KR19990009803A - Aluminum alloy containing impurities - Google Patents

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Abstract

Fe 불순물이 함유된 알루미늄합금용당에 적정량의 Be를 첨가하여 조대한 침상의 철계금속간 화합물의 형상을 개량하므로써 주물품의 기계적 성질을 개선하는 합금으로서, 주로 고인성, 고강도 자동차용 알루미늄 휠을 제조하기 위한 것이다.An alloy that improves the mechanical properties of castings by improving the shape of coarse acicular iron-based intermetallic compounds by adding an appropriate amount of Be to an Fe alloy containing Fe impurities, mainly producing high toughness and high strength automotive aluminum wheels. It is to.

또한, 본 발명은 Na, Sr 등을 첨가하여 공정 Si을 개량 처리한 알루미늄합금이나 Mg이 함유된 석출 경화형 알루미늄합금에 Be을 첨가하므로써 인장강도의 증대 및 시효처리 시간을 단축하는 방법을 포함하고 있다.In addition, the present invention includes a method of increasing the tensile strength and shortening the aging treatment time by adding Be to an aluminum alloy obtained by adding Na, Sr, or the like to improve the process Si or a precipitation hardening aluminum alloy containing Mg. .

Description

불순물철이 함유된 알루미늄합금Aluminum alloy containing impurity iron

제 1 도는 본 발명상의 알루미늄합금을 주조된 그대로일때 및 열처리 했을때의 미세조직의 비교예1 is a comparative example of the microstructure of the aluminum alloy of the present invention as it is cast and heat treated

제 2 도는 본 발명에 있어 Fe 불순물함량과 첨가되는 Be 량의 상관관계도를 현미경조직으로 구분하여 나타낸 것이다.Figure 2 shows the relationship between the Fe impurity content and the Be content added in the present invention divided by the microscopic structure.

제 3 도는 본 발명에 있어 Fe 불순물함량에 따라 또한 Be 첨가 유무에 따라 β-상의 최대 길이가 변화하는 것을 Be 첨과시와 미첨가시로 나누어 나타낸 상관관계도3 is a correlation diagram showing the change in the maximum length of the β-phase according to the Fe impurity content and the presence or absence of Be in the present invention divided into Be and without Be

제 4 도는 제 2 도의 주조된 그대로일때의 이미지 분석결과를 Fe 증가, Be 증가량에 따른 β상의 길이(㎛) 별로 나타낸 것이다.FIG. 4 shows the image analysis results of the cast as it is in FIG. 2 by the length (μm) of the β phase according to the Fe increase and Be increase.

제 5 도는 Be-Fe 비율 변화에 따라 인장강도와 연신율이 변화되는 상관 그래프이다.5 is a correlation graph in which tensile strength and elongation change according to Be-Fe ratio change.

제 6 도는 알미늄합금에서 열처리된 시료에서 인장강도에 미치는 Be의 영향을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the effect of Be on the tensile strength of the sample heat-treated in the aluminum alloy.

제 7 도는 본 발명상의 합금에서 Fe 함량에 따라 인장강도와 연신율이 변화하는 그래프이다.7 is a graph in which the tensile strength and elongation change according to the Fe content in the alloy of the present invention.

제 8 도는 알루미늄합금에 있어 열처리된 시료에서 총격치에 미치는 Be의 효과를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the effect of Be on the shooting value in the heat-treated sample in the aluminum alloy.

제 9 도는 Be 첨가시와 Be 무첨가시를 나누어 Mg 함량 변화를 싸이클타임별로 나타낸 것이다.9 shows the change in Mg content by cycle time when Be is added and when Be is not added.

제 10 도는 Be 첨가직후부터 5 시간 동안 Be 함량 변화 분석 결과도이다.10 is a result of analyzing Be content change for 5 hours immediately after Be addition.

제 11 도는 주조상태에서 Be을 첨가한 시험편과 첨가하지 않은 시험편에 대한 F - 부위에서의 인장 시험 결과도이다.11 is a result of a tensile test at the F − site of the test specimens with and without Be in the cast state.

제 12 도 및 제 13 도는 각각 본 발명 제품의 T6 열처리후와 도장처리후 시료의 인장 시험결과를 나타낸 것이다.12 and 13 show the tensile test results of the samples after the T6 heat treatment and the coating treatment of the present invention, respectively.

제 14 도는 본 발명상의 제품의 F - 부위에서의 각기 다른 열처리조건에 따른 브리넬(Brinnel) 경도 결과를 나타낸 것이다.Figure 14 shows the results of Brinell hardness according to different heat treatment conditions at the F-site of the product of the present invention.

제 15 도는 종래의 제품 및 Be 첨가한 본 발명상의 제품의 충격특성을 열처리상태로 평가하여 이를 그래프로 비교하여 나타낸 것이다.FIG. 15 shows the impact characteristics of the conventional products and the products according to the present invention to which Be is added in a heat treatment state, and compares them graphically.

[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention

본 발명은 Fe 불순물이 함유된 알루미늄 합금용탕에 적정량의 Be를 첨가함에 의하여 조대한 침상의 철계 금속간 화합물의 형상을 개량하므로써 알루미늄 합금 주물품의 기계적 성질을 개선하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of improving the mechanical properties of an aluminum alloy casting by improving the shape of the coarse acicular iron-based intermetallic compound by adding an appropriate amount of Be to the aluminum alloy molten metal containing Fe impurities.

일반적으로 알루미늄합금의 경우 중요한 기계적성질은 정출된 상들의 분포, 크기 및 형상과 같은 미세조직적인 인자에 의해서 크게 변화되며, 이러한 미세조직적인 인자들에 대한 결정적인 원인을 제공하는 것은 첨가되는 합금원소와 합금원소의 함량, 그리고 주물의 응고시 주조공정에 따른 냉각속도이다.In general, in the case of aluminum alloys, the important mechanical properties are greatly changed by the microstructural factors such as the distribution, size and shape of the crystallized phases. The content of alloying elements and the cooling rate according to the casting process during solidification of castings.

그러나 하나의 동일한 주조공정에 의해 주물품을 제조할 경우에는 냉각속도는 거의 일정하게 유지되므로, 기계적성질을 좌우하는 주된 인자는 합금원소와 이들 합금원소의 함량이라 할 수 있다.However, when the castings are manufactured by one and the same casting process, since the cooling rate is maintained almost constant, the main factor that determines the mechanical properties may be the alloying elements and the content of these alloying elements.

또한 Fe에 의해서 형성되어지는 Fe계 금속간화합물은 개량처리제의 첨가에 의해서도 큰 영향을 받지 않으며, 열처리시에도 공정 Si 처럼 미세화되거나 구상으로 변화되지 않기때문에 기계적특성에 더욱 문제를 일으킬 수 있다.In addition, the Fe-based intermetallic compound formed by Fe is not significantly affected by the addition of an improving treatment agent, and may cause more problems in mechanical properties because it does not become micronized or spherical like process Si even during heat treatment.

