합금의 최대 압출속도(~40 m/min 이상)에 비해 현저히 낮다.
이와 같이 상용 마그네슘 합금을 고속으로 압출하기 어려운 이유는 압출 중 발생하는 가공 발열로 인해 소재의 표면 온도가 상승하게 되고 그 결과 융점이 450 oC 이하로 낮은 Mg17Al12 또는 MgZn, MgZn2 등의 이차상이 국부적으로 용융되어 열간 균열이 발생하기 때문이다.
반면, 최근 개발된 Mg-Bi계 신합금은 주조 시 응고과정에서 형성되는 Mg3Bi2 이차상이 823℃로 높은 융점을 가지고 있어 압출 빌렛에 고용되지 않고 남아 있더라도 고온·고속의 압출에서도 용융이 발생하지 않아 열간 균열을 야기하지 않고 건전한 표면 상태를 가지는 압출재를 얻을 수 있다.
한편, 마그네슘 합금 압출재를 제조할 경우, 통상적으로 주조 빌렛 내에 형성된 조대한 이차상과 고용 원소의 편석을 제거하고 열간 가공성을 향상시키기 위해서 400℃ 이상의 온도에서 균질화 열처리 후 수냉하여 빌렛을 이차상이 없는 과고용고용체(supersaturated solid solution) 상태로 만든다. 이러한 과고용고용체 상태의 빌렛을 열간에서 압출 시 미세한 석출물들이 압출 중에 형성되어 압출재의 조직이 미세해지고 강도가 향상될 수 있다.
그러나, 일반적인 균질화 열처리를 통해 이차상이 거의 없는 과고용고용체 상태의 빌렛을 고온·고속에서 압출할 경우 높은 압출 온도로 인해 압출 중에 동적 석출이 거의 발생하지 않아서 압출 중 석출을 통한 압출재 강도 향상을 기대하기 어렵다.
따라서, 상용 마그네슘 합금과 달리 고온·고속 압출이 가능한 Mg-Bi계 마그네슘 합금의 장점을 살리기 위해서는 고온·고속 압출을 통해 제조된 Mg-Bi계 마그네슘 합금의 강도를 향상시킬 수 있는 공정 기술 개발이 요구된다.
한국 등록특허 제10-1406111호 (등록일: 2014.06.03)
C.J. Bettles, M.A. Gibson, Current wrought magnesium alloys: strengths and weaknesses, JOM, 57 (2005) 46-49 H.E. Friedrich, B.L. Mordike, Magnesium Technology: Metallurgy, Design Data, Applications, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2006. S.H. Park, H. Yu, J.H. Bae, C.D. Yim, and B.S. You, J. Alloys Compd. 545, 139 (2012) D. Zhang, F. Qi, W. Lan, G. Shi, and X. Zhao, Trans. Nonferrous Met. Soc. China 21, 703 (2011)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 고온·고속 압출을 통해 제조되는 Mg-Bi계 마그네슘 합금의 강도 및 연성을 향상시킬 수 있는 균질화 열처리 방법 및 이를 통해 제조된 마그네슘 합금 압출재를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 (a) 3.0 중량% 이상의 비스무트(Bi); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금 빌렛을 준비하는 단계, (b) 상기 마그네슘 합금 빌렛을 200 ~ 350℃에서 균질화 열처리(homogenizaton heat treatment)하는 단계, 및 (c) 상기 균질화 열처리된 마그네슘 합금 빌렛을 열간 압출하는 단계를 포함하는, 온간 균질화 열처리를 통해 향상된 물성을 갖는 Mg-Bi계 마그네슘 압출재의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 단계 (a)에서 제조되는 마그네슘 합금 빌렛은, 3.0 내지 5.0 중량%의 비스무트(Bi); 1.0 내지 3.0 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 단계 (a)에서 마그네슘 합금 빌렛을 준비하는 단계는, (i) 마그네슘 및 합금원소를 포함하는 용탕을 준비하는 단계 및 (ii) 상기 용탕을 금속 몰드에 주입하여 빌렛을 형성하는 단계를 포함해 이루어질 수 있다.
