KR20150071797A - Method and apparatus for fabricating casting alloy - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method and an apparatus for fabricating casting alloy with enhanced solid solution hardening, precipitation hardening and/or tractive characteristics. The method comprises: forming molten metal of a metal in a melting furnace; collecting a part of molten metal of the metal accommodated in the melting furnace using a container having a smaller quantity than the melting furnace; applying vibration energy to the molten metal of the metal; and injecting the molten metal of the metal to which the vibration energy is applied to a mold and solidifying the molten metal.

Description

주조합금의 제조 방법 및 장치{Method and apparatus for fabricating casting alloy}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a casting alloy,

본 발명은 주조합금의 제조 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 진동에너지를 용탕에 인가하는 주조합금의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for producing a cast alloy, and more particularly, to a method and apparatus for producing a cast alloy by applying vibration energy to a melt.

주조합금의 제조에 있어서, 합금 내부의 조직을 미세화함으로써 기계적 특성을 향상시키는 기술개발이 시도되고 있다. 이러한 주조합금 내부에 정출되는 여러 상들을 미세화함으로써 기계적 특성의 향상을 도모할 수 있다. 대표적으로, 규소를 포함하는 알루미늄 합금을 주조법으로 구현하는 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금은 주조성이 우수하여 자동차, 산업기계 등의 부품제조에 다양하게 사용되고 있다. 지금까지 알려진 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 기계적 특성을 향상시키는 방법은 응고속도를 제어하여 조직을 미세화시키는 방법이나 응고 후에 열처리 공정을 통하여 미세조직을 제어하는 방법 등이 있다. In the production of a cast alloy, attempts have been made to develop a technique for improving the mechanical properties by making the structure of the interior of the alloy finer. The mechanical properties can be improved by making various phases to be formed inside the cast alloy fine. Typically, an Al-Si-based casting aluminum alloy, which realizes an aluminum alloy containing silicon by a casting method, is excellent in casting composition and is widely used for manufacturing parts for automobiles and industrial machines. Methods for improving the mechanical properties of Al-Si-based cast aluminum alloys known so far include a method of controlling the solidification rate to make the structure finer or a method of controlling the microstructure through the heat treatment process after solidification.

그러나, 주조합금의 인장강도나 항복강도를 포함하는 기계적 특성을 더욱 개선시키기 위한 연구들은 계속 시도되고 있다. 본 발명은 주조합금의 강도를 더욱 증가시킬 수 있는 제조 방법 및 장치를 효과적으로 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.However, studies are still being conducted to further improve the mechanical properties including the tensile strength and the yield strength of the cast alloy. It is an object of the present invention to effectively provide a manufacturing method and apparatus capable of further increasing the strength of a cast alloy. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.

본 발명의 일 관점에 의한 적어도 하나 이상의 금속을 포함하는 주조합금의 제조방법이 제공된다. 상기 주조합금의 제조방법은 상기 금속의 용탕을 용해로에서 형성하는 단계, 상기 용해로에 수용된 상기 금속의 용탕 중 일부를 상기 용해로보다 용량이 작은 용기로 채취하는 단계, 상기 작은 용기에 수용된 상기 금속의 용탕에 진동에너지를 인가하는 단계 및 상기 진동에너지를 인가한 상기 금속의 용탕을 몰드에 주입하고 응고시키는 단계를 포함한다. There is provided a process for producing a cast alloy comprising at least one metal according to one aspect of the present invention. The method for producing a cast alloy includes the steps of forming a molten metal of the metal in a melting furnace, collecting a part of the molten metal contained in the molten metal in a container having a smaller capacity than the melting furnace, Applying a vibration energy to the mold and injecting the molten metal of the metal to which the vibration energy is applied, and solidifying the mold.

상기 주조합금의 제조방법에서, 상기 작은 용기에 수용된 상기 금속의 용탕에 진동에너지를 인가하는 단계는 상기 작은 용기에 수용된 상기 금속의 용탕에 초음파 또는 펄스를 인가하는 단계를 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the cast alloy, the step of applying the vibration energy to the molten metal contained in the small container may include applying ultrasonic waves or pulses to the molten metal contained in the small container.

상기 주조합금의 제조방법에서, 상기 금속은 알루미늄 합금을 포함할 수 있으며, 예를 들어, Al-Si계 주조용 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 상기 규소(Si)는 상기 알루미늄(Al)과 과공정 조성, 공정 조성 또는 아공정 조성을 형성할 수 있는 함량을 가질 수 있으며, 예를 들어, 상기 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금 중에서 상기 규소(Si)는 1.65 중량% 내지 30 중량%를 구성할 수 있다. In the process for producing a cast alloy, the metal may include an aluminum alloy, for example, an aluminum alloy for Al-Si casting. The silicon (Si) may have an amount capable of forming an over-processing composition, a process composition or a sub-process composition with the aluminum (Al). For example, among the aluminum alloy for Al- ) May constitute 1.65% to 30% by weight.

상기 주조합금의 제조방법에서, 상기 금속은 구리(Cu)를 더 함유하는 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. In the method for producing a cast alloy, the metal may include an Al-Si-based casting aluminum alloy further containing copper (Cu).

상기 주조합금의 제조방법에서, 상기 몰드는 사형 몰드, 금형 몰드 또는 다이캐스팅용 몰드를 포함할 수 있다. In the process for producing the cast alloy, the mold may include a mold for die, mold or mold for die casting.