따라서 저압주조와 같은 비교적 느린 냉각속도로 제조되는 알루미늄 합금 주물품의 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 방안으로는 Fe 함량의 제어가 필수적이라 할 수 있다. 그러나 종래기술의 경우, 불순물로서 존재하거나 재용해시 유입되는 Fe 함량의 증대를 억제하기는 실제적으로 매우 힘들다. 이러한 합금원소중 불순성분원소로서 Fe 의 혼입은 스크랩의 재순환 및 재용해시 그리고 합금의 준비동안 주물공장에서 강재기구의 사용등으로 흔히 발견되는 비교적 느린 냉각속도에서 Fe의 함량이 증대되면 조대한 침상의 금속간화합물을 형성하게 되고, 이들은 주물내에서 기지와 약한 결합력을 가지고 있을 뿐만 아니라 국부적으로 편석되어 있기 때문에 인장강도, 연신율, 충격강도와 같은 기계적특성의 저하를 일으키는 원인이 된다는 사실이 밝혀졌다. 특히 예컨대 A356 합금의 경우 다른 Al-Si 합금에 비하여 불순물 Fe의 허용한도치가 매우 낮아서, 불순물 Fe의 허용한도를 0.3wt.% 미만으로 하여야 함을 알게 되었다 이는 Fe가 0.3wt.% 이상 함유될 경우에는 침상의 조대한 Fe계 금속간화합물이 다량 형성되며, A356 합금계에서는 이들 침상의 조대한 Fe계 금속간화합물들은 연신율, 항복 강도, 인성, 피로 특성과 같은 제반 기계적 특성을 저하시키는 원인으로 작용하기 때문이다. 즉, 이러한 불순물 Fe의 소량혼입은 A356 합금의 특성저하에 가장 큰 원인을 제공한다는 사실을 알게 되었다.Therefore, it is essential to control the Fe content as a way to improve the mechanical properties of the aluminum alloy casting manufactured at a relatively slow cooling rate, such as low pressure casting. However, in the prior art, it is practically very difficult to suppress the increase in the Fe content which is present as an impurity or introduced upon remelting. The incorporation of Fe as an impurity component in these alloying elements is coarse when the Fe content increases at relatively slow cooling rates commonly found in the recycling and remelting of scrap and the use of steel tools in foundries during the preparation of alloys. To form intermetallic compounds, which have been found to have a weak bond with the matrix in the casting and are locally segregated, leading to degradation of mechanical properties such as tensile strength, elongation and impact strength. . In particular, for example, in the case of the A356 alloy, the allowable limit of the impurity Fe is much lower than that of other Al-Si alloys, so that the allowable limit of the impurity Fe should be less than 0.3 wt.%. Coarse Fe-based intermetallics are formed in a large amount in the A356 alloy. These coarse Fe-based intermetallics act as a cause of deterioration of all mechanical properties such as elongation, yield strength, toughness and fatigue properties. Because. In other words, it has been found that the small incorporation of impurity Fe provides the largest cause of the deterioration of the properties of the A356 alloy.

알루미늄 내에 다른 합금원소들과 Fe의 고용도는 매우 낮기 때문에 응고하는 동안 수지상간 영역내의 액상은 많은 양의 합그원소들을 갖게 되며, 이중 Fe는 Al, Si, Mn, Mg 등과 함께 복잡한 금속간화합물을 형성하게 된다. 이것들은 확산반응에 의하여 기지에 재용해되지 않는 화합물이며, Fe의 함량이 증가될수록 Fe 께 금속간화합물의 체적분율도 크게 증가된다. 이와 같은 Fe 께 화합물은 취약하며, 기지와의 낮은 결합력을 가지고 있다. 그리고 Fe계 금속간화합물이 매우 긴 침상의 Fe 계의 금속간화합물(β-상)의 형태로 존재하게 되면 기계적 특성이 더욱 크게 저하시키는 것으로 알려져 있으며, 특히 Fe 함량이 증가됨에 따라 주물내에서 이 Fe계 금속간화합물(β-상)의 수가 증가되는 것보다도 그 크기가 증가됨으로써 주물은 더욱 취약화된다고도 보고되고 있다. 또한 Fe함량이 0.7wt.% 로 이상일 경우에는 예컨대 Al5FeSi와 같은 Fe계 금속간화합물(β-상)은 매우 큰판상으로 결정화되는 경향이 있음을 알 수 있다.Since the solubility of Fe and other alloying elements in aluminum is very low, the liquid phase in the interdendritic region during solidification has a large amount of coal elements, and Fe is a complex intermetallic compound with Al, Si, Mn, Mg, etc. To form. These compounds are not re-dissolved in the matrix by the diffusion reaction, and as the Fe content increases, the volume fraction of the intermetallic compound increases significantly. Such Fe compounds are fragile and have a low binding force to the matrix. When the Fe-based intermetallic compound is present in the form of a very long needle-like Fe-based intermetallic compound (β-phase), it is known that the mechanical properties are further reduced. In particular, as the Fe content increases, It is also reported that castings are more vulnerable due to the increase in size than the increase in the number of Fe-based intermetallic compounds (β-phase). In addition, when the Fe content is 0.7 wt.% Or more, the Fe-based intermetallic compound (β-phase) such as Al 5 FeSi tends to crystallize into a very large plate.

Fe의 함량이 증가할수록 그리고 냉각속도가 느릴수록 상기 β상의 양과 길이는 점점 증가하는 경향을 보이고 있다. 이처럼 알루미늄 용탕중에 유입되었을 때 나쁜 영향을 미치는 Fe를 제어하여야 할 필요성이 있으며 그 방법은, 첫째 용탕내 Fe의 함량을 가능한한 적게하는 방법과 둘째 어떠한 원소를 이용하여 Fe함유율이 많은 β상(Fe-rich β phase)의 형상을 변화하는 것이라 할 수 있다. 또한 Fe 함량이 증가함에 따라 인장강도, 항복강도 보다는 연신율, 충격값 등의 특성이 현저하게 저하됨을 알 수 있으며, 이는 조대한 침상의 예컨대 β-AlFeSi 계와 같은 금속간화합물이 정출되어 침상의 선단부위에서 국부적인 응력집중 등에 의한 취약화 현상 때문으로 여겨진다. 이러한 Fe 계 금속가화합물의 생성방지 또는 개량화를 통하여 주물품의 품질을 향상시킬 수 있으며, Fe의 해로운 영향은 다음과 같은 3 가지 방법들에 의하여 최소화될 수 있을 것이다. Fe의 해를 감소시킬 수 있는 방법으로 ① 급속응고법, ② 용탕과열(melt superheating)법, ③ Be, Mn, Cr 등의 첨가법이 있으나 이러한 방법중 ①과 ②방법의 경우 경제성이 없는 것으로 나타났으며, ③의 방법에서는 Mn 이나 Cr을 첨가할 경우 Fe와 결합하여 슬럿지(sludge)를 형성하는 것으로 나타났다. 이것이 액상상태에서 형성되었을 때 장시간동안 용탕을 유지할 경우 용융알루미늄의 밀도보다 이 슬럿지의 밀도가 더 크기 때문에 도가니의 바닥에 침전하는 경향이 있다. 또 다른 첨가원소로서 Mo, Ni 등과 같은 원소가 이용되었지만 덜 성공적이다.As the Fe content increases and the cooling rate is slow, the amount and length of the β phase tend to increase gradually. As such, there is a need to control Fe, which has a bad effect when it is introduced into the aluminum molten metal. First, a method of reducing the Fe content in the molten metal as much as possible and second, a β-phase having a high Fe content by using any element. -rich β phase) can be said to change the shape. In addition, as Fe content increases, the characteristics of elongation, impact value, etc., rather than tensile strength and yield strength are remarkably lowered. This is characterized by coarse needle-like intermetallic compounds, such as β-AlFeSi, which are defined. This is considered to be due to weakening due to local stress concentration. The quality of the casting can be improved by preventing or improving the production of such a Fe-based metal compound, and the harmful effects of Fe can be minimized by the following three methods. The methods to reduce the solution of Fe include ① rapid solidification method, ② melt superheating method, ③ addition methods such as Be, Mn, Cr, etc. Among these methods, ① and ② methods are found to be ineffective. In the method of ③, when Mn or Cr is added, it is combined with Fe to form a sludge. When it is formed in the liquid state, if the molten metal is maintained for a long time, the sludge density is larger than that of molten aluminum, and thus tends to settle at the bottom of the crucible. As other additive elements, elements such as Mo, Ni and the like have been used but are less successful.

따라서 본 발명에서는 제반 특성이 우수한 베릴륨(Be)은 선정하였다. Be을 알루미늄용탕중에 소량 첨가하되 본 발명에서는 알루미늄용탕에 0.05∼0.30wt.%의 Be을 첨가한다. 그 이유는 0.05wt.% 이하일 경우 소기의 효과를 거둘 수가 없고, 0.30wt.% 이상 첨가할 경우에도 그 효과는 한계치로 되어 서서히 감퇴된다.Therefore, in the present invention, beryllium (Be) having excellent characteristics is selected. A small amount of Be is added to the molten aluminum, but in the present invention, 0.05 to 0.30 wt.% Of Be is added to the aluminum molten metal. The reason is that when it is 0.05 wt.% Or less, the desired effect cannot be obtained, and when 0.30 wt.% Or more is added, the effect becomes a limit value and gradually decreases.

