KR20150017143A - Magnesium alloy for extrusion with excellent plasticity―workability and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 아연(Zn)과 이트륨(Y)을 첨가하여서 된 마그네슘 합금과 관련한 것으로서, 특히, 가공경화성 및 고온에서의 소성가공성이 우수하여 통상의 압출기에서도 압출이 가능한 압출용 마그네슘 합금과 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a magnesium alloy obtained by adding zinc (Zn) and yttrium (Y), and particularly relates to a magnesium alloy for extrusion which can be extruded even in a conventional extruder because of excellent workability and workability at high temperatures, .
주지된 바와 같이 마그네슘 합금은 현재 실용화되고 있는 금속재료 중 가장 경량의 금속으로 한층 더 경량화를 달성하려는 금속재료 사용처에 있어서 알루미늄을 대체하여 각종 부품의 재료로 급속히 그 사용이 확대되고 있는 추세이다. 또한, 환경에 대한 이슈로 리사이클링에 많은 문제가 있는 플라스틱을 대체하여 전자제품에의 수요가 급격히 늘고 있다.As is well known, the magnesium alloy is the lightest metal among the metal materials currently in practical use, and its use is rapidly increasing as a material for various parts in place of aluminum in the use of metal materials to achieve further weight reduction. In addition, due to environmental issues, the demand for electronic products has been rapidly increasing, replacing plastics, which have many problems in recycling.
마그네슘 합금은 상용되고 있는 구조용 합금 가운데 가장 가벼운 밀도인 1.74g/cc을 가지고 있으며, 이는 알루미늄의 2/3에 해당된다. 또, 마그네슘 합금은 우수한 기계 가공성과 높은 진동 감쇠성, 진동 및 충격에 대한 탁월한 흡수성, 우수한 전자파 차단 기능 등을 구비하고 있다. 또한, 최근 급속히 마그네슘 합금이 컴퓨터나 휴대전화, 자동차 부품 등으로 확대되는 이유는 경량성, 재생성의 우수함과 함께 전자파에 대한 차폐능력을 가지고 있으며, 얇은 판재로서의 성형이 가능하기 때문이다.The magnesium alloy has the lightest density of 1.74 g / cc, which is two-thirds of aluminum, among the commonly used structural alloys. Magnesium alloys also have excellent machinability, high vibration damping properties, excellent absorbency against vibration and impact, and excellent electromagnetic wave shielding. In addition, recently, magnesium alloy is rapidly expanded to computers, mobile phones, automobile parts and the like because it has excellent lightness and regeneration ability, shielding ability against electromagnetic waves, and can be formed as a thin plate material.
이를 통해 볼 때 마그네슘 합금은 최근 소비자들로부터 인기를 얻고 있는 휴대용 전자제품의 구조재로 더할 나위 없이 좋은 소재임을 알 수 있다.
As a result, it can be seen that the magnesium alloy is a good material as a structural material for portable electronic products, which has recently become popular among consumers.
일반적으로 휴대용 전자제품 내장 구조재, 자동차 부품 또는 항공기 부품 등의 재료는 경량성과 고강도성, 고인성, 고성형성이 요구된다. 그런데 마그네슘은 소성변형에 필수적인 슬립시스템이 적은 조밀육방격자 구조를 지니고 있어 압출성이나 성형성이 나빠 주조에 의한 성형이 주로 이루어 졌다. 그러나 사형주조는 형상에 많은 제약이 따르고, 다이캐스팅에 의한 성형은 주조조직이 다공성이므로 표면처리에서 많은 문제를 야기한다.In general, materials such as interior parts for portable electronic products, automobile parts or aircraft parts are required to have light weight, high strength, high toughness and high quality. However, since magnesium has a dense hexagonal lattice structure with little slip system, which is essential for plastic deformation, extrusion and moldability are poor, and casting is mainly performed. However, die casting has many limitations on the shape, and molding by die casting causes many problems in the surface treatment because the casting structure is porous.
그러던 중 알루미늄과 아연 또는 망간을 합금한 AZ31, AM20등의 재료가 개발되면서 단상고용체의 연성을 이용한 소성 가공이 가능하게 되었다. 그러나 이들은 단상 고용체에 400℃이하 저융점인 공정상들을 포함하게 된다. 따라서 가공성이 우수하고 연성이 풍부함에도 불구하고 판재의 경우 이방성이 강하고 가공경화능이 적어 실제적으로는 소성가공성에 문제가 많아 상용화가 느리게 진행되고 있다. 압출에서는 350℃ 이상 온도에서 압출할 경우 다이와의 마찰열로 표면에 미세한 균열들이 지문처럼 존재하는 표면결함이 나타나 깨끗하고 결함없는 제품을 얻기가 어려웠다. 이런 미세한 주름형태의 표면균열들은 피로강도를 저하시키므로 제거해야 하는데 실제 현장에서는 비용문제 등으로 제거가 용이하지 않다.
Then AZ31 and AM20 alloys of aluminum and zinc or manganese alloys were developed, and plastic processing using the ductility of single phase solid solution became possible. However, they contain single-phase solid solutions with a melting point below 400 ° C. Therefore, despite the excellent workability and abundant ductility, the plate material has a strong anisotropy and low work hardening ability, so that there is a problem in plastic workability in practice and commercialization is progressing slowly. In extrusion, when extruded at a temperature of 350 ° C or higher, frictional heat of the die caused surface defects such as fine cracks on the surface as fingerprints, making it difficult to obtain a clean and defect-free product. These fine wrinkle-like surface cracks degrade the fatigue strength and should be removed.
이런 문제를 해결하기 위해 마그네슘합금 분말을 이용하여 액상과 고상 공존영역에서 사출하는 식소몰딩(Thixo-moulding)법이 제안되었다. 그러나 이는 다이캐스팅과 마찬가지로 다공성 조직이 얻어지며 원료분말의 가격이 높아 제조원가가 높아지는 단점 때문에 널리 응용되지 않고 있다.
In order to solve this problem, a thixo-molding method has been proposed in which magnesium alloy powder is injected in a liquid phase and a solid phase coexistence region. However, this is not widely applied because of the disadvantage that the porous structure is obtained as in the case of die casting and the cost of the raw material powder is high, which increases manufacturing cost.
또한, 소성가공이 가능한 체심입방격자 구조를 얻어 소성가공성을 개선한 리튬첨가 합금이 있다. 리튬은 마그네슘에 대한 고용도가 크고 효과가 있다. 하지만 온도에 따른 고용도의 차이가 작고 격자상수의 차이가 작아 5~20중량%의 다량을 첨가해야 효과가 있다. 그리고 상기 합금은 고가의 리튬을 다량 첨가해야 하고 특유의 전지반응 특성 때문에 실제로는 상용으로 이용되지 않고 있다.In addition, there is a lithium-containing alloy in which a body-centered cubic lattice structure capable of being subjected to plastic working is obtained to improve plasticity. Lithium has a high solubility for magnesium and is effective. However, it is effective to add a large amount of 5 to 20% by weight because the difference in solubility according to temperature is small and the difference in lattice constant is small. The alloy has to be added with a large amount of expensive lithium and is not actually used for commercial purposes due to its unique battery reaction characteristic.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위해 많은 마그네슘 합금들이 새로 고안되었다.Many magnesium alloys have been newly devised to overcome the problems of the prior art.
