KR102541307B1

KR102541307B1 - 알루미늄 합금

Info

Publication number: KR102541307B1
Application number: KR1020227044488A
Authority: KR
Inventors: 빅토르 크리스티아노비치 만; 알렉산드르 유레비치 크로힌; 알렉산드르 니코라에비치 알바빈; 알렉산드르 페트로비치 크로모브
Original assignee: 오브쉬체스트보 에스 오그라니첸노이 오트벳스트베노스트유 “오베디넨나야 꼼파니야 루살 인제네르노-테크놀로지체스키 첸트르”
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2023-06-13
Also published as: EP3643801A1; JP2022115991A; KR20230004934A; JP2020524744A; US11168383B2; EP3643801A4; RU2683399C1; US20200140976A1; JP7229181B2; WO2018236241A1; KR20200030035A

Abstract

본 발명은 알루미늄 물질의 야금 분야에 관한 것이며, 부식성 환경(습한 대기, 담수, 해수 등 기타 부식성 환경)에서 고온 및 극저온 온도를 포함하여 높은 하중의 작용하에 작동하는 제품 (용접 구조물 포함)을 제조할 때 사용될 수 있다. 저렴한 비용, 높은 수준의 물리 및 기계적 특성, 제조 가능성 및 내식성의 조합, 특히 어닐링 후 높은 수준의 기계적 특성(임시 저항 400MPa 이상, 항복 강도 300MPa 이상 및 연신율 15% 이상), 변형 가공 중 높은 가공성, 공정 Fe 함유 합금상의 존재로 인해 변형 가공 중 첨단 기술 보장, 공융 기원의 콤팩트한 입자의 형성 및 L1₂ 유형의 결정 격자가 있는 Zr- 함유상의 2차 석출로 인해 합금의 기계적 특성 증가 등을 특징으로 하는 합금이 제안된다. 알루미늄 합금은 지르코늄, 철, 망간, 크롬, 스칸듐 및 임의로 마그네슘을 함유하고, 또한 규소, 세륨 및 칼슘이 포함된 그룹에서 선택된 하나 이상의 공정 형성 요소를 추가로 포함한다. 여기서 합금 구조는 규소 및 임의로 마그네슘, L1₂ 형 격자 및 20 nm 이하의 크기를 갖는 Al₃ (Zr, X)상의 2차 석출물, 여기서 X는 Ti 및/또는 Sc임) 2차 석출물 Al₆Mn 및 Al₇Cr, 철 및 평균 입자 크기가 1μm 이하인 칼슘 및 세륨을 함유하는 그룹에서 하나 이상의 원소 등 알루미늄 매트릭스이다(상 비율 wt. %는 다음과 같다):
이차 석출 Al₃(Zr,Sc) 0.5-1.0
이차 석출 Al₆Mn 및 Al₇Cr 2.0-3.0
철과 칼슘 및 규소로 구성된 그룹에서 하나 이상의 원소를 함유하는 공융 입자 0.5-6.0
알루미늄 매트릭스 및 기타.

Description

알루미늄 합금{ALUMINIUM-BASED ALLOY}

본 발명은 알루미늄 물질의 야금 분야에 관한 것이며, 부식성 환경(습한 대기, 담수, 해수 등 기타 부식성 환경)에서 고온 및 극저온 온도를 포함하여 높은 하중의 작용하에 작동하는 제품 (용접 구조물 포함)을 제조할 때 사용될 수 있다. 합금 재료는 압연 제품 (판, 시트 및 시트 제품), 압출 프로파일 및 파이프, 단조품 등 기타 변형된 반제품 및 분말, 플레이크, 과립 등의 형태로 얻어질 수 있다 (최종 제품의 후속 인쇄 시). 제안된 합금은 주로 항공기, 보트 선체 및 기타 선박, 상부 데크, 차체 부품의 라이닝, 자동차 및 철도 차량 탱크, 화학 활성 물질 운송용 부품, 식품 산업용 장비 등에 사용된다.

