KR19980702067A

KR19980702067A - 마그네슘 합금

Info

Publication number: KR19980702067A
Application number: KR1019970705462A
Authority: KR
Inventors: 존 프레데릭 킹; 폴 리온; 케빈 너탈
Original assignee: 세도우 린다 에프.; 브리티쉬 알루미늄 홀딩스 리미티드
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1996-02-06
Publication date: 1998-07-15
Also published as: CA2212133A1; ES2137659T3; JPH10513225A; GB9502238D0; AU691082B2; EA199700096A1; DE69604158T2; NO973391L; DE69604158D1; BR9607603A; JP3929489B2; US6193817B1; KR100307269B1; CZ247997A3; EA000092B1; ATE184326T1; EP0813616A1; NO317446B1; EP0813616B1; CZ293638B6

Abstract

본 발명은 고압 다이캐스팅(HPDC)용 마그네슘 합금에 관한 것으로서, 좋은 크립 및 부식 저항을 나타내며, 적어도 91.9중량%의 마그네슘; 0.1 내지 2중량%의 아연; 2 내지 5중량%의 희토류 성분원소; 0 내지 1중량%의 칼슘; 0 내지 0.1중량%의 칼슘 이외의 산화억제원소(예를 들면, Be); 0 내지 0.4중량%의 지르코니움, 하프니움 및/또는 티타늄; 0 내지 0.5중량%의 망간; 0.001중량% 이하의 스트론티옴; 0.05중량% 이하의 은; 0.1중량% 이하의 알루미늄; 및 잔류 불순물을 포함한다. 상기 합금으로 중력(예를 들면 샌드) 주조 및 HPDC한 부품은 동일한 기계적 특성 특히 인장강도가 동일하다. 후자의 온도 의존성은 네가티브이지만 다른 종류의 공지된 합금보다 적은 것을 특징으로 한다.

Description

마그네슘 합금

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 마그네슘 합금에 관한 것이다.

마그네슘 합금의 고압 다이캐스트(high pressure die cast:HPDC) 부품이 열간 및 냉간 챔버머신을 사용하여 거의 60여년 동안 성공적으로 제조되어 왔다.

중력 및 사형 주조(sand casting)와 비교하여, HPDC는 대규모 제조용으로 적합하게 공정이 신속하다. HPDC중 합금의 빠른 응고는 동일 합금이 중력 주조되었을때와 비교하여 다른 성질을 갖음을 의미한다. 특히, 입자 크기가 매우 미세하게 되고, 이는 인장강도의 증가와 이에 상반되게 크립 저항의 감소를 가져오리라 예상된다.

주조품에 기공이 생기려는 경향은 기공 제거공정(pore free process : PFHPDC)에 의해 경감될 수 있으며, 상기 공정중 챔버내에 산소가 주입되어 주조 합금에 흡수된다.

중력 주조시의 상대적으로 조대한 입자 크기는 입자 미세화 성분원소, 예를 들면 알루미늄 비함유 합금내에 지르코니움, 또는 알루미늄 함유 합금내에 탄소 또는 카바이드 등을 첨가함으로써 감소될 수 있다. 이와 반대로, HPDC 합금은 일반적으로 상기 성분원소를 필요로 하지 않으므로 상기 성분원소를 함유하지 않다.

1960년 중반까지 HPDC용으로 상업적으로 사용되는 마그네슘 합금은, AZ91 및 그것의 변형인 Mg-Al-Zn-Mn 시스템에 기초한 것이라는 말은 옳은 것이었다. 그러나, 1960년 중반 이후, 비-항공분야에 특히 자동차 산업에 적용되는 마그네슘 합금에 대한 관심이 증가되었으며, 공지된 합금이 고순도화인 것인 AZ91과 AM60등이 그들의 크게 개선된 내식성 때문에 사용되기 시작했다.

그러나, 이들 합금 모두는 고온에서 제한된 성능을 가지므로 100℃보다 크게 높은 온도에서 사용하기에는 부적합하다.