그 중 대한민국 특허출원 제2001-0019353호 특허에서는 마그네슘 합금을 Mg-Zn-Y 합금의 조성으로 하여 Zn 1~10at%, Y 0.1~3 at% 의 조성범위로 함으로써, 450℃ 이하의 고온에서 안정한 준결정상을 포함하고 있어 고온에서도 미세한 결정입도를 가짐으로써 열간성형성과 고온에서의 강도도 우수하다. 그러나 준결정상을 얻기 위해서는 아연양을 많이 첨가해야 하는데 이 경우 아주 작은 시편 크기가 아니라면 비중에 의한 아연편석과 냉각 중에 금속간화합물인 준결정상의 불균일한 석출로 인해 재료의 연성이 낮고 부위별로 품질이 불균일한 문제점이 발생하였다.
Among them, Korean Patent Application No. 2001-0019353 discloses that magnesium alloy is a composition of Mg-Zn-Y alloy and has a composition range of 1 to 10 at% of Zn and 0.1 to 3 at% of Y, It has a fine grain size even at high temperature because it contains a quasi-solid phase, which is excellent in hot forming and strength at high temperature. However, in order to obtain the quasi-normal, it is necessary to add a large amount of zinc. In this case, if the specimen size is not very small, the ductility due to the specific gravity and the non-uniform precipitation of the inter- An uneven problem occurred.
그 밖에 많은 특허들이 급속 냉각에 의한 비정질 조직을 얻음으로써 고강도, 경량의 마그네슘합금 스트립을 얻는 방법을 소개하고 있다.A number of other patents have introduced methods of obtaining high strength, lightweight magnesium alloy strips by obtaining amorphous textures by rapid cooling.
대한민국 특허출원 제1993-846호 '고강도 마그네슘 기재 합금'과, 일본 공개특허 평05-70880호 '고강도 마그네슘 합금재료와 그 합금의 제조방법', 일본공개특허 평06-41701호 '고강도 아몰퍼스 마그네슘 합금 및 그 제조방법', 일본공개특허 평07-54026호 '고강도 마그네슘 합금 및 그 제조방법', 그리고 미국특허 제4675157호, 미국특허 제4765954호, 미국특허 제4853035호, 미국특허 제4857109호, 미국특허 제4938809호, 미국특허 제5071474호, 미국특허 제5078806호, 미국특허 제5078807호, 미국특허 제5087304호, 미국특허 제5129960호, 미국특허 제5316598호 특허들은 모두 급속 냉각에 의해 비정질 조직을 포함하게 되는데, 비정질화 되지 않은 조직들은 취성이 강한 금속간화합물이나 공정상을 포함함으로써 압연 가공이나 프레스 성형이 어려운 단점을 가지고 있다.
Korean Patent Application No. 1993-846 " High Strength Magnesium-Based Alloy ", Japanese Laid-Open Patent Publication No. 05-70880 " High Strength Magnesium Alloy Material and Method for Manufacturing Alloys thereof ", Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 06-41701 'High Strength Amorphous Magnesium Alloy High strength magnesium alloy and its manufacturing method ", and Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 07-54026," High Strength Magnesium Alloys and Manufacturing Method Thereof, "and U.S. Patent Nos. 4675157, 4765954, 4853035, 4857109, Patents No. 4938809, No. 5071474, No. 5078806, No. 5078807, No. 5087304, No. 5129960, and No. 5316598 all contain amorphous structure by rapid cooling However, the non-amorphized structure has a disadvantage in that it is difficult to perform rolling or press forming by including a brittle intermetallic compound or a process phase.
또 미국특허 제4908181호, 미국특허 제5139077호, 미국특허 제5143795호, 미국특허 제5250124호, 미국특허 제5647919호, 미국특허 제6139651호는 본 발명과 같은 압출가공용 재료가 아닌 주조용 합금을 소개하고 있다. 이 재료들은 합금원소를 첨가하여 다량의 금속간화합물을 포함하는 2상 복합조직으로서 주조상태에서 높은 강도를 얻을 수 있는 것을 특징으로 한다. 그러나 이런 합금을 판재와 같이 얇은 형태로 적용하게 되면 응력이 집중되는 부위에서 상대적으로 강도가 낮은 상이 먼저 집중적으로 소성변형을 일으켜 결국 균열이 발생하게 된다. 뿐만 아니라 취성이 강한 금속간화합물이 많아 소성가공이나 프레스 성형에 적합하지 않다.
In addition, U.S. Patent No. 4908181, U.S. Patent No. 5139077, U.S. Pat. No. 5,143,795, U.S. Pat. No. 5,250,124, U.S. Pat. No. 5,647,919, and U.S. Pat. No. 6,139,651 disclose a casting alloy which is not an extrusion- . These materials are characterized by being able to obtain a high strength in a cast state as a two-phase complex structure containing a large amount of an intermetallic compound by adding an alloying element. However, when such an alloy is applied in a thin form like a plate, a relatively low-strength phase firstly causes plastic deformation at a region where stress concentrates, resulting in cracking. In addition, there are many brittle intermetallic compounds which are not suitable for plastic working or press forming.
최근에 와서 이런 문제를 극복하기 위해 소성가공성을 개량한 마그네슘합금을 개발하거나 기존의 소재를 용이하게 소성가공할 수 있는 기술들이 개발되고 있다. In recent years, in order to overcome such problems, there have been developed technologies for developing a magnesium alloy improved in plasticity or for easily plasticizing existing materials.
본 발명자들이 개발한 등록특허 10-0509648은 소성가공성이 우수한 마그네슘합금을 소개하고 있다. 그러나 이 특허 내용에서는 판재를 압연하기 위한 공정을 소개하였으나, 압출방법에 대해서는 구체적으로 소개하지 못하여 오랜 기간 상용화가 진행되지 못했다.Patent No. 10-0509648 developed by the present inventors discloses a magnesium alloy excellent in plastic workability. However, in this patent, the process for rolling the sheet material was introduced, but the extrusion method was not introduced in detail, and commercialization did not proceed for a long time.
또한 본 발명자의 다른 등록특허 10-0605741에서는 마그네슘에 아연, 이트륨, 알루미늄 등을 첨가한 합금의 압출조건에 대해 소개하긴 했지만 1000kg/㎠ 이하 압력에서 작업하는 통상의 압출기보다 압출압력이 5배 이상인 고압의 압출기를 활용해야 하는 단점이 있었다.
In addition, although the extruding conditions of magnesium added with zinc, yttrium, aluminum, and the like have been introduced in another patent 10-0605741 of the present inventor, it has been found that the extruding pressure is 5 times or more higher than that of a conventional extruder operating at a pressure of 1000 kg / Of the extruder.
위에 소개한 방법들 외에 ECAP, ECAE와 같이 다이 내에서 각도를 바꾸는 채널을 거쳐 높은 소성가공비로 가공하는 방법으로 난가공재를 가공하는 기술이 개발되었지만 다이 구조가 복잡하고 높은 가압력을 요구하므로 압출재의 크기와 생산성이 제한되어 일반적으로 상용화하기에는 아직 어려운 방식이다.In addition to the above-mentioned methods, a technique for machining hardened materials by a method of processing at a high plasticizing ratio through an angle changing channel in a die such as ECAP and ECAE has been developed. However, since the die structure is complicated and high pressing force is required, And productivity is limited, making it generally difficult to commercialize.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점들을 제거하기 위하여 창출된 것으로서, 마그네슘에 아연과 이트륨을 첨가하되, 그 비율과 총량을 한정함으로서 마그네슘 고용체를 강화하여 500℃ 이상의 융점을 가지는 미세 고온석출상을 석출시키고 이에 따라 가공경화성과 고온에서의 소성가공성이 우수한 마그네슘 합금을 제조하는 것이 가능하여 알루미늄 압출용 압출기와 같은 1000kg/㎠ 이하 압력에서 작업이 가능한 통상의 압출기에서도 압출이 가능한 마그네슘합금과 그 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.Disclosure of the Invention The present invention has been made in order to overcome the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method for producing a magnesium alloy, which comprises adding zinc and yttrium to magnesium and limiting the ratio and total amount thereof to precipitate a magnesium high- As a result, it is possible to produce a magnesium alloy excellent in work hardening property and high plasticity at high temperature, and can be extruded even in a conventional extruder capable of working at a pressure of 1000 kg / cm 2 or less, such as an extruder for aluminum extrusion, I want to do that.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 In order to achieve the above object,
중량%로 아연 2.5∼6.0%, 이트륨 0.3∼1.7%, 나머지는 마그네슘으로 이루어지되, 상기 아연과 이트륨의 비율은 3:1~8:1 범위로서 그 합계가 7% 이하이며, 그 조직은 고온석출물이 부피분율로 1~4% 분산석출되어 있는 것을 특징으로 하는 소성가공성이 우수한 압출용 마그네슘 합금을 제공한다.
