KR20140021396A - Manufacturing method of aluminum alloys using shape and creation location control for strengthening phase - Google Patents

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KR20140021396A KR1020120087884A KR20120087884A KR20140021396A KR 20140021396 A KR20140021396 A KR 20140021396A KR 1020120087884 A KR1020120087884 A KR 1020120087884A KR 20120087884 A KR20120087884 A KR 20120087884A KR 20140021396 A KR20140021396 A KR 20140021396A
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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing aluminum alloys and more specifically, to a method for manufacturing aluminum alloys using control of a creation location and the shape of a strengthening phase, which maximizes a coefficient of elasticity of the aluminum alloys by controlling a creation location and the shape of a strengthening phase which is generated by adding alloy elements such as boron and titanium into aluminum, by controlling a cooling speed and a molten metal temperature in an aluminum alloy process. [Reference numerals] (AA) Form a strengthening phase; (S001) Charge pure Al, Al-5B master alloy (850°C); (S002) Maintain 30 minutes; (S003) Charge Al-10Ti master alloy (850°C); (S004) Maintain for 20 minutes; (S005) Charge Si element; (S006) Maintain for 30 minutes (1000°C); (S007) Tap to a mold

Description

강화상의 형상 및 생성 위치 제어를 이용한 알루미늄 합금 제조 방법 {Manufacturing Method of Aluminum Alloys Using Shape and Creation Location Control for Strengthening Phase}Manufacturing Method of Aluminum Alloys Using Shape and Creation Location Control for Strengthening Phase
본 발명은 알루미늄 합금 제조 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 알루미늄 합금의 탄성계수를 향상시키기 위하여 알루미늄 내 첨가하여 생성되는 강화상의 형상 및 생성 위치를 제어하여 합금의 탄성 계수를 최대화 하는 강화상의 형상 및 생성 위치 제어를 이용한 알루미늄 합금 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing an aluminum alloy, and more particularly, to reinforce the shape of the reinforcing phase to maximize the modulus of elasticity of the alloy by controlling the shape and position of the reinforcing phase produced by addition in aluminum to improve the elastic modulus of the aluminum alloy and It relates to a method for producing aluminum alloy using the production position control.
최근 차량의 내구성 및 소음진동(NVH, Noise, vibration, and harshness) 향상을 위한 고탄성 알루미늄 합금의 개발이 이루어지고 있다. 즉, 고탄성 소재를 획득하기 위하여, 알루미늄에 다양한 합금 원소를 첨가하여 알루미늄이 가진 고유의 탄성 계수 이상의 탄성계수를 획득하기 위하여 개발이 이루어진다.Recently, high elastic aluminum alloys have been developed to improve vehicle durability and noise (NVH, noise, vibration, and harshness). That is, in order to obtain a high elastic material, the development is made in order to obtain an elastic modulus higher than the inherent elastic modulus of aluminum by adding various alloying elements to aluminum.
일반적으로, 알루미늄 합금의 탄성 계수를 증가시키기 위한 강화상(strengthening phase)으로는 티타늄(Ti, Titanium)및 붕소(B, Boron) 합금 원소 첨가시 생성되는 TiB2, AlB2 및 Al3Ti 등이 있다.In general, strengthening phases for increasing the elastic modulus of aluminum alloys include TiB2, AlB2 and Al3Ti, which are produced when titanium (Ti, Titanium) and boron (B, Boron) alloying elements are added.
상기 강화상은 알루미늄에 합금원소를 투입한 후 열처리하면, 이로 인해 미세 금속 탄화물 등이 석출되고 석출된 탄화물에 의해 그 강재의 강도 등 물성이 강화된 것을 의미하며, 상기와 같은 TiB2, AlB2 및 Al3Ti 강화상은 알루미늄의 탄성 계수를 증가시켜 요구된 탄성 계수를 만족시키고 있었다.The reinforcing phase means that after the alloy element is added to aluminum and heat treated, the precipitated fine metal carbides are precipitated, and the precipitated carbides are used to strengthen the properties of the steel, such as the strength of the steel, such as TiB2, AlB2, and Al3Ti. The phase increased the modulus of elasticity of aluminum to meet the required modulus of elasticity.