또한, 상기 단계 (b)에서 200 ~ 350℃에서 균질화 열처리함으로써, 주조 시 응고 과정에서 형성되어 균질화 열처리 전에 이미 빌렛 내에 존재하는 Mg3Bi2으로 이루어진 미세한 이차상을 기지 내로 고용시키지 않고 잔존시키는 것은 물론, 상기 온도 범위에서 이루어지는 온간 균질화 열처리를 통해 Mg3Bi2으로 이루어진 미세한 이차상을 추가로 형성시켜, 본 발명에 따른 제조방법에 따라 최종적으로 얻어지는 압출재의 조직을 미세화하고 강도와 연성을 동시에 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 단계 (b)에서는 상기 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리한 후에 압출 공정을 실시하기에 앞서 빌렛을 수냉시켜 냉각시킬 수 있다.
또한, 상기 단계 (c)에서 수행되는 마그네슘 합금 빌렛의 압출 공정은 직접 압출법(direct extrusion process), 간접 압출법(indirect extrusion process), 정수압 압출법(hydrostatic extrusion process) 또는 충격 압출법(impact extrusion process)을 통해 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명은 발명의 다른 측면에서 전술한 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금 압출재를 제공한다.
본 발명에 의하면, Mg-Bi계 마그네슘 합금을 대상으로 기존의 통상적인 균질화 열처리 온도보다 다소 낮은 200~350℃에서 균질화 열처리를 수행하여 빌렛 내에 Mg3Bi2 미세 이차상을 다량 형성시키고 해당 빌렛을 압출함으로써 압출재의 강도와 연성을 동시에 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 균질화 열처리 공정을 거친 Mg-Bi계 마그네슘 합금은, 이차상이 결정립을 따라 조대하게 형성되는 상용 마그네슘 합금과 달리 Mg3Bi2 이차상이 기지 내에 미세하게 형성되며, 이러한 미세 Mg3Bi2 이차상 입자들은 고온·고속의 압출 중에도 고용되지 않고 최종 압출재에 존재하게 되어 입자 강화 효과를 통해 압출재의 강도를 향상시킬 수 있고, 이들 Mg3Bi2 이차상 입자들은 크기가 작기 때문에 압출재의 인장 시 균열 시작점으로 작용하지 않아, 압출재의 강도와 연성을 동시에 향상시킬 수 있다.
도 1은 주방 상태(as-cast)의 Mg-3Bi-1Al (BA31) 마그네슘 합금 빌렛, 실시예 1에서 300℃에서 균질화 열처리한 BA31 마그네슘 합금 빌렛, 및 비교예 1에서 450℃에서 균질화 열처리한 BA31 마그네슘 합금 빌렛의 주사전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 2는 주방 상태(as-cast)의 Mg-5Bi-3Al (BA53) 마그네슘 합금 빌렛, 실시예 2에서 350℃에서 균질화 열처리한 BA53 마그네슘 합금 빌렛, 및 비교예 2에서 450℃에서 균질화 열처리한 BA53 마그네슘 합금 빌렛의 주사전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 3(a)는 실시예 2 및 비교예 2에서 제조된 각각의 BA53 마그네슘 합금 압출재의 광학 현미경(OM) 사진이고, 도 3(b)는 실시예 2 및 비교예 2에서 제조된 각각의 BA53 마그네슘 합금 압출재의 주사전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 실시예 2 및 비교예 2에서 제조된 각각의 BA53 마그네슘 합금 압출재의 인장 응력-변형률 그래프이다.
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.
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.
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.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 온간 균질화 열처리를 통해 향상된 물성을 갖는 Mg-Bi계 마그네슘 압출재의 제조방법은, (a) 3.0 중량% 이상의 비스무트(Bi); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금 빌렛을 준비하는 단계, (b) 상기 마그네슘 합금 빌렛을 200 ~ 350℃에서 균질화 열처리(homogenizaton heat treatment)하는 단계, 및 (c) 상기 균질화 열처리된 마그네슘 합금 빌렛을 열간 압출하는 단계를 포함해 이루어진다.