Wherein the ratio of zinc to yttrium is in the range of 3: 1 to 8: 1, and the total amount is 7% or less, and the structure is at a high temperature The precipitate A magnesium alloy for extrusion excellent in plastic workability, characterized by being dispersed and precipitated in a volume fraction of 1 to 4% .
상기 고온석출물은 용탕에서 냉각 중에 690~500℃구간에서 석출하는 Mg3Y2Zn3, Mg23Zn63Y14, Mg3YZn6, Mg3Zn3Y2등의 3원 화합물로서 500 ℃ 이상의 고융점으로 구상에 가까운 다면체 구조나 입방정인 것을 특징으로 한다.
The high-temperature precipitate is a ternary compound such as Mg 3 Y 2 Zn 3 , Mg 23 Zn 63 Y 14 , Mg 3 YZn 6 and Mg 3 Zn 3 Y 2 which precipitates at 690 to 500 ° C. during cooling in the melt, And has a polyhedral structure or a cubic structure close to a sphere at a high melting point.
상기 마그네슘 합금에는 필요에 따라 중량%로 망간 0.01~0.8%, 알루미늄 2.5% 이하, 티타늄 0.2% 이하, 지르코늄0.5% 이하, 카드뮴 0.5% 이하, 비스무스 0.5% 이하, 칼슘 0.3% 이하, 스트론튬 0.3% 이하, 주석 0.5% 이하, 납 0.5% 이하, 리튬 0.5% 이하, 규소 0.5% 이하, 란탄 또는 란타나이드계의 미쉬메탈 1% 이하의 원소가 1종 또는 2종이상 더 추가되는 것을 특징으로 한다.
The magnesium alloy may contain 0.01 to 0.8 % of manganese, 2.5% or less of aluminum, 0.2% or less of titanium, 0.5% or less of zirconium, 0.5% or less of cadmium, 0.5% or less of bismuth, 0.3% or less of calcium and 0.3% or less of strontium 0.5% or less of tin, 0.5% or less of lead, 0.5% or less of lithium, 0.5% or less of silicon, and 1% or less of lanthanum or lanthanide based mischmetal are added.
또한, 본 발명은 전기로에 빌렛주조용 도가니를 위치시킨 후, 상기 도가니에 마그네슘 지금을 넣고 대기와 차단한 상태에서 용해하는 단계와,The present invention also provides a method for manufacturing a crucible comprising the steps of placing a crucible for casting a billet in an electric furnace, dissolving the crucible in a state where magnesium is now placed in the crucible,
상기 마그네슘 용탕에 아연을 첨가하여 용해하는 단계와,Adding and dissolving zinc to the magnesium molten metal,
상기 마그네슘-아연 용탕에 무게비로 이트륨이 20-30% 함유된 마그네슘-이트륨 모합금을 투입하여 용해하는 단계와,Adding a magnesium-yttrium parent alloy containing 20-30% of yttrium by weight to the magnesium-zinc molten metal to dissolve the magnesium-
상기 마그네슘-아연-이트륨 용탕의 도가니를 인출한 후, 냉각시키어서 빌렛을 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 소성가공성이 우수한 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법을 제공한다.And drawing the crucible of the magnesium-zinc-yttrium molten metal and cooling the molten magnesium to produce a billet.
상기 빌렛 제조단계에서 냉각은 도가니의 표면온도가 300℃이하로 냉각될 때까지 70~150℃/분의 냉각속도로 냉각시키는 것을 특징으로 하며,The cooling in the billet manufacturing step is characterized by cooling at a cooling rate of 70 to 150 ° C / min until the surface temperature of the crucible is cooled to 300 ° C or less,
상기 마그네슘-아연 용탕제조단계에서 아연의 투입시 용탕온도는 650~850℃로 유지되는 상태에서 행해지며, In the magnesium-zinc molten metal production step, the temperature of the molten metal is maintained at 650 to 850 ° C when zinc is charged,
상기 마그네슘-아연-이트륨 용탕 제조단계에서 마그네슘-이트륨 모합금을 투입시 용탕의 온도는 700~850℃로 유지되는 것을 특징으로 한다.And the temperature of the molten metal is maintained at 700 to 850 ° C when the magnesium-yttrium-base alloy is charged in the magnesium-zinc-yttrium molten metal production step.
본 발명에 따른 마그네슘 합금은 마그네슘 고용체가 강화되어 500℃ 이상의 융점을 가지는 미세 고온 석출상을 만드는 것이 가능하여 가공경화성이 우수함은 물론, 고온에서의 소성가공성이 우수하여 알루미늄 압출용으로 사용되는 통상의 압출기에서도 압출 성형이 가능한 효과가 있고, 이에 따라 휴대용 가전제품이나 자동차, 항공기 부품등에 적용되어 경량화 하는데 유용하게 이용되는 마그네슘 합금 압출재를 품질이 우수하면서도 저렴하게 제공할 수 있는 효과가 있다.
The magnesium alloy according to the present invention is capable of forming a micro-high temperature precipitation phase having a melting point of 500 ° C or higher by strengthening magnesium solid solution, and is excellent in work hardening property as well as excellent in plastic workability at high temperature, It is possible to provide an extruder capable of extrusion molding. Thus, magnesium alloy extruded material, which is useful for lightening the weight of a portable electronic appliance, an automobile, or an aircraft part, can be provided at a high quality and at a low cost.
도 1 고온 석출물의 TEM사진1 TEM photograph of high-temperature precipitates
이하 본 발명을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 중량%로 아연 2.5∼6.0%, 이트륨 0.3∼1.7%, 나머지는 마그네슘으로 이루어지되, 아연과 이트륨의 비율이 3:1~8:1 범위에서 첨가되며 아연과 이트륨의 총 합이 7% 이하가 되도록 한 것을 특징으로 하는 소성가공성이 우수한 압출용 마그네슘 합금을 특징적 사항으로 하고 있는데, 여기에서 본 발명의 마그네슘 합금을 구성하는 각각의 화학성분을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
The invention 2.5~6.0% zinc by weight%, 0.3~1.7% yttrium, remainder jidoe made of magnesium, the ratio of the zinc and yttrium 3: 1 to 8: 1 is added in the range that the sum total of zinc and yttrium 7 % Or less . The chemical components constituting the magnesium alloy of the present invention will be described in detail as follows. The magnesium alloy for extrusion according to the present invention is characterized in that the magnesium alloy for extrusion is excellent in plastic workability.
