KR102671205B1 - 압출용 빌렛의 형상 제어를 통한 고특성 마그네슘 합금 압출재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 마그네슘 합금 압출재 - Google Patents
압출용 빌렛의 형상 제어를 통한 고특성 마그네슘 합금 압출재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 마그네슘 합금 압출재 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 (i) 원뿔대(truncated cone) 형상으로 이루어진 마그네슘 합금 빌렛 또는 원뿔대 형상의 일단을 가지는 마그네슘 합금 빌렛을 제조하는 단계 및 (ii) 상기 마그네슘 합금 빌렛을 열간 압출하는 단계를 포함하는 마그네슘 합금 압출재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 마그네슘 합금 압출재에 대한 것으로서, 본 발명에 의하면 빌렛의 전체 또는 일단이 3° ~ 15°의 테이퍼(taper) 각도를 가지는 원뿔대로 이루어진 마그네슘 합금 빌렛을 기계 가공 또는 테이퍼 몰드를 이용한 주조를 통해 제조하고 이를 열간 압출함으로써 변형 중 발생하는 동적 재결정 현상을 촉진시켜 일반적인 원통형 압출 빌렛을 통해 제조된 압출재 대비 훨씬 미세하고 균일한 미세조직과 향상된 강도를 가지는 압출재를 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 기계적 특성이 향상된 마그네슘 합금 압출재를 제조하는 방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 압출 공정에 제공되는 빌렛의 형상을 제어하여 강도가 향상된 마그네슘 합금 압출재를 제조하는 방법에 대한 것이다.
마그네슘은 구조용 금속 중 가장 낮은 밀도를 가져, 높은 비강도를 포함한 우수한 절삭 가공성, 진동 감쇠능, 전자파 차폐능 등의 특성을 가져 산업용 소재로 큰 각광을 받고 있어 수송기기용 부품에서부터 소형 전자기기까지 넓은 분야에 적용될 수 있는 높은 잠재력을 갖고 있다. 특히, 주조결함이 극히 적고, 주조재보다 기계적 특성이 우수한 가공재의 수송기기로의 적용이 전 세계적인 엄격한 환경 규제에 대응하기 위한 효과적인 방법으로 평가받고 있어, 고특성 마그네슘 가공재 개발을 위한 압연법, 압출법, 단조법과 같은 가공 공정 기술 개발이 활발히 진행중이다.
특히, 압출법은 단 1회의 공정 패스로 기계적 물성이 우수하면서도 복잡한 형상을 갖는 긴 제품을 쉽게 제조할 수 있어 압연법, 단조법에 비해 공정 효율성이 높은 특징을 갖고 있다. 그러나, 이를 통해 제조된 마그네슘 합금 가공재는 상용 알루미늄 합금 가공재 대비 강도와 연신율이 낮아 Gd, Y 을 포함한 희토류 원소 첨가하거나 등통로각압축(Equal Channel Angular Pressing, ECAP), 고압비틀림(high-pressure torsion, HPT)와 같은 강소성 가공법(severe plastic deformation method) 적용을 통해 마그네슘 합금 가공재의 기계적 특성 향상을 위한 부단한 노력들이 이루어지고 있다.
하지만, 희토류 원소의 매장량과 생산량이 특정 국가에 편중되어 있어 해당 국가의 전략자원으로 취급되기 때문에 가격이 비싸고 변동성이 크며 국제 정세의 복합적인 영향에 의해 안정적인 공급을 보장할 수 없다는 치명적인 단점이 있다.
또한, 강소성 가공법은 대부분 소형 시편에만 적용이 가능하며 연속 공정이 어려워 산업용 규모로 스케일업(scale up) 하여 연속적으로 제품을 제조할 수 있는 기술이 거의 전무하기 때문에 대규모 양산이 불가능하여 시장 경제성이 없다고 알려져 있다.
따라서, 값싼 상용 마그네슘 합금을 이용하고 압출과 같은 산업적으로 널리 활용되는 상용 가공 공정을 이용하여 시장 경제성을 확보하면서 압출 공정 조건의 제어를 통해 마그네슘 합금 압출재의 강도를 향상시킬 필요가 있다.