상기 단계 (a)에서 수행하는 마그네슘 합금 빌렛 제조 단계는 (i) 마그네슘 및 합금원소를 포함하는 용탕을 준비하는 단계 및 (ii) 상기 용탕을 금속 몰드에 주입하여 빌렛을 형성하는 단계를 통해 수행될 수 있다.
상기 단계 (i)은 빌렛을 이루는 마그네슘 합금의 용탕을 준비하는 단계로서 용탕을 제조할 수 있는 공지의 방법이기만 하면 본 단계를 수행하기 위한 구체적인 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 주성분인 마그네슘(Mg)을 도가니에 장입한 후 마그네슘 합금의 발화를 방지하기 위해 CO2, SF6, SO2, 프레온 가스, Novec™612 또는 이들의 혼합 가스 등을 보호가스나 용제(Flux)를 투입한 상태에서 가열하여 마그네슘을 용해시킨 후, 합금 원소인 비스무트(Bi) 및 알루미늄(Al) 등을 첨가하여 용탕을 형성할 수 있다.
이때, 용탕의 조성은 상기한 바와 같이 3.0 중량% 이상의 비스무트(Bi); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함해 이루어지는 것이 바람직하며, 일례로, 3.0 내지 5.0 중량%의 비스무트(Bi); 1.0 내지 3.0 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함해 이루어질 수 있다.
상기 단계 (ii)는 예열된 스틸몰드(steel mould) 등의 금속몰드에 상기 용탕을 주입하는 단계로서 상기 금속몰드 내의 습기 제거 달성 및 지나친 예열에 따른 경제성 저하 등을 모두 고려하여 적절한 온도로 예열된 금속몰드에 상기 단계 (i)에서 제조된 마그네슘 합금 용탕을 주입함으로써 본 단계가 완성된다.
다음으로, 상기 단계 (b)는 전 단계에서 제조된 마그네슘 합금 빌렛을 200 ~ 350℃의 온도로 온간 균질화 열처리하는 단계로서, 주조 빌렛 내 이차상을 고용시키기 위한 목적으로 하는 기존의 균질화 열처리와 달리, 본 단계에서 상기 온도 범위에서 이루어지는 균질화 열처리는 주조 시 응고 과정에서 기형성된 Mg3Bi2으로 이루어진 미세한 이차상을 잔존시킴과 동시에 Mg3Bi2으로 이루어진 미세한 이차상을 추가로 형성시켜 고속·고온 압출시에도 균열 발생을 야기하지 않으며 압출재의 조직 미세화, 강도 및 연성 향상을 꾀할 수 있다.
상기 균질화 열처리를 수행한 후에 마그네슘 합금 빌렛을 냉각시키는 공정을 수행하게 되는데, 이러한 냉각 공정을 수행하기 위한 구체적인 방법은 특별히 제한되지 않으나, 균질화 열처리 과정에서 형성된 미세한 이차상이 냉각 중에 조대화되는 것을 방지하기 위해 공냉(air cooling) 보다는 수냉(water quenching)이 더 바람직하다.
이어서, 상기 단계 (c)에서는 상기 균질화 열처리된 Mg-Bi계 마그네슘 합금 빌렛을 압출시켜 강도 및 연성이 동시에 향상된 압출재를 제조하며, 본 단계에 있어서 압출 공정을 수행하기 위한 구체적인 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 간접 압출법(indirect extrusion process), 직접 압출법(direct extrusion process), 정수압 압출법(hydrostatic extrusion process) 또는 충격 압출법(impact extrusion process)에 의해 압출 공정이 이루어질 수 있다.
