KR20040084497A - 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 자연시효 억제방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차 차체 등 부품의 소재로 사용되는 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 자연시효 발생을 억제하기 위한 방법에 관한 것으로서, 압연 및 소둔, 용체화 공정을 포함하여 실시하는 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 제조 과정에서 용체화 공정이 끝난 후 합금 판재를 소정 온도 및 시간 동안 유지시킨 다음 냉각시키는 안정화 공정을 추가로 실시함으로써, 최종 완성된 합금 판재에서의 시간 경과에 따른 자연시효 발생이 억제될 수 있도록 하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 이러한 본 발명의 목적은 용체화 처리가 끝난 합금 판재를 160 ∼ 170℃의 온도 구간에서 5 ∼ 20분간 유지시킨 다음 냉각시키는 안정화 처리를 실시함에 의해서 달성된다. 본 발명에 의하면, 최종 완성된 합금 판재의 시효 경화가 억제될 수 있게 됨에 따라 소재 품질의 안정화를 꾀할 수 있음은 물론 성형 공정의 작업 시간을 보다 유동적으로 조절할 수 있고, 성형 공정에서의 형상 불균일, 연신율 부족 및 제품 불량의 문제 발생을 해소할 수 있으며, 도장 공정 후 소부 경화에 의한 원하는 항복강도를 얻을 수 있게 된다.
Description
본 발명은 자동차 차체 등 부품의 소재로 사용되는 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 자연시효 발생을 억제하기 위한 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압연 및 소둔, 용체화 공정을 포함하여 실시하는 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 제조 과정에서 용체화 공정이 끝난 후 합금 판재를 소정 온도 및 시간 동안 유지시킨 다음 냉각시키는 안정화 공정을 추가로 실시함으로써, 최종 완성된합금 판재에서의 시간 경과에 따른 자연시효 발생이 억제될 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.
최근 들어 자동차 관련 업계는 갈수록 엄격해지고 있는 환경 규제와 날로 심화되고 있는 자원 고갈의 문제에 대처하기 위해서 차체의 경량화에 많은 연구를 기울이고 있는 실정이다.
그 중에서도 연비 향상을 위한 차체 경량화의 목적으로 기존의 철강 판재를 대체하여 알루미늄 합금 판재를 차체 부품에 적용하고자 하는 연구는 현재 가장 활발히 진행되고 있는 분야 중의 하나이다.
자동차 차체용 알루미늄 합금 판재는 크게 구분해서 비열처리계인 알루미늄-마그네슘(Al-Mg)계 합금 판재와 열처리계인 알루미늄-마그네슘-실리콘(Al-Mg-Si)계 합금 판재로 나눌 수 있다.
통상, 상기 알루미늄-마그네슘계 합금 판재는, 성형성이 좋아 자동차용으로 사용하기에 적합하다고 알려져 있으나, 소부 경화능이 거의 없고 프레스 가공시에 스트레쳐 스트레인 표시가 생겨 표면 품질이 저하되는 단점을 가지고 있다.
따라서, 알루미늄-마그네슘계 합금 판재에 비해 소부 경화능이 좋고 페인트 도장 후 항복강도의 증가로 내덴트성 향상 및 강성 증가를 도모할 수 있는 알루미늄-마그네슘-실리콘계 합금 판재가 자동차 패널용 판재로서 더욱 적합함은 주지의 사실이다.
여기서, 일반적인 열처리계 알루미늄 합금 판재의 제조 공정을 살펴보면, 첨부한 도 2에 나타낸 바와 같이, 주조 후 균질화 처리 및 열간 압연 공정을 거친 합금 판재를 냉간 압연 및 소둔 처리하고, 이후 강도와 성형성의 향상을 위해 용체와 처리를 하게 되면 최종 완성된 제품이 된다.
이와 같이 용체화 처리가 끝난 알루미늄 합금 판재는 코일로 감겨 자동차 부품 제작 업체로 옮겨지게 되며, 이후 첨부한 도 3에 나타낸 성형 및 도장 공정을 거쳐 원하는 부품으로 완성되어진다.
그런데, 상기한 제조 공정과 성형 공정 사이에는 어쩔 수 없이 시간적인 지체가 있게 마련이며, 따라서 이러한 시간 지체로 인해서 열처리계 합금에서는 시효 경화가 필연적으로 일어나게 된다.