일반적으로 알루미늄 합금은 약 800℃에서 용해하여 제조되고 있다. 그러나, 상기 티타늄, 붕소와 같은 합금 원소는 융점이 높은 성질을 가지고 있으며, 이러한 고융점의 합금 원소를 상기 알루미늄 합금에 사용하기 위해서는 용해 온도를 약 1000℃까지 상승시켜야 하는 단점이 있었다. 만일, 상기 티타늄, 붕소 합금 원소를 종래의 낮은 온도(약 800℃)를 이용한 공정에 사용하게 되면, 탄성 계수를 증가시키는 강화상의 생성 분율이 현저하게 낮아지게 되는 문제가 있었다. 따라서, 용해점의 온도를 올리기 위한 에너지의 소비가 증가하고, 이로 인한 비용의 증가를 발생하는 문제가 있었다.In general, aluminum alloy is prepared by melting at about 800 ℃. However, the alloying elements such as titanium and boron have a high melting point, and in order to use such high melting point alloying elements in the aluminum alloy, the melting temperature has to be raised to about 1000 ° C. If the titanium and boron alloy elements are used in a process using a conventional low temperature (about 800 ° C.), there is a problem in that the fraction of formation of the reinforcing phase which increases the modulus of elasticity is significantly lowered. Therefore, there is a problem that the consumption of energy for raising the temperature of the melting point increases, resulting in an increase in cost.
또한, 상기와 같이 고온 (약 1000℃) 공정에서 생성되는 알루미늄 합금 내의 강화상(TiB2, AlB2, Al3Ti)은 다각형 또는 침상의 형태를 가진다. 다시말해서, 고온 알루미늄 합금 공정에서 생성되는 TiB2 및 AlB2 강화상은 다각형(Polygonal shape)의 형상을 가지고, Al3Ti 강화상은 침상(Needle shape)의 형태로 이루어진다.In addition, the reinforcement phases (TiB 2, AlB 2, Al 3 Ti) in the aluminum alloy generated in the high temperature (about 1000 ° C.) process as described above have a polygonal or needle shape. In other words, the TiB2 and AlB2 reinforcement phases generated in the high temperature aluminum alloy process have a polygonal shape, and the Al3Ti reinforcement phase is formed in the shape of a needle shape.
그러나, 동일한 생성 분율이라고 가정할 경우, 다각형의 형태를 갖는 강화상 보다 침상의 형태를 갖는 강화상이 탄성계수를 더 크게 증가시키는 결과를 가져오며, 강기 강화상 중 탄성계수 향상 효과는 TiB2가 가장 크기(탄성계수 570Gpa) 때문에, 탄성계수 향상에 있어서, 다각형의 형태를 TiB2의 효율이 상대적으로 저하되는 단점이 있었다.
However, if it is assumed that the same fraction is produced, the reinforcement phase having the needle-like shape increases the modulus of elasticity more than the reinforcement phase having the polygonal shape, and the modulus improvement effect of the rigid reinforcement phase is TiB2. Because of the (elastic coefficient 570 Gpa), in the improvement of the elastic modulus, the polygonal shape has a disadvantage in that the efficiency of TiB2 is relatively lowered.
마지막으로, 종래의 알루미늄 합금 공정시 생성되는 강화상의 위치는 기지 내(Matrix) 또는 입계(grain boundary)내 중 어느 곳에나 생성될 수 있었다. 그러나, 강화상이 입계에 존재하게 되면, 입계 파괴가 발생할 수 있으며, 이 경우 기계적 특성이 현저하게 떨어지게 되는 단점이 있었다.
Finally, the position of the reinforcing phase produced in a conventional aluminum alloy process could be created anywhere in the matrix or grain boundary. However, when the reinforcing phase is present at the grain boundary, the grain boundary fracture may occur, in which case the mechanical properties are significantly reduced.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로서, The present invention has been made to solve the above problems,
알루미늄 합금 공정시, 융탕 온도 및 냉각 속도를 제어함으로써, 알루미늄 내에 티타늄, 붕소와 같은 합금 원소를 첨가하여 생성되는 강화상의 형상 및 생성 위치를 제어하고, 이를 통하여 알루미늄 합금의 탄성 계수를 최대화 하는 강화상의 형상 및 생성 위치 제어를 이용한 알루미늄 합금 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
During the aluminum alloy process, by controlling the melting temperature and the cooling rate, the shape and position of the reinforcing phase produced by adding alloying elements such as titanium and boron in the aluminum are controlled, thereby maximizing the elastic modulus of the aluminum alloy. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an aluminum alloy using shape and production position control.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여,According to an aspect of the present invention,
알루미늄 합금 제조 방법에 있어서, 순수한 알루미늄을 제1온도로 용해하여 알루미늄 용해물을 형성하고 붕소 모합금을 장입하는 단계; 붕소 모합금이 장입된 상기 알루미늄 용해물에 티타늄 모합금을 장입하는 단계; 상기 알루미늄 용해물에 규소 원소를 장입하는 단계; 상기 알루미늄 용해물의 온도를 상기 제1온도보다 높은 제2온도로 상승시키는 단계; 및 상기 알루미늄 용해물을 금형내에 출탕하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of producing an aluminum alloy, comprising: dissolving pure aluminum at a first temperature to form an aluminum melt and charging a boron master alloy; Charging a titanium mother alloy to the aluminum melt loaded with a boron mother alloy; Charging silicon element into the aluminum melt; Raising the temperature of the aluminum melt to a second temperature higher than the first temperature; And tapping the aluminum melt into a mold.