또한, 본 단계를 통해 제조되는 압출재의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 봉재(rod), 파이프(pipe), 각재, 판재, 이형류 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 온간 균질화 열처리를 통해 향상된 물성을 갖는 Mg-Bi계 마그네슘 압출재의 제조방법에 의하면, Mg-Bi계 마그네슘 합금을 대상으로 기존의 통상적인 균질화 열처리 온도보다 다소 낮은 200~350℃에서 균질화 열처리를 수행하여 빌렛 내에 Mg3Bi2 미세 이차상을 다량 형성시키고 해당 빌렛을 압출함으로써 압출재의 강도와 연성을 동시에 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 균질화 열처리 공정을 거친 Mg-Bi계 마그네슘 합금은, 이차상이 결정립을 따라 조대하게 형성되는 상용 마그네슘 합금과 달리 Mg3Bi2 이차상이 기지 내에 미세하게 형성되며, 이러한 미세 Mg3Bi2 이차상 입자들은 고온·고속의 압출 중에도 고용되지 않고 최종 압출재에 존재하게 되어 입자 강화 효과를 통해 압출재의 강도를 향상시킬 수 있고, 이들 Mg3Bi2 이차상 입자들은 크기가 작기 때문에 압출재의 인장 시 균열 시작점으로 작용하지 않아, 압출재의 강도와 연성을 동시에 향상시킬 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.
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.
<실시예 1>
CO2와 SF6의 혼합 가스 분위기에서 탄소 도가니에 99.99%의 순도를 갖는 순수한 Mg 잉곳을 용해시키고 합금원소 Bi 및 Al을 첨가한 후 720oC에서 20분 동안 유지하고 안정화된 용탕을 210oC로 예열된 스틸 몰드(steel mould)에 부어 Mg-3wt%Bi-1wt%Al (BA31)의 조성을 가지는 합금 빌렛을 제조하였다.
주조된 BA31 합금 빌렛을 300℃에서 10시간 동안 전기로를 사용하여 Ar과 SF6를 포함하는 불활성 기체 분위기에서 균질화 열처리한 후 수냉하였다.
균질화 열처리된 상기 BA31 합금 빌렛을 직경 68 mm, 길이 120 mm의 크기로 가공한 후 400℃에서 30분 동안 예열한 후 300톤급 수평 압출기를 이용하여 압출온도 400℃, 압출비 76.5 및 램 속도 15 mm/s의 조건으로 직접압출(direct extrusion)을 실시하였다. 압출 다이를 빠져나가는 압출재는 자연적으로 실온으로 공냉되었으며, 압출재의 출구 속도는 69 m/min이고 압출재의 직경은 8 mm이다.
<실시예 2>
빌렛 제조시 합금 조성을 Mg-5wt%Bi-3wt%Al (BA53)로 변경하고, 균질화 열처리를 350℃에서 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 압출재를 제조하였다.
<비교예 1>
균질화 열처리를 450℃에서 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 압출재를 제조하였다.
<비교예 2>
균질화 열처리를 450℃에서 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 압출재를 제조하였다.
<실험예>
도 1은 주방 상태(as-cast)의 BA31 마그네슘 합금 빌렛, 실시예 1에서 300℃에서 균질화 열처리한 BA31 마그네슘 합금 빌렛, 및 비교예 1에서 450℃에서 균질화 열처리한 BA31 마그네슘 합금 빌렛의 주사전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 1에 따르면, 균질화 열처리 전의 주방 상태(as-cast)의 BA31 빌렛은 결정립계 인근 기지 영역에 미세한 Mg3Bi2 이차상이 존재하는 것을 확인할 수 있고, 450℃에서 균질화 열처리한 BA31 합금 빌렛은 미세한 Mg3Bi2 이차상이 대부분 고용되어 사라진 것으로 나타났다.
이에 반해, 300℃에서 균질화 열처리한 BA31 합금 빌렛은 미세한 Mg3Bi2 이차상이 추가로 형성되어 빌렛 전반에 걸쳐 골고루 분포하는 것으로 나타났다.
도 2는 주방 상태(as-cast)의 BA53 마그네슘 합금 빌렛, 실시예 2에서 350℃에서 균질화 열처리한 BA53 마그네슘 합금 빌렛, 및 비교예 2에서 450℃에서 균질화 열처리한 BA53 마그네슘 합금 빌렛의 주사전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 2에 따르면, 초기 BA53 합금 주조재의 경우에는 도 1에서의 BA31 합금 주조재와 마찬가지로 결정립계 인근 기지 영역에 미세한 Mg3Bi2 이차상이 존재하는 것을 확인할 수 있고, 450℃에서 균질화 열처리한 BA53 합금 빌렛은 미세한 Mg3Bi2 이차상이 상당량 기지 내에 고용되고 남아 있는 일부 이차상은 조대화된 것으로 드러났다.