본 발명의 다른 관점에 의한 주조합금이 제공된다. 상기 주조합금은 상술한 제조방법에 의하여 구현된다. A cast alloy according to another aspect of the present invention is provided. The cast alloy is implemented by the above-described manufacturing method.

본 발명의 또 다른 관점에 의한 주조합금의 제조장치가 제공된다. 상기 주조합금의 제조장치는 적어도 하나 이상의 금속을 포함하는 주조합금을 제조하는 장치로서, 용해로에 수용된 금속의 용탕 중 일부를 채취하여 수용할 수 있으며, 상기 용해로보다 용량이 작은, 용기; 상기 용기에 수용된 상기 금속의 용탕에 진동에너지를 인가할 수 있는 초음파 장치; 및 상기 용해로에서 상기 용기로 상기 금속의 용탕을 채취하고 상기 용기로부터 몰드에 상기 금속의 용탕을 주입할 수 있도록, 상기 용기의 움직임을 조절하는 제어장치;를 구비한다. An apparatus for producing a cast alloy according to another aspect of the present invention is provided. The apparatus for producing a cast alloy is an apparatus for producing a cast alloy containing at least one or more metals, the apparatus being capable of collecting and accommodating a part of the molten metal contained in the melting furnace, the capacity being smaller than that of the melting furnace; An ultrasonic device capable of applying vibration energy to the molten metal contained in the container; And a controller for controlling the movement of the container so as to collect the molten metal of the metal from the melting furnace and inject the molten metal into the mold from the container.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예들에 따르면, 주조합금의 용탕에 진동 에너지를 효과적으로 인가함으로써, 고용경화, 석출경화 및/또는 인장특성이 향상된 주조합금을 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to the embodiments of the present invention as described above, it is possible to provide a cast alloy improved in solid solution hardening, precipitation hardening and / or tensile properties by effectively applying vibration energy to the molten metal of the cast alloy. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 주조합금의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 주조합금의 제조방법을 도해하는 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 주조합금의 제조장치 및 이에 의한 제조공정을 도해하는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 제조방법을 설명하기 위한 알루미늄-규소의 상태도를 도해하는 도면들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 제조방법에서 용체화처리하고 시효경화하는 구성을 개념적으로 도해하는 도면이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 처리를 수행하였을 때 구리를 포함하는 알루미늄 합금의 전기저항을 나타내는 그래프이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 처리를 수행하였을 때 구리를 포함하는 알루미늄 합금의 미소경도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금에서 초음파 처리 유무에 따른 고주기 피로 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11a는 본 발명의 비교예에 따른 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 미세조직을 나타내는 광학현미경 사진이다.
도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 미세조직을 나타내는 광학현미경 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 시효석출물을 분석한 사진이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 과공정 알루미늄-규소 주조합금의 제조방법에서 초음파 처리를 한 후에 유지시간에 따른 초정 규소의 크기를 도시한 그래프이다.
1 is a flow chart showing a method of manufacturing a cast alloy according to embodiments of the present invention.
Figures 2 to 5 are diagrams illustrating a method of making a cast alloy according to some embodiments of the present invention.
6 is a diagram illustrating an apparatus for producing a cast alloy and a manufacturing process therefor according to some embodiments of the present invention.
7A and 7B are diagrams illustrating a state diagram of aluminum-silicon for explaining a method of manufacturing an Al-Si-based cast aluminum alloy according to an embodiment of the present invention.
Fig. 8 is a diagram conceptually illustrating a structure for solution-treating and aging-curing in the process for producing an Al-Si-based cast aluminum alloy according to an embodiment of the present invention.
9A is a graph showing an electrical resistance of an aluminum alloy including copper when ultrasonic treatment is performed according to an embodiment of the present invention.
9B is a graph showing changes in microhardness of an aluminum alloy including copper when ultrasonic treatment according to an embodiment of the present invention is performed.
FIG. 10 is a graph showing high cyclic fatigue characteristics according to the presence or absence of ultrasonic treatment in an Al-Si-based cast aluminum alloy according to an embodiment of the present invention.
11A is an optical microscope photograph showing the microstructure of an Al-Si-based cast aluminum alloy according to a comparative example of the present invention.
11B is an optical microscope photograph showing the microstructure of an Al-Si-based cast aluminum alloy according to an embodiment of the present invention.
12 is a photograph of an aged precipitate of an Al-Si-based cast aluminum alloy according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph showing the size of the superfine silicon according to the holding time after the ultrasonic treatment in the method of manufacturing the over-process aluminum-silicon cast alloy according to the embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified into various other forms, The present invention is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thickness and size of each layer are exaggerated for convenience and clarity of explanation.

명세서 전체에 걸쳐서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.Like numbers refer to like elements throughout the specification. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" include singular forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise "and / or" comprising "when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.

