KR102623553B1 - 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법 - Google Patents
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Abstract
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법은 실리콘(Si): 8.5 ~ 9.1중량%, 구리(Cu): 1.0 ~ 3.0중량%, 마그네슘(Mg): 0.3 ~ 0.5중량%, 철(Fe): 0.14 ~ 0.2중량%, 망간(Mn): 0.4 ~ 0.6중량%, 티타늄(Ti): 0.10 ~ 0.15중량% 및 나머지 알루미늄(Al)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 알루미늄 합금을 준비하는 단계; 및 상기 알루미늄 합금에 대하여 용체화 처리를 수행하지 않고 160 ~ 200℃에서 3 ~ 5시간동안 수행하는 시효 처리를 수행하는 단계;를 포함하며, 상기 시효 처리를 수행한 후의 경도는 100 ~ 110HB이고 인장강도는 260 ~ 290MPa인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 합금의 열처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법에 관한 것이다.
수소차량 부품 중 인클로저를 구현하기 위한 알루미늄 합금 개발이 연구되고 있다. 알루미늄 합금의 경도가 낮아서 볼트 체결시 나사산이 변형되고 마모되는 문제를 해결하기 위하여 용체화 처리 및 시효 처리를 순차적으로 수행하는 T6 열처리를 수행할 수 있다. 그러나 상기 T6 열처리 후 알루미늄 합금이 변형되는 문제가 발생하여 교정 공정이 필수적으로 추가되어야 하므로 공정 비용이 증가하고 생산성이 저하된다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제KR20100130175A호가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 공정을 단순화하면서도 기계적 물성을 확보할 수 있는 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법은 실리콘(Si): 8.5 ~ 9.1중량%, 구리(Cu): 1.0 ~ 3.0중량%, 마그네슘(Mg): 0.3 ~ 0.5중량%, 철(Fe): 0.14 ~ 0.2중량%, 망간(Mn): 0.4 ~ 0.6중량%, 티타늄(Ti): 0.10 ~ 0.15중량% 및 나머지 알루미늄(Al)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 알루미늄 합금을 준비하는 단계; 및 상기 알루미늄 합금에 대하여 용체화 처리를 수행하지 않고 160 ~ 200℃에서 3 ~ 5시간동안 수행하는 시효 처리를 수행하는 단계;를 포함하며, 상기 시효 처리를 수행한 후의 경도는 100 ~ 110HB이고 인장강도는 260 ~ 290MPa인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법은 실리콘(Si): 8.5 ~ 9.1중량%, 구리(Cu): 1.0 ~ 3.0중량%, 마그네슘(Mg): 0.3 ~ 0.5중량%, 철(Fe): 0.14 ~ 0.2중량%, 망간(Mn): 0.4 ~ 0.6중량%, 티타늄(Ti): 0.10 ~ 0.15중량% 및 나머지 알루미늄(Al)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 알루미늄 합금을 준비하는 단계; 상기 알루미늄 합금에 대하여 500 ~ 560℃에서 7 ~ 9시간동안 수행하는 용체화 처리를 수행하는 단계; 및 상기 용체화 처리를 수행한 후에 상기 알루미늄 합금에 대하여 160 ~ 200℃에서 3 ~ 5시간동안 수행하는 시효 처리를 수행하는 단계;를 포함하며, 상기 시효 처리를 수행한 후의 경도는 145 ~ 155HB이고 인장강도는 370 ~ 390MPa인 것을 특징으로 한다.
상기 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법들에서, 상기 알루미늄 합금을 준비하는 단계에서 상기 알루미늄 합금은 크롬(Cr): 0.14 ~ 0.16중량%을 더 함유하여 이루어질 수 있다.
상기 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법들에서, 상기 시효 처리를 수행한 후의 최종 미세조직은 알루미늄 합금 기지 내에 공정 실리콘의 분율이 10 ~ 15중량%이고 금속간화합물의 분율이 0.5 ~ 5중량%일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 공정을 단순화하면서도 경도 등의 기계적 물성을 확보할 수 있는 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법에서 열처리 공정을 시간과 온도에 따른 그래프로 도해한 도면이다.