또한, 이 범위에서는 취약하고 조대한 판상 또는 침상의 Fe 계 금속간화합물의 형상변화를 통한 개선으로 강도와 인성의 증대와; 용탕으로부터의 산소나 질소의 제거와; 용탕표면의 벨리륨산화물(BeO) 형성으로 인한 용탕의 청정도 개선으로 인한 제품의 강도와 인성의 증대; 취약상의 형성감소를 통한 높은 Fe 함량 허용(스크랩의 재사용가능)와 ; 개량처리제와 함께 공정 Si 의 개량처리 효과와; Be 자체의 분산강화효과를 얻을 수 있다.In addition, in this range, the strength and toughness are increased by improvement through the shape change of the fragile and coarse plate- or needle-like Fe-based intermetallic compound; Removal of oxygen or nitrogen from the melt; Increased strength and toughness of the product due to improved cleanliness of the melt due to the formation of beryllium oxide (BeO) on the melt surface; Allow high Fe content (reuse of scrap) by reducing formation of fragile phases; An effect of improving the process Si with the improving treatment agent; It is possible to obtain the dispersion strengthening effect of Be itself.

또한 알루미늄 용탕에 소량의 Be을 첨가(0.005∼0.05%)하는 경우 다음과 같은 특성을 얻을 수 있음을 알게 되었다. 즉, 산화피막의 형성; 피막의 형성에 의한 용탕의 회수율 증가; 산화피막은 드로스(dross)의 양을 감소; 산화피막의 형성은 용탕의 청정도를 유지; 깨끗한 용탕은 유동성이 더욱 우수; 깨끗한 용탕은 표면이 우수하고 강도 및 인장특성이 우수한 고품질의 주조품을 만듬; Mg이 함유된 합금의 경우 Mg의 산화방지: Mg의 용탕관리 용이: 결정립의 조대화 방지 등 따라서, 본 발명은 상술한 특성과 효과를 가진 최적의 알루미늄합금주물을 얻기 위하여, Be의 알루미늄합금에의 첨가량을 Fe 불순물함량과의 비(Be;Fe 불순물)가 0.2∼0.4:1 정도의 수준을 유지하도록 한다. 그 이유는 Be:Fe 가 0.2이하:1에서는 조대한 침상물이 공존하여 조직이 취약해지고, Be:Fe가 0.4이상:1에서는 Fe 불순물이 함유된 A356 알루미늄합금등의 A1 합금용탕에 적정량의 Be을 첨가하므로써 고인성, 고강도 자동차용 알루미늄 휠을 제도하도록 하며, Na, Sr 등을 첨가하여 Si을 개량처리한 Al 합금에 Be을 첨가하므로써 M개량화처리제의 효과를 지속시키며, 또한 Mg 등이 함유된 석출경화형 Al 합금에 Be을 첨가하므로써 Mg2Si의 생성량을 증대시켜 석출경도의 증대 및 시효처리시간의 단축을 도모하도록 하였다. 이를 일실시예에 의해 보다 구체적으로 상세히 설명하면 다음과 같다.In addition, when a small amount of Be (0.005 ~ 0.05%) is added to the molten aluminum it was found that the following characteristics can be obtained. Namely, formation of an oxide film; Increased recovery of the melt due to the formation of a coating; Anodization reduces the amount of dross; Formation of an oxide film maintains the cleanliness of the molten metal; Clean melt has better fluidity; Clean molten metal produces high quality castings with excellent surface and strength and tensile properties; In the case of an alloy containing Mg, prevention of oxidation of Mg: easy management of molten metal of Mg: prevention of coarsening of crystal grains, etc. Accordingly, the present invention is directed to aluminum alloy of Be in order to obtain an optimal aluminum alloy casting having the above-described characteristics and effects. The addition amount of is maintained so that the ratio (Fe; Fe impurity) to the Fe impurity content is about 0.2 to 0.4: 1. The reason is that coarse needle coexists at Be: Fe less than 0.2: 1, and the structure becomes brittle, and when Be: Fe is more than 0.4: 1, an appropriate amount of Be is applied to A1 alloy molten alloy such as A356 aluminum alloy containing Fe impurities. By adding, it is possible to draw high toughness and high strength aluminum wheels for automobiles, and by adding Be, to Al alloy which has improved Si by adding Na, Sr, etc., the effect of M improvement treatment agent is maintained, and Mg is contained. By adding Be to the precipitation hardening Al alloy, the amount of Mg 2 Si produced was increased to increase the precipitation hardness and shorten the aging treatment time. This will be described in more detail by one embodiment as follows.

[실시예 1]Example 1

A356알미늄합금 인곳트(ingot)를 용해하여 Fe 함량변화조건에 따라 Fe의 함량을 각각 0.09, 0.12, 0.21, 0.33, 0.50, 0.68wt.%로 변화시켜가면서 1차 시험편을 제조한 후 6가지의 Fe함량변화조건에 따라 Be을 각각 5가지 조건으로 변화시켜 시험편을 제조하였다.After melting the A356 aluminum alloy ingot and changing the Fe content to 0.09, 0.12, 0.21, 0.33, 0.50, 0.68 wt. According to the Fe content change conditions, the Be was changed to each of five conditions to prepare a test piece.

시험편의 제조시 주조온도는 대체적으로 750∼800℃ 이었으며, 각 시험편의 냉각속도의 차이에 따른 기계적성질의 편차를 최소화하기 위하여 금형의 온도를 300℃로 일정하게 예열하여 유지하였다.The casting temperature was generally 750 to 800 ° C. during the manufacture of the test pieces, and the temperature of the mold was preheated to 300 ° C. in order to minimize the variation in mechanical properties according to the cooling rate of each test piece.

각 시료이 경우 Fe의 함량변화에 따라 A-F로 분류하고 Be의 함량을 각각 변화케 하여 시험편 제조후 성분분석을 하여 본 결과를 [표 1]에 나타내었다. A 시험편 제조조건의 경우 0.32∼0.34wt.%Mg 함량을 보였으며 B∼F 까지의 시험편은 4∼4.5wt.%의 Mg함량을 보였다. 그러나 동일한 Fe 함량조건의 시험편의 경우 Mg의 함량이 점점 증가하는 경향을 보이고 있으며, 이는 시험편 제조시 용탕의 장시간 유지에 따른 Mg 함량의 감소를 보상하여 주기 위하여 Mg의 함량을 조금씩 보충하였기 때문으로 여겨진다.Each sample was classified as A-F according to the Fe content change, and the content of Be was changed and the component analysis after the test piece production was shown in [Table 1]. In the case of A test piece manufacturing conditions, 0.32 ~ 0.34wt.% Mg content was shown, and B-F test pieces showed Mg content of 4 ~ 4.5wt.%. However, in the case of specimens with the same Fe content, the Mg content tends to increase gradually, which is considered to be due to the fact that the Mg content was supplemented little by little to compensate for the decrease in the Mg content due to long-term maintenance of the molten metal during the test piece preparation. .

Be의 경우 각 Fe 함량조건에 따라 무첨가 조건부터 0.5wt.% 정도 첨가한 조건까지 시험편을 제조하였다. 또한 결정립 미세화제로 첨가되는 Ti-B 의 경우 0.17wt.%를 목표로 하여 장입하였으며 분석결과 대략 0.15∼0.20 wt.% 사이의 수준으로 측정되었다.In the case of Be, according to the Fe content conditions, the test specimens were prepared from no addition condition to 0.5 wt.% Added condition. In addition, Ti-B added as a grain refining agent was charged at a target of 0.17 wt.%, And the result was measured at a level between about 0.15 to 0.20 wt.%.

본 실시예에서 Fe 및 Be의 함량을 변화시켜 미세조직을 관찰한 결과 다음의 4 가지의 상 (phase)이 관찰되었다. Be첨가에 따라 Fe계 금속간화합물의 형상은 취약한 침상(needle)형상에서 활자자국(script) 형상으로 변화되어지며, 다량의 Be첨가의 경우 베릴륨이 풍부한 상(Be-rich phase)을 형성하게 된다. 이러한 변화를 여러문헌을 바탕으로 종합적으로 고찰하여 보면 다음과 같다.In the present embodiment, the following four phases were observed when the microstructure was observed by varying the Fe and Be contents. According to the addition of Be, the shape of the Fe-based intermetallic compound is changed from a weak needle shape to a script shape, and when a large amount of Be is added, a beryllium-rich phase (Be-rich phase) is formed. . Considering these changes comprehensively based on various literatures, they are as follows.