도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.In the figures, for example, variations in the shape shown may be expected, depending on manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention should not be construed as limited to the particular shapes of the regions shown herein, but should include, for example, changes in shape resulting from manufacturing.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 주조합금의 제조방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주조합금의 제조방법에서 대용량의 용해로에 수용된 금속의 용탕 중 일부를 용해로보다 용량이 작은 용기로 채취하는 단계를 도해하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주조합금의 제조방법에서 작은 용기에 수용된 상기 금속의 용탕에 진동에너지를 인가하는 단계를 도해하는 도면이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 주조합금의 제조방법에서 진동에너지를 인가한 금속의 용탕을 다이캐스팅용 몰드에 주입하고 응고시키는 단계를 도해하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주조합금의 제조방법에서 진동에너지를 인가한 금속의 용탕을 사형 몰드에 주입하고 응고시키는 단계를 도해하는 도면이다. FIG. 1 is a flowchart showing a method of manufacturing a cast alloy according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic view showing a method of manufacturing a cast alloy according to an embodiment of the present invention. Figure 3 illustrates a step of applying vibrational energy to a molten metal of a metal contained in a small vessel in a method of making a cast alloy according to an embodiment of the present invention FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating a step of injecting and coagulating a molten metal to which a vibration energy is applied, into a mold for die casting in the method of manufacturing a casting alloy according to an embodiment of the present invention. In a method of manufacturing a cast alloy according to an embodiment of the present invention, a step of injecting a molten metal of a metal to which vibration energy is applied into a mold and solidifying it The.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 주조합금의 제조방법은 적어도 하나 이상의 금속을 포함하는 주조합금의 제조방법으로서, 상기 금속의 용탕(200)을 용해로(120)에서 형성하는 단계(S100), 용해로(120)에 수용된 상기 금속의 용탕(200) 중 일부를 용해로(120)보다 용량이 작은 용기(140)로 채취하는 단계(S200), 상기 작은 용기(140)에 수용된 상기 금속의 용탕(200)에 진동에너지를 인가하는 단계(S300) 및 상기 진동에너지를 인가한 상기 금속의 용탕(200)을 몰드(50, 60)에 주입하고 응고시키는 단계(S400, S500)를 포함한다. 1 to 5, a method of manufacturing a cast alloy according to embodiments of the present invention is a method of manufacturing a cast alloy including at least one or more metals, wherein the molten metal (200) (S200) of extracting a part of the molten metal (200) contained in the melting furnace (120) from the melting furnace (120) A step S300 of applying the vibration energy to the molten metal 200 accommodated in the mold 50 and a step S400 or S500 of injecting the molten metal 200 having the applied vibration energy into the molds 50 and 60, .

본 발명의 일 실시예에서 진동에너지를 인가하기 위하여 초음파 혹은 펄스 형태의 파동 등이 인가될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 어떠한 형태의 진동에너지도 인가될 수 있음은 물론이다. In an embodiment of the present invention, ultrasonic waves or pulsed waves may be applied to apply vibration energy, but it is not limited thereto and any type of vibration energy may be applied.

도 2 및 도 3을 참조하면, 용해로(120)에 수용된 대용량의 금속의 용탕(200) 중 일부가 채취되어 용해로(120)보다 용량이 작은 용기(140)에 수용된다. 용기(140)는 몰드(50, 60)에 금속의 용탕(200)을 직접 주입할 때 이용된다. 도면에 도시된 용기(140)의 크기, 형상 및 모양은 예시적이며 이에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 제한되지 않는다. 2 and 3, a portion of the large-capacity metal melt 200 accommodated in the melting furnace 120 is collected and accommodated in a container 140 having a smaller capacity than the melting furnace 120. The container 140 is used to directly inject the molten metal 200 into the molds 50 and 60. The size, shape, and shape of the container 140 shown in the drawings are exemplary and the technical idea of the present invention is not limited thereby.

초음파나 펄스와 같은 진동에너지를 용해로(120)에 수용된 대용량의 용탕(200)에 직접 인가하는 경우, 진동에너지 인가의 효과가 대용량의 용탕(200)에 골고루 미치는 것이 어려운 문제점이 발생할 수 있다. 예를 들어, 초음파와 같은 진동에너지를 대용량의 금속의 용탕(200)에 직접 인가하는 경우에는 초음파의 투과 깊이가 작아 초음파의 효과를 충분히 구현할 수 없게 된다. 이를 위하여 대용량의 금속의 용탕(200)을 수용하는 용해로(120)의 측벽에 복수의 초음파 처리 장치를 배치할 수 있으나, 용해로(120)의 측벽을 구성하는 재질을 통과하는 과정에서 초음파가 상쇄되어 정작 대용량의 용탕(200)에 인가되는 초음파 처리 효과가 미미할 수 있다. 이는 몰드(50, 60)의 외벽에 초음파 장치를 설치하는 경우에도 마찬가지이다. When vibrational energy such as ultrasonic waves or pulses is directly applied to the large-capacity molten metal 200 accommodated in the melting furnace 120, it may be difficult to uniformly apply the effect of applying the vibrational energy to the large-capacity molten metal 200. For example, when vibrational energy such as ultrasonic waves is directly applied to the molten metal 200 of a large capacity, the penetration depth of the ultrasonic waves is small, so that the effect of ultrasonic waves can not be sufficiently realized. To this end, a plurality of ultrasonic treatment apparatuses can be disposed on the sidewall of the melting furnace 120 that houses the large-capacity molten metal 200. However, in the course of passing through the material constituting the sidewall of the melting furnace 120, the ultrasonic waves are canceled The ultrasonic treatment effect applied to the molten metal 200 of large capacity may be insignificant. This is also the case when an ultrasonic device is installed on the outer wall of the molds 50 and 60.

