KR20110027876A - 알루미늄 열간단조의 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 열간단조의 열처리 방법에 관한 것으로, a) 가열된 소재를 단조 및 트리밍하여 단조품을 제조하는 단계와, b) 상기 단조품의 잠열이 남아있는 상태에서 용체화 처리 가능온도로 승온시키는 단계와, c) 상기 승온된 단조품을 용체화 처리하는 단계와, d) 상기 용체화 처리된 단조품을 수냉하고, 시효처리하는 단계를 포함한다. 이와 같은 구성의 본 발명은 본 발명 알루미늄 열간단조의 열처리 방법은 열간단조 후 그 단조품을 공냉시키지 않고 용체화 처리 온도로 승온시켜 용체화 처리가 되도록 함으로써, 공냉 후 용체화 처리온도까지의 승온에 필요한 시간을 단축하여 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

알루미늄 단조, 용체화, 잠열

Description

알루미늄 열간단조의 열처리 방법{Heat treatment method for aluminium forging}

본 발명은 알루미늄 열간단조의 열처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열간단조 공정에서 사용되는 에너지를 절감하기 위한 알루미늄 열간단조의 열처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 알루미늄을 가열하여 단조로 특정한 제품의 형상을 가공하는 기술은 알려진 바와 같이 소재의 가열, 열간 단조, 트리밍, 공냉, 용체화처리, 수냉, 시효처리 과정들을 포함하고 있다.

특히 알루미늄 합금의 용체화처리는 석출경화형 합금에서 반드시 필요한 공정이다. 석출경화란 결정 내부에 석출물을 형성시켜 재료의 물성을 향상시키는 방법이다.

알루미늄 합금 내부에 석출물을 형성시키기 위해 먼저 재료를 가열하여 균일한 고용체로 만든 후 급랭하면 제2상을 석출할 수가 없어서 과포화 용질원자가 고 용된 불안정한 상태의 단일상으로 된다. 이 처리를 용체화처리(Solution treatment)라고 한다. 불안정한 과포화된 상을 적당한 온도로 가열하면 석출이 시작되고 안정한 상태로 돌아간다.

　 이와 같이 온도에 의한 용해도의 변화로 모상 중에 용입된 용질원자가 모상의 결정에서 나와서 모상의 결정구조와 다른 구조로 되는 현상이 석출(precipitation)이다. 이 석출에는 원자의 확산을 위한 시간이 필요하므로 석출경화를 시효경화(Age hardening)라고도 하며, 시간경과와 더불어 석출이 진행되면서 경화현상이 일어난다.

이와 같이 석출경화형 알루미늄 합금에는 용체화 처리가 필요하며, 이와 같은 종래 알루미늄 열간단조의 열처리 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 종래 알루미늄 열간단조의 열처리 방법의 공정순서도이고, 도 2는 도 1의 공정단계별 온도와 시간을 기재한 공정 그래프이다.

도 1과 도 2를 각각 참조하면 종래 알루미늄 열간단조의 열처리 방법은, S11단계와 같이 먼저 소재를 500~550℃로 가열하고, S12 및 S13단계에서와 같이 열간단조를 수행한 후, 트리밍 과정을 진행하여 단조품을 제조한다.

이때 열간단조와 트리밍을 수행하는 총시간은 30초 정도이며, 그 열간단조 및 트리밍된 소재는 높은 가열된 상태가 된다.

그 다음, S14단계에서는 상기 열간단조 및 트리밍된 단조품을 공기중에서 식히는 공냉 및 적재 과정을 거치게 된다.

그 다음, S16단계에서는 공냉된 상기 단조품을 다시 승온시켜 단조품을 용체화 처리시킬 수 있는 준비를 하게 된다. 이때 승온의 최종 목표온도는 용체화처리 온도인 530℃이며, 1.5 내지 2.5시간동안 단조품을 가열하여 그 최종 목표온도에 도달하도록 승온시킨다.