또한, 금형내에 출탕된 알루미늄 용해물을 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The method may further include cooling the aluminum melt melted in the mold.
또한, 상기 알루미늄 용해물을 교반하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it characterized in that it further comprises the step of stirring the aluminum melt.
또한, 순수한 알루미늄을 제1온도로 용해하여 알루미늄 용해물을 형성하고 붕소 모합금을 장입하는 단계는, 상기 알루미늄 용해물에 붕소 모합금을 장입하고 30분간 온도를 유지하며 대기하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, dissolving pure aluminum at a first temperature to form an aluminum melt and charging a boron master alloy further includes charging the boron master alloy to the aluminum melt, maintaining the temperature for 30 minutes, and waiting. It is characterized by.
또한, 붕소 모합금이 장입된 상기 알루미늄 용해물에 티타늄 모합금을 장입하는 단계는, 상기 알루미늄 용해물에 티타늄 모합금을 장입하고 20분간 온도를 유지하며 대기하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of charging the titanium mother alloy in the aluminum melt containing the boron mother alloy, characterized in that it further comprises the step of charging the titanium mother alloy in the aluminum melt and maintaining the temperature for 20 minutes. .
또한, 상기 알루미늄 용해물에 규소 원소를 장입하는 단계; 및 상기 알루미늄 용해물의 온도를 상기 제1온도보다 높은 제2온도로 상승시키는 단계는, 상기 알루미늄 용해물에 규소 원소를 장입하고, 상기 알루미늄 용해물의 온도를 제2온도로 상승시킨 후 온도를 유지하며 30분간 대기하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of charging a silicon element in the aluminum melt; And raising the temperature of the aluminum melt to a second temperature higher than the first temperature, charging silicon element to the aluminum melt, raising the temperature of the aluminum melt to a second temperature, and then raising the temperature. It is characterized in that it further comprises the step of holding for 30 minutes.
또한, 상기 제1온도는 850℃이고, 상기 제2온도는 1000℃인 것을 특징으로 한다.In addition, the first temperature is 850 ℃, the second temperature is characterized in that 1000 ℃.
또한, 금형내에 출탕된 상기 알루미늄 용해물을 냉각시키는 단계는, 2℃/sec 보다 빠른 속도로 냉각하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the step of cooling the melted aluminum melted in the mold, it characterized in that the cooling at a rate faster than 2 ℃ / sec.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은,The present invention having the above-
알루미늄 합금 공정에 있어서, 융탕 온도 및 냉각 속도의 제어를 통하여 알루미늄 합금 내의 강화상의 형상 및 위치를 제어함으로써, 알루미늄 합금의 탄성 계수를 향상시키는 효과가 있다.In the aluminum alloy process, there is an effect of improving the elastic modulus of the aluminum alloy by controlling the shape and position of the reinforcing phase in the aluminum alloy through control of the melting temperature and the cooling rate.
또한, 상기와 같이 형성돤 알루미늄 합금은 종래의 공정에 의하여 생성된 알루미늄 합금(75Gpa)에 비해 높은 탄성계수(90Gpa)를 갖는 효과가 있으며, 따라서, 상기 알루미늄 합금이 사용되는 차량 구동부과 같은 곳에서, 동일한 부품을 적용시 보강재의 사용을 종래의 알루미늄 합금 보다 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 더욱이, 상기와 같이 보강재의 사용을 감소시킬 수 있으므로, 차량 경량화를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
In addition, the aluminum alloy formed as described above has an effect of having a high modulus of elasticity (90 Gpa) compared with the aluminum alloy (75 Gpa) produced by the conventional process, and therefore, in the same place as the vehicle driving unit where the aluminum alloy is used. When applying the same component, there is an effect that can reduce the use of the reinforcement than conventional aluminum alloy. Moreover, since the use of the reinforcing material can be reduced as described above, there is an effect of improving the vehicle weight.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 합금을 제조하는 제조공정을 간략하게 나타내는 플로우차트이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 합금을 제조하는 제조공정을 간략하게 나타내는 블럭도이다.