높은 내식성, 높은 용접성, 높은 연신율 및 극저온에서 작업 할 수 있는 능력 등으로 인해 Al-Mg 시스템(5xxx 시리즈)의 변형 합금은 해수 및 강물 (수송, 파이프라인, 액화 가스 및 화학적 활성 액체 운송용 탱크 등) 등 부식성 환경에서 작동하는 장비에 널리 사용된다. 5xxx 시리즈 합금의 주요 단점은 어닐링된 상태에서 변형된 반제품의 강도 수준이 낮다는 것이다. 예를 들어 일반적으로 어닐링 후 5083 합금의 항복 강도는 150 MPa를 초과하지 않는다 (산업용 알루미늄 합금: 참조 책 알리예바, 알트만, 암바르추?? 등: 야금, 1984년)

5xxx 합금의 어닐링된 상태에서 강도 특성을 증가시키는 방법 중 하나는 전이 금속과의 추가적인 합금화이다. 그 금속 중에서 Zr 원소가 가장 많이 사용된다. Hf, V, Er 및 기타 원소도 사용된다. 이 경우 Al-Mg 시스템의 다른 알려진 합금 (타입 5083)에 비해 이러한 합금의 주요 특징은 특히 L1₂ 타입의 격자를 갖는 분산물을 형성하는 원소를 함유하는 것이다. 이 경우 강도 특성을 증가시키는 누적 효과는 주로 알루미늄 고용체의 마그네슘에 의한 고용체 경화 및 균질화 (헤테로겐화) 어닐링 시 형성된 2차 석출물의 다양한 2차상의 구조의 존재로 인해 달성된다.

따라서 Alcoa (러시아 연방 특허 2431692)가 개발한 재료가 알려져 있다. 합금이 함유하는 원소 (질량%): 마그네슘 5.1-6.5%, 망간 0.4-1.2%, 아연 0.45-1.5%, 지르코늄 0.2% 이하, 크롬 0.3% 이하, 티타늄 0.2% 이하, 철 0.5% 이하, 규소 0.4% 이하, 구리 0.002-0.25%, 칼슘 0.01% 이하, 베릴륨 0.01% 이하, 적어도 그룹에서 하나 이상의 원소: 붕소, 탄소, 각각 0.06 % 이하, 적어도 그룹에서 하나 이상의 원소: 비스무트, 납, 주석, 각각 0.1% 이하, 스칸듐, 은, 리튬, 각각 0.5% 이하, 바나듐, 세륨, 이트륨, 각각 0.25% 이하, 적어도 그룹에서 하나 이상의 원소: 니켈과 코발트, 각각 0.25% 이하, 알루미늄과 불가피한 불순물 - 나머지. 이 합금의 단점들 중에서, 비교적 낮은 전체 강도 수준 특성이 주목될 수 있으며, 이는 몇몇 경우에 사용을 제한한다. 다수의 작은 첨가제의 함유는 생산 속도를 감소시키며, 주조 장치의 생산 성능에 부정적인 영향을 미치며, 높은 마그네슘 함량은 가공성 및 내식성을 감소시킨다.

스칸듐과 지르코늄 첨가제를 결합하면 5083 유형의 합금보다 강도 특성을 높이는 효과가 훨씬 더 커진다. 이 경우, 변형 가공 시 고온 가열 및 변형된 반제품의 후속 어닐링에 저항하는 더 많은 2차 석출물 (전형적인 크기 5-20nm)의 형성으로 인해 더 높은 강도 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 지르코늄 및 스칸듐 첨가제 (특히 "프로메테이"라는 건축 재료 중앙 연구 기관인 연방 국립 단일 기업)를 사용해서 합금된 Al-Mg 시스템에 기초한 재료가 알려져 있으며 러시아 연방 특허 제2268319호의 발명에 개시되고 합금 1575-1로 알려진 재료가 제안되었다. 이 합금은 5083 및 1565 유형의 합금보다 높은 수준의 강도 특성을 특징으로 한다. 제안된 재료는 (질량%) 다음 원소를 함유한다: 마그네슘 5.5-6.5%, 스칸듐 0.10-0.20%, 망간 0.5-1.0%, 크롬 0.10-0.25%, 지르코늄 0.05-0.20, 티타늄 0.02-0.15%, 아연 0.1-1.0%, 붕소 0.003-0.015%, 베릴륨 0.0002-0.005%, 나머지 알루미늄. 재료의 단점 중 많은 마그네슘 함량이다. 이는 변형 공정 중 가공성에 부정적인 영향을 미치며 최종 구조에 β-Al₈Mg₅ 상이 존재하는 경우 내식성이 저하되는 경우가 있다.