이때 온도를 더 급하게 상승시키는 경우 단조품이 열화되는 문제점이 발생하기 때문에 상대적으로 긴 시간동안 진행해야 한다.

그 다음, S17단계에서와 같이 상기 승온 최종 온도인 530℃에서 하여 용체화 처리한다. 용체화 처리는 약 4시간동안 진행되며, 앞서 설명한 바와 같이 용체처리에 의해 균일한 고용체를 만든다.

그 다음, S18단계에서는 상기 용체화 처리된 단조품을 수냉시키는 수냉공정을 수행하여 과포화 고용체를 생성하며, S19단계에서는 냉각된 단조품을 170℃에서 4 내지 7시간 동안 유지하여 시효처리한다.

상기한 바와 같이 종래 알루미늄 열간단조의 열처리 방법은 가열된 소재를 열간단조하기 위하여 가열하고, 그 열간단조 및 트리밍된 단조품을 공냉시킨 후, 다시 용체화처리를 위하여 가열하는 공정을 사용하기 때문에 그 단조품의 공냉과 재가열을 하는 공정시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 냉각된 단조품을 재가열해야 하기 때문에 에너지의 사용량이 상대적으로 많은 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 공정시간을 단축할 수 있으며, 에너지의 사용량을 줄일 수 있는 알루미늄 열간단조의 열처리 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 알루미늄 열간단조의 열처리 방법은, a) 가열된 소재를 단조 및 트리밍하여 단조품을 제조하는 단계와, b) 상기 단조품의 잠열이 남아있는 상태에서 용체화 처리 가능온도로 승온시키는 단계와, c) 상기 승온된 단조품을 용체화 처리하는 단계와, d) 상기 용체화 처리된 단조품을 수냉하고, 시효처리하는 단계를 포함한다.

본 발명 알루미늄 열간단조의 열처리 방법은 열간단조 후 그 단조품을 공냉시키지 않고 용체화 처리 온도로 승온시켜 용체화 처리가 되도록 함으로써, 공냉 후 용체화 처리온도까지의 승온에 필요한 시간을 단축하여 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

또한 본 발명 알루미늄 열간단조의 열처리 방법은, 단조품의 열을 이용하여 용체화 처리를 수행함으로써 공급되는 에너지를 줄여 제조비용을 절감하고, 단조품 의 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

이하, 상기와 같은 본 발명 알루미늄 열간단조의 열처리 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 단조 공정 순서도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 단조 공정의 시간과 온도 그래프이다.

도 3과 도 4를 각각 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 열간단조의 열처리 방법은, 소재를 가열하는 단계(S31)와, 상기 가열된 소재를 열간단조하여 단조품을 제조하는 단계(S32)와, 상기 제조된 단조품을 트리밍하는 단계(S33)와, 상기 트리밍된 단조품을 용체화 처리온도로 승온시키는 단계(S34)와, 상기 승온된 단조품을 그 용체화 처리온도에서 소정 시간 용체화 처리하는 단계(S35)와, 상기 용체화 처리된 단조품을 수냉하는 단계(S36)와, 상기 수냉된 단조품을 시효처리하는 단계(S37)로 이루어 진다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 열간단조의 열처리 방법과 효과에 대하여 보다 상세히 설명한다.

먼저, S31단계에서는 단조를 위한 알루미늄 소재를 500~550℃로 가열한다. 이때의 가열온도는 하나의 실시예이며 알루미늄 소재를 열간단조하기 위한 적당한 온도로 가열한다.

그 다음, S32단계에서는 상기 가열된 소재를 금형에서 열간단조 처리하여 단조품을 제조하고, S33단계에서는 상기 단조품을 트리밍한다.

상기 열간단조 및 트리밍에 소요되는 시간은 약 30초 이며, 이 시간의 경과에 따라 상기 단조품의 온도는 상기 소재의 가열온도인 500~550℃에서 소정의 온도로 냉각된다.