일반적으로 금속에서는 소성가공 할 때 전위들이 배열된 슬립면을 따라 변형이 일어나게 된다. 하지만 마그네슘은 조밀육방격자로서 슬립면이 극히 적어 소성가공을 일으키기 어려운 결정구조인데다 적층결함에너지가 125mJ/㎡으로 다른 금속에 비해 높은 편이다. 이런 이유로 종래의 마그네슘 합금에서는 마그네슘 결정구조가 전위가 생기기 어려운 조밀충진구조이므로 슬립면을 증가시키기보다는 주로 결정립미세화로 입계에서의 슬립효과를 통해 소성변형을 일으켰다. Generally, in metal, deformation occurs along the slip plane where the electric potentials are arranged when plastic working is performed. However, magnesium has a crystal structure which is difficult to cause plastic processing due to a very small slip plane as a dense hexagonal lattice, and the stacking defect energy is 125 mJ / m 2, which is higher than other metals. For this reason, in the conventional magnesium alloy, the magnesium crystal structure has a dense packing structure in which dislocation is hard to occur, so plastic deformation is caused by slip effect at the grain boundaries mainly by grain refinement, rather than increasing the slip surface.
그러나 본 발명의 마그네슘합금은 치환형 원소인 아연과 이트륨의 첨가로 인해 적층결함에너지가 낮아져 면심입방격자나 체심입방격자 금속처럼 외부응력이 가해질 때 결정 내부에서 쌍정이나 부분전위를 생성하므로 소성변형을 할 수 있게 되는 것을 특징으로 한다.
However, the magnesium alloy of the present invention generates twinning or partial dislocation inside the crystal when external stress is applied, such as a face-centered cubic lattice or a body-centered cubic lattice metal, due to the lowering of stacking defect energy due to the addition of substitutional elements zinc and yttrium, And the like.
특히 본 발명에서는 이트륨의 일부가 마그네슘 및 아연과 만드는 Mg3Y2Zn3 ,Mg23Zn63Y14, Mg3YZn6, Mg3Zn3Y2등의 3원 화합물은 500 ℃ 이상의 고융점으로 구상에 가까운 다면체 구조나 입방정으로서 응고 중에 결정핵으로 작용하며 주조조직을 미세화하며 압출가공에 의해다면체들이 미세하게 분산되면서 강화효과를 가져온다. 이런 이유로 종래의 단련용 마그네슘 합금과 달리 이트륨의 첨가로 저온 공정상의 생성을 억제하여 응고구간이 좁고, 아연과 이트륨의 고용으로 결정 내부에 슬립계가 증가하여 소성가공 중에 유동응력이 적어 350℃ 이상 고온에서 소성가공하더라도 쉽게 액상이 생성되지 않기 때문에 압출온도를 상승함으로써 작업이 용이한 장점이 있다.
Particularly, in the present invention, the ternary compound such as Mg 3 Y 2 Zn 3 , Mg 23 Zn 63 Y 14 , Mg 3 YZn 6 and Mg 3 Zn 3 Y 2 , which is made of magnesium and zinc as a part of yttrium, As a polyhedral structure or a cubic structure close to spherical, it serves as crystal nuclei during solidification and refines the cast structure, and polyfunctional substances are finely dispersed by extrusion processing, resulting in strengthening effect. For this reason, unlike conventional annealing magnesium alloys, the addition of yttrium inhibits the formation of low-temperature processes, narrowing the solidification zone, increasing the slip system inside the crystal due to the employment of zinc and yttrium, It is easy to work by increasing the extrusion temperature because the liquid phase is not easily generated even when the plastic is processed.
아연은 원자직경이 약 135pm로서 마그네슘 원자의 150pm보다 약 10% 작고 고용강화에 의하여 마그네슘 고용체의 가공경화 효과와 인성을 향상시켜 주는 성분으로, 조성물 내의 아연량은 2.5 내지 6.0중량%가 바람직하다. 이는 조성물 내의 아연량이 2.5중량% 미만에서는 항복강도가 부족하게 되며, 6.0중량%를 초과하면 Mg7Zn3와 같은 저융점 공정상이 과다하게 분포하여 압출성과 내식성을 크게 저하하므로 제한한다.
Zinc has an atomic diameter of about 135 pm, which is about 10% smaller than 150 pm of magnesium atoms, and improves the work hardening effect and toughness of the magnesium solid solution by solid solution strengthening. The amount of zinc in the composition is preferably 2.5 to 6.0 wt%. If the amount of zinc in the composition is less than 2.5 wt%, the yield strength is insufficient. When the amount of zinc is more than 6.0 wt%, the low melting point process phase such as Mg 7 Zn 3 is excessively distributed and the extrusion resistance and corrosion resistance are greatly reduced.
이트륨은 원자직경이 180pm로 마그네슘 원자의 크기보다 약 20% 크며 마그네슘기지 내에 고용되어 고용체의 가공경화효과를 상승시키며 용탕의 내발화성과 합금의 내식성, 내열성을 향상시키는 원소이다. 첨가량은 0.3 내지 1.7중량%가 바람직한데, 이는 조성물 내의 이트륨이 0.3중량% 미만에서는 결정립 미세화 효과와 가공경화효과, 내식성, 내발화성이 충분하지 않고, 1.7중량%를 초과하면 마그네슘-아연과 형성하는 3원 화합물이 마그네슘 단상 기지조직에서 4% 분율을 초과하면서 조대한 석출물을 형성하기 시작하므로 전연성이 떨어지고 소성가공성을 낮추게 되어 생산성이 저하하는 문제가 발생하기 때문이다.The yttrium has an atomic diameter of 180 pm, which is about 20% larger than the size of the magnesium atom and is dissolved in the magnesium matrix to increase the work hardening effect of the solid solution and improve the resistance to ignition of the melt, corrosion resistance and heat resistance of the alloy. The addition amount is preferably from 0.3 to 1.7% by weight. When the content of yttrium in the composition is less than 0.3% by weight, grain refinement effect, work hardening effect, corrosion resistance and resistance to ignition are insufficient, and if it exceeds 1.7% by weight, magnesium- The ternary compound starts to form coarse precipitates while exceeding the 4% fraction in the magnesium single phase matrix so that the ductility is lowered and the plasticity is lowered and the productivity is lowered.
아연과 이트륨의 첨가비율은 고온석출물이 미세하게 분포하고 조대석출물이 생기지 않도 하기 위해 3:1 이상으로 유지하며, 저온공정상을 적게 만들도록 8:1 범위이하로 한정한다.
The addition rate of zinc and yttrium is limited to less than 8: 1 so as to keep the high temperature precipitates at a ratio of 3: 1 or higher and to reduce the number of low temperature processes so that fine precipitates are distributed finely and no coarse precipitates are formed.
또한 아연과 이트륨의 총 합이 7%를 초과하면 입계에 편석되는 Mg7Zn3와 같은 저융점 공정상이나 Mg3YZn6, Mg3Y2Zn3, Mg23Zn63Y14와 같은 다면체 석출물의 양이 4% 이상으로 과다해지면서 취성이 심해지며, Mg21Zn62Y17과 같은 조대석출물의 생성을 조장하는 경향이 있으므로 7%이하로 제한한다.
Also, when the total sum of zinc and yttrium exceeds 7%, a low melting point process such as Mg 7 Zn 3 segregated in the grain boundary, or a polyhedral precipitate such as Mg 3 YZn 6 , Mg 3 Y 2 Zn 3 , Mg 23 Zn 63 Y 14 The amount becomes excessively more than 4% and the brittleness becomes worse, and it tends to promote the formation of coarse precipitates such as Mg 21 Zn 62 Y 17 , so it is limited to 7% or less.
