KR20100041532A

KR20100041532A - 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금

Info

Publication number: KR20100041532A
Application number: KR1020080100766A
Authority: KR
Inventors: 김기태; 김병수
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2008-10-14
Publication date: 2010-04-22
Also published as: KR101133103B1

Abstract

본 발명은 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에 관한 것으로서 특히, 석출경화 열처리를 통하여 우수한 인장강도를 얻을 수 있는 알루미늄 합금에 관한 것이다.

본 발명은 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에 있어서, 아연(Zn) 5~9중량%, 마그네슘(Mg) 1~2중량%,, 구리(Cu) 1~2중량%, 지르코늄(Zr) 0.05~0.2중량%, 티타늄(Ti) 0.05~0.2중량% 및 나머지는 알루미늄(Al)과 불순물로 알루미늄 합금이 구성됨으로써, 350MPa 이상의 높은 인장강도를 요구하는 항공기, 철도차량, 자동차, 전자 또는 통신용 부품 제작을 위한 다이캐스팅용 소재로 사용할 수 있다.

다이캐스팅, 알루미늄, 합금

Description

다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금 {High strength aluminum alloys for die casting}

다이캐스팅은 다이 주조라고도 한다. 필요한 주조형상에 완전히 일치하도록 정확하게 기계가공된 강제(鋼製)의 금형(金型)에 용융금속(熔融金屬)을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀주조법이다. 그 제품을 다이캐스트 주물이라고 한다.

상기와 같은 다이캐스팅 주물은 치수가 정확하므로 다듬질할 필요가 거의 없는 장점 외에 기계적 성질이 우수하며, 대량생산이 가능하다는 특징이 있다. 다이캐스팅 주조에 이용되는 금속은 일반적으로 아연 ·알루미늄 ·주석 ·구리 ·마그네슘 등의 합금이며, 다이캐스트 주조기를 사용하여 공기압 ·수압 ·유압 등에 의 해 주입하여 냉각 응고시킨다. 이러한 다이캐스팅 주조법은 여러 분야에 사용되고 있으나 특히, 자동차부품이 많으며, 전기기기 ·광학기기 ·차량 ·방직기 ·건축 ·계측기의 부품 제작 등에 많이 사용되고 있다.

일반적으로 다이캐스팅용 알루미늄 합금으로는 주조성이 우수한 Al-Si계 합금 및 Al-Mg계 합금 등이 사용되어 왔으나, 이 합금들은 인장강도가 350MPa 이하로 낮기 때문에 350MPa 이상의 높은 인장강도를 필요로 하는 항공기, 철도차량, 자동차, 전자, 통신용 부품에는 사용이 제한되어 왔다.

또한, 350MPa 이상의 인장강도를 갖는 알루미늄 합금은 항공기, 철도차량, 자동차, 전자, 통신용 부품 등에 일부 사용되고는 있으나, 이 합금들은 다이캐스팅용 알루미늄 합금이 아닌 압출, 압연, 단조 등의 소성가공용 알루미늄 합금으로서 소성가공성은 우수하지만 주조성이 열악한 문제점이 있었다.

따라서, 항공기 철도차량, 자동차, 전자, 통신용 부품 등에 사용하기 위하여 350MPa 이상의 높은 인장강도를 갖는 다이캐스팅용 알루미늄 합금 개발에 대한 필요성이 절실히 요구되고 있지만, 현재까지는 350MPa 이상의 인장강도를 갖는 다이캐스팅용 알루미늄합금이 개발되지 못한 상태에서 인장강도가 350MPa 이하인 Al-Si계 합금 및 Al-Mg계 합금 등이 다이캐스팅용 알루미늄 합금으로 사용되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti)으로 합금되어 350MPa 이상의 높은 인장강도를 갖는 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금은 아연(Zn) 5~9중량%, 마그네슘(Mg) 1~2중량%,, 구리(Cu) 1~2중량%, 지르코늄(Zr) 0.05~0.2중량%, 티타늄(Ti) 0.05~0.2중량% 및 나머지는 알루미늄(Al)과 불순물로 구성된다.

이때, 상기 알루미늄 합금은 120℃의 온도에서 24시간 동안 시효처리된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti) 으로 이루어진 알루미늄 합금은 350MPa 이상의 높은 인장강도를 요구하는 항공기, 철도차량, 자동차, 전자 또는 통신용 부품 제작을 위한 다이캐스팅용 소재로 사용할 수 있다.

이하 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti)이 합금되어 구성된 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금으로서, 아연(Zn) 5~9중량%, 마그네슘(Mg) 1~2중량%,, 구리(Cu) 1~2중량%, 지르코늄(Zr) 0.05~0.2중량%, 티타늄(Ti) 0.05~0.2중량% 및 나머지는 알루미늄(Al)과 불순물로 구성된다.

본 발명은 상기 각각의 조성량에 따라서 합금 원소사이에 석출물의 형성이 가능한 합금원소를 첨가하고, 석출경화 열처리를 통하여 알루미늄 기지 금속에 미세한 석출물을 균일하게 분산시킴으로써 인장강도를 향상시킨 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금이다.

상기 각 합금원소의 첨가 및 함량 한정 이유는 다음과 같다.