HPDC 합금에 바람직하다고 생각되는 특성들은 다음과 같다.

a) 175℃에서 제품의 크립강도가 150℃의 AZ91형 합금만큼 우수할 것

b) 실온에서 제품의 강도가 AZ91형 합금과 동일할 것

c) 우수한 진동 흡수능

d) AZ91형 합금과 동일하거나 또는 더 우수한 주조성

e) AZ91형 합금과 동일한 내부식성

f) 바람직하게 AZ91형 합금보다 우수한 열전도도

g) AZ91형 합금과 같은 가격

이 단계에서 성공적으로개발된 합금은 Mg-Al-Si-Mn 시스템이며, 이는 AS41, AS21 및 AS11로 알려진 합금을 제공하며; 이들 중 첫번째 만이 완전히 개발되었고, 나머지 두가지는 높은 크립 강도를 제안하지만 높은 용해 온도를 필요로 하기 때문에 일반적으로 주조하기 어렵다고 알려져 있다. AS41은 용해온도가 AZ91형 합금의 용해온도 보다 약 30℃ 높지만 전술한 목적의 대부분을 만족한다.

희토류 성분원소를 함유하는 다른 계열의 합금이 동시에 개발되었으며, 그 전형적인 예는 4%의 알루미늄, 2%의 희토류, 약 0.25%의 망간, 및 미량 성분원소/불순물과 함께 나머지 마그네슘을 포함하는 AE42이다. 이 합금은 항복강도가 실온에서는 AS41과 동일하지만, (이하에서 설명하는 바와 같이, 온도가 상승함에 따라 항복강도의 상대적으로 큰 감소를 나타내기는 하지만) 약 150℃ 이상의 온도에서는 더 우수하다. 보다 중요하게, AE42의 크립강도는 적어도 200℃까지 모든 온도에서 AS21보다 크다.

본 발명은 Mg-Al-Si-Mn 시스템(RE=rare earth)의 마그네슘 합금에 관한 것이다. 이와 같은 시스템은 공지되어 있다. 따라서, 영국 특허공보 제 1 378 281 호는 네오디뮴, 아연, 지르코니움, 및 선택적으로 구리와 망간을 함유하는 경구조용 마그네슘 합금을 개시하고 있다. 이 합금에서 더 필요한 성분원소는 0.8 내지 6중량%의 이트리움이다.

영국 특허공보 제 1 023 128 호에는 또한 희토류 금속과 아연을 포함하는 마그네슘 합금이 개시되어 있다. 이 합금에서 희토류 금속에 대한 아연의 비는 1/3 내지 1이며 여기서 희토류 금속은 0.6중량% 미만이고, 합금내에 0.6 내지 2중량%의 희토류 금속과 0.2 내지 0.5중량%의 아연이 존재한다.

특히, 영국 특허공보 제 607588 호 및 제 637040 호는 각각 5% 및 10%까지 아연을 포함하는 시스템에 관한 것이다. GB 607588에는 크립 저항은 …… 소량 또는 실시예에서 5%를 초과하지 않는 양의 아연의존재하더라도 악영항을 받지 않는다 및 5%까지의 아연의 존재는 응고시 국부 수축을 피하는 것이 바람직하고 분산된 불량 조직이 있는 것이 바람직하지 않은 주조형태에 대하여는 주조 특성에 좋은 영향을 준다라고 기재되어 있다. 공지된 전형적인 시스템은 공칭 5%의 아연과 공칭 3%의 희토류 성분원소를 포함하는 ZE53 합금이다.

이들 시스템에서, 희토류 성분원소는, 이들 성분원소가 없는 합금에 비해 인장강도는 약간 감소하더라도, 결저입게에서 석출하여 주조성과 크립 저항을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 석출물의 높은 융점은 높은 온도에서 주조 특성의 유지를 돕는다.

위에서 마지막으로 언급된 두개의 영국특허는 사형 주조에 관한 것이며, 특히 입자 미세화 원소로서 주조 합금내 지르코니움의 바람직한 존재량에 대하여 언급하고 있다. 상기 목적을 위해, 필요한 지르코니움 양은 0.1 내지 0.9중량%)(포화 레벨)(GB 607588) 또는 0.4 내지 0.9중량%(GB 637040)라고 알려져 있다.

이하에서는 용어 희토류는 원자번호 57에서 71(란타늄에서 루테티움)까지의 원소 또는 그 혼합체를 의미하는 것으로 한다. 엄밀히 말해 희토류가 아닌 란타늄은 존재 또는 존재하지 않을 수 있지만, 희토류에 이트리움은 포함되지 않는 것으로 한다.