도 3은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따르는 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 시편의 주조성을 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 시편의 주조 결함 수준을 비교한 사진들이다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 시편에 대하여 주조 후 용체화 처리를 생략하고 시효 처리를 수행한 경우 시효 처리 시간에 따른 경도값을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실험예에 따른 시편에 대하여 공정 조건에 따른 최대 피크 경도값을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실험예에 따른 시편에 대하여 공정 조건에 따른 인장강도값을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실험예에 따른 시편에 대하여 공정 조건에 따른 연신율을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실험예에 따른 시편에서 용체화 처리 전후의 변형량을 측정한 위치를 도해하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실험예에 따른 시편에서 용체화 처리 전후의 변형량을 비교한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실험예3에 따른 시편의 최종 미세조직을 이미지 보정하여 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법에서 열처리 공정을 시간과 온도에 따른 그래프로 도해한 도면이다.
도 3은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따르는 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 시편의 주조성을 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 시편의 주조 결함 수준을 비교한 사진들이다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 시편에 대하여 주조 후 용체화 처리를 생략하고 시효 처리를 수행한 경우 시효 처리 시간에 따른 경도값을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실험예에 따른 시편에 대하여 공정 조건에 따른 최대 피크 경도값을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실험예에 따른 시편에 대하여 공정 조건에 따른 인장강도값을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실험예에 따른 시편에 대하여 공정 조건에 따른 연신율을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실험예에 따른 시편에서 용체화 처리 전후의 변형량을 측정한 위치를 도해하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실험예에 따른 시편에서 용체화 처리 전후의 변형량을 비교한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실험예3에 따른 시편의 최종 미세조직을 이미지 보정하여 촬영한 사진이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법을 상세하게 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 적절하게 선택된 용어들로서, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
수소차량 부품용 알루미늄 합금
본 발명의 일 실시예에 따르는 수소차량 부품용 알루미늄 합금은 실리콘(Si): 8.5 ~ 9.1중량%, 구리(Cu): 1.0 ~ 3.0중량%, 마그네슘(Mg): 0.3 ~ 0.5중량%, 철(Fe): 0.14 ~ 0.2중량%, 망간(Mn): 0.4 ~ 0.6중량%, 티타늄(Ti): 0.10 ~ 0.15중량% 및 나머지 알루미늄(Al)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.
더욱 엄격하게는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 수소차량 부품용 알루미늄 합금은 실리콘(Si): 8.7 ~ 8.9중량%, 구리(Cu): 1.6 ~ 1.8중량%, 마그네슘(Mg): 0.3 ~ 0.5중량%, 철(Fe): 0.17 ~ 0.19중량%, 망간(Mn): 0.4 ~ 0.6중량%, 티타늄(Ti): 0.11 ~ 0.13중량% 및 나머지 알루미늄(Al)과 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다. 이 경우, 용체화 처리를 생략하고 시효 처리만 수행한 T5 열처리를 적용한 경우, 현재 양산합금(실험예1) 수준의 경도값을 구현할 수 있으며, 용체화 처리를 수행한 후 시효 처리를 수행한 T6 열처리를 적용한 경우, 현재 양산합금(실험예1) 대비 T4 처리후 변형량을 약 70% 정도 감소시키면서도 경도는 약 50% 증가하고 인장강도는 약 33% 증가할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 수소차량 부품용 알루미늄 합금은 실리콘(Si): 8.5 ~ 9.1중량%, 구리(Cu): 1.0 ~ 3.0중량%, 마그네슘(Mg): 0.3 ~ 0.5중량%, 철(Fe): 0.14 ~ 0.2중량%, 망간(Mn): 0.4 ~ 0.6중량%, 티타늄(Ti): 0.10 ~ 0.15중량%, 크롬(Cr): 0.14 ~ 0.16중량% 및 나머지 알루미늄(Al)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.