아연(Zn)은 알루미늄에 합금원소로 첨가되어 인장강도 및 경도 등을 효과적으로 증가시킬 수 있는 원소이다. 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에는 아연이 5~9중량%가 첨가되는데, 아연의 함량이 5중량% 미만이면 인장강도 증가효과를 얻을 수 없고, 아연의 함량이 9중량% 이상이면 주조성이 저하되고 열간 취성의 원인이 된다.

마그네슘(Mg)은 Al-Zn 합금에 첨가되어 석출경화 열처리에 의하여 MgZn₂ 금속간 화합물로 석출됨으로써 인장강도 및 경도를 증가시킬 수 있는 합금원소이다. 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 함금에는 마그네슘이 1~2중량%가 첨가되는데, 마그네슘의 함량이 1중량% 미만이면 인장강도의 증가효과를 얻을 수 없고, 마그네슘의 함량이 2중량% 이상이면 결정립계 부식과 응력 부식 등이 발생하여 내식성 저하의 원인이 된다.

구리(Cu)는 Al-Zn-Mg 합금에 첨가되어 석출경화 열처리에 의하여 CuMgAl₂ 금속간 화합물로 석출됨으로써 인장강도 및 경도를 증가시킬 수 있는 합금원소이다. 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에는 구리가 1~2중량%가 첨가되는데, 구리의 함량이 1중량% 미만이면 인장강도 증가효과를 얻을 수 없고, 구리의 함량이 2중량% 이상이면 내식성 및 신율 저하의 원인이된다.

지르코늄(Zr)은 Al-Zn-Mg 합금에 첨가되어 석출경화 및 결정립 미세화 효과를 얻을 수 있는 합금원소이다. 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에는 지르코늄이 0.05~0.2중량%가 첨가되는데, 지르코늄의 함량이 0.05중량% 미만이면 인장강도 증가효과를 얻을 수 없고, 지르코늄의 함량이 0.2중량% 이상이면 신율 저하의 원인이 된다.

티타늄(Ti)은 Al-Zn-Mg 합금에 첨가되어 결정립 미세화 및 주조재의 크랙방지 효과를 얻을 수 있는 합금원소이다. 본 발명에 의한 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에는 티타늄이 0.05~0.2중량%가 첨가되는데, 티타늄의 함량이 0.05중량% 미만이면 결정립 미세화 효과를 얻을 수 없고, 티타늄의 함량이 0.2중량% 이상이면 신율 저하의 원인이 된다.

(실시예)

본 발명에 따른 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에 대하여 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 첨부 표를 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금을 제조하기 위해 표 1에 나타낸 조성을 갖는 합금을 통상적인 용융 교반식 알루미늄 합금 제조 방법으로 잉곳을 제조하였다.

다시 말하면, 표 1과 같은 조성의 알루미늄 합금을 고주파 유도 용해로를 이용하여 대기 중에서 용해한 후, 주조금형을 이용하여 약 20㎏ 중량의 잉곳을 제조하였다.

그리고, 상기 잉곳을 보온로에서 용해하고 용탕을 750℃의 온도로 유지한 후에 다이캐스팅 장치를 이용하여 인장시험용 시험편을 주조하였다. 그리고 주조된 시험편을 120℃의 온도에서 24시간 시효 처리하였다.

상기 시험편에 대하여 인장시험기를 이용하여 상온에서 인장강도, 항복강도 및 신율을 측정하였다.

[표 1]

합금(중량%)		Si	Cu	Mg	Zn	Zr	Ti	Al
실시예	1	-	1.69	1.76	7.33	0.13	0.02	bal.
	2	-	1.83	1.69	7.17	0.12	0.02	bal.
	3	-	1.84	1.80	7.59	0.12	0.02	bal.
	4	-	1.73	1.79	7.34	0.14	0.02	bal.
	5	-	1.88	1.96	8.26	0.14	0.02	bal.
	6	-	1.90	1.76	8.03	0.11	0.03	bal.
비교예	7	9.5	0.6	0.5	0.5	-	-	bal.
	8	8.5	3.5	0.1	3.0	-	-	bal.
	9	11.3	3.8	0.1	3.0	-	-	bal.
	10	17.0	4.5	0.55	0.1	-	-	bal.
	11	12.0	1.0	0.1	0.5	-	-	bal.
	12	5.3	0.6	0.1	0.5	-	-	bal.
	13	0.8	0.2	3.3	0.1	-	-	bal.
	14	0.35	0.25	8.0	0.15	-	-	bal.

[표 2]

합금		인장강도 (MPa)	항복강도 (MPa)	신율 (%)
실시예	1	383	229	16
	2	389	248	13
	3	384	246	13
	4	392	279	10
	5	411	309	10
	6	404	287	9
비교예	7	324	172	3
	8	330	165	3
	9	325	172	1
	10	296	265	1
	11	296	145	2.5
	12	228	110	9
	13	283	152	10
	14	310	186	8

표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 인장강도가 350MPa 이상의 값을 나타내었다.

Claims

다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금에 있어서,

아연(Zn) 5~9중량%, 마그네슘(Mg) 1~2중량%,, 구리(Cu) 1~2중량%, 지르코늄(Zr) 0.05~0.2중량%, 티타늄(Ti) 0.05~0.2중량% 및 나머지는 알루미늄(Al)과 불순물로 구성된 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금.
제 1항에 있어서,

상기 알루미늄 합금은 120℃의 온도에서 24시간 동안 시효처리된 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금.