마그네슘 합금 압출재의 미세조직 및 기계적 물성에 지대한 영향을 미치는 대표적인 압출 공정 조건은 압출 온도, 압출 속도, 압출 비이며, 각각 압출 중 변형 온도, 변형 속도, 변형량에 큰 영향을 준다. 일반적으로 압출 온도, 압출 속도, 압출 비가 증가할수록 마그네슘의 열간 압출 중 발생하는 동적 재결정이 촉진되어 압출재의 재결정된 결정립(recrystallized grain)의 분율이 증가한다. 그러나 많은 경우 열간 압출 중 완전한 동적 재결정이 발생하지 않아 제조되는 마그네슘 압출재 내에 조대한 미재결정된 결정립(unrecrystallized grain)을 포함할 수 있다. 조대한 미재결정된 결정립이 많으면 소재의 평균 결정립의 크기가 증가하기 때문에 결정립계 강화 효과가 감소하여 압출재의 강도가 저하된다. 또한, 이러한 압출재를 인장 변형시 조대한 미재결정된 결정립 내에 미세균열(micro-crack)이 용이하게 형성되어 조기 파단이 발생하여 낮은 연성을 가지는 문제가 있다.
따라서, 압출 중 발생하는 동적 재결정을 촉진하여 재결정된 결정립의 분율을 증가시킴으로써 압출재의 조직을 미세화 및 균일화하여 기계적 물성을 향상시킬 필요성이 있다.
그러나, 사용하는 소재의 특성, 압출 장비의 용량, 제조하고자 하는 압출재의 크기 및 형상 등에 따라 압출 온도, 압출 속도, 압출 비와 같은 공정 조건의 변화는 제한을 받게 되므로, 압출 공정 변수 제어를 통한 압출 중 동적 재결정 촉진 및 압출재의 물성 향상이 용이하지 않은 경우가 많이 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 합금 조성 및 압출 공정 조건 변화 없이 빌렛의 형상을 제어하여 마그네슘 압출재의 조직을 개선하고 강도를 향상시킬 수 있는 마그네슘 합금 압출재 제조방법과 이에 의해 제조된 마그네슘 합금 압출재를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 (i) 원뿔대(truncated cone) 형상으로 이루어진 마그네슘 합금 빌렛 또는 원뿔대 형상의 일단을 가지는 마그네슘 합금 빌렛을 제조하는 단계 및 (ii) 상기 마그네슘 합금 빌렛을 열간 압출하는 단계를 포함하는 마그네슘 합금 압출재의 제조방법을 제안한다.
상기 단계 (i)에서 전체 또는 부분(일단)이 원뿔대 형상으로 이루어진 마그네슘 합금 빌렛을 제조하는 방법으로는, 주조를 통해 제조한 마그네슘 합금을 기계 가공하여 원뿔대 형상을 형성시키는 방법, 마그네슘 합금을 원뿔대 형상을 포함하도록 주조하여 마그네슘 합금 빌렛을 제조하는 방법 등을 들 수 있다.
상기 단계 (i)에서 주조를 통해 제조한 마그네슘 합금을 기계 가공하여 원뿔대 형상을 형성시키는 방법은, (a) 마그네슘 합금을 용융 후 주조하여 원통형의 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 가공해 원뿔대 형상으로 이루어진 마그네슘 합금 빌렛 또는 원뿔대 형상의 일단을 가지는 마그네슘 합금 빌렛을 제조하는 단계를 포함해 이루어질 수 있다(도 1).
이때, 상기 단계 (b)에서, 마그네슘 합금 빌렛을 350 ~ 550 oC에서 0.5 ~ 72시간 동안 균질화 열처리를 수행한 후 수냉을 하는 것을 특징으로 한다.
상기 단계 (b)에서 균질화 열처리를 실시하는 온도 범위는 마그네슘 합금 빌렛의 조성에 따라 당업자가 적절하게 선택할 수 있지만, 균질화 열처리 온도가 350 ℃ 미만인 경우에는 온도가 낮아 합금 원소 편석의 균질화와 응고 중 형성된 이차상의 기지 내 고용이 충분히 이루어지지 않으며, 균질화 열처리 온도가 550 ℃를 초과하는 경우에는 마그네슘 합금 빌렛의 국부적인 용해가 발생하여 물성이 저하될 수 있는 문제가 있으므로, 상기한 바와 같이 350 ~ 550 oC의 온도에서 균질화 열처리를 실시하는 것이 바람직하다.