본 발명은 고압 다이캐스탱용 합금으로서, 적어도 91.9중량%의 마그네슘; 0.1 내지 2중량%의 아연; 2 내지 5중량%의 희토류 성분원소; 0 내지 1중량%의 칼슘;0 내지 0.1중량%의 칼슘을 제외한 산화억제원소; 0.001중량%의 스트론티움; 0.05중량% 이하의 은; 0.1중량% 미만의 알루미늄; 및 잔류 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 합금을 제공한다.

또한 본 발명은 고압 다이캐스팅용 합금으로서, 적어도 91중량%의 마그네슘; 0.1 내지 2중량%의 아연; 2 내지 5중량%의 희토류 성분원소; 0 내지 1중량%의 칼슘; 0 내지 0.1중량%의 칼슘을 제외한 산화억제원소; 0내지 0.4중량%의 지르코니움, 하프니움 및/또는 티타늄; 0 내지 0.5중량%의 망간; 0.001중량% 이하의 스트론티움; 0.05중량% 이하의 은; 0.1중량% 이하의 알루미늄; 및 잔류 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 합금을 제공한다.

칼슘, 망간, 지르코니움/하프니움/티타늄 및 산화를 억제하는 칼슘을 제외한 다른 원소들, 예를 들면 베릴륨은 선택적 성분원소이고, 이들의 조성에 대한 기여는 이후 설명한다.

아연의 바람직한 범위는 0.1 내지 1중량%이고, 보다 바람직하게는 0.2 내지 0.6중량%이다.

ASTM 명칭법에 의하면, 공칭 X중량%의 희토류와 Y중량%의 아연을 함유하고, X와 Y는 거의 정수로 되며 X는 Y보다 큰 합금은 EZXY합금으로 명명된다.

이 명칭법은 종래의 합금에도 사용되지만, 본 발명에 의한 합금은 그들의 정확한 조성이 무엇이건간에 이하에서 MEZ합금이라 한다.

ZE53과 비교하여, MEZ 합금은 동일한 열처리가 된다면 개선된 크립 및 부식저항을 나타내는 한편, 좋은 주조 특성을 유지한다. 아연은 상대적으로 적은 양 존재하고, 특히 바람직한 합금에서, 희토류에 대한 아연의 비는 1보다 크지 않고(바람직한 합금에서는 1 미만) 이는 ZE53의 5:3 비율에 비교된다.

또한, 정상적인 예상과는 다르게, MEZ 합금은 사형 주조 또는 중력 주조에서 HPDC로 변화될 때 인장강도의 큰 변화를 나타내지 않는다. 더우기, 결정입자 구조는 단지 미세한 정도로만 변화한다. 따라서 MEZ 합금은 사형 주조 또는 중력 주조에 의해 형성된 주방상태 부품의 특성이 HPDC에 의해 대량생산된 제품의 특성과 큰 차이를 갖지 않는다는 기대를 할 수 있으므로 이점이 있다.

이에 비해, HPDC AE42 합금은 매우 미세한 결정입자 구조를 나타내며, 실온에서 거의 3배의 인장강도 증가를 나타내며, MEZ 합금에 비해 약 40% 이상이 된다. 그러나, 인장강도의 온도 의존성은, 상기 두가지 형태의합금 모두 온도증가에 따라 인장강도가 감소하지만, MEZ 합금에 비해 AE42 합금이 매우 크며, 이는 150℃ 이상에서 MEZ 합금이 더 큰 인장강도를 갖기 때문이다.

또한, HPDC AE42 합금의 크립 강도는 HPDC MEZ 합금에 비해 적어도 177℃까지의 모든 온도에서 크게 낮다.

합금 조성중 나머지 잔류물은 0.15중량% 미만이 바람직하다.

희토류 성분원소는 세륨, 세륨 미시메탈(mischmetal), 또는 세륨이 고갈된 미시메탈일 수 있다. 바람직한 하한선 범위는 2.1중량%이고, 바람직한 상한선은 3중량%이다.

MEZ 합금은 낮은 부식속도를 유지하기 위해 극소량의 철, 구리 및 니켈을 포함하는것이 바람직하다. 철은 바람직하게 0.005중량% 미만이다. 낮은 철함량은 지르코니움(예를 들면, 지르코니움과 마그네슘의 1:2 합금인 지르맥스(Zirmax)의 형태로)을 첨가하여 효과적으로 용해 합금에서 철을 석출시키며; 일단 주조되면 MEZ 합금은 잔류량 0.4중량%까지의 지르코니움을 함유하지만, 바람직한 그리고 가장 바람직한 이들 원소의 상한선은 각각 0.2 및 0.1중량%이다. 바람직하게 잔류량은 적어도 0.01중량% 존재한다. 지르맥스는 마그네슘 엘레크트론 리미티드(Megnesium Elektron Limited)의 등록상표이다.