본 발명에서 마그네슘, 아연과 이트륨이 만드는 3원 화합물의 석출물은 단단하여 합금에 분산강화효과를 나타내면서도 마그네슘 기지와 정합을 이루고 있어 350℃ 이하의 온도에서 소성가공하는 경우에도 기지조직과의 계면에서 기공과 같은 미세결함이 생기는 것을 억제하여 고강도임에도 연성이 우수한 효과를 나타낸다. 3원 화합물의 이런 특성은 고온석출물의 분포도와 연관되는데 부피분율이 1% 미만일 때는 소성가공성 개선효과가 적고, 4%를 초과할 때는 강화효과가 지나쳐 취성이 많아짐으로써 소성가공용으로 사용하기 부적합할 정도로 연신율이 떨어질 우려가 있어 고온석출물의 부피분율을 1~4%로 제한한다.
In the present invention, the precipitate of the ternary compound of magnesium, zinc and yttrium is hardened and exhibits a dispersion strengthening effect in the alloy, and is matched with the magnesium base. Therefore, even when plastic working is performed at a temperature of 350 ° C or lower, It is possible to suppress the occurrence of microdefects such as pores and to exhibit an excellent ductility even though it has high strength. This property of the ternary compound is related to the distribution of the high-temperature precipitates. When the volume fraction is less than 1%, the effect of improving the plasticity is small. When the volume fraction exceeds 4%, the strengthening effect is excessively increased and the brittleness is excessively high. The elongation rate may be lowered and the volume fraction of the high-temperature precipitates is limited to 1 to 4%.
또 상기 마그네슘 합금에는 중량%로 망간 0.01~0.8%가 더 추가되며, 여기에 필요에 따라 중량%로 알루미늄 2.5% 이하, 티타늄 0.2% 이하, 지르코늄0.5% 이하, 카드뮴 0.5% 이하, 비스무스 0.5% 이하, 칼슘 0.3% 이하, 스트론튬 0.3% 이하, 주석 0.5% 이하, 납 0.5% 이하, 리튬 0.5% 이하, 규소 0.5% 이하, 란탄 또는 란타나이드계의 미쉬메탈 1% 이하의 원소가 1종 또는 2종이상 더 추가되는 것을 특징으로 하고 있는데,In addition, 0.01 to 0.8 % of manganese is added to the magnesium alloy, and if necessary, the aluminum alloy contains 2.5% or less of aluminum, 0.2% or less of titanium, 0.5% or less of zirconium, 0.5% or less of cadmium, 0.5% or less of bismuth 0.3% or less of calcium, 0.3% or less of strontium, 0.5% or less of tin, 0.5% or less of lead, 0.5% or less of lithium, 0.5% or less of silicon, 1% or less of lanthanum or lanthanide- Or more,
여기에서 위 원소들을 첨가하는 이유는 이들 원소가 고용강화와 결정립 미세화를 이루는 원소들로서 아연과 이트륨을 대체할 수 있는 효과가 있기 때문이며, 그 첨가물의 조성범위를 한정하는 이유는 아래와 같다.
Here, the reason for adding the above elements is that these elements are elements that make solid solution strengthening and grain refinement, and can substitute for zinc and yttrium. The reasons for limiting the composition range of the additive are as follows.
망간은 이트륨 대체 효과가 있으며, 고용강화 효과가 크고 이트륨과 결합하여 고온 안정한 화합물을 형성하여 내식성을 개선한다. 특히 알루미늄을 첨가할 경우에는 알루미늄 첨가량의 5~20% 범위로 첨가하면 고온안정상을 이루어 Al12Mg17형성을 억제한다. 그러나 0.01중량% 미만에서는 조직 개선 효과가 뚜렷하게 없고, 0.8중량%를 초과하면 기지조직의 고용도를 높여 결정립이 쉽게 성장하며, 과잉의 망간이 아연과 결합하여 윰점이 낮고 취약한 입실론상을 형성하기 쉬워져 압출성이 저하하고 압출 중에 모서리균열이 발생하므로 제한한다.
Manganese has a yttrium substitution effect, has a strong solubility enhancement effect and improves corrosion resistance by bonding with yttrium to form a stable compound at high temperature. Particularly, when aluminum is added, it is added in the range of 5 to 20% of the amount of aluminum added, so that the formation of Al 12 Mg 17 is suppressed due to high temperature stability. However, when the content is less than 0.01% by weight, the effect of improving the texture is not clear. When the content exceeds 0.8% by weight, the grain is easily grown by increasing the solubility of the matrix and the excess manganese is combined with zinc to form a weak epsilon phase So that the extrudability is reduced and corner cracks are generated during extrusion.
알루미늄은 아연 대체효과가 있으며, 원자 크기가 125pm로 마그네슘에 비해 약 17% 정도 적은 크기인데 연성과 내식성을 증가시키며, 온도에 따른 고용도 차이가 커서 고용강화 효과가 크다. 그러나 본 발명의 합금에서는 알루미늄이 2.5중량%를 초과하면 Al12Mg17, Al2Mg3와 같은 입계에 편석하기 쉬운 석출물을 만드는데 이들로 인해 결정립은 미세해지지만 용탕의 유동성이 저하하고 압출 중에 모서리균열이 발생하거나 압출재의 내식성이 저하하는 문제로 인해 제한한다.
Aluminum has a substitution effect of zinc and has an atom size of 125 pm, which is about 17% smaller than magnesium. It increases ductility and corrosion resistance. However, in the alloy of the present invention, if the amount of aluminum is more than 2.5% by weight, precipitates that are likely to segregate at the grain boundaries such as Al 12 Mg 17 and Al 2 Mg 3 are formed. As a result, the crystal grains become finer but the flowability of the melt is lowered. Which is caused by cracks or corrosion resistance of the extruded material.
티타늄은 아연 대체효과가 있어 0.2중량% 이하로 첨가할 수 있으며 고용강화 효과와 내식성 향상효과를 얻는다. 그러나 0.2중량%를 초과하면 취성을 나타내므로 제한한다.
Titanium has a zinc substitution effect and can be added in an amount of 0.2% by weight or less, and an effect of enhancing solubility and corrosion resistance can be obtained. However, when it exceeds 0.2% by weight, it is brittle, so it is limited.
지르코늄은 공정상과 결합하여 고온에서 안정하게 만드는 효과와 조직미세화 효과가 있어 0.5중량% 이하로 첨가한다. 그러나 화합물이 조대하게 형성되고 고용도가 적기 때문에 0.5중량%를 초과하면 압출 중 입계균열의 원인이 되므로 제한한다.
Zirconium has an effect of stabilizing at high temperature by binding with a process phase and has a tissue refining effect, so that it is added in an amount of 0.5 wt% or less. However, since the compound is formed coarsely and has a low solubility, if it exceeds 0.5% by weight, it causes cracking in the grain boundary during extrusion, which is limited.
카드뮴은 아연 대체효과가 있으며, 마그네슘과 전율고용체를 이룬다. 고용강화 효과가 있지만 과다하면 내식성을 해치므로 0.5중량% 이하로 제한한다.
Cadmium has a zinc substitution effect and forms magnesium and a tangible solid solution. But it is limited to 0.5% by weight or less because excessive corrosion resistance is caused.
비스무스는 고용강화효과가 있지만 과다하면 내식성을 해치므로 0.5중량% 이하로 제한한다.Bismuth has the effect of strengthening employment, but it is limited to 0.5 wt% or less because excessive corrosion is deteriorated.
칼슘과 스트론튬은 주조조직을 미세화하고 이트륨 대체효과가 있으며 고용강화효과가 크다. 그러나 각각 0.3중량%를 초과하면 저융점 공정상이 생성되어 압출 중에 표면미세균열을 유발할 수 있으므로 제한한다.