도 3 내지 도 6은 상기 도 2의 각 단계를 각각 나타낸다.
도 7a은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기와 같이 온도를 조절함으로써, 강화상이 침상형으로 생성된 실시예를 나타내는 사진이며, 도 7b는 종래의 알루미늄 합금 공정을 통하여 형성된 다각형 형상으로 형성된 강화상을 나타내는 사진이다.
도 8은 붕소화물(borides) 화합물을 생성하기 위한 티타늄, 붕소, 규소의 화학 조성을 나타내는 표이다.
도 9a 및 도 9b는 상기 티타늄와 붕소의 비율이 1:1 내지 2:1보다 큰 경우의 초과 B(Excess B)가 합금 내에 형성된 미세조직을 나타내는 사진이다.
도 10은 강화상 형상에 다른 탄성계수를 나타내는 그래프이다.
도 11은 강화상 형상에 따른 기계적 특성 향상 효과를 나타내는 그래프이다.
1 is a flowchart briefly showing a manufacturing process for manufacturing an aluminum alloy according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram briefly showing a manufacturing process for producing an aluminum alloy according to a preferred embodiment of the present invention.
3 to 6 show each step of FIG. 2.
7A is a photograph showing an embodiment in which a reinforcing phase is formed in a needle shape by adjusting the temperature as described above according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a reinforcing image formed in a polygonal shape formed through a conventional aluminum alloy process. It is a photograph showing.
8 is a table showing chemical compositions of titanium, boron, and silicon for producing borides compounds.
9A and 9B are photographs showing the microstructure in which excess B (Excess B) is formed in the alloy when the ratio of titanium and boron is greater than 1: 1 to 2: 1.
10 is a graph showing an elastic modulus different in shape of a reinforcement phase.
11 is a graph showing the effect of improving the mechanical properties according to the shape of the reinforcement phase.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 합금을 제조하는 제조공정을 간략하게 나타내는 플로우차트이며, 도 2는 제조공정을 간략하게 나타내는 블럭도로, 알루미늄 합금 공정에 있어서, 알루미늄에 합금 원소들을 첨가하고, 각 단계별로 시간 및 온도를 제어함으로써, 강화상 형성을 제어하는 과정을 나타낸다. 또한, 도 3 내지 도 6는 상기 도 2의 각 단계를 각각 나타낸다.
1 is a flow chart briefly showing a manufacturing process for manufacturing an aluminum alloy according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a block diagram briefly showing a manufacturing process, in the aluminum alloy process, adding alloying elements to aluminum And controlling the formation of the strengthened phase by controlling the time and temperature in each step. 3 to 6 show each step of FIG. 2.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 알루미늄 합금 공정의 최초 단계에 있어서, 용해 온도 850℃ 하에서 순수한 알루미늄(Pure Al)에 Al-5B 모합금을 장입하고(S001), 온도를 유지하며 30분을 대기한다(S002).As shown in Figure 3, in the initial stage of the aluminum alloy process of the present invention, charged Al-5B mother alloy in pure aluminum (Pure Al) under a melting temperature of 850 ℃ (S001), maintaining the temperature for 30 minutes Wait for (S002).
모합금이란 합금을 만들 때 첨가하려는 합금원소를 정량만큼 균일하게 첨가하기 위해서는 원소 단체를 단번에 첨가하면 목적한 대로 섞여지지 않을 때가 있으므로 첨가원소를 다량으로 함유한 합금을 별도로 융제로 만들어 놓고, 이것의 작은 조각을 바라는 합금의 기초가 되는 금속의 융액에 가하여 희석하는 방법을 취하는데, 이를 위하여 만든 합금원소의 농도가 높은 합금을 모합금이라고 한다.In order to add the alloying elements to be added uniformly in a fixed amount, when the alloy is added, the master alloy may not be mixed as desired if the elemental elements are added at once, and the alloy containing a large amount of the additive elements is made separately as a flux. It takes a method of diluting a small piece by adding it to a melt of a metal, which is the basis of an alloy. The alloy having a high concentration of alloying elements is called a master alloy.
따라서, 본 발명의 알루미늄 합금 공정의 최초단계에서는, 상기 AL-5B 모합금을 첨가함으로써, 순수한 알루미늄에 붕소를 첨가한다.Therefore, in the initial stage of the aluminum alloy process of the present invention, boron is added to pure aluminum by adding the AL-5B mother alloy.
바람직하게는, 상기 단계에서는 알루미늄에 Al-5B를 첨가한 후, 850℃ 용해 온도에서 30분간 유지한 후에 다음 공정을 진행한다.