더욱 엄격하게는, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 수소차량 부품용 알루미늄 합금은 실리콘(Si): 8.7 ~ 8.9중량%, 구리(Cu): 1.6 ~ 1.8중량%, 마그네슘(Mg): 0.3 ~ 0.5중량%, 철(Fe): 0.17 ~ 0.19중량%, 망간(Mn): 0.4 ~ 0.6중량%, 티타늄(Ti): 0.11 ~ 0.13중량%, 크롬(Cr): 0.14 ~ 0.16중량% 및 나머지 알루미늄(Al)과 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다. 이 경우, 용체화 처리를 생략하고 시효 처리만 수행한 T5 열처리를 적용한 경우, 현재 양산합금(실험예1) 수준의 경도값을 구현할 수 있으며, 용체화 처리를 수행한 후 시효 처리를 수행한 T6 열처리를 적용한 경우, 현재 양산합금(실험예1) 대비 T4 처리후 변형량을 약 70% 정도 감소시키면서도 경도는 약 50% 증가하고 인장강도는 약 33% 증가할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 수소차량 부품용 알루미늄 합금에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명한다.
실리콘(Si): 8.5 ~ 9.1중량%
실리콘(Si)의 함량 증가시 주조 유동성이 좋고, 주조 수축 및 열간 취성(Hot tearing)을 감소시키는 역할을 한다. 또한, 마그네슘(Mg)과 합금시 열처리에 의한 Mg2Si 석출물이 강도 개선 역할을 한다. 반면, 실리콘(Si)의 함량이 부족할 경우 열간 취성(Hot tearing) 민감도가 상승하며 주조 유동성이 현저히 떨어진다. 본 발명에서, 실리콘(Si)의 함량이 8.5중량% 미만인 경우 Mg2Si상이 적게 석출되어 열처리에 의한 경화 효과가 불충분하며, 실리콘(Si)의 함량이 9.1중량%를 초과하면 열간 취성 민감도와 주조 유동성은 향상되나, 강도 및 연신율 측면에서 현저히 떨어지는 경향을 보이므로 함량을 제한할 필요가 있다. 따라서 본 발명에서는 열간취성 민감도, 주조 유동성, 강도 및 연신율 측면을 고려하여 실리콘(Si)의 함량을 8.5 ~ 9.1중량%로 제한한다.
구리(Cu): 1.0 ~ 3.0중량%
구리(Cu)는 시효 강화 특성이 있어 강도 및 경도를 증대시키는데 좋다. 이 때, 구리(Cu)가 부족할 경우에는 기계적 성질이 부족하게 되며, 과잉될 경우에는 주조 유동성 저하, 열간 취성(Hot tearing) 민감도가 크다. 특히 구리(Cu)가 3.0중량%를 초과하여 함유되면 내식성이 매우 나빠지며 응력부식균열이 발생할 수 있는 경향이 있으므로 성분을 제한하여야 한다. 따라서, 본 발명에서는 구리(Cu)의 함량을 1.0 ~ 3.0중량%로 제한한다.
마그네슘(Mg): 0.3 ~ 0.5중량%
마그네슘(Mg)은 기계적 성질을 향상시키는 역할을 한다. 즉, 마그네슘(Mg)은 실리콘(Si)과 공존하면 열처리에 의해 Mg2Si가 석출됨으로써 강도 향상을 도모하며, Si-Zn 공존시 시효강화 특성을 나타낸다. 또한, 마그네슘(Mg) 단독으로도 고용강화 효과를 발휘하여 강도, 연신율을 증가시키는 특징이 있다. 그러나, 주조시 불순물 발생이 크며 유동성이 저하되는 특성을 가지며, 산소와의 결합력이 강해서 산화물 유입의 원인이 될 수 있으므로 주조시 각별한 주위가 필요하다. 한편, 마그네슘(Mg)의 함량이 부족할 경우에는 기계적 성질이 부족하게 되며, 과잉될 경우에는 주조성, 단조성, 응력부식균열, 열간 취성(Hot tearing) 민감도가 크며 연신율이 저하된다. 따라서, 본 발명에서 기계적 성질의 측면에서 마그네슘(Mg)의 함량을 0.3 ~ 0.5중량%로 제한한다.