특히 적어도 잔류 지르코니움이 일부 존재하는 경우, 0.5중량%까지의 마그네슘의 존재는 철 함량을 낮추고 부식성을 감소시킨다. 따라서, 이하에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 약 0.8중량% 만큼의 지르코니움(보다 통상적으로 0.5중량%) 첨가가 0.003중량% 미만의 철 함량을 얻기 위해 필요하다. 그러나, 마그네슘이 존재한다면, 약 0.06중량%의 지르코니움만으로 동일 효과를 얻을 수 있다. 철을 제거하기 위한 다른 첨가제는 티타늄이다.

칼슘의 존재는 선택적이지만, 이는 주조성을 개선시키는 것으로 믿어진다. 미량의 베릴륨 등의 원소가 존재할 수 있으며, 바람직하게 0.0005중량% 이상, 보다 바람직하게는 0.005중량% 이하, 그리고 흔히 약 0.001중량% 존재하여 용융금속의 산화를 방지한다. 그러나, 예를 들면 베릴륨과 같은 상기 원소가 철을 제거하기 위해 첨가되는 첨가제(예를 들면 지르코니움)에 의해제거되는 것이 발견된다면, 칼슘으로 대체하는 것이 필요하다. 따라서 칼슘은 항-산화제로 작용하고 주조성을 개선시킨다.

바람직하게 0.05중량% 이하, 실질적으로 합금내 알루미늄이 없는 것이 보다 바람직하다. 합금은 0.1중량% 이하의 니켈 및 구리를 함유하며, 0.05중량% 이하의 구리와 0.005중량% 이하의 니켈이 보다 바람직하다. 합금내에 실질적으로 스트론튬이 없는 것이 바람직하다. 바람직하게 합금은 실질적으로 은을 함유하지 않는다.

주조되면, MEZ 합금은 낮은 부식속도, 예를 들면 2.50mm/년(100mils/년)(ASTM 소금 안개 테스트)를 나타낸다. T5 처리(250℃에서 24시간) 후에도 부식속도는 여전히 낮다.

주조되면, MEZ 합금은 177℃에서 46MPa의 응력하에서 0.1%의 크립 변형에 도달하는 시간이 500시간 이상이고, T5 처리후에도 이 이산은 100시간 이상이다.

이하에서 본 발명을 첨부 도면과 표를 참조하여 보다 상세히 설명한다.

[도면의 간단한 설명]

도면에 있어서.

도 1은 용융금속 DF 2218, 고 지르코니움 ZE53 중력주조의 결정입자 구조를 나타내고;

도 2는 용융금속 DF2222, 망간히 첨가된 ZE53 중력주조의 결정입자 구조를 나타내고;

도 3은 용융금속 DF2220, 고 지르코니움 MEZ 중력주조의 결정입자 구조를 나타내고;

도 4는 용융금속 DF2224, 망간이첨가된 MEZ 중력주조의 결정입자 구조를 나타내고;

도 5는 용융금속 DF2291, 저 지르코니움 MEZ 중력주조의 결정입자 구조를 나타내고;

도 6은 기공 없는 HPDC 합금 MEZ 및 AE42의 인장특성을 비교하여 나타내고;

도 7은 HPDC MEZ과 기공 없는 HPDC(PFHPDC) 합금 MEZ의 인장특성을 비교하여 나타내고;

도 8은 다양한 온도에서 PFHPDC MEZ를 열처리 했을때 열처리의 영향을 나타내고;

도 9는 다양한 응력 및 온도 조건하에서 PFHPDC MEZ, AE42 및 ZC71의 크립저항 측정 결과를 나타내고;

도 10은 주방(F)상태의 PFHPDC MEZ의 결정입자구조를 나타내고;

도 11은 T6 열처리 조건하의 PFHPDC MEZ의 결정입자구조를 나타내고;

도 12는 HPDC MEZ의 기공을 나타낸다.

조건 F는 주방상태(as cast)이고, T5 열처리는 주물을 250℃에서 24시간 유지하는 것을 포함한다. T6 열처리를 위해, 주물은 420℃에서 2시간 유지되고, 뜨거운 물로 ㅋ칭하고, 180℃에서 18시간 유지하고 공기중에서 냉각한다.