발명자는 진동에너지 인가의 효과를 극대화하기 위하여 용해로(120)에 수용된 대용량의 금속의 용탕(200)에 진동에너지를 인가하는 것이 아니라, 상술한 작은 용기(140)에 수용된 금속의 용탕(200)에 진동에너지를 인가한 후에 몰드(50, 60)에 진동에너지가 인가된 용탕(200)을 주입하는 방법을 제안한다. 이러한 방법은, 예를 들어, 대용량의 용탕을 준비한 후에, 예를 들어, 로봇팔 등을 이용하여, 소량의 용탕을 몰드에 주입하여 주조품을 제조하는 금형주조법이나 다이캐스팅법에 더욱 효과적일 수 있다. 도 2 내지 도 5에서 구체적으로 도시하지 않았지만, 상기 로봇팔이 용기(140)의 일측에 연결되어 용기(140)의 움직임을 제어할 수도 있다. The inventor has found that the vibration energy is not applied to the molten metal 200 of a large capacity accommodated in the melting furnace 120 in order to maximize the effect of the application of the vibration energy but also to the molten metal 200 contained in the small container 140 And a method of injecting the molten metal 200 to which the vibration energy is applied to the molds 50 and 60 after the vibration energy is applied. Such a method can be more effective for a mold casting method or a die casting method in which, for example, a large amount of molten metal is prepared and then a small amount of molten metal is injected into the mold by using, for example, a robot arm to produce a cast article. 2 to 5, the robot arm may be connected to one side of the container 140 to control the movement of the container 140. [

구체적으로, 초음파 장치(150)에 연결된 혼(155, horn)을 상술한 작은 용기(140)에 수용된 금속의 용탕(200)에 투입하고 초음파를 인가할 수 있다. 초음파 장치(150)에서 발생되는 초음파의 조건은 상술한 작은 용기(140)에 수용된 금속의 용탕(200)의 용량에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 초음파는 17 kHz 내지 23 kHz 범위의 주파수 및 0.5 kW 내지 5 kW 범위의 출력을 가질 수 있다. 그러나, 상술한 주파수와 출력의 수치적 범위는 예시적이며 이에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 제한되지는 않는다. Specifically, the horn 155 connected to the ultrasonic device 150 can be inserted into the molten metal 200 accommodated in the small container 140 and the ultrasonic wave can be applied. The condition of the ultrasonic wave generated in the ultrasonic device 150 can be appropriately adjusted according to the capacity of the molten metal 200 accommodated in the small container 140 described above. For example, the ultrasonic wave may have a frequency in the range of 17 kHz to 23 kHz and an output in the range of 0.5 kW to 5 kW. However, the numerical ranges of the above-mentioned frequencies and outputs are exemplary and the technical idea of the present invention is not limited thereby.

본 발명의 일 실시예에 따른 주조합금의 제조방법은 필요한 주조형상에 완전히 일치하도록 정확하게 기계가공된 강제(鋼製)의 금형(金型)에 용융된 금속을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀주조법인 다이캐스팅에 적용될 수 있다. A method of manufacturing a casting alloy according to an embodiment of the present invention is a method of manufacturing a casting alloy by precisely machining a casting shape by precisely machining a molten metal into a steel mold to obtain the same casting It can be applied to die casting, which is a casting method.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 작은 용기(140)에 수용된 금속의 용탕(200)에 진동에너지를 인가한 후에 용기(140)로부터 다이캐스팅용 몰드(50)로 용탕(200)을 주입할 수 있다. 다이캐스팅용 몰드(50)는 용탕(200)이 주입되어 성형품이 성형되는 성형공간(54)이 내부에 배치되며, 용탕(200)을 주입하기 위해 성형공간(54)에 연결되며 용탕(200)이 공급되는 슬리브(sleeve)(52)와, 슬리브(52)에 공급된 용탕(200)을 가압하여 용탕(200)이 성형공간(54)에 주입되게 하는 플런저(plunger)(53)가 제공된다. 슬리브(52)는 상측에 용기(140)를 통해 용탕(200)을 공급받을 수 있도록 용탕 공급구(51)가 형성된다. 즉 슬리브(52)에 공급되는 용탕(200)은 슬리브(52)의 하측부터 채워진다. 도 4a에 도시된 바와 같이 플런저(53)가 다이캐스팅용 몰드(50)의 후방에 물러나 있는 상태에서 용기(140)로부터 슬리브(52)에 용탕(200)이 공급된다. 용탕(200) 공급 후, 도 4b에 도시된 바와 같이 플런저(53)가 전방을 향해 이동되면, 슬리브(52)에 공급된 용탕(200)이 플런저(53)에 의해 가압되면서 성형공간(54)에 주입된다. 성형공간(54)에 용탕(200)이 주입된 상태에서 용탕(200)이 응고됨으로써, 성형품의 성형이 이루어진다.4A and 4B, after the vibration energy is applied to the molten metal 200 contained in the small container 140, the molten metal 200 can be injected from the container 140 into the die casting mold 50 . The die casting mold 50 includes a molding space 54 in which a molten metal 200 is injected to form a molded product and is connected to the molding space 54 for injecting the molten metal 200, There is provided a plunger 53 for pressing the molten metal 200 supplied to the sleeve 52 and causing the molten metal 200 to be injected into the molding space 54. The sleeve 52 is provided with a melt supply port 51 for receiving the melt 200 through the container 140 on the upper side. That is, the molten metal 200 supplied to the sleeve 52 is filled from the lower side of the sleeve 52. The molten metal 200 is supplied from the container 140 to the sleeve 52 with the plunger 53 retracted to the back of the mold 50 as shown in Fig. 4B, when the plunger 53 is moved forward, the molten metal 200 supplied to the sleeve 52 is pressurized by the plunger 53, so that the molding space 54 is closed, . The molten metal 200 is solidified in a state where the molten metal 200 is injected into the molding space 54, thereby molding the molded product.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 주조합금의 제조방법은 사형(砂型) 주조에 적용될 수도 있다. Meanwhile, a method of manufacturing a cast alloy according to an embodiment of the present invention may be applied to sand casting.