즉, 열처리계 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재는 용체화 처리 후 시간이 경과함에 따라 기계적 성질이 조금씩 변화하는 성질을 가지는데, 이를 자연시효(natural aging)라 한다.
이러한 자연시효가 일어나는 경우에는 판재의 기계적 성질이 변화하게 되어 프레스 성형 공정에서 형상 불균일을 일으키게 되고, 연신율 부족 및 항복강도 상승으로 제품의 불량율이 높아지게 되며, 도장 공정을 거친 후 소부 경화에 의한 항복강도의 향상시 원하는 기계적 물성치를 제대로 얻을 수 없는 문제점이 있다.
이에 따라, 자동차 패널 등 차체 부품으로의 적용을 위하여, 현재 자연시효의 발생이 최대한 억제될 수 있는 보다 개선된 특성의 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재가 절실히 요구되고 있는 실정이다,
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 압연 및 소둔, 용체화 공정을 포함하여 실시하는 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 제조 과정에서 용체화 공정이 끝난 후 합금 판재를 소정 온도 및 시간 동안 유지시킨 다음 냉각시키는 안정화 공정을 추가로 실시함으로써, 최종 완성된 합금 판재에서의 시간 경과에 따른 자연시효 발생을 억제할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 억제방법이 적용된 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 제조 과정을 개략적으로 보인 공정도이고,
도 2는 통상적인 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 제조 과정을 보인 공정도이며,
도 3은 통상의 차체 제작 과정을 개략적으로 보인 공정도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 자연시효 발생을 억제하기 위한 방법에 있어서,
압연 및 소둔, 용체화 공정을 포함하여 실시하는 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 제조 과정에서 상기 용체화 공정이 끝난 후 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재를 160 ∼ 170℃의 온도 구간에서 5 ∼ 20분간 유지시킨 다음 냉각시키는 안정화 공정을 실시하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 본 발명의 자연시효 억제방법이 적용된 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 제조 과정을 개략적으로 보인 공정도이다.
본 발명은 차체 외판 등 부품의 소재로 사용되는 열처리계 알루미늄-마그네슘-실리콘(Al-Mg-Si) 합금 판재의 내시효성 향상 방법에 관한 것으로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재를 제조하는 과정에서 용체화 공정이 끝난 후 합금 판재를 소정의 온도 구간 및 시간 동안 열처리하는 안정화 공정을 추가로 실시하여 제조함으로써, 최종 완성된 합금 판재에서의 자연시효 발생이 최대한 억제될 수 있도록 하는 것에 그 특징이 있다.
이러한 본 발명이 적용된 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 제조 과정을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 0.1 ∼ 1.5 중량%의 마그네슘과 0.3 ∼ 1.6 중량%의 실리콘을 함유한 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금을 소정의 두께로 주조한 후 균질화 처리한다.
다음으로, 통상의 방법으로 열간 및 냉간 압연을 실시하게 되며, 이를 통해 얻어진 합금 판재를 소둔 열처리한 다음 용체화 처리한다.
상기와 같이 통상의 제조 과정에 의해 제조된 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재는 이후 자연시효 발생이 억제될 수 있도록 본 발명의 억제방법이 적용되어 최종 완성된다.
즉, 용체화 처리된 합금 판재를 160 ∼ 170℃의 온도 구간에서 5 ∼ 20분간 유지시킨 후 냉각시키는 안정화 공정을 추가로 실시하게 된다.
이러한 안정화 공정을 실시하는 경우에는 최종 완성된 합금 판재의 내시효성이 향상될 수 있다.
상기의 안정화 공정을 실시하는데 있어서, 안정화 열처리 온도를 160℃ 미만으로 할 경우 안정화 효과가 미흡하여 바람직하지 않고, 170℃를 초과하여 실시할경우 소부 경화로 인해 항복강도가 크게 증가하므로 바람직하지 않다.
상기와 같이 안정화 공정을 실시하여 최종 완성한 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재는 안정화 공정을 거치지 않은 기존의 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재에 비해 시간 경과에 따른 항복강도의 변화가 상대적으로 적은 특성을 가지는데, 이는 안정화 공정을 통해 합금 판재의 자연시효 발생이 억제되었음을 의미하며, 후술되는 실시예와 비교예간의 항복강도 비교에서와 같이 인장시험의 결과를 통해서 확인할 수 있다.