그리고, 균질화 열처리 시간이 0.5 시간 미만인 경우에는 마그네슘 합금 빌렛의 합금 원소의 확산이 충분히 일어나지 않아 열처리 효과가 나타나지 않을 수 있고, 균질화 열처리 시간이 72 시간을 초과하면 열처리 효과의 상승 폭이 크지 않아 경제적이지 않으므로, 상기한 바와 같이 균질화 열처리는 0.5 ~ 72시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.
나아가, 균질화 열처리를 통해 마그네슘 합금 빌렛의 미세조직을 과고용체 상태로 만들기 위해서 마그네슘 합금 빌렛을 열처리 후 수냉 등을 통해 급속 냉각시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단계 (c)에서 마그네슘 합금 빌렛의 전체 또는 일단을 원뿔대 형상으로 가공함에 있어서, 원뿔대의 테이퍼(taper) 각도, 즉 원뿔대의 모선과 중심축이 이루는 각도가 3° ~ 15°인 원뿔대 형상으로 마그네슘 합금 빌렛을 가공하는 것이 바람직하다.
마그네슘 합금 빌렛에 포함된 원뿔대 형상에 의해 형성된 테이퍼부의 테이퍼 각도가 3° 미만인 경우에는 가공 각도가 너무 작아 압출 직전 컨테이너 내부에서 충분한 압축 변형(compressive strain)을 부과되지 않아 압출재의 기계적 특성 향상 효과가 나타나지 않을 수 있고, 원뿔대의 테이퍼 각도가 15°를 초과하면 원뿔대 형상으로 가공된 테이퍼 영역이 작아져 압축 변형이 빌렛의 선단부에만 국부적으로 부과되어 압출재의 전반적인 기계적 특성 향상 효과를 기대하기 어렵다. 따라서, 상기한 바와 같이 원뿔대의 모선과 중심축이 이루는 각도가 3° ~ 15°인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 단계 (i)에서 마그네슘 합금을 원뿔대 형상을 포함하도록 주조해 마그네슘 합금 빌렛을 제조하는 방법은, (A) 마그네슘 합금을 용융 후 주조하여 원뿔대 형상으로 이루어진 마그네슘 합금 빌렛 또는 원뿔대 형상의 일단을 가지는 마그네슘 합금 빌렛을 제조하는 단계 및 (B) 상기 단계 (A)에서 제조된 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리하고 냉각하는 단계를 포함해 이루어질 수 있다(도 2).
이때, 상기 단계 (A)에서 도 3에 예시한 주조 금형(mold)과 같이 용탕을 수용하는 캐비티(cavity)의 전부 또는 일단이 원뿔대 형상으로 이루어진 테이퍼 몰드(taper mold)를 이용해 원뿔대 형상을 포함하는 마그네슘 합금 주조재로 이루어진 마그네슘 합금 빌렛을 제조할 수 있다.
또한, 본 단계 (A)에서는 상기 테이퍼 몰드를 이용해 전체 또는 일단이 모선과 중심축이 이루는 각도가 3° ~ 15°인 원뿔대 형상으로 이루어진 마그네슘 합금 빌렛을 주조하는 것이 바람직하며, 상기와 같이 테이퍼 각도를 한정한 이유는 전술한 바와 같다.
그리고, 상기 단계 (B)에서는 마그네슘 합금 빌렛을 350 ~ 550 oC에서 0.5 ~ 72시간 동안 균질화 열처리를 수행한 후 수냉을 하는 것을 특징으로 하며, 상기와 같이 균질화 열처리 온도 및 시간을 한정한 이유는 전술한 바와 같다.
한편, 상기와 같이 기계 가공 또는 주조를 통해 제조한 원뿔대 형상을 포함하는 마그네슘 합금 빌렛을 열간 압출하는 상기 단계 (ii)에서는, 마그네슘 합금 빌렛의 원뿔대 윗면이 출구 방향으로 향한 상태로 마그네슘 합금 빌렛을 열간 압출할 수도 있고, 상기 압출 방향의 반대 방향, 즉 원뿔대의 밑면이 출구 방향으로 향한 상태로 마그네슘 합금 빌렛을 열간 압출할 수도 있다.
또한, 상기 단계 (ii)에서 원뿔대 형상을 포함하는 마그네슘 합금 빌렛을 200 ~ 450 oC의 압출 온도에서 열간 압출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계 (ii)에서 압출 공정은 직접 압출 또는 간접 압출에 의해 이루어질 수 있으며, 보다 가공성(workability)을 향상시키기 위해 마그네슘 합금 빌렛을 200 내지 450 ℃의 온도로 0.5 내지 2 시간 동안 예열한 후 압출을 실시할 수 있다.