반면, 350℃에서 균질화 열처리한 BA53 합금 빌렛은 미세한 Mg3Bi2 이차상이 추가로 형성되어 빌렛 전반에 걸쳐 골고루 분포하는 것으로 나타났다.
도 3(a)는 실시예 2 및 비교예 2에서 제조된 각각의 BA53 마그네슘 합금 압출재의 광학 현미경(OM) 사진이고, 도 3(b)는 실시예 2 및 비교예 2에서 제조된 각각의 BA53 마그네슘 합금 압출재의 주사전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 3(a) 및 도 3(b)에 따르면, 450℃에서 균질화 열처리하고 압출한 BA53 합금 압출재와 비교해 350℃에서 균질화 열처리하고 압출한 BA53 합금 압출재의 결정립 크기가 더 작으며 압출 전 350℃에서 균질화 열처리한 빌렛에 존재하던 미세한 Mg3Bi2 이차상이 압출 후에도 압출재 전반에 골고루 분포되어 있음을 알 수 있었다.
따라서, 비교적 낮은 350℃에서 균질화 열처리하고 압출한 BA53 합금 압출재가 통상적으로 수행되는 온도인 450℃에서 균질화 열처리하고 압출한 BA53 합금 압출재에 비해 결정립 크기가 작으며 미세한 이차상의 수 또한 훨씬 많음을 알 수 있다.
도 4는 실시예 2 및 비교예 2에서 제조된 각각의 BA53 마그네슘 합금 압출재의 인장 응력-변형률 그래프이다.
도 4에 의하면, 450℃에서 균질화 열처리하고 압출한 BA53 합금 압출재와 비교해 350℃에서 균질화 열처리하고 압출한 BA53 합금 압출재가 강도 및 연성 모두에 있어서 더 높은 것으로 나타났다.
이와 같이, 균질화 열처리 온도 차이에 따른 강도 향상은 결정립 미세화로 인한 결정립계 강화 효과(grain-boundary hardening effect)와 보다 많은 미세한 이차상에 의한 입자 강화 효과(particle hardening effect)로 인한 것이며, 연성 향상은 결정립 미세화로 인한 인장 시 균열 형성 억제 효과 때문이다.
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.

Claims (7)

  1. (a) 3.0 중량% 이상 50 중량% 이하의 비스무트(Bi); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금 빌렛을 준비하는 단계;
    (b) 상기 마그네슘 합금 빌렛을 200 ~ 350℃에서 균질화 열처리(homogenizaton heat treatment)하는 단계; 및
    (c) 상기 균질화 열처리된 마그네슘 합금 빌렛을 열간 압출하는 단계;를 포함하는,
    온간 균질화 열처리를 통해 향상된 물성을 갖는 Mg-Bi계 마그네슘 압출재의 제조방법.