처음에 MEZ 합금과 ZE53 합금을 중력 주조한 상태에서 여러 특성을 조사하였다.

표 1은 ZE53 및 MEZ 합금에 관한 것으로, 철에 대한 망간 및 지르코니움 첨가의 영향과, 합금내 망간과 지르코니움 함량을 나타낸다.

표 1 중 최초 8개 조성은 MEZ 및 ZE53 합금 각각의 4개의 변형으로 구성된다. 4개 조성의 한 세트는 철함량을 조절하기 위해 망간히 첨가되고, 다른 세트는 동일 목적을 위해 상대적으로 높은 지르코니움 첨가량(포화는 약 0.9중량%)을 가지며, 이들은 애로우 바(arrow bar)로 중력 주조되었다. 이들 8개 조성에서 선택된 다른 4개 세트는 주방상태이고, 보충 세트는 T5 조건이다.

표 2는 이들 8개 합금의 조성 및 상태를 보다 상세히 나타내며, 측정된 애로우 바의 인장강도를 나타낸다.

표 3은 애로우 바 형태의 중력 주조된 이들 8개 합금 MEZ 및 ZE53의 크립 특성의 비교데이터를 나타낸다.

표 4는 애로우 바 형태로 중력 주조된 이들 8개 합금 MEZ 및 ZE53의 부식 특성의 비교데이터를 나타내고, T5 열처리의 부식속도에 대한 영향을 나타낸다.

표 1에 도시된 합금 중 다른 두개에 대한 데이터는 표 5에 나타내었고, 각각의 단일 주조로부터 얻는 애로우 바의 순서대로 측정했다. 또한, 표에 나타낸 원소를 위해, 각 합금 2290 및 2291은 2.5중량%의 희토류와 0.5중량%의 아연을 포함한다. 처음 주조된 바는 공정의 끝에 주조된 바에 비하여 더 큰 내부식성을 나타내므로 이 표에 대하여 설명할 필요가 있다. 다른 어떤 이론에 의하지 않아도, 철이 지르코니움에 의해 석출하고, 이 석출물은 액상으로부터 가라앉는 경향이 있어 초기 바는 나중에 주조된 것에 비해 철이 소모되는 것으로 볼 수 있다.

도 1 내지 도 5는 이들 중력 주조된 애로우 바의 결정입자 구조를 나타낸다.

이와 같은 초기 연구로부터, T5 열처리가 중력 주조된 ZE53 합금의 크립 특성에 좋은 영향을 주는 반면에, 중력 주조된 MEZ(표 3) 합금에는 나쁜 영향을 준다. ZE53+ZR 및 MEZ 합금 모두 크립 강도는 AE42 합금에 비해 매우 크고, 특히 주방상태(F)의 MEZ 합금 및 T5 열처리조건하의 지르코니움 첨가 ZE53 합금의 경우에도 우수하리라 생각된다. T5 열처리는 또한 지르코니움 첨가 ZE53 합금의 인장 특성에 좋은 영향을 주지만 다른 세개 형태의 합금(표 2)에는 큰 영향을 주지 않는다.

철의 함량은 모든 합금(표 4, 5)의 부식 속도에 큰 영향을 주는 것을 알 수 있다. 아연은 또한 나쁜 영향을 주며, 철 함량이 낮은 경우에도 ZE53 합금의 부식 저항은 나쁜 것으로 나타났다. T5 열처리는 또한 모든 합금의 부식 저항을 감소시킨다. 더우기, 0.3% Mn(Zr 없음)이 존재하는 경우 철 함량은 상대적으로 높았다.

합금내에 비고용 상을 형성하기 위해 철 함량이 충분히 높은 경우, 부식은 중요하다. 그러나, 모든 잔류 철이 합금 자체에 고용될 정도로 철 함량이 충분히 낮으면, 부식은 큰 문제점이 되지 못하고, 따라서 MEZ 합금은 합금내에 고용되는 정도 외의 철은 함유하지 않으며, 바람직하게 실질적으로 철을 전혀 함유하지 않는다.

계속되는 테스트 결과, 충분히 낮은 수준 즉 0.003%의 철 함량을 얻기 위해, MEZ 및 ZE53 합금 모두 적어도 6% 지르맥스가 첨가될 필요가 있다. 그러나, 망간이 존재하면, 필요한 지르맥스(또는 동일량의 다른 지르코니움 제공물) 첨가량은 약 1%로 감소한다.

