KR20040068021A - 다이캐스팅용 알루미늄 합금 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 및 불가피한 불순물 뿐만 아니라, 영구 미세화를 위한 9.0 내지 11.0 w.% 의 규소, 0.5 내지 0.9 w.% 의 망간, 최대 0.06 w.% 의 마그네슘, 0.15 w.% 의 철, 최대 0.03 w.% 의 구리, 최대 0.10 w.% 의 아연, 최대 0.15 w.% 의 티타늄, 0.05 내지 0.5 w.% 의 몰리브덴 및 30 내지 300 ppm 의 스트론튬 또는 5 내지 30 ppm 의 나트륨 및/또는 1 내지 30 ppm 의 칼슘을 함유하는, 주물 상태에서 높은 연신율을 갖는 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 관한 것이다. 임의적으로, 합금은 또한 0.05 내지 0.3 w.% 의 지르코늄 및 결정립 미세화를 위한 1 내지 250 ppm 의 인에 해당하는 양의 인산갈륨 및/또는 인산인듐 및/또는 1 내지 2 w.% 의 Ti 및 1 내지 2 w.% 의 B 를 함유하는 알루미늄 모합금을 형성하기 위해 첨가되는 티타늄 및 붕소를 함유한다.

Description

다이캐스팅용 알루미늄 합금{ALUMINIUM ALLOY FOR DIECASTING}

본 발명은 주물(cast) 상태에서 높은 연신율을 갖는, 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 관한 것이다.

오늘날 다이캐스팅 기술은 고품질 규격의 성분을 생산할 수 있을 정도로 계발되었다. 그러나, 다이캐스팅의 질은 대부분 기계 설치와 선택 공정 뿐만 아니라 화학 조성과 사용된 알루미늄 합금의 구조에 따라 달라진다. 후자의 두 파라미터는 주조성, 피드 작용(G. Schindelbauer, J. Czikel "Mould filling capacity 및 volume deficit of conventional aluminium diecasting alloys", Giessereiforschung 42, 1990, p.88/89 참조), 기계적 특성 및 - 특히 다이캐스팅에 있어 중요한 - 주물용 기구(L.A. Norstrom, B. Klarenfjord, M. Svenson " General Aspects on Wash-out Mechanism in Aluminium Diecasting Dies" 17th International NADCA Diecasting Congress 1993, Cleveland, OH 참조)에 영향을 미치는 것으로 공지되어 있다.

과거에는 특히, 고품질의 성분을 다이캐스팅하는데 적합한 알루미늄 합금을 개발하는데에는 별다른 관심이 집중되지 않았다. 현재 자동차 산업에 있어 제조업자들은 예를 들어, 다이캐스팅 공정에서 높은 연성을 갖는 용접가능한 성분을 생산하는 것을 점차적으로 필요로하며, 이는 다이캐스팅이 높은 품질을 위한 가장 경제적인 생산 방법이기 때문이다.

현재의 다이캐스팅 기술의 개선으로 고품질의 용접가능한 성분을 생산하게 되었다. 섀시(chassis) 성분을 포함하여 다이캐스팅의 사용 영역은 확대되고 있다.

연성은 점차적으로 착체(complex) 설계의 성분에 있어 특히 중요하다.

필수적인 기계적 특성, 특히 파괴에 대하여 높은 연신율을 수득하기 위해서는, 일반적으로 다이캐스팅은 열처리를 반드시 필요로 한다. 이러한 열처리는 주물 상태를 형성하는데 필수적이며 이로인해 연성파괴 작용을 수득하게 된다. 열처리는 일반적으로 물이나 그밖의 다른 매체에서 100 ℃ 보다 낮은 온도까지로 연속적 담금질에 의해 고상선(solidus) 온도 미만의 온도에서의 고용화 어닐링(solution annealing)을 의미하는 것이다. 현재 이러한 방법으로 처리된 물질은 낮은연신율 및 인장강도의 단점을 갖는다. 이러한 특성을 우리가 원하는 수치까지 상승시키기 위해 인위적인 시효(ageing)를 수행하였다. 이는 또한 예를 들어, 도장 시에 열충격이나 완전 조립(complete assembly)의 응력 제거 어닐링에 의해 공정을 유도할 수 있다.

다이캐스팅은 최종 치수에 근접한 주물이기 때문에, 이들은 일반적으로 얇은 벽과 함께 복잡한 기하학을 나타낸다. 고용화 어닐링 동안, 특히 담금질 과정에서 변형이 일어나는 것은 자명하며, 그렇기 때문에 주물을 교정하거나 최악의 경우에는 폐기(rejection)에 의한 재수정(retouching)이 필요할 수 있다. 고용화 어닐링에는 또한 부가 비용이 들며, 열처리 없이 필수적인 특성을 이행하는 합금을 입수할 수 있다면 이러한 생산 방법의 효율은 실질적으로 증가될 수 있다.