Kaiser Aluminum 특허 US6139653에 기술된 재료가 또한 알려져 있다. Al-Mg-Sc 시스템에 기초한 합금은 Hf, Mn, Zr, Cu 및 Zn (질량%) 등을 포함하는 그룹에서 선택된 원소를 추가로 함유한다: 1.0-8.0% Mg, 0.05-0.6% Sc,뿐만 아니라 0.05-0.20% Hf 및/또는 0.05-0.20% Zr, 0.5-2, 0% Cu 및/또는 0.5-2.0% Zn. 각각의 구체예에서, 재료는 0.1-0.8 질량%의 Mn을 추가로 함유할 수 있다. 재료의 단점 중 하한에서의 마그네슘 함량으로 강도 특성의 상대적으로 낮은 값이며 상한에서의 마그네슘 함량으로 변형 가공 시 낮은 내식성 및 낮은 가공성이다. 또한, 높은 수준의 특성을 보장하기 위해서는 Sc, Hf, Mn 및 Zr 등과 같은 원소에 의해 형성된 입자 크기 비율의 조절이 필요하다.

특허 US5624632에 기술된 Aluminum Company Of America 회사의 재료 알려져 있다. 알루미늄 계 합금은 (질량%) 3-7% 마그네슘, 0.05-0.2% 지르코늄, 0.2-1.2% 망간, 규소 0.15% 및 그룹에서 선택한 2 차 침전물을 구성하는 요소의 0,05-0,5%: Sc, Er, Y, Cd, Ho, Hf, 알루미늄, 임의 원소 및 불순물이다.

프로토타입으로서, Al-Zr-Sc 3 상으로 경화된 용접 가능한 내식성 재료를 제공하고 Eads Deutschland Gmbh 사의 특허 US6531004에 설명된 기술 솔루션이 제안된다. 합금은 주로 (질량%) 다음 원소를 함유한다: 5 - 6% 마그네슘, 0.05 - 0.15% 지르코늄, 0.05 - 0.12% 망간, 0.01 - 0.2% 티타늄, 스칸듐과 테르븀의 총 0.05 - 0.5%, 및 임의로 란타나이드로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 추가 원소, 여기서 스칸듐 및 테르븀은 필수 원소로서 존재하고, 0.1 - 0.2%를 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소 - 0.2% 구리 및 0.1 - 0.4% 아연, 나머지 알루미늄 및 0.1 % 이하의 실리콘의 불가피한 불순물. 본 재료의 단점 중 희귀하고 비싼 요소가 존재하는 것이다. 또한, 본 재료는 공정 가열 시 고온 가열에 충분히 저항하지 않을 수 있다.

또한, 열거된 모든 합금에 대한 주요 공통 문제점은 균질화 (헤테로겐화) 어닐링 시 주조 잉곳의 상당한 경화로 인해 변형 가공 시 낮은 가공성이다.

본 발명의 목적은 저비용 및 높은 수준의 물리적 및 기계적 특성, 제조성 및 내식성, 특히 어닐링 후 높은 수준의 기계적 특성(임시 저항이 400 MPa 이상이며 항복 강도가 300 MPa 이상이며 신장률이 15 % 이상임), 변형 가공 시 높은 가공성 등을 특징으로 하는 합금을 개발하는 것이다.

기술적인 결과는 공융 기원의 콤팩트 입자의 형성 및 L1₂ 유형의 결정 격자에 의한 Zr 함유상의 2차 석출(secondary separation)로 인해 합금의 공융 Fe 함유상의 존재로 인해 변형 가공 중 높은 제조 가능성을 보장하는 문제의 해결책이다.

문제의 해결책과 명시된 기술적 결과의 달성은 다음에 의해 제공된다. 지르코늄, 철, 망간, 크롬, 스칸듐, 및 임의로 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금이 제안되며, 규소, 세륨 및 칼슘이 포함된 그룹에서 선택된 하나 이상의 공융 형성 원소를 추가로 포함한다(다음 원소 비율 시, 질량%):

0.10 내지 0.50 지르코늄; 0.10 내지 0.30 철; 0.40 내지 1.5 망간; 0.15 내지 0.6 크롬; 0.09 내지 0.25 스칸듐; 0.02 내지 0.10의 티타늄; 그룹에서 선택된 하나 이상의 요소: 0.10 내지 0.50 규소; 0.10 내지 5.0 세륨; 0.10 내지 2.0 칼슘; 임의로 2.0 내지 5.2 마그네슘; 알루미늄과 피할 수 없는 불순물.