Preferably, in the above step, Al-5B is added to aluminum, and then maintained at 850 ° C. dissolution temperature for 30 minutes before proceeding to the next step.
상기와 같이, 용해온도 850℃ 하에서 붕소를 첨가하는 1단계 공정을 거친 알루미늄에 도 4에 도시된 바와 같이, Al-10Ti 모합금을 첨가한다(S003). 본 2단계 공정에서의 용해 온도는 상기 1단계 공정과 마찬가지로 850℃로 유지되며, 이러한 상태에서 상기 Al-10Ti모합금이 첨가된다.As described above, the Al-10Ti mother alloy is added to the aluminum which has undergone the one-step process of adding boron under the dissolution temperature of 850 ° C. (S003). The dissolution temperature in this two-step process is maintained at 850 ° C. as in the one-step process, in which the Al-10Ti mother alloy is added.
이러한 2단계 공정을 통하여 상기 1단계 공정에서 합금원소 붕소가 첨가된 알루미늄에 티타늄를 첨가할 수 있다.Through such a two-step process, titanium may be added to aluminum to which the boron alloying element is added in the first step.
바람직하게는, 상기 2단계 공정에서는 알루미늄에 Al-10Ti를 첨가한 후, 상기 1단계와 마찬가지로 850℃ 온도를 유지하는 상태로 20분간 대기(S004)한 후에 다음 공정을 진행한다.
Preferably, in the two-step process, after Al-10Ti is added to the aluminum, the air is maintained for 20 minutes (S004) in the state of maintaining the temperature of 850 ℃ as in the first step and then proceeds to the next step.
용해온도 850℃ 하에서 티타늄을 첨가하는 2단계 공정을 거친 알루미늄에 도 5에 도시된 바와 같이, 규소(Si, Silicon) 원소를 첨가한다(S005). 본 3단계 공정 역시 용해 온도를 상기 1단계 및 2단계 공정과 마찬가지로 850℃로 유지하는 것이 바람직하며, 이 상태에서 상기 규소 원소가 첨가된다.As shown in FIG. 5, silicon (Si, Silicon) elements are added to aluminum which has been subjected to a two-step process of adding titanium under a melting temperature of 850 ° C. (S005). In this three step process, it is preferable to maintain the dissolution temperature at 850 ° C. as in the first and second step processes, in which the silicon element is added.
이러한 3단계 공정을 통하여 상기 1단계 및 2단계 공정을 통하여 합금원소 붕소 및 티타늄이 첨가된 알루미늄에 규소를 첨가할 수 있다.Through the three-step process, silicon may be added to the aluminum to which the boron alloy and titanium are added through the first and second steps.
상기 규소는 석출에 의한 강화를 유발해서 강도를 향상시키기 위하여 첨가하는 합금 원소로, 상기 1단계 공정 및 상기 2단계 공정을 통하여 붕소 및 티타늄을 첨가함으로써 탄성력을 향상시킨 알루미늄의 강성을 향상시키기 위하여 첨가된다.The silicon is an alloying element which is added to increase the strength by causing precipitation by precipitation, and is added to improve the rigidity of the aluminum having improved elasticity by adding boron and titanium through the first step and the second step. do.
바람직하게는, 상기 3단계 공정에서는 알루미늄에 규소를 첨가한 후, 온도를 1000℃로 상승시키고, 이후 30분간 온도를 유지시키며 대기한다(S006).Preferably, in the three-step process, after the addition of silicon to aluminum, the temperature is raised to 1000 ℃, and then waiting for 30 minutes while maintaining the temperature (S006).
상기와 같은 온도의 상승은 강화상의 형상을 제어하기 위한 것으로, 상기와 같이 온도를 850℃ 에서 1000℃로 상승시킴으로써, 상기 티타늄 및 붕소를 첨가함으로써 형성되는 강화상, TiB2 및 AlB2의 형상이 다각형의 형상이 아닌 침상형으로 형성할 수 있다. 상기와 같은 공정은 본 발명의 특징적인 기술로, 알루미늄 용해물의 용해 온도를 제어함으로써, 강화상의 형상을 제어하여 탄성계수를 증가시킬 수 있는 장점을 제공한다.The increase in temperature is for controlling the shape of the reinforcing phase, and the shape of the reinforcing phase TiB2 and AlB2 formed by adding the titanium and boron by raising the temperature from 850 ° C to 1000 ° C as described above is a polygonal shape. It can be formed in a needle shape instead of a shape. Such a process is a characteristic technique of the present invention, by controlling the dissolution temperature of the aluminum melt, it provides an advantage that the elastic modulus can be increased by controlling the shape of the reinforcing phase.