주물 상태에서 우수한 기계적 수치를 갖는 AlSi 합금은 제 EP-A-0 687 742 호에 공지되어 있다. 예를 들어, 제 EP-A-0 911 420 호에도 또한 AlMg 유형의 합금에 관해 기재되어 있으며, 상기 AlMg 합금은 복잡한 형태의 설계를 제외하고는 주물 상태에서 매우 높은 연성을 가지고 있지만, 고온이거나 냉각 균열이 발생하는 경향이 있으므로 적합하지 않다. 연성 다이캐스팅의 또다른 단점으로는 기계적 특성에서 팽창 유실을 포함한 일시적 변화를 초래할 수 있는 주물 상태에서 이들의 느린 시효를 들 수 있다. 이러한 반응은, 특성 제한을 초과하지 않기 때문에 많은 경우에서 허용되고 있으나, 몇몇 경우에서는 그렇지 못하며 정확한 열처리에 의해서만 차단할 수 있다.

본 발명은 주조하기 용이한 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 제조하는데 목적을 두고 있으며, 이 알루미늄 합금은 주물 상태에서 높은 연신율을 가지며 주조 후에는 더이상의 시효가 일어나지 않는다. 게다가, 알루미늄 합금은 쉽게 용접가능하고 플랜지(flange)할 수 있어야 하고, 고정가능해야 하며 우수한 내식성을 가져야 한다.

본 발명의 목적은 다음을 함유하는 알루미늄 합금을 수득하는 것이다.

영구 미세화(permanent refinement)를 위한

8.5 내지 10.5 w.% 의 규소,

0.3 내지 0.8 w.% 의 망간,

최대 0.06 w.% 의 마그네슘,

최대 0.15 w.% 의 철,

최대 0.03 w.% 의 구리,

최대 0.10 w.% 의 아연,

최대 0.15 w.% 의 티타늄,

0.05 내지 0.5 w.% 의 몰리브덴 및

30 내지 300 ppm 의 스트론튬 또는 5 내지 30 ppm 의 나트륨 및/또는 1 내지 30 ppm 의 칼슘,

또한 임의적으로

0.05 내지 0.3 w.% 의 지르코늄,

결정립 미세화를 위한 1 내지 250 ppm 의 인에 해당하는 양의 인화갈륨 및/또는 인화인듐 및

결정립 미세화를 위한 1 내지 2 w.% 의 Ti 및 1 내지 2 w.% 의 B 를 함유하는 알루미늄 모합금을 형성하도록 가해진 티타늄 및 붕소, 및

나머지 알루미늄 및 불가피한 불순물.

주물 상태에서 다이캐스팅하기 위한 본 발명의 합금 구성에 대하여, 항복강도 및 인장강도에 대해 바람직하게 높은 연신율을 수득할 수 있으므로, 합금은 특히 자동차 제조 시 안전 성분을 생산하는 데 적합하다. 놀랍게도, 몰리브덴의 첨가로 연신율이 다른 기계적 특성을 실질적으로 손실시키지 않으면서 증가될 수 있음이 밝혀졌다. 0.05 내지 0.5 w.% 의 Mo, 바람직하게 0.08 내지 0.25 w.% 의 Mo 을 첨가하였을 때 바람직한 효과가 나타난다.

몰리브덴 및 0.05 내지 0.3 w.% 의 Zr 의 병용 첨가로 인해 연신율이 더 향상될 수 있다. 바람직한 함량은 0.15 내지 0.02 w.% 의 Zr 이다.

공정 규소의 상대적으로 높은 비율은 스트론튬에 의해 개선된다. 오염 정도가 높은 과립상의 다이캐스팅 합금과 달리, 본 발명의 합금은 피로강도에 있어서 이점을 갖는다. 매우 낮게 혼합된 결정과 개선된 공정으로 인해 파괴인성이 더 향상되었다. 스트론튬 함량은 50 내지 150 ppm 이 바람직하며, 일반적으로 주물 작용이 나쁘지 않다면 50 ppm 이하로 낮아지지 않는다. 스트론튬 대신에, 나트륨 및/또는 칼슘을 가할 수 있다.

바람직하게 최대 0.05 w.% 의 Mg 이 되도록 마그네슘 함량을 한정함으로써, 공정구조가 조잡하지 않게 되고 합금이 시효경화 잠재력을 갖지 않게 되어 높은 연신율을 나타내게 되었다.