Calcium and strontium are refined in the casting structure, have yttrium replacement effect, and have a strong effect of strengthening the solid solution. However, when it exceeds 0.3% by weight, a low-melting-point process phase is generated, which may cause surface microcracks during extrusion.
주석이나 납은 마그네슘의 적층결함에너지를 낮추고 고용강화효과가 크며 연성을 향상시키는 효과가 있다. 그러나 각각 0.5중량%를 초과하면 오히려 저융점 공정상으로 인해 열간취성이 나타나고 비중이 증가하므로 제한한다.
Tin or lead has the effect of lowering the stacking defect energy of magnesium and enhancing the solid solution strengthening effect and improving ductility. However, if it exceeds 0.5% by weight, the hot brittleness appears due to the low melting point process and the specific gravity is increased.
리튬은 고용강화효과와 연성을 향상시키는 효과가 있다. 그러나 0.5중량%를 초과하면 전지작용이 나타나고 내식성이 저하하므로 제한한다.
Lithium has the effect of enhancing solid solution strengthening and ductility. However, when it is more than 0.5% by weight, battery action is exhibited and corrosion resistance is lowered.
규소는 마그네슘합금에서 주조조직 미세화와 망간이나 티타늄이 취성을 나타내는 것을 예방하는 효과가 있다. 그러나 0.5중량%를 초과하면 마그네슘과 결합한 침상 공정물이 나타나고 취성이 증가하므로 제한한다.
Silicon has the effect of preventing the casting microstructure and the manganese or titanium from exhibiting brittleness in the magnesium alloy. However, if it exceeds 0.5% by weight, it is limited because of the appearance of the needle-like process bonded with magnesium and increased brittleness.
란탄 또는 란타나이드 원소들이 혼합된 미쉬메탈은 이트륨 대체효과를 가지는데 1%를 초과할 경우 조대한 화합물이 과다하게 형성되므로 제한한다.
Mishymetals with lanthanum or lanthanide elements have a yttrium substitution effect, and when it exceeds 1%, it is limited because excess compounds are formed.
본 발명의 합금에서 철과 니켈, 구리는 내식성을 해치는 화합물을 석출하므로 불순물로서 각각 0.1중량% 이하로 억제하도록 한다.In the alloy of the present invention, iron, nickel, and copper precipitate a compound damaging corrosion resistance, so that the impurities are suppressed to 0.1 wt% or less, respectively.
또한, 본 발명은 전기로에 빌렛주조용 도가니를 위치시킨 후, 상기 도가니에 마그네슘 지금을 넣고 대기와 차단한 상태에서 용해하는 단계와,The present invention also provides a method for manufacturing a crucible comprising the steps of placing a crucible for casting a billet in an electric furnace, dissolving the crucible in a state where magnesium is now placed in the crucible,
상기 마그네슘 용탕을 650~850℃의 온도로 유지하면서 아연을 첨가하여 용해하는 단계와,Adding and dissolving zinc while maintaining the molten magnesium at a temperature of 650 to 850 캜 ,
상기 마그네슘-아연 용탕을 700~850℃의 온도로 유지하면서 무게비로 이트륨이 20-30% 함유된 마그네슘-이트륨 모합금을 투입하여 용해하는 단계와,Adding a magnesium-yttrium parent alloy containing 20-30% of yttrium by weight to the magnesium-zinc molten alloy while maintaining the magnesium-zinc molten metal at a temperature of 700 to 850 ° C ,
상기 마그네슘-아연-이트륨 용탕의 도가니를 인출한 후, 도가니의 표면온도가 300℃이하로 냉각될 때까지 50℃/분 이상의 냉각속도로 냉각시키어서 빌렛을 제조하는 단계로 이루어진 소성가공성이 우수한 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법을 특징으로 하고 있는데,
And cooling the crucible at a cooling rate of 50 ° C / min or more until the surface temperature of the crucible is cooled to 300 ° C or lower after the crucible of the magnesium-zinc-yttrium molten metal is drawn out to produce a billet. The present invention is characterized by a method for producing a magnesium alloy billet for use in the present invention,
이하 본 발명의 마그네슘합금 압출재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 범위는 예시한 실시예의 범위에 국한하지 않는다.Hereinafter, a method of manufacturing the magnesium alloy extruded material of the present invention will be described in detail. However, the scope of the present invention is not limited to the scope of the illustrated embodiments.
본 발명은 SF6와 Ar 또는 CO2를 혼합하거나 Ar가스분위기에서 대기와 차단한 상태로 마그네슘지금을 용해하고 아연과 이트륨을 지금 또는 모합금 형태로 첨가한다. 아연은 지금 상태로 투입하여도 쉽게 잘 용해되므로 문제가 없지만 이트륨과 같은 금속은 산소와 반응을 잘하며 고융점이므로 가능한 한 모합금으로 투입한다. 이트륨은 융점이 1526℃의 고온이며, 표면에 치밀한 고융점 산화막이 형성되는 경향으로 인해 마그네슘 용탕에서 쉽게 용해되지 않는다. 따라서 용해 전에 잘게 쪼개어 무게비로 10~50%, 바람직하기로는 20~30% 비율로 마그네슘 용탕에 투입하게 되면 융점이 600℃ 이하로 낮은 공정조성이 되어 쉽게 용해할 수 있으므로 무게비로 이트륨이 20-30% 함유된 마그네슘-이트륨 모합금을 사용한다.
In the present invention, magnesium is now dissolved in a state where SF 6 is mixed with Ar or CO 2 or in an Ar gas atmosphere while shutting off the atmosphere, and zinc and yttrium are added in the form of a now or a mother alloy. Zinc does not cause any problems because it is easy to dissolve even if it is put in the present state, but a metal such as yttrium reacts well with oxygen and it has a high melting point. Since yttrium has a high melting point of 1526 ° C and tends to form a dense high melting point oxide film on its surface, it is not easily dissolved in the magnesium melt. Therefore, when it is finely divided into 10 to 50% by weight and preferably 20 to 30% by weight, it has a melting point of less than 600 ° C. and can be easily dissolved. Thus, yttrium is 20-30 % Magnesium-yttrium parent alloy.
본 발명에서는 엘리베이터식 전기로에서 Ar에 SF6를 부피비로 2~3% 혼합한 가스로 차폐한 스테인리스강 도가니에 마그네슘 지금을 넣어 용해하고, 마그네슘 용탕 온도를 650~850℃로 유지하여 아연지금과 저융점 합금 원소를 투입하고, In the present invention, magnesium is now dissolved in a stainless steel crucible shielded with a gas mixed with SF 6 in a volume ratio of 2 to 3% in Ar in an elevator type electric furnace, and the temperature of the magnesium melt is maintained at 650 to 850 ° C, The melting point alloy element was charged,
아연지금이 모두 녹으면 용탕온도를 상승하여 700~850℃로 유지하면서, 무게비로 이트륨 25% 농도인 마그네슘-이트륨 모합금을 투입하여 충분히 용해되도록 유지하는데, When all of the zinc is melted, the temperature of the molten metal rises and is kept at 700 to 850 ° C., and the magnesium-yttrium-base alloy, which is a 25% concentration of yttrium in weight ratio,
아연지금을 첨가할 때 용탕온도가 650℃ 미만이면 합금원소의 용해가 늦고, 특히 이트륨 모합금을 첨가할 때는 700℃ 미만에서 모합금의 용해가 늦어 용탕으로 유지해야 하는 시간이 길어지면서 용탕의 산화로 산화물 생성 등의 문제가 유발하므로 700℃ 이상 온도로 용탕온도를 상승시켜 첨가한다. 850℃ 이상일 때는 용탕의 산화가 심하므로 제한한다.