철(Fe): 0.14 ~ 0.2중량%
철(Fe)은 알루미늄의 정련 및 주조 과정에서 혼입되기 쉬운 불순물이며, 함유량이 많아지면 기계적 성질을 저하시킬 수 있다. 알루미늄의 정련 및 주조 과정에서의 혼입이 불가피할 경우, 철(Fe)은 0.14 ~ 0.2중량%인 것이 조절하는 것이 바람직하다. 철(Fe)의 함량이 0.2중량%를 초과하는 경우 침상의 Fe계의 금속간 화합물을 정출시켜 연신율이 저하되므로 철(Fe)의 함량을 0.14 ~ 0.2중량%로 규제하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 0.4 ~ 0.6중량%
망간(Mn)은 결정립 미세화와 주조 수축을 방지하는 역할을 한다. 구리(Cu) 및 실리콘(Si)이 함유되었을 때에는 고온 강도 개선에 효과가 있으며 적절한 함량이 포함되었을 때 연신율 증가 효과를 얻을 수 있다. 한편, 망간(Mn)이 부족할 경우에는 연신율이 증대되는 효과를 얻을 수 없으며, 과잉의 경우는 Fe와 공존하여 Al-Mn-Fe 생성하여 강도에 역효과가 있다. 특히, 본 발명에서는 망간(Mn) 함량이 0.4중량% 미만일 경우 인장 강도 및 항복 강도는 상당히 높으나 연신율이 현저히 저하되는 것을 알 수 있어, 본 발명에서는 망간(Mn)의 함량을 0.4 ~ 0.6중량%로 제한한다.
티타늄(Ti): 0.10 ~ 0.15중량%
티타늄(Ti)은 알루미늄 합금의 주조 조직을 미세화하는 역할을 하는데, 함량이 많을 경우는 개재물의 석출물이 증가하여 기계적 성질을 저하시킨다. 따라서, 본 발명에서는 티타늄(Ti)의 함유량을 0.10 ~ 0.15중량%로 제한한다.
크롬(Cr): 0.14 ~ 0.16중량%
크롬(Cr)은 가공시 알루미늄 합금의 재결정을 방해하는 유효한 원소인데, 다량 함유되었을 때는 기지조직(Matrix)의 경화가 증가되어 가공성이 저하되므로, 본 발명에서는 크롬(Cr)의 함량을 0.14 ~ 0.16중량%로 제한한다.
상술한 바와 같은, 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 수소차량 부품용 알루미늄 합금은 알루미늄 합금 기지 내에 공정 실리콘의 분율이 10 ~ 15중량%이고 금속간화합물의 분율이 0.5 ~ 5중량%인 최종 미세조직을 가질 수 있다.
이하에서는 상술한 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법을 설명한다.
수소차량 부품용 합금의 열처리 방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 도 2는 본 발명의 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법에서 열처리 공정을 시간과 온도에 따른 그래프로 도해한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법은 실리콘(Si): 8.5 ~ 9.1중량%, 구리(Cu): 1.0 ~ 3.0중량%, 마그네슘(Mg): 0.3 ~ 0.5중량%, 철(Fe): 0.14 ~ 0.2중량%, 망간(Mn): 0.4 ~ 0.6중량%, 티타늄(Ti): 0.10 ~ 0.15중량% 및 나머지 알루미늄(Al)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 알루미늄 합금을 준비하는 단계(S100); 및 상기 알루미늄 합금에 대하여 용체화 처리를 수행하지 않고 160 ~ 200℃에서 3 ~ 5시간동안 수행하는 시효 처리를 수행하는 단계(S300);를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법에서는 용체화 처리를 수행하는 단계(S200)를 수행하지 않고 시효 처리를 수행하는 단계(S300)를 바로 수행하는 것을 특징으로 한다. 상기 단계(S300)를 수행한 후의 경도는 100 ~ 110HB이고 인장강도는 260 ~ 290MPa일 수 있다.