망간의 비율로 인해, 금형 내의 응착을 피할 수 있었으며 금형 제거 특성이 향상됨이 확인되었다. 망간 함량이 주물 시 높은 온도에서 높은 구조강도를 부여하므로, 금형으로부터 떼어낼 때 변형이 거의 일어나지 않거나 전혀 일어나지 않음이 예상된다.

본 발명의 합금은 주물 상태에서 단단하게 고정시킬 수 있다.

약 280 ℃ 내지 320 ℃ 의 온도에서 1 내지 2 시간 동안 안정화 어닐링을 시킴으로써, 높은 연신율을 수득할 수 있다.

본 발명의 합금은 수평 다이캐스팅 피그 선철로 제조하는 것이 바람직하다. 따라서 비용이 많이 드는 용융 청정화(melt cleaning)를 실시하지 않고, 산화물 오염 정도가 낮은 다이캐스팅 합금을 용융시킬 수 있다 : 다이캐스팅 시 높은 연신율을 수득하기 위한 중요한 조건임.

용융 시, 특히 구리 또는 철과 같은 금속의 오염은 피해야만 한다. 본 발명의 영구적으로 개선된 AlSi 합금은 교반날개를 사용하여 불활성 가스로 플러싱 가스 처리하여 세척하는 것이 바람직하다.

바람직하게, 본 발명의 합금을 결정립 미세화하였다. 인화갈륨 및/또는 인화인듐은 1 내지 250 ppm, 바람직하게 1 내지 30 ppm 의 인에 해당하는 양으로 합금에 첨가할 수 있다. 대체 또는 부가적으로, 합금은 결정립 미세화를 위한 티타늄, 붕소 및 나머지 알루미늄을 포함할 수 있으며, 여기서 티타늄 및 붕소는 1 내지 2 w.% 의 Ti 및 1 내지 2 w.% 의 B 를 함유하는 모합금을 형성하도록 첨가한다. 바람직하게, 알루미늄 모합금은 1.3 내지 1.8 w.% 의 Ti 및 1.3 내지 1.8 w.% 의 B 를 함유하며 약 0.8 내지 1.2 중량 비율의 Ti/B 를 함유한다. 본 발명의 합금 내의 모합금의 함량은 0.05 내지 0.5 w.% 가 바람직하다.

본 발명의 알루미늄 합금은 다이캐스팅 방법으로 안전 성분을 생산하는데 특히 적합하다.

Claims (9)

1. 다음의 성분을 함유하는, 주물 상태에서 높은 연신율을 갖는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.

   영구 미세화를 위한

   8.5 내지 10.5 w.% 의 규소,

   0.3 내지 0.8 w.% 의 망간,

   최대 0.06 w.% 의 마그네슘,

   최대 0.15 w.% 의 철,

   최대 0.03 w.% 의 구리,

   최대 0.10 w.% 의 아연,

   최대 0.15 w.% 의 티타늄,

   0.05 내지 0.5 w.% 의 몰리브덴 및

   30 내지 300 ppm 의 스트론튬 또는 5 내지 30 ppm 의 나트륨 및/또는 1 내지 30 ppm 의 칼슘,

   또한 임의적으로

   0.05 내지 0.3 w.% 의 지르코늄,

   결정립 미세화를 위한 1 내지 250 ppm 의 인에 해당하는 양의 인화갈륨 및/또는 인화인듐 및

   결정립 미세화를 위한 1 내지 2 w.% 의 Ti 및 1 내지 2 w.% 의 B 를 함유하는 알루미늄 모합금을 형성하기 위해 첨가되는 티타늄 및 붕소,

   및

   나머지 알루미늄 및 불가피한 불순물.
2. 제 1 항에 있어서, 50 내지 150 ppm 의 스트론튬을 함유함을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 최대 0.05 w.% 의 마그네슘을 함유함을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 최대 0.10 내지 0.20 w.% 의 지르코늄을 함유함을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 0.08 내지 0.25 w.% 의 몰리브덴을 함유함을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 1 내지 30 ppm 의 인에 해당하는 양의 인화갈륨 및/또는 인화인듐을 함유함을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 1.3 내지 1.8 w.% 의 티타늄 및 1.3 내지 1.8 w.% 의 붕소를 함유하며 티타늄/붕소 중량비가 0.8 내지 1.2 사이인 알루미늄 모합금을 함유함을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 0.05 내지 0.5 w.% 의 알루미늄 모합금을 함유함을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
9. 자동차 제조 시 안전 성분을 다이캐스팅하기 위한 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 알루미늄 합금의 용도.