침상모폴로지 (Al5FeSi):Needle Morphology (Al 5 FeSi):

Fe의 함량증가에 따라 더욱 조대하고 길게 나타나는 금속간화합물로서 반응생성Reaction is produced as an intermetallic compound that appears coarser and longer with increasing Fe content.

온도는 대체로 575℃였으며 생선온도가 높기 때문에 열처리에 의해서도 쉽게 용해(solution)되어지지 않는 것이 특징이다. 이러한 형상의 금속간화합물은 연신특성에 직접적으로 나쁜 영향을 주는 요소로 작용하는 것으로 나타났다.The temperature was generally 575 ℃ and because of the high fish temperature, it is not easily dissolved even by heat treatment. Intermetallic compounds of this shape appeared to act as factors that directly affect the stretching properties.

두꺼운 후육상(Al8Si6Mg3Fe): 이 후육상(thick phase)은 광학상으로 옅은 회색빛을 하고 있으며, 둥글고 뭉툭한 형상을 하고 있다. 생성온도는 대체로 567℃∼554℃이며, 열처리시 분해(dissolution)되어지므로 열처리를 행하는 경우 큰 문제점을 야기하지는 않는다. 그러나 이러한 금속간화합물의 생성은 화합물의 조성내에 Mg을 함유하므로 열처리시 분해(dissolution)되지 못하면 강도특성에 기여하는 Mg2Si 생성을 저하시키는 것이 특징이다.Thick thick (Al 8 Si 6 Mg 3 Fe): This thick phase is optically pale gray in colour, round and blunt. The production temperature is generally 567 ° C. to 554 ° C., and since it is dissolved during heat treatment, it does not cause a big problem when the heat treatment is performed. However, since the formation of the intermetallic compound contains Mg in the composition of the compound, it is characterized by a decrease in Mg 2 Si generation which contributes to the strength characteristics when it is not dissolved during heat treatment.

활자 형상(Al10Si4Mg4Fe):Letterpress shape (Al 10 Si 4 Mg 4 Fe):

Mg을 함유하거나 Be, Mn, Co를 첨가하는 경우 생성되어지는 화합물로서 Be을 첨가하는 경우 그 수가 감소되어진다는 보고도 있다. 이러한 화합물은 형상이 둥글고 알루미늄 덴드라이트(dendrite)내부에 형성되어지므로 연신특성에는 큰 영향을 주지 않는 것으로 보고되고 있다.It is also reported that the number is reduced when Be is added as a compound produced when Mg is contained or when Be, Mn, and Co are added. It is reported that such a compound has a round shape and is formed inside aluminum dendrites, and thus does not significantly affect the stretching characteristics.

베릴륨 부화상 (Be-rich Phase)Be-Rich Phase

다량의 Be이 첨가되어지는 경우 형성되어지는 것으로 보고되고 있으며 그 화합물의 조성 및 특성은 정확하게 알려진 바 없으나 BeFeSiAl5라 보고하는 문헌도 있다. 이러한 베릴륨부화형상(Be-rich phase)은 덴드라이트(dendrite) 내부에 형성되어지므로 연신특성에 영향을 주지 않는 것으로 여겨진다.It is reported to be formed when a large amount of Be is added, and the composition and properties of the compound are not known precisely, but there is also a literature reporting BeFeSiAl 5 . Since this beryllium phase (be-rich phase) is formed inside the dendrite (dendrite) is not considered to affect the stretching characteristics.

또한 주조용 Al-Si 합금에 미량의 Be을 첨가함으로써 Fe계 금속간화합물 및 공정 Si의 형상에도 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 이를 관찰하여 본 결과 제1도와 같았다.In addition, addition of a small amount of Be to the casting Al-Si alloy is known to affect the shape of the Fe-based intermetallic compound and the process Si, it was observed as shown in FIG.

여기에서 A는 공정 Si 개량처리와 Be 첨가를 하지 않은 주조상태의 미세조직으로, 조대한 침상의 Fe 계 금속간화합물(Needle)과 개량처리 되어지지 않은 침상의 공정 Si 를 관찰할 수 있다. 그러나 B는 A에 0.75wt.%의 Be을 첨가한 경우로서, 미세한 공정 Si과 활자자국(script) 형상으로 변화되어진 Fe 계 금속간화합물을 관찰할 수 있다. 이로부터 공정 Si의 개량처리와 Fe계 금속간화합물의 형상변화는 Be 첨가의 영향이라 할 수 있으며, 이는 잘 알려진 Be의 주요한 효과이기도 하다.Here, A is a microstructure in a cast state without process Si improvement and Be addition, and can observe coarse needle-like Fe-based intermetallic compound (Needle) and needle-like process Si not improved. However, B is a case in which 0.75 wt.% Of Be is added to A, and the Fe-based intermetallic compound which is changed into a fine process Si and a script shape can be observed. From this, the improvement of the process Si and the shape change of the Fe-based intermetallic compound may be referred to as the effect of Be addition, which is also a major effect of the well-known Be.

그림에서 C는 A 시험편을 T6 열처리한 결과로서 용체화처리시 공정 Si은 구상화되어 졌으나, Fe계 금속간화합물은 열처리에 의해서도 형상이 전혀 변화되어지지 않음을 알 수 있다. 이러한 Fe계 금속간화합물은 인장시험과 충격시험시 연신율 및 인성 감소의 주된 원인으로 작용되어질 것으로 여겨진다. 또한 D의 경우 (적정량의 Be첨가, 열처리)에서 가장 우수한 미세조직(공정 Si의 개량화, Fe계 화합물의 형상변화)을 얻을 수 있으며, 이에 따라 연신율 및 파괴인성이 크게 증가된 기계적 특성값을 얻을 수 있을 것이라 여겨진다.In the figure, C is the result of T6 heat treatment of the A test piece, and the process Si was spheroidized during the solution treatment, but the shape of the Fe-based intermetallic compound was not changed by the heat treatment. These Fe-based intermetallic compounds are expected to act as a major cause of elongation and toughness reduction in tensile and impact tests. In addition, in the case of D (appropriate amount of Be, heat treatment), it is possible to obtain the finest microstructure (improved process Si, change in the shape of Fe-based compound), thereby obtaining mechanical properties with greatly increased elongation and fracture toughness. It seems to be possible.

다음, Be과 Fe의 비율에 따른 Fe계 금속간화합물의 형상변화를 살펴보았다. 미세조직변화에 대한 연구결과를 종합하여 도표로 나타내어 보면 제3도와 같다. 도표는 Fe화합물의 미세조직적 변화 인자중 형상변화의 측면에서만 고찰한 것으로 Be을 첨가함에 따라 미세조직은 장침상 (Long needle)의 형상에서 활자자국형상(script morphology) 즉, 활자형상과 베릴륨부화상(Be-rich phase)으로 변화되어가는 것으로 나타났다. 또한 Be:Fe 비율이 0.4 이상:1에서는 짧은 단침상 (short needle)의 형상이 부분적으로 존재하고 있는 것으로 나타났다.Next, the shape change of the Fe-based intermetallic compound according to the ratio of Be and Fe was examined. The results of the study on the microstructural changes are summarized in FIG. 3. The chart is only considered in terms of the shape change among the microstructural change factors of the Fe compound. As Be is added, the microstructure is characterized by script morphology, ie, type and beryllium subtypes in the shape of a long needle. (Be-rich phase) has been shown to change. In addition, when the Be: Fe ratio was 0.4 or more: 1, the shape of the short needle was partially present.

이러한 Fe계 금속간화합물의 형상변화를 Be:Fe의 비율에 따라 세분하여 고찰하여 보면 크게 다음의 5 단계로 나누어 볼 수 있다.The shape change of the Fe-based intermetallic compound can be divided into five steps according to the Be: Fe ratio.

① 장침상(Be:Fe가 0.2이하:1)① Long needle (Be: Fe is 0.2 or less: 1)

조대한 침상 (Al5FeSi)의 존재영역으로서 짧은 침상물(needle)과 공존하고 있는 것이 특징이다. 또한 부분적으로 Mg을 함유함으로서 발생되어지는 두꺼운 후육상 (thick phase) 또는 활자형상(script)이 공존하고 있는 영역에 해당된다. 그러나 열처리시 Mg을 함유함으로서 발생되어지는 후육상 또는 활자형상의 금속간화합물은 분해 (dissolution)되어 조대한 침상의 금속간화합물만이 존재하는 영역이다. 이러한 β상 들은 Fe함량의 증대에 따라 크기가 조대하여지고, 열처리후에도 기계적특성에 결정적인 영향을 미치게 된다.It is characterized by coexistence with a short needle as a coarse needle (Al 5 FeSi). In addition, it corresponds to a region in which a thick thick phase or a script type coexists in part by containing Mg. However, the thick or type intermetallic compound generated by containing Mg during heat treatment is dissolved and is a region where only coarse acicular intermetallic compound exists. These β phases become coarse in size with increasing Fe content, and have a decisive influence on the mechanical properties even after heat treatment.