그리고, 본 발명은 발명의 다른 측면에서, 상기 마그네슘 합금 압출재의 제조방법에 따라 원뿔대 형상을 포함하는 빌렛으로부터 제조되어 강도가 향상된 마그네슘 합금 압출재를 제공한다.
본 발명은 마그네슘 합금 압출 시 빌렛 형상 제어를 통해 강도가 향상된 마그네슘 합금 압출재를 제조하는 방법으로서, 본 발명에 의하면 빌렛의 전체 또는 일단이 3° ~ 15°의 테이퍼(taper) 각도를 가지는 원뿔대로 이루어진 마그네슘 합금 빌렛을 기계 가공 또는 테이퍼 몰드를 이용한 주조를 통해 제조하고 이를 열간 압출함으로써 변형 중 발생하는 동적 재결정 현상을 촉진시켜 일반적인 원통형 압출 빌렛을 통해 제조된 압출재 대비 훨씬 미세하고 균일한 미세조직과 향상된 강도를 가지는 압출재를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재 제조방법의 단계 (i)에서 주조를 통해 제조한 마그네슘 합금을 기계 가공하여 원뿔대 형상을 포함하는 빌렛을 제조하는 방법의 각 단계를 도시한 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재 제조방법의 단계 (i)에서 마그네슘 합금을 원뿔대 형상을 포함하도록 주조하여 원뿔대 형상을 포함하는 빌렛을 제조하는 방법의 각 단계를 도시한 공정 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재 제조방법의 단계 (i)에서 마그네슘 합금을 원뿔대 형상을 포함하도록 주조할 때 사용될 수 있는 테이퍼 몰드(taper mold)와 이를 이용해 제조된 원뿔대 형상의 마그네슘 합금 빌렛의 사진이다.
도 4는 본원 실시예에서 마그네슘 합금 압출재 제조시 각 단계의 구체적인 공정 조건을 나타낸 공정 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 본원 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3 각각에서 압출재 제조시 사용된 압출 빌렛의 전면 및 측면 모식도이다.
도 6은 Mg-xAl-1.0Zn (x=0 ~ 15 wt%) 3원계 평형상태도이다.
도 7은 본원 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3 각각에서 제조한 압출재의 미세조직을 보여주는 광학 현미경 사진이다.
도 8은 본원 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3 각각에서 제조한 압출재의 재결정 분율을 측정한 결과이다.
도 9는 본원 실시예 1 및 2와 비교예 1 각각에서 제조한 압출재의 미재결정립과 재결정립을 보여주는 주사전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 10은 본원 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3 각각에서 제조한 압출재의 인장항복강도 및 최대인장강도를 측정한 결과이다.
도 2는 본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재 제조방법의 단계 (i)에서 마그네슘 합금을 원뿔대 형상을 포함하도록 주조하여 원뿔대 형상을 포함하는 빌렛을 제조하는 방법의 각 단계를 도시한 공정 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 마그네슘 합금 압출재 제조방법의 단계 (i)에서 마그네슘 합금을 원뿔대 형상을 포함하도록 주조할 때 사용될 수 있는 테이퍼 몰드(taper mold)와 이를 이용해 제조된 원뿔대 형상의 마그네슘 합금 빌렛의 사진이다.
도 4는 본원 실시예에서 마그네슘 합금 압출재 제조시 각 단계의 구체적인 공정 조건을 나타낸 공정 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 본원 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3 각각에서 압출재 제조시 사용된 압출 빌렛의 전면 및 측면 모식도이다.
도 6은 Mg-xAl-1.0Zn (x=0 ~ 15 wt%) 3원계 평형상태도이다.
도 7은 본원 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3 각각에서 제조한 압출재의 미세조직을 보여주는 광학 현미경 사진이다.
도 8은 본원 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3 각각에서 제조한 압출재의 재결정 분율을 측정한 결과이다.
도 9는 본원 실시예 1 및 2와 비교예 1 각각에서 제조한 압출재의 미재결정립과 재결정립을 보여주는 주사전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 10은 본원 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3 각각에서 제조한 압출재의 인장항복강도 및 최대인장강도를 측정한 결과이다.
