KR20010030232A

KR20010030232A - 선박용 알루미늄 다이 캐스트 재료

Info

Publication number: KR20010030232A
Application number: KR1020000051772A
Authority: KR
Inventors: 타카사키노리마사; 무라타히로유키; 마츠다요시유키; 이시자카노부히로
Original assignee: 가와모토 노부히코; 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2001-04-16
Also published as: CN1117167C; DE60014541T2; CA2317249C; CA2317249A1; US6355213B1; DE60014541D1; CN1290761A; EP1083238B1; EP1083238A3; JP4356851B2; JP2001073057A; EP1083238A2; KR100524595B1

Abstract

본 발명은 일반적으로 해수에 대한 내부식성과 기계적 강도가 요구되는 선박장비, 특히, 선박의 선내·외추진장치와 워터제트 및 기타 선박바닥 구성 부재용 알루미늄 다이 캐스트 재료에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 높은 유동성, 우수한 내부식성, 및 높은 기계적 강도의 모든 우수한 특성을 가진 신규 알루미늄 다이 캐스트 재료를 제공하도록 하는 과제를 해결하고자,

Cu(구리) 0.15중량%이하, Si(실리콘) 10.0 내지 11.0중량%, Mg(마그네슘) 1.0 내재 2.5중량%, Zn(아연) 0.15중량%이하, Fe(철) 0.7 내지 0.9중량%, Mn(망간) 0.4 내지 0.6중량%, Ni(니켈) 0.1중량%이하 및 Sn(주석) 0.1중량%이하, 및 나머지 Al(알루미늄)으로 구성된 선박용 알루미늄 다이 캐스트 재료로 하였다.

Description

선박용 알루미늄 다이 캐스트 재료{Aluminum die-cast material for boats}

본 발명은 일반적으로 해수에 대한 내부식성과 기계적 강도가 요구되는 선박기기, 특히, 선박의 선내·외기 등의 추진장치와 워터제트 및 기타 선박바닥 구성 부재용 알루미늄 다이 캐스트 재료에 관한 것이다.

본 기술분야의 최근 경향은 중량감소 선박장비쪽으로 향하고, 이를 위해 알루미늄 다이 캐스트 재료가 많이 사용되고 있다. 알루미늄 다이 캐스트 재료는 JIS H 5302(1990) "알루미늄 합금 다이 캐스트"에 정의되어 있는데, ADC1(Cu : 최대 1.0중량%), ADC3(Cu : 최대 0.6중량%), ADC5(Cu : 최대 0.2중량%), ADC6(Cu : 최대 0.1중량%), ADC10, 10Z(Cu : 2 내지 4중량%), ADC12, 12Z(Cu : 1.5 내지 3.5중량%) 및 ADC14(Cu : 4 내지 5중량%)를 포함한다.

이러한 알루미늄 다이 캐스트 재료에서 Cu성분은 녹의 1차 원인이다. 따라서, 선박용 알루미늄 다이 캐스트 재료의 Cu함량은 해수 내부식성을 위해 많아야 0.6중량%로 되어야 한다. AD3(Cu : 최대 0.6중량%), ADC5(Cu : 최대 0.2중량%), ADC6(Cu : 최대 0.1중량%)가 이 요건을 만족시킨다.

한편, 이들 다이 캐스트 재료용융물의 유동성은 부드러운 다이 캐스팅에 있어 또다른 중요한 요소이다. 이들 용융물의 유동성은 그 안에 함유된 Si성분에 필히 의존한다. 이런 측면에서 ADC3(Si : 9 내지 10중량%), ADC5(Si : 최대 0.3중량%) 및 ADC6(Si : 최대 0.1중량%)의 세 재료가 논해진다. 이들의 유동성은 ADC5〈ADC6〈ADC3의 순이다. 즉 ADC5 및 ADC6의 용융 유동성은 그렇게 높지 않다.

ADC3은 양호한 유동성과 양호한 내부식성을 가지지만, 기계적 강도는 ADC12보다 낮다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 완성된 것으로, 그 목적은 유동성, 내부식성 및 기계적 강도의 모든 요구를 만족시키는 신규 알루미늄 다이 캐스트 재료를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 Cu함량 변화에 따른 알루미늄 합금의 해수부식변화를 도시한 그래프,

도 2는 본 발명의 선박용 알루미늄 다이 캐스트 재료의 Mg함량과 인장강도와의 관계를 도시한 그래프,

도 3은 본 발명의 재료가 적용된 선박용 외부 프로펠러의 사시도이다.