여기서 합금 구조는 규소 및 임의로 마그네슘, L1₂ 형 격자 및 20 nm 이하의 크기를 갖는 Al₃ (Zr, X)상의 2차 석출물을 함유하는 알루미늄 매트릭스이다. 여기서 X는 Ti 및/또는 Sc이고, Al₆Mn 및 Al₇Cr, 평균 입자 크기가 1 μm 이하인 철, 및 칼슘 및 세륨을 함유하는 그룹에서 하나 이상의 원소를 함유하는 공융상의 비율이 다음과 같다:, 질량 %:

이차 방출 Al₃(Zr,Sc) - 0.5 - 1.0

이차 방출 Al₆Mn 및 Al₇Cr - 2.0-3.0

철과 칼슘 및 규소로 구성된 그룹에서 하나 이상의 원소를 함유하는 공융 입자- 0.5-6.0

알루미늄 매트릭스 -기타.

특정 실시예에서, 2 차 침전물의 Al₃ (Zr, X)상의 입자 사이의 거리는 50 nm 이하이다. 합금에서 지르코늄, 스칸듐 및 티타늄의 함량은 다음 조건을 충족한다: Zr + Sc*2 +Ti > 0.4 질량%.

어닐링 후 높은 수준의 기계적 특성을 달성하기 위해, 알루미늄 합금의 구조는 마그네슘으로 최대 합금된 알루미늄 용액 및 평균 입자 크기가 200nm 이하인 Al₆Mn상, 평균 입자 크기가 50nm 이하인 Al₇Cr상, Al₃ (Zr,X) 등 2차 석출 입자의 최대 수를 포함하여야 한다. 여기서 원소 X는 Ti 및/또는 평균 크기가 10 nm 이하이고 평균 입자 간 거리가 50 nm 이하인 L1₂ 형 격자를 갖는 Sc이다.

이 경우에 증가된 강도 특성의 효과는 마그네슘으로 알루미늄 용액의 고용체 경화 및 고온 가열에 대한 내성이 높은 망간, 크롬, 지르코늄, 스칸듐 및 티타늄을 포함하는 2차상의 조합된 긍정적 효과로 인해 달성된다. 이 경우, 규소 및/또는 게르마늄으로 합금을 추가로 합금화하는 것으로 인해, 알루미늄 용액에서 지르코늄, 스칸듐 및 티타늄의 용해도가 감소되며, 2차 석출물 입자의 수를 10 nm까지 증가시켜 경화 효율을 증가시킨다.

이 합금에서 주어진 구조의 달성을 보장하는 청구된 양의 합금 성분의 정당화는 아래에 주어진다.

4.0-5.2 질량의 마그네슘은 고용체 경화로 인해 기계적 물성 수준 증가에 필요하다. 마그네슘 함량이 5.2 질량%을 초과하는 경우,이 원소의 영향은 변형 시 수율에 상당한 부정적인 영향을 미치며, 압력 처리 중 (예를 들어, 압연 잉곳) 제조성 감소에 영향을 줄 것이다. 0.1% 질량 이하의 함량은 필요한 최소 강도 특성 수준을 제공하지 않는다.

지르코늄, 스칸듐 및 티타늄 (각각 질량의 0.08-0.50%, 0.05-0.15%, 0.04-0.2%) 등은 L1₂ Al₃Zr 및/또는 Al₃(Zr,X) (여기서, X는 Ti 또는 Sc임)유형의 결정 격자를 가진 준 안정상의 2차 석출물 형성 시 분산 경화로 인해 소정의 강도 특성을 달성하기 위해서는 필요하다. 일반적으로, 지르코늄, 스칸듐 및 티타늄은 L1₂ 격자의 준 안정성 Al₃Zr상의 2차 석출물과 알루미늄 매트릭스 사이에 재분배된다.

합금에 지르코늄 농도가 0.50 질량을 초과하면 용융 준비 중 더 높은 온도가 필요하다. 이는 일부 경우에 산업 용융 준비 조건에서 기술적으로 실현 가능하지 않다.

지르코늄 함량이 0.50 질량을 초과할 때 표준 주조 모드를 사용하는 경우 D0₂₃ 유형의 격자를 갖는 일차 결정의 구조로 형성될 수 있다. 이렇게 하면 안 된다.