즉, 본 발명에 의거 안정화 공정을 거친 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재(실시예 1 ∼ 4)의 경우, 시간이 경과함에 따라 어느 정도의 자연시효는 발생하나 그 정도가 기존의 합금 판재에 비해 미약하여 항복강도의 변화가 크지 않은 반면, 안정화 공정을 거치지 않은 기존 합금 판재(비교예 1)의 경우, 시간이 경과함에 따라 자연시효가 상대적으로 크게 발생하면서 항복강도의 변화가 매우 크게 나타남을 알 수 있었다.
상기의 결과는 본 발명에 의거 안정화 공정을 거친 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재에서 항복강도의 변화를 보이는 자연시효의 발생이 현저히 억제됨을 나타내는 것이다.
결국, 본 발명의 억제방법에 의하면, 내시효성이 우수한 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재를 제조할 수 있게 되고, 최종 완성된 합금 판재에서의 자연시효 발생이 억제됨은 차체 제작을 위해 이후 실시되는 성형 공정에서의 균일성 획득을 가능하게 하고, 도장 공정 후 소부 경화를 통해 원하는 항복강도를 얻을 수 있게한다.
이와 같이 하여, 본 발명의 방법이 적용된 합금 판재, 즉 내시효성이 우수한 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재를 자동차 차체 패널용 소재로 사용하는 경우, 경량화의 기본 목적 달성은 물론, 소재의 자연시효가 억제되면서 차체 제작을 위한 프레스 등 성형 공정의 작업 시간을 보다 유동적으로 조절할 수 있고, 자연시효에 의한 불필요한 강도 증가가 억제되면서 성형 공정에서의 연신율 부족, 제품 불량의 문제 등이 해소될 수 있게 된다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 다음의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 8
먼저, 실시예 1 ∼ 4로서, 본 발명의 억제방법을 적용하되 안정화 공정의 온도 및 시간을 각기 달리하여 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재를 제조하였다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 통상의 DC 주조법을 이용하여 마그네슘 1.0 중량%와 실리콘 0.65 중량%를 함유한 알루미늄 합금을 두께 150mm로 주조한 후, 이를 480℃에서 48시간 동안 균질화 처리하고, 이후 통상의 방법으로 열간 및 냉간 압연하여 1mm 두께의 판재를 얻었다.
이후, T4 열처리를 실시한 다음, 본 발명에서 제시하고 있는 온도 및 시간을 적용하여 안정화 공정을 실시하였으며, 이때 온도 및 시간을 각기 달리하여 최종적으로 실시예 1 ∼ 4의 각 합금 판재를 완성하였다.
각 합금 판재의 안정화 처리시 온도 및 시간은 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.
다음으로, 비교예 1로서, 동일 성분 및 방법으로 제조하되 안정화 공정을 거치지 않은 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재를 제조하였으며, 비교예 2 ∼ 8은, 본 발명에 해당하지 않는 것으로서, 동일한 성분 및 방법으로 제조하되 T4 열처리 후 하기 표 1에 나타낸 각 온도 및 시간 동안 열처리를 실시하여 제조한 것이다.
한편, 상기와 같이 제조한 각 합금 판재의 시간 경과에 따른 자연시효 발생의 정도를 비교하기 위하여, 미리 정해진 시간 경과시마다 인장시험을 통해 각 합금 판재의 항복강도를 측정하였으며, 모든 합금 판재의 인장시험은 판재의 압연방향과 평행한 방향으로 시험하였고, 그 측정의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
상기 표 1에서, 측정의 결과로 얻어진 시간 경과에 따른 각 합금 판재의 항복강도 변화는 해당 합금 판재에서 자연시효가 일어난 정도를 나타내는데, 항복강도의 변화가 클수록 시간 경과에 따른 자연시효가 보다 크게 일어남을 의미한다.
결과를 살펴보면, 비교예 1의 경우에는 용체화 처리 후 자연시효가 일어나면서 120일 경과 후 항복강도가 약 24% 증가한 반면, 본 발명이 적용된 실시예 1 ∼ 4의 경우에는 최대 7%의 항복강도 변화만을 보였다.