*부호의 설명*

10 : 외부 프로펠러 11 : 기어 케이스

12 : 익스텐션 케이스 13 : 하부 덮개

15 : 엔진 덮개 16 : 스쿠류

17 : 고정 브라켓

본 발명의 일측면에 따르면, 필수적으로 Cu(구리) 0.15중량%이하, Si(실리콘) 10.0 내지 11.0중량%, Mg(마그네슘) 1.0 내지 2.5중량%, Zn(아연) 0.15중량%이하, Fe(철) 0.7 내지 0.9중량%, Mn(망간) 0.4 내지 0.6중량%, Ni(니켈) 0.1중량%이하 및 Sn(주석) 0.1중량%이하, 및 나머지 Al(알루미늄)으로 구성된 선박용 알루미늄 다이 캐스트 재료를 제공한다.

해수에 대해 내부식성을 부여하기 위해 본 발명의 알루미늄 다이 캐스트 재료의 Cu함량은 최대 0.6중량%로 제한되어야 한다. 횡축에서, Cu함량이 0.15중량%보다 크지 않은 경우에 이 재료는 보다 나은 내부식성을 제공한다. 따라서, 이 재료의 Cu함량은 좋기로는 최대 0.15중량%이다.

주조(casting)에서 보다 나은 유동성을 위해 높은 Si함량이 바람직하다. 양호한 유동성을 가지도록 언급된 ADC3(Si : 9 내지 10중량%)에 비견되는 또는 높은 유동성을 제공하기 위해 본 발명의 재료의 Si함량은 10중량% 이상으로 한정되어야 한다. 그러나, 11.5중량% 보다 높으면, 너무 많은 Si로 인해 1차 결정(初晶실리콘)이 되고, 이에 의해 이 재료는 취약해지고 그 강도가 저하된다. 따라서, 재료에서 Si의 함량이 10.0 내지 11.5중량%의 범위로 됨이 바람직하다.

ADC3의 인장강도는 245N/㎟이다. 본 발명 재료의 인장강도가 ADC3보다 낮지 않음이 바람직하다. 수중에 담금질할 때 적어도 1.0중량%의 Mg함량을 가진 재료는 적어도 245N/㎟의 인장강도를 가질 수 있으며 이것이 양호하다. 그러나, 2.5중량%보다 크면 과잉의 Mg가 용융알루미늄(용탕)의 점도를 증가시키고 이에 의해 용융알루미늄의 유동성이 저하하여 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명의 재료의 Mg함량은 1.0 내지 2.5중량%로 함이 바람직하다.

아연은 Al의 내부식성을 저하시키기 때문에 본 재료에 포함시키지 않음이 바람직하지만, 그렇더라도 재료에서 아연이 재료의 작업능을 개선하고 따라서 그 제조비용을 낮춘다. 따라서, 본 재료는 최대 0.15중량%의 아연을 포함할 수도 있다.

0.7중량%이하의 Fe함량을 갖는 용융알루미늄은 캐스트된 몰드(mold)의 표면에 달라붙고, 따라서 몰드에 대한 악영향에 기인하여 부드럽고 연속적인 주조가 불가능하다. 0.9중량%이상의 Fe함량을 가진 알루미늄 합금은 깨어지기 쉽고 그 기계적 특성이 나쁘다. 따라서, 본 발명 재료의 Fe함량은 0.7 내지 0.9중량%로 함이 바람직하다.

본 재료에 Mn을 부가하는 것은 Mn이 재료에서 Al-Mn(Fe)-Si의 평판모양의 금속간 화합물을 형성하여 재료에 대한 철화합물의 악영향을 방지하는데 효과적이다. 금속간 화합물은 재료에 Fe의 악영향을 지연시키고, 이에 의해 재료의 인성과 충격저항성이 저하되는 것을 방지한다. 만일, 0.4중량% 이하이면 Mn은 효과가 적어지고, 0.6중량% 이상이면 과잉의 Mn이 결정화되어 재료의 기계적 특성을 저하시킨다. 따라서, 본 발명 재료의 Mn함량은 0.4 내지 0.6중량%의 범위로 함이 바람직하다.

니켈은 Al의 내부식성을 심각하게 저하시키기 때문에 포함되지 않도록 하는 것이 바람직하지만, 재료내 Ni함량을 과도하게 줄이는 것은 재료의 생산비용을 증가시키기 때문에 바람직하지 않다. 내부식성과 생산비용간의 균형을 맞추는 관점에서 재료내 Ni함량은 최대 0.1중량%로 함이 바람직하다.