도 3은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따르는 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따르는 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법은 실리콘(Si): 8.5 ~ 9.1중량%, 구리(Cu): 1.0 ~ 3.0중량%, 마그네슘(Mg): 0.3 ~ 0.5중량%, 철(Fe): 0.14 ~ 0.2중량%, 망간(Mn): 0.4 ~ 0.6중량%, 티타늄(Ti): 0.10 ~ 0.15중량% 및 나머지 알루미늄(Al)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 알루미늄 합금을 준비하는 단계(S100); 상기 알루미늄 합금에 대하여 500 ~ 560℃에서 7 ~ 9시간동안 수행하는 용체화 처리를 수행하는 단계(S200); 및 상기 용체화 처리를 수행한 후에 상기 알루미늄 합금에 대하여160 ~ 200℃에서 3 ~ 5시간동안 수행하는 시효 처리를 수행하는 단계(S300);를 포함한다.
본 발명의 변형된 일 실시예에 따르는 수소차량 부품용 합금의 열처리 방법에서는 용체화 처리를 수행하는 단계(S200)를 수행한 후에 시효 처리를 수행하는 단계(S300)를 수행하는 것을 특징으로 한다. 상기 단계(S300)를 수행한 후의 경도는 145 ~ 155HB이고 인장강도는 370 ~ 390MPa일 수 있다.
실험예
이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
표 1은 본 실험예의 주요 합금 원소 조성(단위: 중량%)을 나타낸 것이다.
| 구분 | Si | Cu | Mg | Fe | Mn | Cr | Ti | Al |
| 실험예1 | 7.0 | - | 0.38 | 0.12 | - | - | 0.12 | Bal. |
| 실험예2 | 8.5 | 3.0 | 0.45 | 0.12 | - | - | 0.12 | Bal. |
| 실험예3 | 8.8 | 1.7 | 0.40 | 0.18 | 0.5 | - | 0.12 | Bal. |
| 실험예4 | 8.8 | 1.7 | 0.40 | 0.18 | 0.5 | 0.15 | 0.12 | Bal. |
표 1을 참조하면, 실험예3의 조성은 실리콘(Si): 8.5 ~ 9.1중량%, 구리(Cu): 1.0 ~ 3.0중량%, 마그네슘(Mg): 0.3 ~ 0.5중량%, 철(Fe): 0.14 ~ 0.2중량%, 망간(Mn): 0.4 ~ 0.6중량%, 티타늄(Ti): 0.10 ~ 0.15중량% 및 나머지 알루미늄(Al)으로 이루어진 조성을 만족한다. 실험예4의 조성은 실리콘(Si): 8.5 ~ 9.1중량%, 구리(Cu): 1.0 ~ 3.0중량%, 마그네슘(Mg): 0.3 ~ 0.5중량%, 철(Fe): 0.14 ~ 0.2중량%, 망간(Mn): 0.4 ~ 0.6중량%, 티타늄(Ti): 0.10 ~ 0.15중량%, 크롬(Cr): 0.14 ~ 0.16중량% 및 나머지 알루미늄(Al)으로 이루어진 조성을 만족한다.
이에 반하여, 본 발명의 실시예들의 조성과 달리, 실험예1의 조성은 실리콘(Si): 8.5 ~ 9.1중량%, 구리(Cu): 1.0 ~ 3.0중량%, 철(Fe): 0.14 ~ 0.2중량%, 망간(Mn): 0.4 ~ 0.6중량%의 조성을 모두 만족하지 못하며, 실험예2의 조성은 철(Fe): 0.14 ~ 0.2중량%, 망간(Mn): 0.4 ~ 0.6중량%의 조성을 모두 만족하지 못한다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 시편의 주조성을 비교한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 실험예1은 액상선온도와 고상선온도의 차이가 69℃이며, 실험예2는 액상선온도와 고상선온도의 차이가 93℃이며, 실험예3은 액상선온도와 고상선온도의 차이가 89℃이며, 실험예4는 액상선온도와 고상선온도의 차이가 90℃임을 확인할 수 있다. 특히, 실험예2에서 R영역을 살펴보면, 응고 완료 구간에서 상변태 양이 상대적으로 많아 주조성이 양호하지 못함을 이해할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 시편의 주조 결함 수준을 비교한 사진들이다.