도 5를 참조하면, 작은 용기(140)에 수용된 금속의 용탕(200)에 진동에너지를 인가한 후에 용기(140)로부터 사형 몰드(60)로 용탕(200)을 주입할 수 있다. 용탕(200)은 스프루(61, sprue)에서 런너(62, runner)로 흘러 들어가고, 게이트(64, gate)라는 입구부를 통해 형상의 빈 공간을 이루는 부분으로 들어간다. 라이저(63, riser)는 주조형상이 냉각되어 수축할 때 공급할 액체 상태의 금속의 작은 저장고이다. 코어(65, core)는 실린더의 구멍과 같이 공간을 형성하기 위해 주형 안에 배치할 수 있다. 폐쇄 주형 주조는 코프(66, cope)나 드래그(67, drag)의 반쪽에 사용되고, 플라스크(68, flask)로 밀봉된다. 주형은 주조형상을 꺼내기 위하여 파괴한다. 분리선(parting line)은 두 주형의 반쪽이 만나는 곳에 위치한다.
5, after the vibration energy is applied to the molten metal 200 accommodated in the small container 140, the molten metal 200 can be injected from the container 140 into the mold 160. FIG. The molten metal 200 flows from the sprue 61 to the runner 62 and enters the portion forming the empty space of the shape through the entrance portion of the gate 64 (gate). The riser 63 is a small reservoir of liquid metal to be supplied when the cast shape is cooled and shrunk. The core 65 may be disposed in the mold to form a space, such as a hole in the cylinder. The closed mold casting is used in half of the cop 66 or drag 67 and is sealed with a flask 68. The mold breaks to remove the cast shape. The parting line is located where half of the two molds meet.

도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 주조합금의 제조장치 및 이에 의한 제조공정을 도해하는 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 관점에 의한 주조합금의 제조장치(190)가 제공된다. 주조합금의 제조장치(190)는 적어도 하나 이상의 금속을 포함하는 주조합금을 제조하는 장치로서, 용해로(120)에 수용된 금속의 용탕(200) 중 일부를 채취하여 수용할 수 있으며, 용해로(120)보다 용량이 작은, 용기(140); 용기(140)에 수용된 금속의 용탕(200)에 진동에너지를 인가할 수 있는 초음파 장치(150); 및 용해로(120)에서 용기(140)로 금속의 용탕(200)을 채취하고 용기(140)로부터 몰드(70)에 금속의 용탕(200)을 주입할 수 있도록, 용기(140)의 움직임을 조절하는 제어장치(110);를 구비할 수 있다.6 is a diagram illustrating an apparatus for producing a cast alloy and a manufacturing process therefor according to some embodiments of the present invention. Referring to Fig. 6, there is provided an apparatus 190 for producing a cast alloy according to another aspect of the present invention. The casting alloy manufacturing apparatus 190 is an apparatus for producing a cast alloy containing at least one metal. The casting alloy manufacturing apparatus 190 can collect and accommodate a part of the molten metal 200 contained in the melting furnace 120, A container 140 having a smaller capacity; An ultrasonic device 150 capable of applying vibration energy to the molten metal 200 contained in the container 140; And to control the movement of the container 140 so that the molten metal 200 is taken from the melting furnace 120 to the container 140 and the molten metal 200 is injected from the container 140 into the mold 70. [ And a control unit 110 for controlling the operation of the apparatus.

제어장치(110)는, 용기(140)의 각도를 조절하거나 용기(140)를 이동시킴으로써, 용해로(120)에서 용기(140)로 금속의 용탕(200)을 채취할 수 있도록 제어할 수 있으며 용기(140)로부터 몰드(70)에 금속의 용탕(200)을 주입할 수 있도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어장치(110)는 용기(140)의 움직임을 제어할 수 있도록 구성된 로봇(110a)을 포함할 수 있다. 로봇(110a)은 용기(140)의 일측에 연결된 로봇팔을 구비할 수 있다. 한편, 제어장치(110)는 지상에 고정될 수 있으나 필요에 따라서는 지상에 고정되지 않고 이동할 수도 있다. The control device 110 can control to collect the molten metal 200 from the melting furnace 120 to the container 140 by adjusting the angle of the container 140 or moving the container 140, The molten metal 200 can be controlled to be injected from the mold 140 into the mold 70. For example, the control device 110 may include a robot 110a configured to control the movement of the container 140. For example, The robot 110a may have a robot arm connected to one side of the container 140. On the other hand, the control device 110 may be fixed on the ground, but it may move without being fixed on the ground as required.

초음파 장치(150)는 일단에 배치된 혼(155, horn)을 포함할 수 있으며, 혼(155)을 용기(140)에 수용된 금속의 용탕(200)에 투입하고 초음파를 인가할 수 있다. 초음파 장치(150)에서 발생되는 초음파의 조건은 상술한 작은 용기(140)에 수용된 금속의 용탕(200)의 용량에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 초음파는 17 kHz 내지 23 kHz 범위의 주파수 및 0.5 kW 내지 5 kW 범위의 출력을 가질 수 있다. 그러나, 상술한 주파수와 출력의 수치적 범위는 예시적이며 이에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 제한되지는 않는다. The ultrasonic device 150 may include a horn 155 disposed at one end of the horn 155. The horn 155 may be inserted into the molten metal 200 accommodated in the container 140 to apply ultrasonic waves. The condition of the ultrasonic wave generated in the ultrasonic device 150 can be appropriately adjusted according to the capacity of the molten metal 200 accommodated in the small container 140 described above. For example, the ultrasonic wave may have a frequency in the range of 17 kHz to 23 kHz and an output in the range of 0.5 kW to 5 kW. However, the numerical ranges of the above-mentioned frequencies and outputs are exemplary and the technical idea of the present invention is not limited thereby.