도 7a은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기와 같이 온도를 조절함으로써, 강화상이 침상형으로 생성된 실시예를 나타낸 사진이며, 도 7b는 종래의 알루미늄 합금 공정을 통하여 형성된 다각형 형상으로 형성된 강화상을 나타내고 있다.
Figure 7a is a photograph showing an embodiment in which the reinforcement phase is formed in the needle shape by adjusting the temperature as described above according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 7b is a reinforcement phase formed in a polygonal shape formed through a conventional aluminum alloy process Indicates.
한편, 상기 3단계 공정 후 1000℃ 온도에서 30분간 유지된 알루미늄 용해물은 도 6에 도시된 바와 같이 금형을 위하여 출탕하는 4단계 공정을 진행한다(S007). 금형 내에 출탕된 알루미늄 합금 용해물은 냉각되어 금형을 완성하는데, 이때, 냉각속도를 종래의 알루미늄 합금의 냉각속도보다 빠르게 함으로써, 알루미늄 합금 내의 강화상의 성장을 제한하도록 하는 것이 바람직하다.On the other hand, the aluminum melt maintained for 30 minutes at 1000 ℃ temperature after the three-step process proceeds to the four-step process of tapping for the mold as shown in Figure 6 (S007). The aluminum alloy melt melted in the mold is cooled to complete the mold, wherein it is preferable to limit the growth of the reinforcing phase in the aluminum alloy by making the cooling rate faster than that of the conventional aluminum alloy.
다시말해서, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 금형내에 출탕된 알루미늄 합금의 냉각은 종래의 알루미늄 합금의 냉각속도 2℃/sec 보다 빠르게 이루어지도록 하고, 이는 상기 알루미늄 합금 내에서 강화상의 성장을 제한함으로써, 종래의 알루미늄 합금 공정에서 생성된 다각형 형상의 강화상 대신 침상 또는 판상의 강화상을 형성할 수 있다.In other words, in a preferred embodiment of the present invention, the cooling of the aluminum alloy tapped into the mold is made faster than the cooling rate of 2 ° C./sec of the conventional aluminum alloy, which limits the growth of the reinforcing phase in the aluminum alloy, It is possible to form a needle-like or plate-shaped reinforcement phase instead of the polygonal reinforcement phase generated in the conventional aluminum alloy process.
또한, 바람직하게는, 상기 4단계 공정시 1000℃온도로 유지된 알루미늄 합금은 금형에 출탕하기 전 기계적 교반이 실시된다. 상기 교반은 상기 알루미늄 합금의 강화상이 입계(grain boundary) 내에 생성되는 것을 지연함으로써, 강화상이 기지 내(matrix)에 존재하도록 하는 기능을 한다.Also, preferably, the aluminum alloy maintained at 1000 ° C. in the four step process is subjected to mechanical stirring before tapping into the mold. The agitation serves to delay the formation of the reinforcement phase of the aluminum alloy within grain boundaries, thereby allowing the reinforcement phase to be present in the matrix.
바람직하게는 1000℃로 유지되는 상기 알루미늄 합금 용해물은 금형에 출탕하기 전에 500rpm으로 기계적 교반을 실시한다.
Preferably, the aluminum alloy melt maintained at 1000 ° C. is subjected to mechanical stirring at 500 rpm before tapping into the mold.
도 8은 붕소화물(borides) 화합물을 생성하기 위한 티타늄, 붕소, 규소의 화학 조성을 나타내는 표이다.8 is a table showing chemical compositions of titanium, boron, and silicon for producing borides compounds.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 붕소화물 화합물 생성을 위한 합금 조성비는 상기 도 8에 도시된 바와 같이, 티타늄와 붕소의 비율이 1:1 내지 2:1 사이가 바람직하다. In a preferred embodiment of the present invention, the alloy composition ratio for generating the boride compound is preferably a ratio of titanium and boron 1: 1 to 2: 1 as shown in FIG.
상기 비율은 알루미늄 합금의 탄성계수를 증가하기 위하여 TiB2 (570GPa), AlB2 (277GPa), Al3Ti (220GPa)과 같은 강화상이 최대한 생성되도록 하기 위한 것이다. The ratio is to maximize the reinforcement phase such as TiB2 (570GPa), AlB2 (277GPa), Al3Ti (220GPa) in order to increase the elastic modulus of the aluminum alloy.
도 9a 및 도 9b는 상기 티타늄와 붕소의 비율이 1:1 내지 2:1보다 큰 경우의 초과 붕소(Excess B)가 합금 내에 형성된 미세조직을 나타내는 사진이다.9A and 9B are photographs showing a microstructure in which excess boron (Excess B) is formed in an alloy when the ratio of titanium and boron is greater than 1: 1 to 2: 1.