주석 또한 Al의 내부식성을 심각하게 저하시키기 때문에 포함되지 않도록 하는 것이 바람직하지만, 재료내 Sn함량을 과도하게 줄이는 것 또한 재료의 생산비용을 증가시키기 때문에 바람직하지 않다. 내부식성과 생산비용간의 균형을 맞추는 관점에서 재료내 Sn함량은 최대 0.1중량%로 함이 바람직하다.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참고로 실시예로서 보다 상세히 설명하지만, 본 발명이나 그 적용 또는 용도가 본 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 Cu의 비율을 변화시켰을 때 해수에 대한 내식성이 어떻게 변하는가를 조사한 그래프로서, 도 1의 그래프에서 가로축은 알루미늄 합금의 Cu함량(중량%)를 나타내고, 세로축은 부식폭(㎜)을 나타낸다.

Cu함량이 0.6중량%보다 많은 경우 부식넓이가 크게 증가한다. 따라서, 알루미늄 합금의 Cu함량은 최대 0.6중량%이어야 한다. Cu함량이 0.15중량%보다 많지 않은 경우 부식넓이는 감소한다. 해수에 대한 우수한 내부식성 때문에 알루미늄 합금의 Cu함량은 최대 0.6중량%이어야 한다. 해수에 대한 보다 우수한 내부식성을 위해 보다 낮은 Cu함량이 바람직하며, 따라서 본 발명에서는 재료의 Cu함량이 최대 0.15중량%로 제한된다.

그러나, 이와 같은 소량의 Cu를 함유한 재료는 양호한 강도를 확보할 수 없다. 따라서, 강도를 보상하기 위해 소정량의 Mg이 재료에 부가된다.

도 2는 본 발명의 선박용 알루미늄 다이 캐스트 재료의 인장강도가 Mg 함량간의 관계를 도시한 그래프이다. 여기서, 가로축은 재료의 Mg함량(중량%)을 나타내고, 세로축은 그 인장강도(N/㎟)를 나타낸다. 여기서, 재료의 인장강도는 그 Mg함량의 증가로 증가함을 알 수 있다.

다수의 샘플에 대해 인장강도를 시험하였으며, 수득된 데이터는 일정한 범위로 된다. 따라서, 도 2의 그래프에서 시험된 샘플의 인장강도 데이터는 직선으로 되지 않지만 데이터 범위는 커버하는 존(Zone; 帶)이 주어진다.

샘플은 710℃에서 용융되어 캐스트되고, 380℃에서 캐스트샘플을 몰드에서 취출하여 공기중에 방냉(放冷)한다. 그리고, 이들 샘플에 대해 인장강도를 시험하고, 그 데이터는 "대기중 방냉된 샘플"의 존이 된다. 다른 샘플은 710℃에서 용융되어 캐스트되고, 380℃에서 캐스트샘플을 몰드에서 취출하여 80℃의 수중에서 담금질한다. 그리고, 이들 샘플에 대해 인장강도를 시험하고 그 데이터는 "수중에서 담금질된 샘플"의 존이 된다

여기서 채용된 담금질 공정은 강철담금질(steel quenching)에 상응하고 대기중 냉각공정은 강철불림(steel normalizing)에 상응한다.

ADC3의 인장강도는 245N/㎟이고, 본 발명 재료의 인장강도는 적어도 ADC3와 비견되거나 높아야 함이 바람직하다. 수중에서 담금질할 때 적어도 1.0중량%의 Mg함량을 갖는 재료가 그 인장강도가 적어도 245N/㎟가 되어야 하는 요구를 만족시킴을 알았다. 그러나, 만일 2.5중량% 이상이 되면 과량의 Mg가 용융알루미늄의 점도를 증가시키고 이에 의해 용융알루미늄의 유동성이 저하되어 바람직하지 못하다. 따라서, 본 발명 재료의 Mg함량은 1.0과 2.5중량%사이로 한정한다.

도 3은 본 발명의 재료가 사용된 선박용 외부프로펠러의 사시도이다. 도 3에서 외부 프로펠러(10)는 기어 케이스(11), 익스텐션 케이스(12), 하부커버(13) 및 엔진커버(15)로 구성되어 조립된다. 이것이 엔진을 통해 스크류(16)에 회전가능하게 부착되도록 수직샤프트와 기어세트(도시생략)는 엔진커버(15)에 의해 커버된다. 외부 프로펠러(10)로 인해 바다속에 있게 되는 기어 케이스(11)와 익스텐션 케이스(12)는 본 발명의 선박용 알루미늄 다이 캐스트 재료로 특별히 형성된다. 외부 프로펠러(10)는 고정 브라켓(17)을 통해 선미(도시생략)에 부착되고, 기어 케이스(11)와 익스텐션 케이스(12)는 특히 페인트로 도포된다.

상기와 같이, 본 발명의 선박용 알루미늄 다이 캐스트 재료는 일반적으로 해수에 대한 내부식성과 기계적 강도가 요구되는 선박장비, 특히 선박용 내부 및 외부 프로펠러, 워터제트펌프 등과 기타 선박바닥 구성부재에 유용하다.