도 5를 참조하면, 실험예1 및 실험예2의 시편은 주조 결함이 상대적으로 불량함에 반하여, 실험예3 및 실험예3의 시편은 주조 결함이 상대적으로 양호함을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 시편에 대하여 주조 후 용체화 처리를 생략하고 시효 처리를 수행한 경우 시효 처리 시간에 따른 경도값을 나타낸 그래프이다. 상기 시효 처리는 200℃의 온도에서 수행하였다. 도 6의 기준값(REF)은 실험예1의 조성을 가지는 시편에 대하여 용체화 처리 및 시효 처리를 모두 수행한 경우의 경도값을 의미하며, 현재 양산 수준에 해당한다.
도 6을 참조하면, 실험예1에서는 용체화 처리를 생략한 결과 경도값이 현저하게 낮아짐을 확인할 수 있다. 이에 반하여, 실험예2, 실험예3 및 실험예4는 용체화 처리를 생략하고 시료 처리만 수행하여도 양산 수준의 경도값을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 용체화 처리(T4)의 열처리를 생략할 수 있으므로 후속 공정의 교정 공정도 생략할 수 있다는 점에서 생산 공정의 단순화 및 비용 절감을 구현할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실험예에 따른 시편에 대하여 공정 조건에 따른 최대 피크 경도값을 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 좌측의 그래프는 용체화 처리를 생략하고 시효 처리만 수행한 T5 열처리를 적용한 경우(도 1 참조)에 해당하고, 우측의 그래프는 용체화 처리를 수행한 후 시효 처리를 수행한 T6 열처리를 적용한 경우(도 3)에 해당한다. 그래프에서 가로 점선은 실험예1의 조성을 가지는 시편에 대하여 용체화 처리 및 시효 처리를 모두 수행한 경우의 최대 피크 경도값을 의미하며, 현재 양산 수준에 해당한다. 용체화 처리는 530℃에서 8시간동안 수행하였고, 시효 처리는 200℃에서 4시간동안 수행하였다.
도 7의 좌측 그래프를 참조하면, 실험예2, 실험예3 및 실험예4는 용체화 처리를 생략하고 시료 처리만 수행하여도 양산 수준의 경도값과 비슷한 수준의 경도값(100 ~ 110HB)을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다. 이에 따르면, 용체화 처리(T4)의 열처리를 생략할 수 있으므로 후속 공정의 교정 공정도 생략할 수 있다는 점에서 생산 공정의 단순화 및 비용 절감을 구현할 수 있다.
한편, 도 7의 우측 그래프를 참조하면, 실험예2, 실험예3 및 실험예4는 용체화 처리 및 시효 처리를 모두 수행할 경우, 양산 수준 보다 약 50% 향상된 경도값(145 ~ 155HB)을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실험예에 따른 시편에 대하여 공정 조건에 따른 인장강도값을 비교하여 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 좌측의 그래프는 용체화 처리를 생략하고 시효 처리만 수행한 T5 열처리를 적용한 경우(도 1 참조)에 해당하고, 우측의 그래프는 용체화 처리를 수행한 후 시효 처리를 수행한 T6 열처리를 적용한 경우(도 3)에 해당한다. 그래프에서 가로 점선은 실험예1의 조성을 가지는 시편에 대하여 용체화 처리 및 시효 처리를 모두 수행한 경우의 인장강도값을 의미한다. 용체화 처리는 530℃에서 8시간동안 수행하였고, 시효 처리는 200℃에서 4시간동안 수행하였다.
도 8의 좌측 그래프를 참조하면, 실험예2, 실험예3 및 실험예4는 용체화 처리를 생략하고 시료 처리만 수행하여도 양산 수준의 인장강도값과 거의 대등한 수준의 경도값(260 ~ 290MPa)을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다. 이에 따르면, 용체화 처리(T4)의 열처리를 생략할 수 있으므로 후속 공정의 교정 공정도 생략할 수 있다는 점에서 생산 공정의 단순화 및 비용 절감을 구현할 수 있다.
한편, 도 8의 우측 그래프를 참조하면, 실험예2, 실험예3 및 실험예4는 용체화 처리 및 시효 처리를 모두 수행할 경우, 양산 수준 보다 약 33% 향상된 인장강도값(370 ~ 390MPa)을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실험예에 따른 시편에 대하여 공정 조건에 따른 연신율을 비교하여 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 좌측의 그래프는 용체화 처리를 생략하고 시효 처리만 수행한 T5 열처리를 적용한 경우(도 1 참조)에 해당하고, 우측의 그래프는 용체화 처리를 수행한 후 시효 처리를 수행한 T6 열처리를 적용한 경우(도 3)에 해당한다. 용체화 처리는 530℃에서 8시간동안 수행하였고, 시효 처리는 200℃에서 4시간동안 수행하였다.