몰드(70)는 내부에 성형공간(70b)을 포함하는 주형(70a)을 구비한다. 몰드(70)는, 예를 들어, 사형 몰드, 금형 몰드 또는 다이캐스팅용 몰드를 포함할 수 있는바, 구체적으로는, 상술한 다이캐스팅용 몰드(50)나 사형 몰드(60)를 포함할 수 있다. The mold 70 has a mold 70a including a molding space 70b therein. The mold 70 may include, for example, a mold for a die, a die for a mold or a mold for die casting, and specifically, a mold 50 for die casting.

본 발명의 또 다른 관점에 의한 주조합금의 제조장치는, 상술한 장치(190) 외에 용해로(120) 및/또는 몰드(70)를 더 구비할 수도 있다.
The apparatus for producing a cast alloy according to still another aspect of the present invention may further include a melting furnace 120 and / or a mold 70 in addition to the above-described apparatus 190.

이하에서는 상술한 제조방법을 구체적으로 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금에 적용하는 경우를 예시적으로 설명한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 미세화 처리 및 강도개선을 목적으로 초음파 처리를 수행할 수 있는 다른 금속 혹은 합금에도 적용할 수 있음은 명백하다.
Hereinafter, a case where the above-described manufacturing method is specifically applied to an Al-Si-based cast aluminum alloy will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and it is obvious that the present invention can be applied to other metals or alloys capable of performing ultrasonic treatment for fineness treatment and strength improvement.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 제조방법을 설명하기 위한 알루미늄-규소의 상태도를 도해하는 도면들이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 제조방법에서 용체화처리하고 시효경화하는 구성을 개념적으로 도해하는 도면이다. FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating a state diagram of aluminum-silicon for explaining a method of manufacturing an Al-Si-based cast aluminum alloy according to an embodiment of the present invention. Fig. 2 is a conceptual illustration of a solution-treating and aging-curing structure in a process for producing an Al-Si-based cast aluminum alloy according to the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 제조방법은 알루미늄(Al)과 규소(Si)를 포함하고, 구리(Cu)를 더 포함하는, 알루미늄 합금 용탕을 용해로에서 형성하는 단계; 상기 용해로에 수용된 상기 알루미늄 합금 용탕 중 일부를 상기 용해로보다 용량이 작은 용기로 채취하는 단계; 상기 작은 용기에 수용된 상기 알루미늄 합금 용탕에 진동에너지를 인가하는 단계; 및 상기 진동에너지를 인가한 상기 알루미늄 합금 용탕을 응고시키는 단계;를 포함한다. 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 제조방법은, 상기 알루미늄 합금 용탕을 응고시켜 형성한 주조상태 그대로의 생주물(as-cast)을 용체화 처리(solution treatment)하는 단계; 및 용체화 처리한 상기 생주물을 시효 경화하는 단계;를 더 포함할 수 있다. A method of manufacturing an Al-Si-based casting aluminum alloy according to an embodiment of the present invention includes the steps of forming an aluminum alloy molten metal in a melting furnace including aluminum (Al) and silicon (Si) step; Collecting a part of the molten aluminum alloy contained in the melting furnace into a container having a smaller capacity than the melting furnace; Applying vibration energy to the aluminum alloy melt contained in the small vessel; And coagulating the aluminum alloy melt to which the vibration energy is applied. Further, a method of manufacturing an Al-Si-based casting aluminum alloy according to an embodiment of the present invention is characterized in that the as-cast as-cast formed by solidifying the aluminum alloy melt is subjected to a solution treatment ); And aging-curing the solution-processed raw castings.

일반적으로 알루미늄에 규소가 1.65% 이상 첨가된 Al-Si계 알루미늄 합금은 주조성이 우수하여 자동차, 산업기계 등의 부품제조에 다양하게 사용되고 있다. 이러한 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 기계적 특성을 향상시키기 위하여, 응고속도를 제어하여 조직을 미세화시키는 방법이나 응고 후에 열처리 공정을 통하여 미세조직을 제어하는 방법 이외에, 본 발명의 발명자들은 응고 전에 액상 상태의 합금 용탕에서 합금의 미세조직적 특성을 제어하는 방법을 제안한다. 이를 위하여, 본 발명에서는 Al-Si계 합금에 0.5 중량% 이상의 구리가 첨가된 Al-Si-Cu계 합금의 용탕에 진동에너지를 인가하는 방법을 이용하였다. 본 발명에서 진동에너지를 인가하기 위하여 초음파 혹은 펄스 형태의 파동 등이 인가될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 어떠한 형태의 진동에너지도 인가될 수 있음은 물론이다. In general, an Al-Si based aluminum alloy having 1.65% or more silicon added to aluminum has excellent castability and is widely used for manufacturing parts for automobiles and industrial machines. In order to improve the mechanical properties of the aluminum alloy for Al-Si-based casting, in addition to the method of controlling the solidification rate to make the structure finer or the method of controlling the microstructure through the heat treatment step after solidification, State microstructural properties of the alloy in the molten alloy. To this end, in the present invention, a method of applying vibration energy to a molten Al-Si-Cu alloy containing 0.5 wt% or more of copper added to an Al-Si alloy was used. In the present invention, ultrasound waves or pulse waves may be applied to apply vibration energy, but it is not limited thereto and any type of vibration energy may be applied.