도시된 바와 같이, 상기 티타늄와 붕소의 비율이 1:1 내지 2:1보다 큰 경우, 즉, 티타늄:붕소 >= 2:1일 때, 초과 붕소가 합금 내에 용해되지 못하여 알루미늄 합금의 인장 강도 등의 특성을 저하시킬 수 있다.As shown, when the ratio of titanium to boron is greater than 1: 1 to 2: 1, that is, when titanium: boron> = 2: 1, excess boron is not dissolved in the alloy, such as tensile strength of an aluminum alloy. It may lower the characteristic.
다라서, 상기 도 8에 도시된 표에서와 같이, 상기 상기 티타늄와 붕소의 비율은 1:1 내지 2:1 내에서 결정되는 것이 바람직하다.
Therefore, as shown in the table shown in FIG. 8, the ratio of the titanium and boron is preferably determined within 1: 1 to 2: 1.
도 10은 강화상 형상에 다른 탄성계수를 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing an elastic modulus different in shape of a reinforcement phase.
도시된 바와 같이, 강화상의 가로세로 비율(Aspect ratio, 이하 '종횡비'라 함)은 탄성계수에 큰 영향을 미치는데, 종횡비가 0에 가까울 수록, 즉, 침상 형상을 가질 수록 탄성계수가 크게 증가하는 것을 볼 수 있다. 그러나, 강화상의 종횡비가 1일 경우, 즉 가로와 세로의 길이가 같을 경우에는 탄성 계수가 제일 낮으며, 그 이후 종횡비의 증가에 따라 탄성 계수가 증가하는 것을 볼 수 있다.As shown, the aspect ratio (hereinafter, referred to as 'aspect ratio') of the reinforcement phase has a great influence on the modulus of elasticity, and the modulus of elasticity increases greatly as the aspect ratio approaches zero, that is, the needle shape. I can see that. However, when the aspect ratio of the reinforcing phase is 1, that is, when the length and width are the same, the elastic modulus is the lowest, and the elastic modulus increases with the increase in the aspect ratio thereafter.
따라서, 강화상 형상은 침상 형상을 하는 것이 탄성계수의 증가를 위하여 바람직하다는 것을 알 수 있다.
Accordingly, it can be seen that the reinforcing phase shape is preferably acicular shape for the increase of the elastic modulus.
도 11은 강화상 형상에 따른 기계적 특성 향상 효과를 나타내는 그래프이다.11 is a graph showing the effect of improving the mechanical properties according to the shape of the reinforcement phase.
도시된 바와 같이, TiB2 강화상이 다각형인 경우, 상기 TiB2 강화상이 침상일 경우보다 더 낮은 스트레스에서 더욱 변형이 많이 되는 것을 알 수 있다.As shown, it can be seen that when the TiB2 strengthened phase is polygonal, the TiB2 reinforced phase is more deformed at a lower stress than when the TiB2 reinforced phase is a needle.
또한, TiB2 강화상이 침상일 경우에도, 종횡비가 더 클수록 더 큰 스트레스를 견딜 수 있는 것을 알 수 있으며, 이는 강화상 형상에 따라 알루미늄 합금의 기계적 특성이 향상되고 있음을 나타낸다.
In addition, even when the TiB2 reinforcement phase is acicular, it can be seen that the larger the aspect ratio, the more stress can be tolerated, which indicates that the mechanical properties of the aluminum alloy is improved according to the shape of the reinforcement phase.
이상으로 본 발명의 강화상의 형상 및 생성 위치 제어를 이용한 알루미늄 합금 제조 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 특정한 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도, 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.As mentioned above, although the preferred embodiment of the aluminum alloy manufacturing method using the shape of the reinforcement phase and the production position control of the present invention has been described in detail, this is merely a specific example for the purpose of understanding the present invention, and the scope of the present invention. It is not intended to be limiting. In addition to the embodiments disclosed herein, it is apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention can be implemented.

Claims (8)

  1. 알루미늄 합금 제조 방법에 있어서,
    순수한 알루미늄을 제1온도로 용해하여 알루미늄 용해물을 형성하고 붕소 모합금을 장입하는 단계;
    붕소 모합금이 장입된 상기 알루미늄 용해물에 티타늄 모합금을 장입하는 단계;
    상기 알루미늄 용해물에 규소 원소를 장입하는 단계;
    상기 알루미늄 용해물의 온도를 상기 제1온도보다 높은 제2온도로 상승시키는 단계; 및
    상기 알루미늄 용해물을 금형내에 출탕하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화상의 형상 및 생성 위치 제어를 이용한 알루미늄 합금 제조 방법.
