KR20100099554A - 고가공성을 갖는 Ａｌ―ＳⅰＭｇ계 알루미늄 합금 및 그의 제조방법 - Google Patents

고가공성을 갖는 Ａｌ―ＳⅰＭｇ계 알루미늄 합금 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 합금 총 중량에 대하여, Si 1.2∼1.4중량%, Mg 0.6∼0.75중량%, Sn 0.8~1.0중량%, 및 잔량의 Al 및 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
상기 알루미늄 전신용 합금은 가공성이 매우 우수하여 가공시 칩말림이나 가공공구 손상 등의 문제를 야기하지 않으므로, 가공 사이클 타임을 단축시키다. 또한, 가공제품의 불량률을 크게 낮추고 가공제품의 품질도 향상시키며, 버(burr) 잔존량을 감소시켜서 버(burr)의 제거 및 세척을 용이하게 한다.
알루미늄 합금, 전신재, 칩말림

Description

고가공성을 갖는 Ａｌ―ＳⅰＭｇ계 알루미늄 합금 및 그의 제조방법{Al-Si-Mg BASED ALUMINUM ALLOY EXCELLENT IN MACHINABILITY AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}
본 발명은 우수한 가공성을 갖는 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 6000(Al-Mg-Si계)계 알루미늄 전신용 합금은 자동차의 ABS(Anti-lock Breaking system) 펌프하우징, ESC(Electronic Stability Control) 펌프하우징 같은 부품 소재로 많이 상용되고 있다.
그런데, 일반적인 6000(Al-Mg-Si계)계 알루미늄 전신용 합금의 경우 가공성이 좋지 않아서, 가공시에 가공칩이 길게 생성되어 가공공구에 말리거나 가공시 공구가 받는 하중을 크게 하므로, 가공불량 및 가공공구의 손상을 야기하며, 가공속도를 저하시키고 가공된 물품의 품질을 저하시키는 단점을 갖는다.
따라서 ABS(Anti-lock Breaking system) 펌프하우징이나 ESC(Electronic Stability Control)의 펌프하우징 같은 부품의 소재로 일반적인 6000계 전신용 합금을 사용하는 경우, 전반적인 제조비용이 상승되며, 부품의 품질이 저하되는 문제 가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 종래에 일반적으로 사용되는 6000계 전신용 합금의 조성을 변경하여 가공성을 개선함으로써, 가공시 칩말림이나, 가공공구 손상 등의 문제가 발생하지 않는 고가공성 알루미늄 전신용 합금 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 알루미늄 합금 총 중량에 대하여, Si 1.2∼1.4중량%, Mg 0.6∼0.75중량%, Sn 0.8~1.0중량%, 및 잔량의 Al 및 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 본 발명은
조성물 총 중량에 대하여, Si 1.2∼1.4중량%, Mg 0.6∼0.75중량%, Sn 0.8~1.0중량%, 및 잔량의 Al 및 불순물을 포함하는 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금용 조성물을 준비하는 단계;
상기 알루미늄 합금용 조성물을 연주공정을 거쳐 빌렛으로 제조하는 단계; 및
상기 단계에서 제조된 빌렛을 균질화열처리, 압출, 스트래치 벤딩 및 시효열처리시키는 단계를 포함하며,
상기 시효열처리는 130~150℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 알루미늄 전신용 합금은 가공성이 매우 우수하여 가공시 칩말림이나 가공공구 손상 등의 문제를 야기하지 않으므로, 가공 사이클 타임을 단축시키다. 또한, 가공제품의 불량률을 크게 낮추고 가공제품의 품질도 향상시키며, 버(burr) 잔존량을 감소시켜서 버(burr)의 제거 및 세척을 용이하게 한다. 따라서, 본 발명의 알루미늄 전신용 합금은 가공시 생산성 향상에 크게 기여하며, 상당한 원가절감 효과를 제공한다.
본 발명은 알루미늄 합금 총 중량에 대하여, Si 1.2∼1.4중량%, Mg 0.6∼0.75중량%, Sn 0.8~1.0중량%, 및 잔량의 Al 및 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금에 관한 것이다.
본 발명의 알루미늄 합금은 6000계 알루미늄 전신재의 가공 특성을 개선하기 위해, 저융점 금속인 Sn을 추가하고, 상기 Sn의 추가에 따른 소재의 물성저하방지 및 물성향상을 위해 Si 및 Mg 함량을 최적화한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 "불순물"이란 합금의 제조과정에서 포함된 의도되지 않은 성분들을 의미한다.
본 발명의 알루미늄 합금에 포함되는 성분 중 Si는 1.2∼1.4중량%로 포함되는 것이 바람직한데, 1.2중량% 미만으로 포함되면 합금의 경도가 저하되는 문제가 발생하며, 1.4중량%를 초과하면 연주빌렛 제조시 고합금에 따른 주조속도 감소가 발생되어 생산성을 저하시키며, 압출시 소재 유동응력 증가에 따라 압출속도를 저하되고 표면의 품질이 저하된다. 또한 과도한 Excess-Si의 영향에 따른 경도값 상승으로 공구마모량을 증가시키는 문제가 발생한다.
본 발명의 알루미늄 합금에 포함되는 성분 중 Mg는 0.6∼0.75중량%로 포함되는 것이 바람직한데, 0.6중량% 미만으로 포함되면 가공칩 발생시 소착 가능성이 높아지며, Sn과 석출상 생성으로 물성 강화 역할을 하는 Mg2Si 석출상의 함량이 상대적으로 감소하므로 소재의 물성이 저하되는 문제가 있으며, 0.75중량%를 초과하면 기지내의 섬유상 조직이 강화되어 가공칩의 길이가 길어지며, 그에 따라 가공성이 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명의 알루미늄 합금에 포함되는 성분 중 Sn은 Mg와 Mg-Sn계 석출상을 생성시키며, 이 석출상이 가공 중에 칩파괴 역할을 해서 가공성을 개선시키는 역할을 한다. 따라서, Sn의 함량에 따라 이러한 특성이 과도하거나 부족하게 되는데, Sn이 0.8중량% 미만으로 포함되면 가공성 개선효과가 미미하며, 1.0중량%를 초과하면 가공칩의 크기는 작으나 가공칩간 소착으로 인해 가공시 공구의 손상 발생 가능성이 높아지는 문제가 발생한다.