용탕에 진동에너지를 인가하는 이러한 방법은 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금에서 규소의 함량이 12.6 중량% 이하인 아공정 조성, 규소의 함량이 12.6 중량% 부근인 공정 조성, 규소의 함량이 12.6 중량% 이상인 과공정 조성인 경우에 모두 적용될 수 있음을 확인하였다(도 7a 및 도 7b 참조). 한편, 아공정 조성인 경우에서도 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 주조성을 위하여 규소의 함량은 1.65 중량% 이상인 것이 바람직하며, 과공정 조성인 경우에서도 응고수축, 연신율 등의 기계적 특성을 위하여 30 중량% 이하인 것이 바람직하다. 한편, 상기 아공정 조성과 상기 과공정 조성의 경계를 이루는 공정 조성은 합금에 추가로 더 첨가되는 합금원소(예를 들어, 마그네슘, 구리, 철)의 종류에 따라서 변동될 수도 있다. This method of applying vibration energy to the molten metal is characterized in that the aluminum alloy for Al-Si-based casting has a process composition with a silicon content of 12.6 wt% or less, a silicon content of about 12.6 wt%, a silicon content of 12.6 wt% (Fig. 7A and Fig. 7B). [0051] As shown in Fig. In the case of the sub-process composition, the content of silicon is preferably 1.65% by weight or more for casting the Al-Si-based casting aluminum alloy. For the mechanical properties such as solidification shrinkage and elongation, % Or less. Meanwhile, the process composition forming the boundary between the sub-process composition and the over-process composition may be varied depending on the kind of the alloy element (for example, magnesium, copper, iron) which is further added to the alloy.

인가된 진동에너지는 다음의 두 가지 효과를 발현하는 것으로 설명할 수 있다. 첫째, Al-Si-Cu계 합금의 용탕에는 Al-Al, Al-Si, Si-Si, Al-Cu 등의 본드(bond)들이 존재할 수 있는데, 강한 진동을 부여함으로써 이러한 본드들의 결합력에 영향을 주어 오더링(ordering)을 감소시키며 이러한 효과로 알루미늄 기지 내부에 구리의 고용도가 증가될 수 있다. 둘째, 진동에너지는 용탕의 내부에 국부적인 압력을 증가시키는 효과를 가지며, 용탕의 압력 증가로 알루미늄 기지 내부에 구리의 고용도가 증가될 수 있다. It can be explained that the applied vibration energy exhibits the following two effects. Firstly, Al-Al, Al-Si, Si-Si and Al-Cu bonds may exist in the molten Al-Si-Cu alloy. This reduces ordering and this effect can increase the solubility of copper in the aluminum matrix. Second, the vibration energy has the effect of increasing the local pressure inside the molten metal, and the increase in the pressure of the molten metal can increase the solubility of copper in the aluminum base.

본 발명자는, 상기 조성의 합금 용탕을 진동에너지를 인가하지 않는 통상적인 방법으로 주조한 경우와 비교할 때, 상기 조성의 합금 용탕에 진동에너지를 인가하여 주조한 경우, 주조상태에서 고용강화 효과가 증가하여 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 기계적 특성이 향상됨을 확인하였다. The present inventors have found that when the alloy melt of the above composition is cast by applying vibration energy to the alloy melt of the above composition as compared with the case where the alloy melt of the above composition is cast by a conventional method without applying vibration energy, And the mechanical properties of the aluminum alloy for Al-Si-based casting were improved.

또한, 상기 주조상태의 소재를 열처리(용체화/시효처리)하는 경우에도, 초기 고용량이 높기 때문에 구리를 포함하는 석출물에 의하여 석출경화 효과가 증가하여 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 기계적 특성이 향상됨을 확인하였다. In addition, even when the material in the cast state is heat-treated (solubilization / aging treatment), the precipitation hardening effect is increased by the precipitate containing copper because the initial high capacity is high, and the mechanical properties of the aluminum alloy for Al- Respectively.

본 발명의 실시예들에 따른 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금에서 구리는 0.5 중량% 내지 15 중량%를 구성하며, 엄격하게는, 1.5 중량% 내지 5.0 중량%를 구성할 수 있다. In the Al-Si-based cast aluminum alloy according to the embodiments of the present invention, copper constitutes 0.5% to 15% by weight, and strictly 1.5% to 5.0% by weight can be constituted.

한편, 본 발명의 변형된 실시예에 의하면, Al-Si계 주조용 알루미늄 합금에서 요구되는 특성에 따라 다양한 합금원소를 용탕에 첨가하여 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 특성을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, Al-Si 합금 용탕에 마그네슘, 아연, 망간, 크롬, 니켈, 티타늄, 바나듐, 지르코늄, 철, 주석, 코발트 및 리튬으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 더 첨가할 수 있다. Meanwhile, according to the modified embodiment of the present invention, various alloying elements may be added to the molten metal to change the characteristics of the Al-Si-based cast aluminum alloy according to the characteristics required for the Al-Si-based casting aluminum alloy. For example, at least one selected from the group consisting of magnesium, zinc, manganese, chromium, nickel, titanium, vanadium, zirconium, iron, tin, cobalt and lithium may be further added to the molten Al-Si alloy.