명시된 수준 미만의 지르코늄, 스칸듐 및 티타늄의 함량은 L1₂ 형 격자를 갖는 준 안정상의 2차 석출물이 충분하지 않기 때문에 요구되는 최소 강도 수준을 제공하지 않는다.

0.4-1.2% 질량의 크롬은 2차 Al₇Cr상의 형성에 의한 석출 경화로 인한 기계적 특성의 전체 수준을 증가시키기 위해 필요하다. 크롬 함량이 명시된 함량보다 높으면 이 원소의 영향은 변형 시 수율에 상당한 부정적인 영향을 미치며, 압력 처리 중 (예를 들어, 압연 잉곳) 제조성 감소에 영향을 줄 것이다. 0.1% 질량 이하의 함량은 필요한 최소 강도 특성 수준을 제공하지 않는다.

0.4-1.2% 질량의 망간은 2차 Al₆Mn상의 형성에 의한 석출 경화로 인한 기계적 특성의 전체 수준을 증가시키기 위해 필요하다. 망간 함량이 명시된 함량보다 높으면 이 원소의 영향은 변형 시 (예를 들어 잉곳 압연) 성능에 상당한 부정적인 영향을 미치며, 1차 결정의 형성으로 인해, 변형 중 수율에 상당한 부정적인 영향을 미친다. 0.4% 질량 이하의 함량은 필요한 최소 강도 특성 수준을 제공하지 않는다.

청구된 양의 규소는 주로 과포화 알루미늄 고용체의 분해를 가속화하기 위해 필요하다. 어닐링시 L1₂ 격자형 (특히 지르코늄, 스칸듐, 티타늄)의 2차 석출물을 형성하는 요소의 용해도를 감소시키는 유사한 효과. 도식적으로 긍정적인 효과가 도 1에 나와 있다. 따라서, 합금이 규소를 함유하는 경우, 균질화 어닐링 (상온 T_X1에서) 중 분해는 짧은 시간 (τ₁<τ₂)으로 발생하지만, 규소를 함유한 합금에서 유사한 시간 간격 (τ₂)으로 더 낮은 온도에서 유사한 노화 효과가 달성될 수 있다 (T₁> T₂).

특정한 시간 값은 합금 원소의 비율에 의존한다.

본 발명은 알루미늄 물질의 야금 분야에 관한 것이며, 부식성 환경(습한 대기, 담수, 해수 등 기타 부식성 환경)에서 고온 및 극저온 온도를 포함하여 높은 하중의 작용하에 작동하는 제품(용접 구조물 포함)을 제조할 때 사용될 수 있다. 저렴한 비용, 높은 수준의 물리 및 기계적 특성, 제조 가능성 및 내식성의 조합, 특히 어닐링 후 높은 수준의 기계적 특성(임시 저항 400MPa 이상, 항복 강도 300MPa 이상 및 연신율 15% 이상), 변형 가공 중 높은 가공성, 공정 Fe 함유 합금상의 존재로 인해 변형 가공 중 첨단 기술 보장, 공융 기원의 콤팩트한 입자의 형성 및 L1₂ 유형의 결정 격자가 있는 Zr- 함유상의 2차 배출로 인해 합금의 기계적 특성 증가 등을 특징으로 하는 합금이 제안된다.

도 1은 본 발명의 긍정적인 효과를 나타낸 것이다.
도 2는 경도 측정 결과를 나타낸 것이다.

다음 충전 재료를 사용하여 흑연 도가니의 전기 저항로에서 합금을 제조하였다: 알루미늄 (99.99%), 구리 (99.9%), 마그네슘 (99.90) 및 이중 합자 (Al-10Mn, Al-10Zr, Al-2Sc, Al-10Fe, Al-10Cr, Al-12Si). 상의 수 및 액상 온도(T_I)는 Thermo-Calc (TTAL5 데이터베이스) 프로그램을 사용하여 계산되었다. 용융 및 주조 온도는 조건 T_I + 50℃ 조건 시 조절되었다.

본 발명의 합금은 2가지 방법을 사용하여 제조되었다: 잉곳 및 분말 기술. 잉곳은 결정화 간격에서 20 및 50K/s의 냉각 속도로 금형에 중력 충전 주조 및 흑연 금형에 반연속 주조에 의해 수득되었다. 질소 분위기에서 분무하여 분말을 제조하였다. 분말 입자의 크기에 따라 냉각 속도는 10,000 K/s 이상 실현되었다.