이때 냉각된 온도는 용체화가 가능한 온도범위 이거나 용체화가 가능한 온도보다 약간 낮은 온도가 될 수 있으며, 이는 외부 온도나 열간단조 장비의 조건 등에 따라 변경될 수 있다.

그 다음, S34단계에서는 상기 트리밍된 단조품의 온도를 용체화 처리 가능온도인 530℃까지 승온시킨다. 상기 트리밍된 단조품의 온도가 용체화 처리 가능온도 이하인 경우에 이와 같은 승온처리를 하며, 트리밍된 단조품의 온도가 용체화 처리 가능온도인 경우에는 승온 과정을 생략할 수 있다.

종래에는 트리밍된 단조품을 공냉시켜 상온에서 다시 용체화 가능온도인 530℃까지 가열하기 때문에 그 승온에 필요한 시간이 약 1.5에서 2.5시간이 필요하였고, 에너지의 소비 또한 상대적으로 많았다.

그러나 본 발명에서는 열간단조 및 트리밍 직후에 단조품의 잠열이 남아있는 상태에서 용체화를 시킴으로써, 용체화 가능 온도까지 승온시키는 시간을 단축함과 아울러 공급되는 에너지를 줄일 수 있게 된다.

따라서 본 발명은 공정시간의 단축으로 생산성을 향상시키며, 비용을 절감하여 단조품의 가격을 낮출 수 있게 된다.

그 다음, S35단계에서는 상기 승온 또는 승온되지 않은 상태의 용체화 처리 가능온도인 단조품을 그 용체화 처리 온도에서 4시간 동안 유지하여 용체화 처리를 한다.

상기 S33단계에서 트리밍된 단조품은 로봇에 의해 열처리로로 이송되며, 그 열처리로의 컨베이어를 지나면서 S34단계의 승온 및 S35단계의 용체화처리를 동시에 수행할 수 있으며, 이후에 설명하는 바와 같이 그 용체화처리된 단조품이 자동으로 물에 투입되어 수냉되도록 함과 아울러 그 수냉된 단조품을 이송하면서 다시 170℃까지 가열되어 시효처리되는 과정을 하나의 시스템에서 처리할 수도 있다.

그 다음, S36단계에서는 상기 4시간동안 용체화된 단조품을 수냉의 방법으로 급냉시키며, 그 급냉된 단조품을 S37단계와 같이 170℃로 가열한 상태로 7시간 유지하여 시효처리 한다.

이와 같은 처리를 통해 얻어지는 단조품은 그 물리적인 특성이 종래의 단조품과 동등한 수준이며, 이처럼 동등한 물성을 가지는 단조품을 보다 빠른 시간 내에 제조함이 가능하게 된다.

도 1은 종래 알루미늄 열간단조의 열처리 방법의 공정순서도이다.

도 2는 도 1의 공정단계별 온도와 시간을 기재한 공정 그래프이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 단조 공정 순서도이다.

도 4는 도 1의 공정단계별 온도와 시간을 기재한 공정 그래프이다.

Claims (3)

1. a) 가열된 소재를 단조 및 트리밍하여 단조품을 제조하는 단계;

   b) 상기 단조품의 잠열이 남아있는 상태에서 용체화 처리 가능온도로 승온시키는 단계;

   c) 상기 승온된 단조품을 용체화 처리하는 단계; 및

   d) 상기 용체화 처리된 단조품을 수냉하고, 시효처리하는 단계를 포함하는 알루미늄 열간단조의 열처리 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 b) 단계는,

   상기 잠열이 남아있는 단조품을 용체화 처리 가능온도인 530℃로 승온시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 열간단조의 열처리 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 c) 단계는 상기 용체화 처리 가능온도로 승온된 단조품을 그 용체화 처리 가능온도에서 4시간 처리하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 열간단조의 열처리 방법.

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