(실시예)

표 1에 본 발명의 실시예를 구성하는 성분과 비교예를 구성하는 성분을 나타냈다.

표 1

	화학적 조성(중량%)
	Cu	Si	Mg	Zn	Fe	Mn	Ni	Sn	Al
실시예	0.15이하	10.0∼11.5	1.0∼2.5	0.15이하	0.7∼0.9	0.4∼0.6	0.1이하	0.1이하	잔부
비교예(ADC3)	0.6이하	9.0∼10.0	0.4∼0.6	0.5이하	1.3이하	0.3이하	0.5이하	0.1이하	잔부

실시예는 Cu 0.15중량%이하, Si 10.0 내지 11.5중량%, Mg 1.0 내지 2.5중량%, Zn 0.15중량%이하, Fe 0.7 내지 0.9중량%, Mn 0.4 내지 0.6중량%, Ni 0.1중량%이하 및 Sn 0.1중량%이하와 나머지 Al으로 구성된 본 발명의 선박용 알루미늄 다이 캐스트 재료이다.

비교예는 JIS H 5302(1990) "알루미늄 합금 다이 캐스트"에 규정된 ADC3이다.

구체적으로, 비교예의 Cu함량은 0.6중량% 이하이지만 실시예는 0.15중량%이다. 후자는 전자의 1/4양이다. 비교예의 Mg함량은 0.4∼0.6중량%이지만 실시예 1.0∼2.5중량%이다. 후자는 전자보다 약 2 내지 4배로 증가된다.

아래 표 2에서 본 발명 재료의 기계적 특성을 ADC3과 비교했다.

표 2

	인장강도(N/㎟)	내력(N/㎟)	연신율(%)	비고
실시예	289	132	7	담금질 샘플
비교예(ADC3)	245	119	6.1	-

광범위하게 사용되는 알루미늄 합금 다이 캐스트인 비교예(ADC3)는 245N/㎟의 인장강도, 119N/㎟의 내력과 6.1%의 연신율인 반면, 본 발명의 실시예는 289N/㎟의 인장강도, 132N/㎟의 내력과 7%의 연신율을 가진다. 따라서, 본 발명의 실시예의 모든 기계적 특성이 비교예보다 월등하다.

두 재료의 내부식성에 대한 비교예의 Cu함량은, 상기 표 1에 보는 바와 같이, 0.6중량% 이하이지만, 본 발명의 실시예는 0.15중량% 이하이다. 이들 재료의 Cu함량 감소는 내부식성을 증가시키고, 본 발명 실시예의 내부식성이 비교예보다 월등히 높음은 명백하다.

두 재료의 유동성에 관하여, 비교예의 Si함량은, 상기 표 1에 보는 바와 같이, 9.0 내지 10.0중량%이지만, 본 발명의 실시예는 10.0 내지 11.5중량%이다. 이들 재료의 Si함량 증가는 유동성을 개선시키고, 본 발명 실시예의 유동성이 비교예보다 월등히 높음은 명백하다.

따라서, 본 발명의 선박용 알루미늄 다이 캐스트 재료는 다이 캐스팅에 충분히 양호한 유동성, 해수에 대해 우수한 내부식성 및 선박장비용으로 충분한 양호한 기계적 강도를 가지고, 이 특성은 모두 우수하고 만족스럽다.

본 발명의 재료로 제조된 제품은 페인트로 도포하고 베이킹처리 하면 그 경도가 더욱 증가될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 선박용 알루미늄 다이 캐스트 재료는 부식의 원인이 되는 요인인 Cu함량을 0.15중량% 이하로 감소시킴으로 해수에 대한 우수한 내부식성과, 주조 유동성 증가의 요인인 Si함량을 10 내지 11.5중량%로 증가시킴으로 우수한 유동성과, 기계적 강도 증가의 요인인 Mg함량을 0.4 내지 0.6중량%로 증가시킴으로서 양호한 기계적 특성을 가진다. 따라서, 본 발명의 제품은 높은 유동성, 우수한 내부식성, 및 높은 기계적 강도의 모든 우수한 특성을 가질 것이 요구되는 선박용 알루미늄 다이 캐스트 재료에 적당하다.

Claims

필수적으로 Cu 0.15중량%이하, Si 10.0 내지 11.0중량%, Mg 1.0 내지 2.5중량%, Zn 0.15중량%이하, Fe 0.7 내지 0.9중량%, Mn 0.4 내지 0.6중량%, Ni 0.1중량%이하 및 Sn 0.1중량%이하, 및 나머지 Al으로 구성됨을 특징으로 하는 선박용 알루미늄 다이 캐스트 재료.