잉곳의 변형은 빌렛의 450℃초기 온도 시 실험실 압연기 및 수평 프레스에서 수행되었다. 최대 가압력 1000 톤의 수평 프레스에서 압출을 수행하였다.

화학 조성은 ARL4460 분광계에서 확인되었다.

인장 길이는 설계 길이가 50 mm이고 시험 속도가 분당 10mm인 회전된 샘플에 대해 수행되었다. 전기 전도도가 와전류법에 의해 평가되었다. 경도가 브리넬법 (부하 62.5kgf, 공 지름 2.5mm, 유지 시간 30초 시)에 의해 평가되었다. 모든 시험은 실온에서 수행되었다.

실시예 1

실험실 조건 하에서, 편평한 잉곳 형태의 10개의 실험 합금이 얻어졌다. 화학 성분은 표 1에 나와 있다. 용융 상태의 합금의 구조는 철 및 세륨을 함유하는 공융 상이 위치된 알루미늄 용액이었다. 유형 D0₂₃의 1차 결정은 검출되지 않았다. 실험 합금의 경화에 대한 규소의 영향은 각 단계에서 최대 3시간의 지속 시간으로 50℃ 씩 증가하여 300℃에서 450℃까지 단계 어닐링 중 경도(HB)의 변화에 의해 평가되었다. 경도 측정 결과는 도 2에 나와 있다.

실험 합금의 화학 성분.

합금 번호	화학 성분,질량%
합금 번호	Zr	Fe	Mn	Cr	Sc	Ce	Si	Zr+2*Sc
1	0	0.2	0.51	0.53	0	0.52	0	0
2	0.19	0.19	0.51	0.51	0	0.51	0	0.19
3	0.2	0.2	0.5	0.53	0	0.52	0.14	0.2
4	0	0.21	0.5	0.52	0	0.51	0.14	0
5	0.21	0.21	0.5	0.52	0.11	0.52	0	0.43
6	0.2	0.21	0.51	0.52	0.1	0.53	0.14	0.40
7	0.3	0.21	0.51	0.52	0.05	0.53	0	0.40
8	0	0.21	0.51	0.52	0.1	0.53	0	0.2
9	0.6	0.21	0.51	0.52	0.1	0.53	0.10	0.8
10	0.6	0.21	0.51	0.52	0.1	0.53	0	0.8

얻어진 결과를 분석해서 합 Zr + 2 * Sc ≥ 0.4인 합금에서 현저한 경화 (유의 경화는 20 HB 초과의 경도 변화임)가 관찰된다.

제시된 결과에 따르면 경화 속도(경도 변화)를 포함하여 더 높은 수준의 경화는 규소 첨가제를 함유한 합금에서 관찰된다. 조성물 2 및 3의 미세 구조 분석은 합금 3에서 유형 L1₂의 구조를 갖는 입자의 수가 합금 2에 비해 30% 이상 더 높다는 것을 보여준다(350℃온도에서 시작함).

규소의 이러한 효과는 규소의 존재 시 규소의 첨가없이 합금의 붕괴 시작 라인에 비해 라인의 좌측으로 과포화 지르코늄 및/또는 스칸듐 알루미늄 고체의 붕괴 라인이 이동한다는 사실에 기인한다(도 1).

가장 바람직한 농도는 0.14 질량%의 실리콘 함량이다.

실시예 2

실험실 조건에서, 6개의 실험 합금 조성물이 0.8 mm 두께의 압연 시트 형태로 생산되었다. 화학 성분은 표 2에 나와 있다.

실험 합금의 화학 성분.