② 단침상(0.4 이상:1)② Single needle (0.4 or more: 1)

조대한 침상의 Fe계 금속간화합물이 파편상으로 되거나 응고시 크게 성장하지 못한 형태로 0.4이상:1의 여역에서 관찰되어지며, 엄밀하게는 부분적으로 1 이하:1의 전영역에서 관찰되어진다. 특히 Fe함량이 0.5wt.%를 넘는 경우는 이러한 현상이 더욱 빈번하다. 단침상의 경우 열처리시 용해되어지거나 더욱 미세하게 존재하며 장침상에 비하여 기계적 성질에 미치는 영향력은 적지만 생성위치에 따라 기계적성질에 미치는 영향이 다소 차이가 있을 것으로 여겨진다.Coarse acicular Fe-based intermetallics are found in the area of 0.4 or more: 1, which is fragmented or hardly grown during coagulation. This phenomenon is more frequent especially when the Fe content is more than 0.5wt.%. In the case of single needle, it dissolves or exists more finely during heat treatment and has less influence on the mechanical properties than the long needle, but the influence on the mechanical properties may be somewhat different depending on the location of formation.

③ 활자형상(0.2∼0.4:1)③ type (0.2∼0.4: 1)

Be 첨가에 의하여 Fe계 금속간화합물의 형상이 변화되어 나타나는 첫 번째 형상변화로 장침형상보다는 응력집중 등의 요소가 줄어들어 연신율에 영향력이 크게는 없는 것으로 보고되고 있다. 이 영역에서는 높은 Fe함량 영역에서 부분적으로 형상변화되어지지 못한 침상이 관찰되어지기도 한다.It is reported that the addition of Be reduces the elements such as stress concentration rather than the long needle shape as the first shape change caused by the change of the shape of the Fe-based intermetallic compound. In this region, a needle bed which cannot be partially changed in the high Fe content region may be observed.

④ 활자자국형상과 작은 베릴륨부화상 (Be-rich phase)(0.4∼1:1)④ type and small Be-rich phase (0.4 ~ 1: 1)

활자자국형상과 조그마한 베릴륨부화상이 공존하는 영역으로 자국형상에서 작은 베릴륨부화상으로 중간과정에 해당된다. 이 영역에서도 높은 Fe 함량쪽으로 갈수록 부분적으로 편석되어진 침상과 마그네슘(Mg) 함유상을 관찰할 수 있다.It is a region where a type of print and a small beryllium sub-image coexist. It is an intermediate process from the shape of a trace to a small beryllium sub-image. In this area, the needles and the magnesium-containing phases partially segregated toward the high Fe content can be observed.

⑤ 대·소 베릴륨부화상(1이상:1)⑤ Large and small beryllium sub burns (1 or more: 1)

Be:Fe의 비율이 1이상:1인 경우를 전 영역에서 베릴륨화상만이 관찰되어지며 그 이외의 침상과 마그네슘 함유된 상은 전혀 관찰되지 않았다. 이러한 베릴륨부화상은 열처리에도 변화되어지지 않으며 덴드라이트(dendrite) 내부에 형성되어지므로 연신율에는 큰 악영향을 주지 않는 것으로 여겨진다. 또한 Be의 첨가량이 증가되어질수록 소베릴륨부화상에서 대베릴륨부화상으로 성장하는 것을 관찰할 수 있었다.In the case where the Be: Fe ratio was 1 or more: 1, only a beryllium image was observed in all regions, and no other needle and magnesium-containing phases were observed. The beryllium sub-image does not change even in the heat treatment and is formed inside the dendrite, so it is considered that the beryllium sub-image does not significantly affect the elongation. It was also observed that as the amount of Be was increased, the growth was increased from the soberyllium sub-image to the large beryllium sub-image.

β-상 (β-phase)의 최대길이 변화:Change in maximum length of β-phase:

Fe 함량증가에 따른 β-상상의 최대길이 변화를 알아보기 위하여 영상분석을 행한 결과를 기존에 발표되어진 자료와 비교하여 제3도에 나타내었다.In order to determine the change in the maximum length of β-phase according to the increase of Fe content, the results of image analysis are shown in FIG. 3 compared with previously published data.

먼저 β-상 최대 길이변화를 살펴보면 0.3wt.% Fe 이하에서는 최대 60㎛ 이하의 길이를 나타내었으나, 0.3wt.% 이상의 Fe 함량조건에서는 지수함적으로 β-상의 길이가 증가하고 있는 것을 관찰할 수 있다.First, the maximum length change of β-phase showed a maximum length of less than 60 ㎛ below 0.3wt.% Fe, but the length of β-phase was increased exponentially under the Fe content of 0.3wt.% Or more. have.

동일한 합금조성과 냉각속도조건에서 연구되어진 보렌(Vorren)등이 1984년에 발표한 자료와 본 실험결과를 비교하여보면 최대 β-상의 판(β-phase plate)의 길이변화가 유사함을 알 수 있다. 또한 Be:Fe의 비율을 1:1 정도까지 첨가한 경우 최대 β-상 판의 길이는 10㎛ 전후로 측정되었으며 그림에서 D, E의 경우 20∼30㎛ 정도로 측정되었다. 이는 Fe에 대한 Be의 첨가량이 적은 경우로서, Be의 첨가량을 Be:Fe를 1이상:1의 수준까지 증가시키면 10㎛ 전후의 β-상판을 얻을 수 있을 것으로 여겨진다.Comparing the results published in 1984 with data published by Borren et al., Which were studied under the same alloy composition and cooling rate conditions, the change in length of the maximum β-phase plate is similar. have. In addition, the length of β-phase plate was measured around 10㎛ when Be: Fe ratio was added to about 1: 1, and about 20 ~ 30㎛ for D and E in the figure. This is a case where the addition amount of Be to Fe is small, and it is considered that the β-top plate of about 10 μm can be obtained by increasing the addition amount of Be to the level of Be: Fe to 1 or more: 1.

β-상의 양적변화:Quantitative change of β-phase:

β-상 판의 기계적 성질에 미치는 영향을 자세히 알아보기 위하여 β-상 판의 길이, 빈도수를 종합한 영상분석결과를 제4도에 Fe함량과 Be첨가량에 따라 나타내었다.In order to investigate the effect of the β-phase plate on the mechanical properties in detail, the image analysis results of the length and frequency of the β-phase plate are shown in FIG. 4 according to the Fe content and the Be content.

관찰결과 Fe의 함량이 증가함에 따라 β-상의 금속간화합물의 양과 길이가 점점 증가하고 있는 것을 알 수 있다.Observation results show that the amount and length of β-phase intermetallic compounds are increasing with increasing Fe content.

0.09wt.% Fe의 경우 최대 침상 금속간화합물의 길이가 30㎛정도이며, 평균 빈도수가 10전후로 나타나고 있다. 그러나 0.68wt.% Fe함량의 경우 최대 190㎛의 금속간화합물도 부분적으로 관찰되어지며, 금속간화합물의 빈도수가 매우 커짐을 알 수 있다. 이는 Fe함량증가에 따라 금속간화합물의 빈도수가 매우 커짐을 알 수 있다. 이는 Fe함량증가에 따라 금속간화합물의 양과 크기가 점점 증가함을 나타내는 것이며, 이에 따른 기계적 성질이 크게 감소할 것으로 여겨진다. 그러나 Be을 첨가함에 따라 침상의 Fe계 금속간화합물의 양이 크게 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 동일한 Fe함량 범위에서 Be에 의한 침상의 Fe계 금속간화합물의 형상 변화를 의미하는 것으로서 침상의 Fe계 금속간화합물에 의한 연신율의 저하를 방지할 수 있을 것으로 여겨진다.In the case of 0.09 wt.% Fe, the maximum acicular intermetallic compound has a length of about 30 μm and the average frequency is around 10. However, in the case of 0.68wt.% Fe content, the intermetallic compound of up to 190㎛ was partially observed, and the frequency of the intermetallic compound was found to be very large. It can be seen that the frequency of the intermetallic compound becomes very large as the Fe content increases. This indicates that the amount and size of the intermetallic compound gradually increases with increasing Fe content, and the mechanical properties are expected to decrease significantly. However, it can be seen that the amount of acicular Fe-based intermetallic compound decreases significantly as Be is added. This means that the shape change of the acicular Fe-based intermetallic compound by Be in the same Fe content range is considered to be able to prevent the decrease in elongation due to the acicular Fe-based intermetallic compound.