이는 실시예 1 ∼ 4에서 비교예 1에 비해 자연시효가 보다 작게 일어남을 의미한다.
또한, 비교예 2 ∼ 4와 같이 안정화 온도 및 시간을 본 발명에서 제시한 온도 구간 및 시간 범위보다 낮게 또는 짧게 설정한 합금 판재의 경우, 시간 경과에 따른 항복강도의 변화가 매우 커 안정화 효과가 실시예에 비해 크게 미흡한 것으로 확인되었다.
또한, 비교예 5 ∼ 8과 같이 안정화 온도 및 시간을 본 발명에서 제시한 온도 구간 및 시간 범위보다 높게 또는 길게 설정한 합금 판재의 경우에는 안정화 처리시 일어난 소부 경화에 의해 항복강도가 지나치게 크게 나타나 바람직하지 않음을 확인하였다(안정화 처리를 거치지 않은 비교예 1과 비교할 때 매우 큼).
결론적으로, 용체화 처리 이후에 본 발명에서 제시하고 있는 안정화 처리를 실시하는 경우 최종 완성된 합금 판재(실시예 1 ∼ 4)에서 안정화 처리를 거치지 않은 기존의 합금 판재(비교예 1)에 비해 자연시효의 발생이 크게 억제될 수 있다.
실제로 코일 제조사에서 제시하는 시효 보증 기간이 30일에서 60일인 것에 비추어 볼 때, 본 발명에서 제시하는 간단한 공정의 추가만으로 120일이 지나더라도 기존의 시효 보증 기간에 비해 항복강도의 변화를 줄일 수 있었으며, 이는 본 발명에 의해 자연시효 현상을 억제하여 코일 품질의 안정을 가질 수 있음을 의미한다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따르면, 용체화 공정이 끝난 후 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재를 160 ∼ 170℃의 온도 구간에서 5 ∼ 20분간 유지시킨 다음 냉각시키는 안정화 공정을 실시함으로써, 최종 완성된 합금 판재의 시간 경과에 따른 자연시효 발생을 크게 억제할 수 있고, 이를 통해 불필요한 항복강도 상승에 의한 성형 공정에서의 연신율 부족, 형상 불균일성, 제품 불량의 문제 등을 개선할 수 있음은 물론 도장 공정 후 원하는 기계적 물성치를 얻을 수 있는 장점이 있게 된다.
상기와 같은 본 발명이 적용된 내시효성이 우수한 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재는 경량화가 요구되는 차체 외판 등 부품의 소재로서 널리 사용 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 압연 및 소둔, 용체화 공정을 포함하여 실시하는 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 제조 과정에서 용체화 공정 후 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재를 160 ∼ 170℃의 온도 구간에서 5 ∼ 20분간 유지시킨 다음 냉각시키는 안정화 공정을 실시함으로써, 다음과 같은 효과가 있다.
1) 안정화 처리 후 완성된 합금 판재에서 시간 경과에 따른 자연시효의 발생과 그에 따른 항복강도의 변화가 억제될 수 있다(내자연시효성 향상).
2) 완성된 합금 판재의 시간 경과에 따른 시효 경화가 억제될 수 있게 됨에 따라서 소재 품질의 안정을 꾀할 수 있고, 이후 실시되는 프레스 등 성형 공정의 작업 시간을 보다 유동적으로 조절할 수 있게 된다.
3) 완성된 합금 판재의 시효 경화가 억제될 수 있게 됨에 따라서 성형 공정에서의 형상 불균일, 연신율 부족 및 제품 불량의 문제 발생을 해소할 수 있고, 도장 공정 후 소부 경화에 의한 원하는 항복강도를 얻을 수 있게 된다.
Claims (1)
- 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 자연시효 발생을 억제하기 위한 방법에 있어서,압연 및 소둔, 용체화 공정을 포함하여 실시하는 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 제조 과정에서 상기 용체화 공정이 끝난 후 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재를 160 ∼ 170℃의 온도 구간에서 5 ∼ 20분간 유지시킨 다음 냉각시키는 안정화 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 자연시효 억제방법.
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2003
- 2003-03-28 KR KR1020030019623A patent/KR20040084497A/ko not_active Application Discontinuation
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