합금 번호		화학 성분,질량%							참고 사항
합금 번호	Zr	Fe	Mn	Cr	Sc	Ce	Mg	Si	참고 사항
11	0.14	0.17	0.43	0.18	0.12	-	3.9	0.14
12	0.14	0.17	0.40	0.17	0.11	-	5.1	0.14	균열
13	0.14	0.18	0.41	0.20	0.10	-	6.1	0.14	균열
14	0.15	0.19	0.43	0.18	0.12	0.21	3.8	0.14
15	0.14	0.18	0.42	0.17	0.11	0.20	5.1	0.14
16	0.14	0.17	0.41	0.19	0.10	0.20	6.1	0.14	균열

변형 처리 시 합금 번호 12, 13 및 16은 압연 동안 에지에서 균열이 관찰되었다. 세륨 함량을 제외하고 상대적으로 동일한 농도의 합금 원소를 함유하는 합금 12 및 15를 비교할 때, 합금 15는 압연 중 균열이 없었으며, 이는 균일한 변형을 달성할 수 있는 공융상 (eutectic phase)의 존재에 의해 설명된다. 결과적으로 시트 압연 시 균열을 제거한다. 그러나 공융 성분이 존재하더라도 마그네슘 농도가 높으면 균열의 출현을 배제하지 않는다.

합금 11, 14 및 15의 기계적 인장 시험 결과는 표 3에 제시되어 있다. 시험은 350℃에서 3 시간 동안 시트를 어닐링한 후에 수행되었다.

인장 시 기계적 특성.

합금 번호	σв, MPa	σ0,2 MPa	δ, %
11	374	204	17
14	388	208	17
15	430	298	13

합금 번호 11 및 14는 합금 번호 15에 비해 기계적 특성 수준에 대한 요구 사항을 충족하지 않는다. 강판의 제조에 가장 바람직한 것은 합금 15의 조성이다.

실시예 3

실험실 조건 하에서, 공융상의 구조적 성분의 크기 및 1 차 결정의 유무를 평가하기 위해 합금 번호 15 (표 2) 및 화학적 조성이 표 4에 주어지는 합금을 사용하여 4 가지 냉각 속도에 대한 잉곳 및 분말 샘플을 수득하였다.

실험 합금의 화학 성분.

합금 번호		화학 성분, 질량%
합금 번호	Zr	Fe	Mn	Cr	Sc	Ce	Mg	Si
17	0.5	0.14	0.40	0.17	0.11	5.0	3.1	0.14

실험 합금의 구조 매개 변수.

냉각 속도, K/s		합금 번호
냉각 속도, K/s		15	17
1 이하	Fe- 함유상의 평균 크기, 미크론	10 이상	-
1 이하	D0₂₃ 있음	+	-
10	Fe- 함유상의 평균 크기, 미크론	3	-
10	D0₂₃ 있음	없음	-
100	Fe- 함유상의 평균 크기, 미크론	1.5	-
100	D0₂₃ 있음	없음	-
100,000	Fe- 함유상의 평균 크기, 미크론	-	1 이하
100,000	D0₂₃ 있음	없음	없음

Claims

마그네슘, 지르코늄, 철, 망간, 크롬, 스칸듐 및 규소를 포함하는 다음 비율(wt.%)을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
마그네슘 4.0-5.2;
지르코늄 0.08-0.5;
망간 0.4-1.2;
크롬 0.1-0.4;
스칸듐 0.05-0.15;
티타늄 0.04-0.2;
실리콘 0.1 - 0.5;
철 0.1-0.3;
및 합금은 선택적으로 세륨 및 칼슘을 함유하고, 나머지는 알루미늄 및 불가피한 불순물로 구성되며, 여기서 합금의 구조는 규소 및 마그네슘을 함유하는 알루미늄 매트릭스, L1₂ 형 격자 및 20 nm 이하 크기의 Al₃(Zr,Sc) 상의 2차 석출물(secondary separations), Al₆Mn 및 Al₇Cr의 2차 석출물, 평균 입자 크기가 1μm 이하인 철, 칼슘 및 세륨을 포함하는 공융상(eutectic phases)이며, 상기 공융상은 다음 상 비율(wt.%)을 가진다:
Al₃(Zr,Sc)의 2차 석출물: 0.5-1.0;
Al₆Mn의 2차 석출물: 2.0-3.0;
철과 칼슘 및 철로 구성된 그룹에서 하나 이상의 원소를 포함하는 공융 입자: 0.5-6.0;
알루미늄 매트릭스: 나머지.
제1항에 있어서, 2차 석출물의 Al₃(Zr, Sc)상의 입자 사이의 거리가 50 nm 이하인 것을 특징으로 하는 합금.
제1항에 있어서, 지르코늄, 스칸듐 및 티타늄의 함량이 다음 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 합금: Zr + Sc*2 + Ti > 0.4 질량 %.