  2. 제1항 있어서,
    상기 단계 (a)에서 3.0 내지 5.0 중량%의 비스무트(Bi); 1.0 내지 3.0 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금 빌렛을 준비하는 것을 특징으로 하는,
    온간 균질화 열처리를 통해 향상된 물성을 갖는 Mg-Bi계 마그네슘 압출재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (a)에서 마그네슘 합금 빌렛을 준비하는 단계는 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 온간 균질화 열처리를 통해 향상된 물성을 갖는 Mg-Bi계 마그네슘 압출재의 제조방법:
    (i) 마그네슘 및 합금원소를 포함하는 용탕을 준비하는 단계; 및
    (ii) 상기 용탕을 금속 몰드에 주입하여 빌렛을 형성하는 단계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (b)에서, 빌렛 내에 기형성된 Mg3Bi2으로 이루어진 미세한 이차상을 잔존시킴과 동시에 Mg3Bi2으로 이루어진 미세한 이차상을 추가로 형성시켜, 압출재의 조직을 미세화하고 강도와 연성을 동시에 향상시키는 것을 특징으로 하는,
    온간 균질화 열처리를 통해 향상된 물성을 갖는 Mg-Bi계 마그네슘 압출재의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (b)에서 상기 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리하고 수냉하는 것을 특징으로 하는,
    온간 균질화 열처리를 통해 향상된 물성을 갖는 Mg-Bi계 마그네슘 압출재의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (c)에서 간접 압출법(indirect extrusion process), 직접 압출법(direct extrusion process), 정수압 압출법(hydrostatic extrusion process) 또는 충격 압출법(impact extrusion process)을 이용해 마그네슘 합금 빌렛을 압출하는 것을 특징으로 하는,
    온간 균질화 열처리를 통해 향상된 물성을 갖는 Mg-Bi계 마그네슘 압출재의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금 압출재.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116287917A (zh) * 2023-03-24 2023-06-23 西北有色金属研究院 一种轻质高强韧挤压Mg-Li-Al-TiB合金及其制备方法
CN118166243A (zh) * 2024-02-28 2024-06-11 广东金铝轻合金股份有限公司 一种铝合金材料及其制备方法和汽车高强度无缝管

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008106337A (ja) * 2006-10-27 2008-05-08 Shingijutsu Kenkyusho:Kk マグネシウム合金の圧延材およびその製造方法
KR20100034773A (ko) * 2008-09-18 2010-04-02 한국생산기술연구원 마그네슘 합금 및 그 제조 방법
KR101406111B1 (ko) 2013-05-08 2014-06-16 한국기계연구원 마그네슘 합금 고속 압출방법 및 그에 의해 제조된 마그네슘 합금 압출재
CN105154734A (zh) * 2015-10-18 2015-12-16 河北工业大学 一种可高速挤压的变形镁合金及其制备方法
KR20150144593A (ko) * 2014-06-17 2015-12-28 한국생산기술연구원 발화 저항성이 우수한 고강도 마그네슘 합금 및 그 제조방법
WO2019017307A1 (ja) * 2017-07-18 2019-01-24 国立研究開発法人物質・材料研究機構 マグネシウム基合金展伸材及びその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008106337A (ja) * 2006-10-27 2008-05-08 Shingijutsu Kenkyusho:Kk マグネシウム合金の圧延材およびその製造方法
KR20100034773A (ko) * 2008-09-18 2010-04-02 한국생산기술연구원 마그네슘 합금 및 그 제조 방법
KR101406111B1 (ko) 2013-05-08 2014-06-16 한국기계연구원 마그네슘 합금 고속 압출방법 및 그에 의해 제조된 마그네슘 합금 압출재
KR20150144593A (ko) * 2014-06-17 2015-12-28 한국생산기술연구원 발화 저항성이 우수한 고강도 마그네슘 합금 및 그 제조방법
CN105154734A (zh) * 2015-10-18 2015-12-16 河北工业大学 一种可高速挤压的变形镁合金及其制备方法
WO2019017307A1 (ja) * 2017-07-18 2019-01-24 国立研究開発法人物質・材料研究機構 マグネシウム基合金展伸材及びその製造方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.J. Bettles, M.A. Gibson, Current wrought magnesium alloys: strengths and weaknesses, JOM, 57 (2005) 46-49
D. Zhang, F. Qi, W. Lan, G. Shi, and X. Zhao, Trans. Nonferrous Met. Soc. China 21, 703 (2011)
H.E. Friedrich, B.L. Mordike, Magnesium Technology: Metallurgy, Design Data, Applications, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2006.
S.H. Park, H. Yu, J.H. Bae, C.D. Yim, and B.S. You, J. Alloys Compd. 545, 139 (2012)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116287917A (zh) * 2023-03-24 2023-06-23 西北有色金属研究院 一种轻质高强韧挤压Mg-Li-Al-TiB合金及其制备方法
CN118166243A (zh) * 2024-02-28 2024-06-11 广东金铝轻合金股份有限公司 一种铝合金材料及其制备方法和汽车高强度无缝管

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