본 발명의 알루미늄 합금은, 알루미늄 합금 총 중량에 대하여 Mn 0.50~0.70중량%를 더 포함하는 것이 바람직하다. Mn은 AlFeSi 등 화합물의 침상형상 생성을 억제하고 강도향상을 위한 결정립 미세화에 유효한 원소로, Mn이 0.50중량% 미만으로 포함되면 AlFeSi 등 화합물의 침상형상이 생성될 가능성이 높고 결정립 미세화 효과가 미미하며, 0.70중량%를 초과하면 오히려 강도가 저하되는 문제가 발생한다.
또한, 본 발명의 알루미늄 합금은, 알루미늄 합금 총 중량에 대하여, Fe 0.001~0.50중량%, Cu 0.01~0.10중량%, Cr 0.01~0.25중량%, 및 Zn 0.01~0.20중량%로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 성분을 더 포함할 수 있다. 상기 성분의 함량을 초과하게 되면 금속간화합물 생성에 따른 물성저하를 발생시킬 수 있으며, 압출성이 저하되어 생산성을 떨어뜨리는 요인이 된다.
또한, 상기에서 언급된 성분 이외의 기타 성분을 0.15중량% 이하로 포함하는 것도 가능하다. 본 발명의 알루미늄 합금은 타 금속간 화합물 생성을 억제하기 위하여 미량원소 함량을 상기와 같이 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은
조성물 총 중량에 대하여, Si 1.2∼1.4중량%, Mg 0.6∼0.75중량%, Sn 0.8~1.0중량%, 및 잔량의 Al 및 불순물을 포함하는 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금용 조성물을 준비하는 단계;
상기 알루미늄 합금용 조성물을 연주공정을 거쳐 빌렛으로 제조하는 단계; 및
상기 단계에서 제조된 빌렛을 균질화열처리, 압출, 스트래치칭 및 시효열처리시키는 단계를 포함하며,
상기 시효열처리는 130~180℃에서 수행되는 것임을 특징으로 하는 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금의 제조방법에 관한 것이다.
상기 제조방법 중 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금용 조성물 및 시효열처리의 온도를 제외한 나머지 공정은 이 분야에서 공지된 방법에 의하여 실시될 수 있다.
상기 시효열처리는 요구물성에 따라 열처리 온도를 달리할 수 있는데, 상기와 같은 조성상의 특성, 예컨대, Sn의 첨가에 의한 화합물의 석출 거동이 상이해지는 등으로 인해, 공지의 방법과 달리 130~150℃가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 140℃에서 열처리공정을 수행하는 것이 균일한 석출상 분포와 조대한 석출을 방지하는 면에서 바람직하다.
상기의 제조방법에서 알루미늄 합금용 조성물은, 알루미늄 합금 총 중량에 대하여 Mn 0.50~0.70중량%를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 본 발명의 알루미늄 합금은, 알루미늄 합금 총 중량에 대하여, Fe 0.001~0.50중량%, Cu 0.01~0.10중량%, Cr 0.01~0.25중량%, 및 Zn 0.01~0.20중량%로 이루어진 군으로부터 선택된1종 이상을 성분을 더 포함할 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
실시예 1 내지 비교예 1 내지3: 알루미늄 합금의 제조
본 발명에 따른 알루미늄 합금의 특성(인장강도, 항복강도, 연신율) 확인을 위해, 하기 표 1과 같은 성분조성으로 실시예 1 및 비교예 1~3의 알루미늄 합금 시험편을 제조하였다.
Si Mg Sn Mn Fe Cu Cr Zn Al 및 불순물
실시예 1 1.25 0.68 0.85 0.55 0.20 0.03 0.15 0.02 잔량
비교예 1 1.0 0.55 1.0 0.55 0.20 0.03 0.15 0.02 잔량
비교예 2 1.2 0.95 1.0 0.55 0.20 0.03 0.15 0.02 잔량
비교예 3 1.2 0.55 1.0 0.55 0.20 0.03 0.10 0.02 잔량
단위: 중량%
시험예 1: 알루미늄 합금의 가공성 및 경도 평가
실시예 1 및 비교예 1~3에서 제조된 알루미늄 합금 시험편의 가공성 및 경도를 평가하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
Si Mg Sn 가공성 경도
실시예 1 1.25 0.65 0.85 우수
(칩말림 없음,
공구파손 없음,
버(burr) 잔존량 적음		 우수
(HB 104~110)
비교예 1 1.0 0.55 1.0 보통 미흡
(HB 88~90)
비교예 2 1.2 0.95 1.0 미흡
(칩말림 발생함)		 보통
(HB 102~105)
비교예 3 1.2 0.55 1.0 미흡
(소구경 드릴 파손)		 보통
(HB 98~100)
시험예 2: 알루미늄 합금의 인장강도, 항복강도 및 연신율 평가
실시예 1 및 시판되는 알루미늄 합금 시험편의 인장강도, 항복강도 및 연신율을 평가하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 인장 (MPa) 항복 (MPa) 연신율(%)
실시예 1 371 337 14.7
6082 상용합금 357 336 13.6
상기 표 3에 나타낸 데이터로부터 본 발명의 알루미늄 합금은 인장강도, 항복강도 및 연신율에 있어서, 6082 상용합금보다 우수함을 확인할 수 있다.
시험예 3: 알루미늄 합금의 가공속도 평가
실시예 1 및 6082 상용합금 시험편의 가공성을 소구경 드릴 4종을 이용하여 평가하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 시판품 실시예 1 비고
Φ 3.275 스핀들 속도 (rpm) 15,000 15,000 100% 향상
Feeding 속도 2,000 4,000
Φ 3.63 스핀들 속도 (rpm) 15,000 15,000 10% 향상
Feeding 속도 3,000 3,500
Φ4.64 스핀들 속도 (rpm) 12,000 13,500
Feeding 속도 1,500 1,800
Φ5.25 스핀들 속도 (rpm) 10,000 11,000
Feeding 속도 1,300 1,500
도 1은 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 알루미늄 합금 시험편의 가공시에 발생하는 칩의 형태를 촬영한 사진이다[(a) 비교예 1, (b) 비교예 2, (c) 비교예 3, (d) 실시예 1].