[실시예 2]Example 2

본 발명에 따라 전술한 바와 같이 β-첨가를 행하고 그에 따른 기계적 성질변화를 측정하기 위하여 다음과 같이 시험을 행하였다.In order to make β-addition as described above according to the present invention and to measure the change in mechanical properties accordingly, the following test was carried out.

먼저, 인장시험의 경우, 50톤 용량의 인스트론(INSTRON)1342모델을 이용하여 크로스헤드속도 2mm/min로 하여 최대인장강도, 항복강도, 연신율을 측정하였다.First, in the tensile test, the tensile strength, yield strength, and elongation were measured at a crosshead speed of 2 mm / min using a 50-ton capacity INSTRON 1342 model.

다음, 브리넬 경도시험기를 이용하여 동일부위(F-part)에서 경도시험을 실시하였으며, 시험조건은 500kg 하중, 직경 10mm 볼(ball)을 이용하여 30초간 유지하여 시험하였다.Next, the hardness test was carried out in the same part (F-part) using a Brinell hardness tester, the test conditions were tested by holding a 500kg load, 10mm diameter ball for 30 seconds.

또한, 시험편을 작은 사이즈로 작게 나누어 정밀가공하였으며, 샤피(Charpy) 충격시험기를 이용하였다.In addition, the test piece was divided into small size and precision processed, and the Charpy impact tester was used.

주조상태 그대로의 인장특성을 알아보기 위하여 서로다른 Fe와 Be함량조건에서 제조되어진 시험편을 인장시험한 결과를 Fe함량별로 나누어 제5도에 나타내었다.In order to investigate the tensile properties of the casting state, the tensile test results of the test specimens prepared under different Fe and Be content conditions are shown in FIG.

이 제5도 (A)에서 인장강도와 연신율의 변화를 살펴보면 0.7 비율의 Be 첨가는 Be를 첨가하지 않은 조건(0)과 비교하여 인장강도와 연신율을 다소 향상시켰으며, 1.1 비율의 경우 연신율이 더욱 향상된 것으로 나타났다. (B)의 경우 0.6, (C)의 경우 0.3, (D)의 경우 0.13, (E)의 경우 0.08, (F)의 경우 0.2 비율이상의 Be첨가조건부터 연신율이 큰 폭으로 향상되었으며, 인장강도에는 큰 변화가 없었다. 또한 Be첨가에 따른 연신율 증가의 폭은 Fe함량이 증가되어 질수록 더욱 현저함을 알 수 있다.The change in tensile strength and elongation in FIG. 5 (A) shows that the addition of 0.7 at Be slightly improved the tensile strength and elongation compared to the condition (0) without adding Be. It was found to be improved. The elongation was greatly improved from Be addition conditions of 0.6 (B), 0.3 for (C), 0.13 for (D), 0.08 for (E), and 0.2 for (F). There was no big change. In addition, it can be seen that the width of the elongation increase due to the addition of Be is more remarkable as the Fe content is increased.

주조상태에서 연신율에 영향을 주는 인자로서 Fe계 금속간화합물 뿐만 아니라 공정 Si의 형상(개량처리)에 의해서도 연신율에 큰 영향을 미치는것을 감안하여 볼 때 연신율증가의 원인은 Be의 ① 공정 Si의 개량처리 효과 ② 용탕청정효과 ③ Fe계 금속간화합물의 개량화에 의한 것으로 여겨진다.Considering the fact that not only the Fe-based intermetallic compound but also the shape (improvement) of the process Si significantly affects the elongation in the casting state, the cause of the elongation increase is due to the improvement of the process Si of Be. Treatment effect ② Melt cleaning effect ③ Fe-based intermetallic compound is considered to be due to improvement.

한편, 저압주조품의 기계적성질변화를 보기위하여 주조상태에서 Be을 첨가하지 않은 시험편과 첨가한 시험편에 대한 Fe(F-part)에서의 인장시험을 행한 결과를 제11도에 나타내었다.On the other hand, in order to see the change in the mechanical properties of low-pressure castings, the results of the tensile test in Fe (F-part) of the test specimen without Be and the added specimen in the casting state is shown in FIG.

주조상태시험편의 인장특성을 살펴보면 Be을 첨가하지 않은 A3 시험편의 경우 최대 인장강도 185.9 MPa, 항복강도 107MPa, 연신율 9.52%로 나타났으며, Be을 첨가한 시험편의 경우 최대 인장강도 190MPa, 항복강도 111MPa, 연신율 12% 이상으로 나타났다. 이는 Be첨가에 의한 Fe계 금속간화합물의 형상변화, 취약한 금속간화합물의 감소, 공정 Si의 개량처리 뿐만 아니라 개량처리 효과의 장시간 유지 및 용탕의 청정효과 등 Be첨가에 의한 효과들에 기인한 것으로 판단된다. 또한 이러한 Be의 우수한 효과들은 열처리와 도장처리시에도 나타났으며, 제품의 T6열처리와 도장처리후의 인장시험결과를 제12도, 제13도에 나타내었다.The tensile properties of casted specimens showed that the maximum tensile strength was 185.9 MPa, yield strength 107 MPa, and elongation 9.52% for A3 specimen without Be, and maximum tensile strength 190 MPa, yield strength 111 MPa , Elongation was over 12%. This is due to the effects of Be addition, such as the shape change of Fe-based intermetallic compound by Be addition, the reduction of fragile intermetallic compound, improvement of process Si as well as long-term maintenance of improvement treatment effect and cleaning effect of molten metal. Judging. In addition, the excellent effects of Be also appeared during heat treatment and coating treatment, and the tensile test results after T6 heat treatment and coating treatment of the product are shown in FIGS. 12 and 13.

인장시험을 하여 본 결과 Be을 첨가하지 않은 경우와 비교하여 Be을 첨가한 경우 인장강도, 항복강도, 연신율 모두 큰 폭으로 증가하였으며, 이에 따른 제품의 파괴인성치가 매우 클 것으로 여겨진다. 특히 연신율의 증가와 항복강도의 증가는 연속적인 반복하중을 받는 재료인 저압주조 알루미늄 휠의 피로특성을 향상시킬 것으로 여겨진다.As a result of the tensile test, the tensile strength, yield strength, and elongation increased significantly when Be was added, compared with the case where Be was not added, and the fracture toughness of the product was considered to be very high. In particular, increasing the elongation and increasing the yield strength is believed to improve the fatigue characteristics of low pressure cast aluminum wheels, which are subjected to continuous cyclic loads.

다음, 열처리에 의한 인장특성을 알아보기 위하여 제조되어진 주조상태의 시험편을 이용하여 540℃에서 6시간 용체화처리를 실시한 후에 140℃에서 6 시간 시효처리를 실시한 시험편을 정밀가공하고 인장시험을 행한 결과를 제6도에 나타내었다.Next, after the solution was subjected to the solution treatment for 6 hours at 540 ℃ using the cast specimen prepared to determine the tensile properties by heat treatment, and then subjected to the precision test and tensile test after the test specimen subjected to aging treatment at 140 ℃ for 6 hours Is shown in FIG.