주조 합금은 주조 공정동안 조정량의 순환을 하게 되고, 따라서 주조 공장의 철 부품과의 접촉에 의해 철 함량이 증가될 수 있다. 철은 또한 재생 스크랩으로부터 첨가될 수 있다. 따라서 초기 합금에 충분한 지르코니움을 첨가하여 잔류 지르코니움 함량이 이들 바람직하지 않은 철 함량 증가(0.4중량% 까지, 바람직하게 0.2중량%이하, 보다 바람직하게 0.1중량% 이하)를 방지하는 것이 바람직하다. 이는 재주조하기 전에 지르코니움을 더 첨가하는 다른 가능한 방법보다 편리한 것으로 판단된다.

하나의 시험에서, 0.5% 지르맥스 첨가에 의해 얻은 0.003% 철이 함유된 MEZ 재료를 재용해 하면 철이 0.006%로 증가하고, 지르코니움 함량이 0.05%로 감소함을 발견했다. 그러나, 1% 지르맥스 첨가에 의해 얻은 0.001% 철이 함유된 MEZ 재료는 재용해시 철이 0.002%로 증가하고, 지르코니움은 실질적으로 일정한 상태를 유지했다(부록 A).

바 분석 결과는 표 6에 나타내었으며, 표에서 FC1, FC2, FC3는 각각 주조 공정의 초기, 중기 및 말기에 채취한 시료를 나타낸다. 처음에 나타낸 조성의 높은 Zr 함량은 비용해 지르코니움이 존재하는 것을 의미하며, 이는 시료 채취기술에 에러가 있음을 의미한다.

표 7 및 도 6 내지 도 8은 테스트 바의 측정된 인장특성과 AE42 합금의 동일바의 비교 측정 결과를 함께 나타낸다. MEZ과 AE42는 같은 항복 강도를 가짐을 알 수 있지만, AE42가 실온에서 더 높은 항복강도를 갖는 반면에 높은 온도에서 상황은 반전된다. 기공제거 공정은 주방상태 또는 T6 열처리 모두 유용한 이점이 없는 것으로 나타났다.

표 8은 테스트 바와 동일한 AE42 바의 부식 테스트 결과를 나타낸다. 모든 표면 오염을 제거하는 것은 매우 어려운 것으로 밝혀졌으므로, 다른 처리의 사용에 대하여 주목해야 한다. 주조 표면이 표준 준비(B)로 제거된 경우 MEZ과 AE42의 부식속도는 같은 것으로 나타났다.

양 합금 바의 크립 측정 결과를 표 9 및 도 9에 나타낸다. 측정 결과의 분산에도 불구하고 MEZ의 크립강도는 AE42보다 훨씬 큼을 알 수 있다.

이하에서 설명하는 바와 같이, 본 발명의 이점은 HPDC 대량생산을 위한 원형이, 동이한 인장특성을 얻으면서, HPDC용으로 요구되는 동일 형태 및 동일 합금에 있어서 중력 주조, 그리고 특히 중력 사형 주조로 할 수 있는 것이다.

0.35중량%의 아연, 2.3중량%의 희토류, 0.23중량%의 망간 및 0.02중량%의 지르코니움(나머지 마그네슘)을 포함하는 용융금속이 2-톤 규모로 제조되었다. 150Kg 규모의 동 잉곳 배치가 재용해되어 중력 샌드캐스팅과 HPDC에 의해 자동차 오일팬 형태로 주조되었다. 각 경우 시료는 세개의 주물로 절단하여 인장특성을 각 온도에서 측정하고, 그 결과를 표 10 및 표 11에 각각 나타내었다. 샌드 캐스트와 다이 캐스트 주물의 인장특성이 매우 유사함을 알 수 있다.

다른 테스트에서, 동일 배치로부터의 잉곳을 용해하였지만, 6중량%의 지르맥스(33% Zr)가 통상적인 마그네슘 주조기술에 의해첨가되었다. 용융금속을 분석한 결과 0.58중량%의 지르코니움이 존재했다.

이 용융금속으로 전술한 바와 같은 자동차 오일팬 형태로 샌드캐스팅된 부분의 인장특성을 각 온도분위기에서 측정했다. 0.2%PS는 102MPa, UTS는 178MPa, 연신율은 7.3% 이었고, 이는 표 10 및 11의 결과에 매우 유사하다.