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, 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>
본 발명은 합금 조성 및 압출 공정 조건 변화 없이 빌렛의 형상을 제어하여 마그네슘 압출재의 조직을 개선하고 강도를 향상시키는 방법으로서, 균질화 처리된 빌렛을 기존의 원통형의 형태로 가공하는 것이 아닌 빌렛의 길이 방향으로 직경이 점차 감소하는 원뿔대의 형태로 기계 가공 또는 주조하여 압출재를 제조하는 것을 주요 특징으로 한다.
이러한 원뿔대 빌렛을 사용하여 열간 압출을 수행하면 소재가 압출 다이를 빠져나오기 전에 컨테이너 내에서 압축(compression)이 되면서 큰 변형을 부과하게 되고 이로 인해 압출 중에 동적 재결정이 촉진하게 된다. 따라서, 동일한 압출 조건에서 압출 수행 시 대칭 원통형 빌렛을 사용할 때 보다 원뿔대 빌렛을 사용했을 때 제조되는 압출재의 조직이 미세하고 균일해지고 압출재의 강도가 향상된다.
본 실시예에서는 상기한 발명의 효과를 확인하기 위해 상용 마그네슘인 AZ31 (Mg-3Al-1Zn, 중량%) 합금으로, 테이퍼 각도를 5°, 10°로 하여 제작한 원뿔대 빌렛을 이용하여 제조된 압출재와 통상적인 원통형 빌렛으로 제조된 압출재 및 테이퍼 각도 20°, 40°를 가지는 원뿔대 빌렛을 이용하여 제조된 압출재의 미세조직과 인장 물성을 비교하였다.
먼저, 도 4에 도시한 바와 같이 AZ31 합금 주조 빌렛을 제조하기 위해 SF6와 CO2를 1:10의 부피비로 포함하는 혼합가스 분위기에서 탄소 도가니에 99.99%의 순도를 갖는 순수한 Mg 잉곳을 용해시키고 알루미늄(Al)과 아연(Zn)을 첨가한 후 안정화를 위해 900℃에서 30분간 유지하고, 용탕의 온도와 조성을 균일하게 하기 위해서 충분히 저어준 후 200℃로 예열된 스틸 몰드에 750℃에서 출탕하였다.
다음으로, 주조된 빌렛을 400℃에서 10시간 동안 전기로를 사용하여 불활성 기체 분위기에서 균질화 열처리하고 수냉하였다.
이어서, 균질화 열처리된 빌렛을 가공해 직경 68 mm, 길이 120 mm의 원통형 빌렛(비교예 1) 및 상기 원통형 빌렛의 일단을 테이퍼 각도 5°, 10°, 20° 또는 40°인 원뿔대 형상으로 가공한 빌렛(실시예 1 내지 3, 비교예 2 및 3)을 각각 제조하고(도 5a 및 도 5b), 각 빌렛을 280℃에서 램 속도(ram speed) 0.5 mm/s, 압출비 10으로 직접 압출한 후에 공냉하였다.
참고로, 상기 균질화 열처리 온도(400℃) 및 압출 온도(280℃)는, 도 6에 도시한 AZ31 합금의 평형 상태도를 바탕으로 하여 균질화 열처리를 통해 주조 과정에서 형성된 이차상이 모두 기지내에 고용될 수 있는 α-Mg 단상 영역에서 수행하였으며 압출은 원뿔대 형상 빌렛의 상용 압출 공정 적용에 따른 재결정 거동 변화를 확인하기 용이한 압출 온도로 선택되었다.
도 7은 본원 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3 각각에서 제조한 압출재의 미세조직을 보여주는 광학 현미경 사진이다.
도 7을 참조하면, 비교예 1 내지 3에 따른 압출재는 조대한 미재결정립이 다수 존재하여 불균일한 미세조직을 가지는 반면, 실시예 1 내지 3에 따른 압출재는 비교예 1 내지 3에 따른 압출재에 비해 조대한 미재결정립의 수와 크기가 감소하여 재결정 분율이 증가하고 비교적으로 균일한 미세조직을 가지는 것을 알 수 있다.
도 8은 본원 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3 각각에서 제조한 압출재의 재결정 분율을 측정한 결과로서, 각각 20°와 40°의 테이퍼 각도를 가지는 비교예 2와 3에 따른 압출재는 원통형 빌렛을 사용한 비교예 1에 따른 압출재와 유사한 재결정 분율을 가지는 반면, 5° 또는 10°의 테이퍼 각도를 가지는 실시예 1 내지 3에 따른 압출재는 비교예 1의 압출재에 비해 재결정 분율이 8 ~ 13% 증가한 것을 알 수 있다.