인장시험결과를 분석하여 보면 제4도의 (A) 0.09wt.%의 Fe함량조건의 경우, Be을 첨가하지 않은 조건에 비하여 Be을 1.1 비율 첨가함으로서 연신율이 16.5%에서 19.5%로 증가됨을 알 수 있다. 이처럼 소량의 Fe를 함유한 시험편의 경우 β-상의 생성빈도수가 적게 되고 이러한 금속간화합물의 형성에 의한 연신율에 미치는 정도가 적으므로 연신율의 증가는 Be첨가에 의한 ① 금속간화합물의 감소 및 형상변화 효과 뿐만 아니라 ② 용탕 청정효과에 기인한 것이라 여겨진다. 또한 최대인장강도의 경우 유사한 Mg 함량(0.32wt.%)을 가짐에도 불구하고 점차적으로 증가하는 경향을 보이고 있다. 이는 Be을 첨가함으로서 Fe계 금속화합물의 Mg함유상 생성감소에 따른 Mg2Si 생성 운동에너지 증가에 기인한 것으로 여겨진다.Analysis of the tensile test results shows that in the case of Fe content of 0.09 wt.% (A) in FIG. 4, the elongation is increased from 16.5% to 19.5% by adding Be ratio 1.1 compared to the condition without adding Be. have. In the case of the test piece containing a small amount of Fe, the frequency of β-phase formation is small and the degree of elongation due to the formation of such intermetallic compounds is small. Therefore, the increase in elongation is caused by the addition of Be. It is thought to be due to not only the effect, ② melt cleaning effect. In addition, the maximum tensile strength tends to increase gradually despite having similar Mg content (0.32 wt.%). This is believed to be due to the increase of Mg 2 Si formation kinetic energy due to the decrease of Mg-containing phase formation of Fe-based metal compound by adding Be.

제4도 (B)의 경우 Be을 0.6:1 비율정도 첨가함으로서 17% 이상의 높은 여신율을 얻을 수 있었으며, Be함량을 증가시킬수록 인장강도가 점차적으로 증가되는 경향을 보이고 있다. 이를 성분분석결과와 비교하여 볼 때 Mg의 함량변화가 크게 인장강도과 연신율에 영향을 미치고 있는 것으로 여겨진다. Mg의 함량증가에도 불구하고 연신율의 저하가 없음은 Be에 의한 용탕청정효과로 주물품의 품질이 향상되었기 때문으로 여겨지다.In case of FIG. 4 (B), by adding Be about 0.6: 1, a high elongation rate of 17% or more was obtained, and the tensile strength gradually increased as the Be content was increased. Compared with the results of the component analysis, the change of Mg content seems to have a significant influence on the tensile strength and elongation. In spite of the increase of Mg content, there is no decrease in elongation because the quality of cast product is improved by the melt cleaning effect by Be.

제4도 (C)(D)의 경우 모두 Be를 첨가하므로써 인장강도와 연신율이 동시에 향상되어지는 것을 알 수 있다. 또한 Fe함량이 0.50wt.% 이상 증가되어진 (E),(F)그림에서 Be를 첨가하지 않은 조건(0)의 경우 조대한 침상의 형성으로 연신율이 5% 정도로 크게 저하되어있는 것을 알 수 있다. 특히 (E)의 경우 Be를 첨가하여도 오히려 연신율의 감소가 관찰되었으며, 이는 영상분석결과(제4도E)를 바탕으로 생각하여 보면 Be첨가 이후에도 존재하는 조대한 침상의 금속간화합물 및 Mg 함량의 증가에 기인한 것으로 여겨진다.In the case of Fig. 4 (C) and (D), it can be seen that both tensile strength and elongation are simultaneously improved by adding Be. In addition, in the (E) and (F) diagrams where the Fe content is increased by more than 0.50 wt.%, The elongation is greatly reduced by 5% due to the formation of coarse needles. . In particular, in the case of (E), the elongation was decreased even when Be was added, which is based on the image analysis result (Fig. 4E). It is believed to be due to the increase of.

특히 본 연구에서 주목할 만한 사실은 (C) 0.21wt.% Fe함량조건으로 스크랩을 사용함에 따라 Fe함량이 0.2wt.% 수준까지 증가하더라도 Be:Fe 0.3:1 이하의 Be첨가로도 충분히 연신율을 12% 정도에서 17% 정도까지 향상시킬 수 있었다.In particular, it is noteworthy that (C) the use of scrap under the conditions of 0.21wt.% Fe content, even if the Fe content increases to 0.2wt.% Level, the Be: Fe 0.3: 1 or less Be is enough to extend the elongation It could improve from 12% to 17%.

다음에는 Be 첨가량에 따른 기계적·물리적 성질의 변화를 관찰하였다. 자동차용 알루미늄 흴을 제조하기 위한 Be 첨가량의 경우 주물의 특성치 및 경제성을 고려하면 Be:Fe가 대략 0.2:1부근이 최적비율인 것으로 나타났다. 이에 따라 T6열처리상태의 Fe 함유량증가에 따른 인장특성변화를 종합하여 제7도에 나타내었다.Next, the change of mechanical and physical properties according to the amount of Be added was observed. In the case of the addition amount of Be for manufacturing aluminum 흴 for automobiles, the optimum ratio of Be: Fe was around 0.2: 1 considering the properties and economics of the casting. Accordingly, the change in tensile properties according to the increase of the Fe content in the T 6 heat treatment state is shown in FIG.

제7도의 A 곡선은 Be을 첨가하지 않은 경우이며, B 곡선은 Be:Fe의 비율이 0.2∼0.3:1 정도로 Be을 첨가한 경우이다. 그림에서 최대인장강도의 변화를 관찰하여 보면 Be를 첨가함으로서 최대인장강도가 300MPa 이상으로 나타났으며, 이때 Mg 함량은 0.4∼0.45wt.%정도로 변화하였다. 또한 연신율의 경우에는 Fe함량증가에 따라 급격히 감소함을 알 수 있으며, Be를 첨가하면 연신율이 크게 증가하고 있는 것을 관찰할 수 있다. 이는 Be첨가에 따른 Fe계 금속간화합물의 형상변화 및 양의 감소에 기인한 것으로 여겨지며, 높은 Mg함량에서도 연신율이 크게 감소하지 않는 것은 Be를 첨가하므로써 고 Mg 합금에서 쉽게 발생되는 연신율의 큰 감소를 야기하는 Mg0의 생성이 감소하는데서 기인한 것으로 여겨진다.A curve of FIG. 7 is a case where Be is not added, and a B curve is a case where Be: Fe ratio is 0.2-0.3: 1. In the figure, the maximum tensile strength was over 300MPa by adding Be, and the Mg content was changed to 0.4 ~ 0.45wt.% By adding Be. In addition, in the case of elongation, it can be seen that the Fe decreases rapidly as the content of Fe increases, and when Be is added, the elongation increases significantly. This is believed to be due to the shape change and the decrease of the amount of Fe-based intermetallic compound due to the addition of Be. The fact that the elongation does not decrease significantly even at high Mg content shows a large decrease of elongation easily generated in high Mg alloy by adding Be. It is believed that this is due to the reduced production of Mg0 that results.

이를 여러 가지 실험과 기계적 성질 테스트로 조사한 결과 Mg은 그 기계적 성질, 특히 연신률, 항복 강도 등의 저하를 가져오므로 Be과의 관계에서 일정범위로 제한되는 것이 바람직스러운 것으로 나타났다.As a result of investigating this through various experiments and mechanical property tests, it was found that Mg is desirable to be limited to a certain range in relation to Be because Mg brings about a decrease in its mechanical properties, particularly elongation and yield strength.

즉, Mg:Fe:Be는 Fe불순물의 함유량을 변화시키지 않고 일정한 비율로 하였을 때, Mg:Fe:Be는 1.1∼1.5:1:0.1∼0.5의 비율로 한정함이 좋은 것으로 나타났다. 예컨데 Mg의 비율을 1.1 미만으로 하는 경우에는 경도, 항복강도 등이 미달되고, Mg를 1.5이상으로 할 경우에는 경도의 증가로 연신율이 미달됨이 나타났다. 또한 Mg의 비율은 그대로 두고 Be0.1로 할 경우에는 침상의 Fe계 금속화합물이 억제되지 못하고 정출되므로써 전반적으로 기계적 성질이 악화되고, 반대로 Be≥0.1으로 할 경우에 기계적 성질의 향상은 별로 없으나 Be 부화상(相)이 정출하면서 고가의 베릴륨이 과도 소모되므로써 비경제적인 것으로 나타났다.In other words, when Mg: Fe: Be was set at a constant ratio without changing the content of Fe impurity, Mg: Fe: Be was found to be limited to a ratio of 1.1 to 1.5: 1: 0.1 to 0.5. For example, when the ratio of Mg is less than 1.1, the hardness and yield strength are insufficient. When the Mg ratio is 1.5 or more, the elongation is less than the increase of hardness. In the case of Be0.1 with the Mg ratio as it is, the needle-like Fe-based metal compound is not inhibited and determined, and the overall mechanical properties deteriorate. On the contrary, when Be≥0.1, the mechanical properties are not improved. It was found to be uneconomical because the expensive beryllium was excessively consumed as the sub-phase was settled.