이 결과는 본 발명의 범위내가 아닌 AE42(Mg-4%Al-2%RE-Mn) 합금과 비교될 수 있고, 이는 고온에서 좋은 크립저항을 필요로 하는데 사용될 수 있다. 이 경우, 만족할 만한 특성이 HPDC 부품에서 얻어졌지만, 본 명세서의 여러곳에서 설명하는 바와 같이 종래의 사형 주조 기술에 의해서는 만족할 만한 합금의 특성을 얻는 것이 불가능하다.

예를 들면, 합금 AE42(3.68% Al; 2.0% RE; 0.26%Mn)는 냉각된 강철 애로우 바 주형에서 주조되었다. 이 바로부터 가공된 시료의 인장특성은 단지 46MPa(0.2%PS) 및 128MPa(UTS)이었다. MEZ 합금으로 주조된 동일 바는 82MPa(0/.2%PS) 및 180MPa(UTS)(0.5% Zn; 2.4% RE; 0.2%Mn)로 높았다.

부록 A

a) MEZ PFHPDC 시험

시간관찰

500용해로(1) 가동, 잉곳 절반(109Kg)으로 완전히 장입된 크루시블.

1100장입물이 완전히 용해 650℃.

1315684℃에서 용융금속 조절- 표면에 찌꺼기가 일부 있음.

500용해로(2) 가동, 이전 시험으로부터의 잔류 용융금속(약 20Kg).

1100장입물이 완전히 용해 650℃.

1315690℃에서 용융금속 조절- 표면에 찌꺼기가 일부 있음. 양 용융금속을 공기+SF₆으로 보호, 중 산화/황화물 표피가 용융금속표면에 있음.

1325다이 주형 반쪽 모두를 가스 토치로 예비 가열(고정 반쪽 41℃, 이동 반뽁 40℃). 다이 슬리브를 용해로(2)로부터의 금속 래들로 예비 가열.

1330다이 주형을 용해로(2)로부터의 금속 래들의 주입에 의해 더 예비가열. 세번의 주입은 고정 반쪽의 다이온도를 50℃로 상승, 이동 반쪽을 51℃로 상승.(FC1 분석 시료 래들)

1335산소가 100리터/분으로 스위치됨. 바 캐스팅 시작. 금속 공급, 제1용해로로부터 래들이 각 주입량(800g)씩 주입. 다이 주형이 흑연 물로 스프레이됨.

13403번 주입후 캐스팅 정지, 래들의 금속 냉각. 용융금속 온도 700℃로 상승.

1343683℃에서 캐스팅 재시작 캐스팅 700℃로 상승.

캐스팅 정지, 플런저 스트로크 조정.

1350캐스팅 재시작. 제11캐스팅이 파괴(8 및 10mm 직경 바) 양쪽 모두 좋은 파괴를 나타냄.

1400캐스팅 정지(14번 주입) 플런저의 산화 오염물 제거.

1410캐스팅 재시작 용융금속 온도 710℃. 고정 반쪽 다이 온도 71℃. 이동 반쪽 다이 온도 67℃.(FC 2 분석 시료 래들 주입)

145540번 주입후 캐스팅 완료. 120 인장 바+40샤피 바.(FC3 분석 시료 래들 주입)

주의:HPDC 시험에 이어 10 PFHPDC를 더 실시하여 총 150인장 바+50 샤피바를 생성.

각 바의 식별은 각각에 P-1, P-2, P-3, P-4, 등으로 표시하여 실시함.

b) MEZ HPDC 시험

시간관찰

1535용해로(1) 내의 용융금속 온도 699℃. 첫번째 주입으로 다이주형 예비가열하고 바를 방출. 고정 반쪽 다이 주형 온도 74℃. 이동 반쪽 다이 주형온도 71℃.

1536산소 없이 바 캐스팅 시작, 그러나 PFHPDC 시험과 동일 캐스팅 변수, 즉 압력 800Kgs/cm², 1.2미터/초의 플런저 속도. 주입구에서 100-200미터/초. 다이 고정력 350톤 Kg/cm².(FC1 분석 시료 래들 주입)

155011 및 12번째 주입으로부터의 8mm 및 10mm 직경 바가 파괴됨. 매우 적은 수죽공/기공이 관찰됨.

1600고정 반쪽 다이 주형 온도는 94℃로 상승. 이동 반쪽 다이 주형 온도는 89℃로 상승.(21번째 주입이후 FC2 분석 시료 래들 주입, 온도 702℃)

1610캐스팅 정지 다이 주형 냉각. 고정 반쪽 83℃로 냉각. 이동 반쪽 77℃로 냉각.