도 9의 좌측 그래프를 참조하면, 용체화 처리를 생략하고 시료 처리만 수행한 경우, 실험예1, 실험예2, 실험예3 및 실험예4의 연신율은 각각 2.2, 0.6, 0.8 및 0.6임을 확인할 수 있다.
한편, 도 9의 우측 그래프를 참조하면, 용체화 처리를 수행한 후 시료 처리를 수행한 경우, 실험예1, 실험예2, 실험예3 및 실험예4의 연신율은 각각 3.6, 0.6, 1.2 및 1.3임을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실험예에 따른 시편에서 용체화 처리 전후의 변형량을 측정한 위치를 도해하는 도면이고, 도 11은 본 발명의 실험예에 따른 시편에서 용체화 처리 전후의 변형량을 비교한 그래프이다. 도 11에서 온도는 용체화 처리를 수행하는 온도에 해당한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 실험예1 및 실험예2에서는 용체화 처리 전후의 최대 변형량이 0.10 내지 0.15로 상대적으로 높음을 확인할 수 있으며, 시편의 위치(1번 내지 4번 위치)에 따라 변형량의 편차가 상대적으로 큼을 확인할 수 있다.
이에 반하여, 실험예3 및 실험예4에서는 용체화 처리 전후의 최대 변형량이 0.05 미만으로 상대적으로 낮음을 확인할 수 있으며, 시편의 위치(1번 내지 4번 위치)에 따라 변형량의 편차도 상대적으로 작음을 확인할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실험예3에 따른 시편의 최종 미세조직을 이미지 보정하여 촬영한 사진이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실험예3에 대하여 용체화 처리를 생략하고 시효 처리만 수행한 T5 열처리를 적용한 경우, 최종 미세조직은 알루미늄 합금 기지 내에 공정 실리콘(청색)의 분율이 10 ~ 15중량%이고 금속간화합물(적색)의 분율이 0.5 ~ 5중량%인 것을 확인할 수 있다.
앞에서 살펴본 본 발명의 실험예에 따르면, 실험예3 및 실험예4의 시편에 대하여 용체화 처리를 생략하고 시효 처리만 수행한 T5 열처리를 적용한 경우, 현재 양산합금(실험예1) 수준의 경도값을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 실험예3 및 실험예4의 시편에 대하여 용체화 처리를 수행한 후 시효 처리를 수행한 T6 열처리를 적용한 경우, 현재 양산합금(실험예1) 대비 T4 처리후 변형량을 약 70% 정도 감소시키면서도 경도는 약 50% 증가하고 인장강도는 약 33% 증가할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
Claims (4)
- 실리콘(Si): 8.5 ~ 9.1중량%, 구리(Cu): 1.0 ~ 3.0중량%, 마그네슘(Mg): 0.3 ~ 0.5중량%, 철(Fe): 0.14 ~ 0.2중량%, 망간(Mn): 0.4 ~ 0.6중량%, 티타늄(Ti): 0.10 ~ 0.15중량%, 크롬(Cr): 0.14 ~ 0.16중량% 및 나머지 알루미늄(Al)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 알루미늄 합금을 준비하는 단계; 및
상기 알루미늄 합금에 대하여 용체화 처리를 수행하지 않고 160 ~ 200℃에서 3 ~ 5시간동안 수행하는 시효 처리를 수행하는 단계;를 포함하며,
상기 시효 처리를 수행한 후의 최종 미세조직은 알루미늄 합금 기지 내에 공정 실리콘의 분율이 10 ~ 15중량%이고 금속간화합물의 분율이 0.5 ~ 5중량%이며,
상기 시효 처리를 수행한 후의 경도는 100 ~ 110HB이고 인장강도는 260 ~ 290MPa인 것을 특징으로 하는,
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