    In the aluminum alloy manufacturing method,
    Dissolving pure aluminum at a first temperature to form an aluminum melt and charging a boron master alloy;
    Charging a titanium mother alloy to the aluminum melt loaded with a boron mother alloy;
    Charging silicon element into the aluminum melt;
    Raising the temperature of the aluminum melt to a second temperature higher than the first temperature; And
    Tapping the aluminum melt into a mold;
    Aluminum alloy manufacturing method using the shape and generation position control of the reinforced phase comprising a.
  2. 제 1항에 있어서,
    금형내에 출탕된 알루미늄 용해물을 냉각시키는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강화상의 형상 및 생성 위치 제어를 이용한 알루미늄 합금 제조 방법.
    The method of claim 1,
    Cooling the aluminum melt melted in the mold;
    Aluminum alloy manufacturing method using the shape and generation position control of the reinforcement phase further comprising.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 알루미늄 용해물을 교반하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강화상의 형상 및 생성 위치 제어를 이용한 알루미늄 합금 제조 방법.
    The method of claim 1,
    Stirring the aluminum melt;
    Aluminum alloy manufacturing method using the shape and generation position control of the reinforcement phase further comprising.
  4. 제 1항에 있어서,
    순수한 알루미늄을 제1온도로 용해하여 알루미늄 용해물을 형성하고 붕소 모합금을 장입하는 단계는,
    상기 알루미늄 용해물에 붕소 모합금을 장입하고 30분간 온도를 유지하며 대기하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강화상의 형상 및 생성 위치 제어를 이용한 알루미늄 합금 제조 방법.
    The method of claim 1,
    Dissolving pure aluminum at a first temperature to form an aluminum melt and charging a boron master alloy,
    Charging a boron master alloy to the aluminum melt and maintaining the temperature for 30 minutes;
    Aluminum alloy manufacturing method using the shape and generation position control of the reinforcement phase further comprising.
  5. 제 1항에 있어서,
    붕소 모합금이 장입된 상기 알루미늄 용해물에 티타늄 모합금을 장입하는 단계는,
    상기 알루미늄 용해물에 티타늄 모합금을 장입하고 20분간 온도를 유지하며 대기하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강화상의 형상 및 생성 위치 제어를 이용한 알루미늄 합금 제조 방법.
    The method of claim 1,
    The step of charging a titanium mother alloy in the aluminum melt loaded with a boron mother alloy,
    Charging a titanium mother alloy to the aluminum melt and maintaining the temperature for 20 minutes;
    Aluminum alloy manufacturing method using the shape and generation position control of the reinforcement phase further comprising.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 알루미늄 용해물에 규소 원소를 장입하는 단계; 및
    상기 알루미늄 용해물의 온도를 상기 제1온도보다 높은 제2온도로 상승시키는 단계는,
    상기 알루미늄 용해물에 규소 원소를 장입하고, 상기 알루미늄 용해물의 온도를 제2온도로 상승시킨 후 온도를 유지하며 30분간 대기하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강화상의 형상 및 생성 위치 제어를 이용한 알루미늄 합금 제조 방법.
    The method of claim 1,
    Charging silicon element into the aluminum melt; And
    Raising the temperature of the aluminum melt to a second temperature higher than the first temperature,
    Charging silicon element into the aluminum melt, raising the temperature of the aluminum melt to a second temperature, and maintaining the temperature for 30 minutes;
    Aluminum alloy manufacturing method using the shape and generation position control of the reinforcement phase further comprising.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1온도는 850℃이고,
    상기 제2온도는 1000℃인 것을 특징으로 하는 강화상의 형상 및 생성 위치 제어를 이용한 알루미늄 합금 제조 방법.
    The method of claim 1,
    The first temperature is 850 ℃,
    The second temperature is 1000 ℃ manufacturing method of aluminum alloy using the shape of the reinforcement phase and the production position control.
  8. 제 2항에 있어서,
    금형내에 출탕된 상기 알루미늄 용해물을 냉각시키는 단계는,
    2℃/sec 보다 빠른 속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 강화상의 형상 및 생성 위치 제어를 이용한 알루미늄 합금 제조 방법.
    3. The method of claim 2,
    Cooling the aluminum melt melted in the mold,
    A method for producing an aluminum alloy using the shape of the reinforcement phase and the position control of the formation of the reinforcement phase, characterized by cooling at a speed higher than 2 ° C / sec.
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