1620캐스팅 재시작.

165042번째 주입후 캐스팅 완료, 120 인장바+42 샤피 바(FC3 분석 시료 래들 주입)

주의:이 시험에 이어 10 HPDC 주입이 더 실행되어 총 152 인장바+52 샤피바를 생성.

c) AE42 HPDC 시험

시간관찰

200용해로 가동, 크루시블은 이미 잉곳 절반으로 완전히 장입됨.

1000용융금속 680℃. 다이 가열 시작.

1005다이 온도 85℃.

1015용융금속 시료를 이용한 슬리브 가열 시작. 용융금속 표면은 ZC71보다 매우 깨끗함. 또한 캐스팅 표면도 오염이 적음.

1240캐스팅 실행 시작.

1430캐스팅 실행 종료.

항복 강도(YS) 및 인장강도(TS)는 MPa 단위

% E1-퍼센트 연신율

RT-상온

모든 테스트에서 적용 응력은 46MPa(이는 다우(Dow) 데이터에 의하면, HPDC AE42 재료에서 100시간 후 0.1% 크립 변형을 생성하는데 필요한 시간임).

표 내의 값은 각각의 결과임.

각 합금은 2.5중량% RE 및 0.5중량% Zn을 포함

mpy=mils/년

분석 시료는 바로 주입되기 전에 채취함.

mpy=mils/년

(A)-시료 준비는 Al₂O₃, 10% HNO₃수용액 그릿 블라스트를 포함.

(B)-시료 준비는 주물 표면 기계가공 및 시료를 마모성 부석 파우더로 연마하는 것을 포함.

* -외삽된 결과.

모든 시료는 주방 상태 표면으로 테스트함.

모든 시료 크기는 8.0mm 직경×32mm

Claims

고압 다이캐스팅용 마그네슘 합금에 있어서,

적어도 91.9중량%의 마그네슘;

0.1 내지 2중량%의 아연;

2 내지 5중량%의 희토류 성분원소;

0 내지 1중량%의 칼슘;

0 내지 0.1중량%의 칼슘 이외의 산화억제원소;

0.001중량% 이하의 스트론티움;

0.05중량% 이하의 은;

0.1중량% 미만의 알루미늄; 및

잔류 불순물을 포함하며, 비고용 철이 없는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금.
고압 다이캐스팅용 마그네슘 합금에 있어서,

적어도 91중량%의 마그네슘;

0.1 내지 2중량%의 아연;

2 내지 5중량%의 희토류 성분원소;

0 내지 1중량%의 칼슘;

0 내지 0.1중량%의 칼슘 이외의 산화억제원소;

0 내지 0.4중량%의 지르코니움, 하프니움 및/또는 티타늄;

0 내지 0.5중량%의 망간;

0.001중량% 이하의 스트론티움;

0.05중량% 이하의 은;

0.1중량% 이하의 알루미늄; 및

잔류 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 합금 조성의 밸런스가 0.15중량% 미만인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

0.005중량% 이하의 철을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

0.05중량% 이하의 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

알루미늄을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

니켈 및 구리의 함량이 각각 0.1중량% 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘합금.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

177℃에서 46MPa의 응력이 가해질 때 0.1% 크립 변형 도달시간이 500시간 이상인 크립 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

250℃까지 24시간동안 가열된 후 177℃에서 46MPa의 응력이 가해질 때 0.1%크립 변형 도달시간이 500시간 이상인 크립 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

부식속도가 2.5mm/년 미만인 것을 특징으로 하는 마그네슘합금.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 희토류 성분원소가 세륨, 세룸 미시메탈 또는 세륨 고갈된 미시메탈인 것을 특징으로 하는 마그네슘합금.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

2.1 내지 3중량%의 희토류 성분원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

1중량% 이하의 아연을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

0.6중량% 이하의 아연을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

알루미늄 및/또는 스트론튬 및/또는 은을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금.
제1항에 기재되고 전술한 것을 특징으로 하는 고압다이캐스팅용 합금.
제1항 내지 제17항에 기재된 합금을 사용하여 고압다이캐스팅하는 것을 특징으로 하는 주조품 제조방법.
제17항에 있어서,

기공 제거 고압다이캐스팅 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 주조품 제조방법.
제17항 또는 제18항에 기재된 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 주조품.