If the temperature of the molten alloy is less than 650 ° C, the dissolution of the alloying element is delayed. In particular, when the yttrium molybdenum alloy is added, the melting time of the master alloy is slower than 700 ° C, The temperature of the molten metal is increased to 700 ° C or higher. When the temperature exceeds 850 ° C, the oxidation of the molten metal is severe.
이때 용탕의 산화물 비중이 대부분 마그네슘보다 커서 산화물이 생성되면 제거가 쉽지 않아 용탕유지시간이 짧을수록 용탕의 품질면에서 유리하다.In this case, since the specific gravity of the oxide of the molten metal is larger than that of magnesium, it is difficult to remove the oxide when it is produced, so that the shorter the holding time of the molten metal, the better the quality of the molten metal.
본 발명의 합금은 마그네슘 용탕에 고용된 합금원소가 냉각되면서 고융점 석출물을 미세하게 분산 석출하는 효과를 얻는데 목적이 있고, 이를 통해 고용체 내부에 치환형 격자결함을 만들어 쌍정이나 부분전위가 쉽게 생성되게 하여 슬립시스템을 증가시킨 효과를 얻는 것에 특징이 있는데, 이를 위해서는 저융점 합금원소를 이트륨을 첨가하기 전에 첨가하는 것이 바람직하다. 고융점인 이트륨을 먼저 첨가하고 나중에 아연과 같은 저융점 합금원소들을 첨가하게 되면 뒤에 첨가된 저융점 합금원소들이 미처 고용되지 못하고 편석을 일으키기 쉽기 때문이다. 따라서 본 발명은 마그네슘, 아연, 이트륨의 순서로 첨가하여 용해한다.
The alloy of the present invention has an object of obtaining an effect of finely dispersing and precipitating a high melting point precipitate while cooling an alloy element dissolved in a magnesium molten metal, and by forming a substitutional lattice defect inside the solid solution, twinning or partial dislocation is easily generated And the effect of increasing the slip system is obtained. For this purpose, it is preferable to add the low melting point alloy element before adding yttrium. If yttrium with a high melting point is added first and then low melting point alloying elements such as zinc are added, the low melting point alloying elements added later are not solidified and are liable to segregate. Therefore, the present invention is added in the order of magnesium, zinc, and yttrium to dissolve.
본 발명에서 저융점의 기준은 마그네슘의 융점인 649℃를 기준으로 융점이 800℃ 이하인 스트론튬, 알루미늄, 아연, 카드뮴, 비스무스, 칼슘, 주석, 납, 리튬과 같이 융점이 낮은 합금원소이고, 고융점의 기준은 망간, 티타늄, 이트륨, 지르코늄 등의 1000℃ 이상 고융점인 원소인데, 저융점 원소부터 먼저 첨가하고 망간, 티타늄, 이트륨, 지르코늄 등의 1000℃ 이상 고융점인 원소는 모합금을 만들어 뒤에 첨가한다. 그 이유는 저융점 원소들이 마그네슘과 고용체를 이룬 뒤 고융점 원소를 모합금으로 첨가하면 용탕에 용해되는 시간을 단축하며, 냉각 중에 다원 화합물이 미세한 석출물로 고르게 분산되는 이점이 있기 때문이다.
In the present invention, the criterion of low melting point is an alloy element having a low melting point such as strontium, aluminum, zinc, cadmium, bismuth, calcium, tin, lead and lithium having a melting point of 800 DEG C or lower based on the melting point of magnesium of 649 DEG C, Is a high melting point element such as manganese, titanium, yttrium, and zirconium. It is added first from a low melting point element and an element having a melting point higher than 1000 캜 such as manganese, titanium, yttrium, zirconium, . The reason is that when the low melting point elements are mixed with magnesium and solid solution and the high melting point element is added as the parent alloy, the time to dissolve in the molten metal is shortened, and the polyvalent compound is uniformly dispersed into fine precipitates during cooling.
또한 이들 합금원소를 첨가한 뒤에는 고용되는 과정을 돕기 위해 교반을 실시한다. 본 발명에서는 스텐레스강으로 만든 레버에 작은 회전익을 단 교반장치를 도가니 뚜껑을 관통하여 용탕에 삽입하고 저어줌으로써 모합금이 완전 용해되어 고용되는 것을 촉진하였다.
Further, after the addition of these alloying elements, stirring is performed to assist the process of being solved. In the present invention, a stirrer having a small rotor blade made of stainless steel is inserted into a molten metal through a crucible cap, and stirred, thereby promoting the complete dissolution and solidification of the parent alloy.
본 발명은 용탕에 모합금이 완전히 용해된 후 도가니를 엘리베이터로 인출하여 수냉조에 천천히 투입하면서 냉각시키되, 50℃/min 이상의 냉각속도로 빌렛 주형의 표면온도가 300℃ 이하로 냉각될 때까지 주형을 냉각하는데, 만약 50℃/min 보다 냉각속도가 낮으면 아연과 같은 합금원소들이 편석하여 빌렛 내부에 저융점 공정상이 석출할 수 있으며 이는 고온에서 소성가공성을 저하하므로 제한한다. 냉각속도가 지나치게 빨라 수축응력으로 인해 빌렛에 균열이 생길 정도가 아니라면 고용체조직을 미세화하고 균일하게 하는 효과가 있으므로 상한은 특별히 제한하지 않는다. 일반적인 직경 100mm 이상의 상용 사이즈인 빌렛에서는 70~150℃/min의 냉각속도가 빌렛의 균열없이 치밀하게 조직이 형성된다.
The present invention relates to a method for producing a hot-rolled steel sheet, comprising the steps of: melting a parent alloy in a molten metal, withdrawing the crucible into an elevator, slowly cooling the molten alloy into a water-cooling bath while cooling the steel sheet at a cooling rate of 50 ° C / min or more, If the cooling rate is lower than 50 ° C / min, alloying elements such as zinc may segregate and deposit a low melting point process in the interior of the billet, which limits the plastic workability at high temperature. The upper limit is not particularly limited as it has the effect of making the solidified structure finer and homogeneous, unless the cooling rate is too high to cause cracks in the billet due to shrinkage stress. In a commercial size billet having a general diameter of 100 mm or more, a cooling rate of 70 to 150 ° C / min is densely formed without cracking the billet.
본 발명은 엘리베이터식 전기로에서 Ar에 SF6를 부피비로 2~3% 혼합한 가스로 차폐한 스테인리스강 도가니에 마그네슘 지금을 넣어 용해하고, 마그네슘 용탕 온도를 650~850℃로 유지하여 아연지금과 저융점 합금 원소를 투입한 후, 아연지금이 모두 녹으면 용탕온도를 상승하여 700~850℃로 유지하면서, 무게비로 이트륨 25% 농도인 마그네슘-이트륨 모합금을 투입하여 충분히 용해되도록 유지하고, In the elevator type electric furnace, magnesium is now dissolved in a stainless steel crucible shielded with a gas mixed with Ar to SF 2 in a volume ratio of 2 to 3%, and the temperature of the magnesium melt is maintained at 650 to 850 ° C, After the molten zinc element is completely melted, when the molten zinc is completely melted, the temperature of the molten metal is raised and maintained at 700 to 850 DEG C while keeping the molten magnesium-yttrium alloy at a concentration of 25%
용탕에 모합금이 완전히 용해된 후 도가니를 엘리베이터로 인출하여 수냉조에 천천히 투입하면서 50℃/min 이상의 냉각속도로 빌렛 주형의 표면온도가 300℃ 이하로 냉각될 때까지 주형을 냉각하여 마그네슘 합금을 제조한 후, 합금 빌렛을 320℃의 온도로 가열하고, 압출비 55:1, 압출속도 187mm/분의 속도로 압출하였다.After the mother alloy is completely dissolved in the molten metal, the crucible is taken out of the elevator and slowly charged into a water-cooling bath while the mold is cooled until the surface temperature of the billet mold is cooled to less than 300 ° C at a cooling rate of 50 ° C / Then, the alloy billet was heated to a temperature of 320 DEG C and extruded at a speed of 55: 1 at an extrusion rate of 187 mm / minute.