도 9는 본원 실시예 1 및 2와 비교예 1 각각에서 제조한 압출재의 미재결정립과 재결정립을 보여주는 주사전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 9에 따르면, 비교예 1에 따른 압출재에서는 미재결정립의 평균 폭이 39μm로 조대한 반면, 실시예 1 및 2에 따른 압출재에서의 미재결정립의 평균 폭은 23μm와 15μm로 비교예 1의 압출재에 비해 41 ~ 62% 감소한다. 재결정립의 평균 크기 또한 실시예 1 및 2에 따른 압출재는 각각 6.2μm와 4.8μm로 비교예 1에 따른 압출재에서의 8.1μm에 비해 23 ~ 41% 감소한다. 따라서 원뿔대 형상 빌렛을 이용한 실시예 1 내지 3에 따른 압출재는 통상의 원통형 빌렛을 이용한 비교예 1에 따른 압출재에 비해 미세하고 균일한 조직을 가지는 것을 알 수 있다.
아래 표 1은 본원 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3 각각에서 제조한 압출재의 인장 물성을 측정한 결과이고, 도 10은 본원 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3 각각에서 제조한 압출재의 인장항복강도 및 최대인장강도를 비교한 그래프이다.
<표 1>
표 1 및 도 10을 참조하면, 일단이 각각 5° 및 10°의 테이퍼 각도를 가지는 원뿔대 형상으로 가공된 빌렛으로부터 제조된 실시예 1 및 2에 따른 압출재는 원통형 빌렛으로부터 제조된 비교예 1에 따른 압출재에 비해 인장항복강도는 16 ~ 26MPa, 최대인장강도는 8 ~ 13MPa 향상된 것을 알 수 있으며, 이러한 강도 향상은 재결정 분율 증가와 결정립 미세화로 인한 결정립계 강화 효과 증가에 따른 것이다.
하지만, 일단이 20° 이상의 테이퍼 각도를 가지는 원뿔대 형상으로 가공된 빌렛으로부터 제조된 비교예 2 및 3에 따른 압출재의 인장항복강도와 최대인장강도는 원통형 빌렛으로부터 제조된 비교예 1에 따른 압출재와 유사한 것을 알 수 있으며, 이로부터 빌렛의 일단에 형성된 원뿔대 형상의 테이퍼 각도가 15°를 초과할 경우에는 유의미한 강도 향상이 없을 것으로 예상된다.
한편, 실시예 2 및 3에 따른 압출재의 인장 물성을 비교해보면 빌렛 장입 방향과 무관하게 원뿔대 형상 빌렛은 압출재 강도 향상 효과가 있음을 알 수 있다.
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 (11)
- (i) 모선과 중심축이 이루는 각도가 5° ~ 10°인 원뿔대 형상의 일단을 가지는 마그네슘 합금 빌렛을 제조하는 단계; 및
(ii) 상기 마그네슘 합금 빌렛을 열간 압출하는 단계;
를 포함하는 마그네슘 합금 압출재의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 (i)는,
(a) 마그네슘 합금을 용융 후 주조하여 원통형의 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 가공하여 모선과 중심축이 이루는 각도가 5° ~ 10°인 원뿔대 형상의 일단을 가지는 마그네슘 합금 빌렛을 제조하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 압출재의 제조방법. - 제2항에 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. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 단계 (i)는,
(A) 마그네슘 합금을 용융 후 주조하여 모선과 중심축이 이루는 각도가 5° ~ 10°인 원뿔대 형상의 일단을 가지는 마그네슘 합금 빌렛을 제조하는 단계; 및
(B) 상기 단계 (A)에서 제조된 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리하고 냉각하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 압출재의 제조방법. - 삭제
- 제5항에 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. - 제1항에 있어서,
상기 단계 (ii)에서,
원뿔대의 윗면이 출구 방향으로 향한 상태로 마그네슘 합금 빌렛을 열간 압출하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 압출재의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 (ii)에서,
원뿔대의 밑면이 출구 방향으로 향한 상태로 마그네슘 합금 빌렛을 열간 압출하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 압출재의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 (ii)에서,
마그네슘 합금 빌렛을 200 ~ 450 oC의 압출 온도에서 열간 압출하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 압출재의 제조방법. - 제1항 내지 제3항, 제5항 및 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조된 마그네슘 합금 압출재.
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