Claims (6)

  1. 알루미늄 합금 총 중량에 대하여, Si 1.2∼1.4중량%, Mg 0.6∼0.75중량%, Sn 0.8~1.0중량%, 및 잔량의 Al 및 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금.
  2. 청구항 1에 있어서, 알루미늄 합금 총 중량에 대하여 Mn 0.50~0.70중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금.
  3. 청구항 1에 있어서, 알루미늄 합금 총 중량에 대하여, Fe 0.001~0.50중량%, Cu 0.01~0.10중량%, Cr 0.01~0.25중량%, 및 Zn 0.01~0.20중량%로 이루어진 군으로부터 선택된1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금.
  4. 조성물 총 중량에 대하여, Si 1.2∼1.4중량%, Mg 0.6∼0.75중량%, Sn 0.8~1.0중량%, 및 잔량의 Al 및 불순물을 포함하는 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금용 조성물을 준비하는 단계;
    상기 알루미늄 합금용 조성물을 연주공정을 거쳐 빌렛으로 제조하는 단계; 및
    상기 단계에서 제조된 빌렛을 균질화열처리, 압출, 스트래칭 및 시효열처 리시키는 단계를 포함하며,
    상기 시효열처리는 130~150℃에서 수행되는 것임을 특징으로 하는 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금용 조성물은 조성물 총 중량에 대하여 Mn 0.50~0.70중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금용 조성물은 조성물 총 중량에 대하여, Fe 0.001~0.50중량%, Cu 0.01~0.10중량%, Cr 0.01~0.25중량%, 및 Zn 0.01~0.20중량%로 이루어진 군으로부터 선택된1종 이상의 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금의 제조방법.
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