Be의 첨가에 의한 저압주조품의 미세조직변화를 다시 알아보기 위하여 시험편의 각 부위( F=부위, S-부위, H-부위)에서 열처리상태에 따라 미세조직을 관찰하였다.In order to reconsider the microstructure change of the low pressure castings by the addition of Be, the microstructures were observed according to the heat treatment state at each site (F = site, S-site, H-site).

제14도는 제품 F-부에서의 각기 다른 열처리 조건에 따른 브리넬 경도결과를 나타낸 것이다.14 shows Brinell hardness results for different heat treatment conditions in the product F-section.

Be첨가에 따른 주조상태의 경도변화는 거의 없었으며, 열처리시 B5시험편이 A5시험편에 비하여 경도가 높은 것으로 측정되었다. 이는 Be첨가에 의한 Mg2Si 생성증대를 의미하는 것이다. 그러나 E5와 E6의 경우 T6 열처리후 도장처리를 행함으로서 경도가 감소하는 것으로 보아 과시효현상도 다소 관찰되었다.There was little change in hardness of cast state due to the addition of Be. The hardness of B5 specimen was higher than that of A5 specimen during heat treatment. This means that Mg 2 Si is increased by Be addition. However, in the case of E5 and E6, the hardness was decreased by performing the coating treatment after T6 heat treatment.

한편, 충격특성을 알아보기 위하여 서로 다른 Fe와 Be 함량조건에서 제조되어진 주조상태의 시험편을 이용하여 540℃에서 6 시간 용체화처리를 실시한 이후 140℃에서 6 시간 시효처리를 실시한 시험편을 정밀가공하여 충격시험을 행한 결과를 제 8 도에 나타내었다.On the other hand, using a cast specimen prepared in different Fe and Be content conditions to determine the impact characteristics after performing a solution treatment for 6 hours at 540 ℃ 6 days aging treatment at 140 ℃ 6 hours by precision processing The results of the impact test are shown in FIG.

관찰결과 Be를 첨가함으로서 충격강도값이 크게 증가하고 있는 것을 알 수 있었다. 또한 참여업체의 휠주조품 F-부에서의 충격값이 T6열처리 상태에서 0.65kg f·m/㎠을 나타내었고 도장처리 후의 충격강도값은 0.62kg f·m/㎠을 나타낸 바 있다. 이러한 결과를 현재의 Be 첨가 조건과 비교하여 볼 때, Be 첨가에 의한 ① β-상의 감소와 ② 용탕청정효과 등에 기인하여 충격값의 큰 향상이 이루어지고 있음을 알 수 있었다.As a result, it was found that the impact strength value increased significantly by adding Be. In addition, the impact value at the F-part of the wheel casting of the participating company was 0.65kg f · m / ㎠ in T 6 heat treatment state, and the impact strength value after coating treatment was 0.62kg f · m / ㎠. When comparing these results with current Be addition conditions, it was found that the impact value was greatly improved due to the decrease of the β-phase and the melt cleaning effect due to the Be addition.

또한, 저압주조품의 충격 특성을 알아 보기 위하여 주조상태에서 Be를 첨가하지 않은 시험편과 첨가한 시험편에 대해 Fe-부위에서의 인장시험결과를 제11도에 나타내었다. 충격특성은 주조용 알루미늄 합금의 인성의 지표로서 인장시험의 경우보다 더욱 널리 이용되고 있으며, 이는 인장시험의 경우 미세조직상 종종 관찰되어지는 미세기공에 매우 민감하기 때문으로 여겨진다. 따라서 주조용 알루미늄 합금의 기계적 성질의 지표로서 샤피 충격시험이 종종 선택되어진다.In addition, in order to investigate the impact characteristics of low-pressure castings, the tensile test results at the Fe-site of the test specimens without Be and the test specimens in the casting state are shown in FIG. Impact properties are more widely used as an index of toughness of cast aluminum alloys than in tensile tests because they are very sensitive to the micropores often observed in microstructures in tensile tests. Therefore, the Charpy impact test is often chosen as an indicator of the mechanical properties of cast aluminum alloys.

종래의 제품과 Be를 첨가한 제품의 충격특성을 열처리 상태에 따라 평가하여 제15도에 나타내었다.The impact characteristics of the conventional product and the product to which Be is added are shown in FIG.

Be을 첨가하지 않은 휠 주조품(0.2wt.%Fe)의 충격시험결과, 주조상태의 휠주조품의 F-부위에서 0.42kgf·m/㎠을 나타내었으며 T6 열처리 상태의 경우 0.51kgf·m/㎠을 나타내었고 도장처리후의 충격강도값은 0.52kgf·m/㎠을 나타낸 바 있다. 이와 비교하여 Be을 첨가하지 않은 휠주조품(0.15wt.% Fe이하)의 경우 F-부에서는 0.50kgf·m/㎠을 나타내었으며 T6 열처리 상태의 경우 0.65kgf·m/㎠을 나타내었고 도장처리후의 충격강도값은 0.62kgf·m/㎠를 나타낸 바 있다.As a result of the impact test of wheel castings without addition of Be (0.2wt.% Fe), 0.42kgf · m / ㎠ was found in the F-section of casted wheel castings, and 0.51kgf · m / ㎠ in the case of T6 heat treatment. The impact strength value after coating treatment was 0.52kgf · m / ㎠. In comparison, the wheel cast without Be (0.15wt.% Fe or less) showed 0.50kgf · m / ㎠ at F-section and 0.65kgf · m / ㎠ at T6 heat treatment. The impact strength value was 0.62 kgf · m / cm 2.

이러한 결과를 현재의 결과와 비교하여 볼 때 전체적인 충격강도값의 큰 향상이 있었으며 특히 Be를 첨가한 경우 1kgf·m/㎠이상의 충격강도를 얻음으로써 인장시험시 인장강도의 증가와 연신율의 증가폭에 비례하고 있음을 알 수 있다.Compared with the present results, the overall impact strength was greatly improved. Especially, when Be was added, the impact strength of 1kgf · m / ㎠ or more was obtained, which was proportional to the increase in tensile strength and elongation at the time of tensile test. It can be seen that.

Claims (3)

Fe 불순물이 함유된 알루미늄 합금에 있어서,In an aluminum alloy containing Fe impurities, 0.05∼0.30wt.%의 베릴륨(Be)을 첨가하되, 단, 이 베릴륨의 첨가량은 상기 Fe 불순물의 양과 상관관계를 가지며, 이 경우 Be의 알루미늄 합금에의 첨가량은 상기 Fe 불순물 함량과의 비율에 있어서Beryllium (Be) of 0.05 to 0.30 wt.% Is added, except that the amount of beryllium is correlated with the amount of Fe impurities, in which case the amount of Be added to the aluminum alloy is in proportion to the content of Fe impurities. In Be의 첨가량:Fe 불순물 함량=0.2∼0.4:1 정도로 하여 조대한 침상의 철계금속간화합물의 형상을 개량하도록 한 알루미늄 합금Addition amount of Be: Fe alloy content of 0.2 ~ 0.4: 1 to improve the shape of coarse acicular iron-based intermetallic compound 제 1 항에 있어서, 상기 알루미늄합금이 A356인 경우 다른 Al-Si 합금에 비하여 불순물 Fe의 허용한도를 0.3wt.% 미만으로 하는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금The aluminum alloy according to claim 1, wherein when the aluminum alloy is A356, the allowable limit of impurity Fe is less than 0.3 wt.% Compared to other Al-Si alloys. 제 1 항에 있어서, 상기 알루미늄합금이 Mg을 함유하고 있을 때, Mg:Fe:Be=1.1∼1.5:1:0.1∼0.5의 비율로 Mg의 비율 범위를 한정하여 Be을 첨가하도록 한 것을 특징으로 하는 알루미늄합금The method according to claim 1, wherein when the aluminum alloy contains Mg, Be is added by limiting the ratio range of Mg at a ratio of Mg: Fe: Be = 1.1 to 1.5: 1: 0.1 to 0.5. Aluminum alloy
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