이와 같은 공정에 의해 제조된 합금의 성분조성이 표1에 나타나 있다.
The composition of the alloys produced by such a process is shown in Table 1.
(중량%)Zn
(weight%)
(중량%)Y
(weight%)
비율Zn: Y
ratio
(중량%)Zn + Y
(weight%)
(중량%)Mn
(weight%)
(중량%)Al
(weight%)
석출물
분율High melting point
Precipitate
Fraction
첨가무Y
Additive free
비율
8:1초과Zn / Y
ratio
Greater than 8: 1
합계
7%초과Zn + Y
Sum
Greater than 7%
위 표1에 따르면, 본 발명의 범위에 속하는 실시예1~4는 도1의 사진에 나타난 바와 같이 고온석출물이 생성되는데 이를 X선회절분석과 DSC분석을 통해 분석해본 결과, 고융점 다면체 석출물이 부피분율로 1~4% 범위로 미세하게 분산석출되는 것으로 확인되는바, 고용강화성 및 소성가공성이 우수한 것으로 나타나고 있고, According to the above Table 1, Examples 1 to 4 belonging to the scope of the present invention produce high-temperature precipitates as shown in the photograph of FIG. 1 and analyzed by X-ray diffraction analysis and DSC analysis. As a result, It was found that the dispersion was finely dispersed and precipitated in the range of 1 to 4% in volume fraction, and it was found that the solid solution strengthening property and plastic workability were excellent,
비교예1은 아연만 첨가되고 이트륨이 첨가되지 않았으며, 비교예2는 Zn/Y비율이 9:1로 첨가되어 본 발명의 범위를 벗어나고 있는 관계로 고융점 석출물이 충분하게 형성되지 않고 아연과 마그네슘의 저융점 공정상이 입계에 석출하는 것으로 나타나고 있으며, 비교예3은 Zn+Y합계가 7.7%로 본 발명의 범위인 7%를 초과한 것으로 고융점 석출물이 4.6%로 과다하게 석출하는 것으로 나타나고 있는바, 이러한 이유로 비교예1,2,3은 고용강화성 및 소성가공성이 좋지 않은 것으로 나타났다. In Comparative Example 1, only zinc was added and yttrium was not added. In Comparative Example 2, since the Zn / Y ratio was 9: 1, the high melting point precipitate was not formed sufficiently, The low melting point process of magnesium precipitates in the grain boundaries. In Comparative Example 3, the total amount of Zn + Y is 7.7%, which is more than 7%, which is the range of the present invention, indicating that the high melting point precipitate is excessively precipitated to 4.6% For these reasons, Comparative Examples 1, 2, and 3 showed poor solubility and plastic workability.
Claims (8)
상기 고온석출물은 Mg3Y2Zn3, Mg23Zn63Y14, Mg3YZn6, Mg3Zn3Y2등의 3원 화합물인 것을 특징으로 하는 소성가공성이 우수한 압출용 마그네슘 합금.The method according to claim 1,
Wherein the high-temperature precipitates are ternary compounds such as Mg 3 Y 2 Zn 3 , Mg 23 Zn 63 Y 14 , Mg 3 YZn 6 and Mg 3 Zn 3 Y 2 .
상기 고온석출물은 500 ℃ 이상의 고융점으로 구상에 가까운 다면체 구조나 입방정인 것을 특징으로 하는 소성가공성이 우수한 압출용 마그네슘 합금.3. The method of claim 2,
Wherein the high-temperature precipitate has a polyhedral structure or a cubic structure close to a sphere at a high melting point of 500 DEG C or higher, and is excellent in plastic workability.
상기 마그네슘 합금은 중량%로 망간 0.01~0.8%가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 소성가공성이 우수한 압출용 마그네슘 합금.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the magnesium alloy further comprises 0.01 to 0.8 % by weight of manganese in terms of weight%.
상기 마그네슘 합금은 중량%로 알루미늄 2.5% 이하, 티타늄 0.2% 이하, 지르코늄0.5% 이하, 카드뮴 0.5% 이하, 비스무스 0.5% 이하, 칼슘 0.3% 이하, 스트론튬 0.3% 이하, 주석 0.5% 이하, 납 0.5% 이하, 리튬 0.5% 이하, 규소 0.5% 이하, 란탄 또는 란타나이드계의 미쉬메탈 1% 이하의 원소가 1종 또는 2종이상 더 함유되는 것을 특징으로 하는 소성가공성이 우수한 압출용 마그네슘 합금.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the magnesium alloy contains, by weight percent, less than or equal to 2.5 percent aluminum, less than 0.2 percent titanium, less than 0.5 percent zirconium, less than 0.5 percent cadmium, less than 0.5 percent bismuth, less than 0.3 percent calcium, less than 0.3 percent strontium, less than 0.5 percent tin, Of magnesium, 0.5% or less of lithium, 0.5% or less of silicon, 1% or less of lanthanum or lanthanide-based mish metal, and one or more elements of the magnesium alloy.
상기 마그네슘 용탕에 아연을 첨가하여 용해하는 단계와,
상기 마그네슘-아연 용탕에 무게비로 이트륨이 20-30% 함유된 마그네슘-이트륨 모합금을 투입하여 용해하는 단계와,
상기 마그네슘-아연-이트륨 용탕의 도가니를 냉각시키어서 빌렛을 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 소성가공성이 우수한 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법.Placing a crucible for casting a billet in an electric furnace, dissolving the crucible in a state in which magnesium is now placed in the crucible and shutting off the atmosphere,
Adding and dissolving zinc to the magnesium molten metal,
Adding a magnesium-yttrium parent alloy containing 20-30% of yttrium by weight to the magnesium-zinc molten metal to dissolve the magnesium-
And cooling the crucible of the magnesium-zinc-yttrium molten metal to form a billet. The method for manufacturing a magnesium alloy billet for extrusion according to claim 1,
상기 빌렛 제조단계에서 마그네슘-아연-이트륨 용탕의 도가니 냉각은 도가니의 표면온도가 300℃이하로 냉각될 때까지 70~150℃/분의 냉각속도로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 소성가공성이 우수한 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법.The method according to claim 6,
Wherein the crucible of the magnesium-zinc-yttrium molten metal is cooled at a cooling rate of 70 to 150 ° C / min until the surface temperature of the crucible is cooled to 300 ° C or lower in the step of preparing the billet. A process for producing a magnesium alloy billet.
상기 마그네슘-아연 용탕제조단계에서 아연의 투입시 용탕온도는 650~850℃이며,
상기 마그네슘-아연-이트륨 용탕 제조단계에서 마그네슘-이트륨 모합금의 투입시 용탕온도는 700~850℃인 것을 특징으로 하는 소성가공성이 우수한 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법.8. The method according to claim 6 or 7,
The temperature of the molten metal at the time of adding zinc into the magnesium-zinc molten metal is 650 to 850 ° C.,
Wherein the temperature of the molten metal at the time of adding the magnesium-yttrium parent alloy in the step of preparing the magnesium-zinc-yttrium molten metal is 700 to 850 ° C.
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