한편, 본 발명의 변형된 다른 실시예에 의하면, Al-Si계 주조용 알루미늄 합금에서 요구되는 특성에 따라 용탕에 세라믹 입자를 첨가하여 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 특성을 변화시킬 수 있다. 이 경우, 세라믹 입자가 첨가된 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금은 알루미늄 합금 복합재료로 이해될 수 있다. 예를 들어, Al-Si 합금 용탕에 SiC, Al2O3 및/또는 B4C 등의 세라믹 입자를 첨가할 수 있다. According to another modified embodiment of the present invention, ceramic particles can be added to the molten metal according to the characteristics required for the Al-Si-based casting aluminum alloy, thereby changing the characteristics of the Al-Si-based casting aluminum alloy. In this case, the Al-Si-based cast aluminum alloy to which the ceramic particles are added can be understood as an aluminum alloy composite material. For example, ceramic particles such as SiC, Al 2 O 3, and / or B 4 C may be added to the molten Al-Si alloy.

상술한 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금이나 알루미늄 합금 복합재료는 금형, 사형, 다이캐스팅, 원심주조 등의 임의의 모든 주조방법으로 구현될 수 있다.
The Al-Si-based cast aluminum alloy or aluminum alloy composite material described above can be realized by any casting method such as die, die, die casting, centrifugal casting, and the like.

한편, 본 발명의 실시예들에서는 주조합금의 용탕에 초음파를 적용하는 구성을 채용하고 있는바, 주조합금의 용탕에 초음파를 적용할 경우의 효과에 대한 이해를 돕기 위해서 상술한 기술적 사상을 적용한 실험예들(실험예 1 내지 실험예4)을 설명한다. 또한, 과공정 알루미늄-규소 주조합금의 제조방법에서 초음파 처리를 한 후에 유지시간을 이해하기 위하여 상술한 기술적 사상을 적용한 실험예(실험예 5)를 설명한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예들에 의해서 한정되는 것은 아니다.
On the other hand, in the embodiments of the present invention, ultrasonic waves are applied to the molten metal of the cast alloy, and in order to help understand the effect of applying ultrasonic waves to the molten metal of the cast alloy, experiments using the above- Examples (Experimental Examples 1 to 4) will be described. In addition, an experimental example (Experiment Example 5) in which the above-described technical idea is applied to understand the holding time after the ultrasonic treatment in the manufacturing method of the over-process aluminum-silicon cast alloy will be described. It should be understood, however, that the following examples are for the purpose of promoting understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

실험예1Experimental Example 1

실험예1은 Al-Cu 이원계 합금을 통한 기초 시험으로서, 초음파 처리(UST ; Ultrasonic treatment)에 따라 합금원소인 구리의 고용량의 증가 가능성을 확인하고자 하였다. 이를 위하여, 표 1에 개시된 Al-Cu 조성의 이원계 합금을 사용하였다. Experimental Example 1 was conducted to examine the possibility of increasing the amount of copper as an alloying element by ultrasonic treatment (UST; Ultrasonic treatment) as a basic test through an Al-Cu binary alloy. For this purpose, a binary alloy of the Al-Cu composition disclosed in Table 1 was used.

조성(wt.%)Composition (wt.%) SiSi FeFe CuCu MnMn MgMg TiTi 0.0890.089 0.080.08 3.933.93 0.0010.001 0.0040.004 0.0410.041

실험방법은 합금 1kg를 전기저항로에서 완전히 용해한 후 초음파 장치를 이용하여 초음파 처리를 하였다. 초음파 처리 조건은 약 19.0kHz의 주파수와 약 1kW의 출력으로 1분동안 주파수를 용탕에 인가하였다. 초음파 처리시 용탕온도를 다양하게 설정하여 시험하였다. 초음파 처리중에 용탕온도는 약 30℃ 내지 40℃ 감소하였으며, 초음파 처리후 200℃로 가열된 금형 몰드에 주입하여 주조하였다. In the experimental method, 1 kg of alloy was completely dissolved in electric resistance furnace, and ultrasonic treatment was performed using ultrasonic device. The ultrasonic treatment conditions were a frequency of about 19.0 kHz and a frequency of about 1 kW for 1 minute. During the ultrasonic treatment, the temperature of the molten metal was varied and tested. During the ultrasonic treatment, the temperature of the molten metal was reduced by about 30 ° C to 40 ° C. After the ultrasonic treatment, the molten metal was cast into a mold mold heated to 200 ° C.

도 9a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 초음파 처리를 수행하였을 때 구리를 포함하는 알루미늄 합금의 전기저항을 나타내는 그래프이고, 도 9b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 초음파 처리를 수행하였을 때 구리를 포함하는 알루미늄 합금의 미소경도 변화를 나타내는 그래프이다. 도 9a 및 도 9b에 표시된 온도는 초음파 처리 후 금형 몰드에 주입할 때의 온도를 기준으로 하였다. 비교를 위하여 초음파 처리를 하지 않은 시편도 동일한 합금으로 동일방법으로 제조하였으며, 용탕온도 700℃에서 용해한 후 동일한 금형 몰드에 주조하였다. 9A is a graph showing the electrical resistance of an aluminum alloy including copper when ultrasonic treatment is performed according to some embodiments of the present invention, and FIG. 9B is a graph showing the electrical resistance of an aluminum alloy containing copper when ultrasonic treatment according to some embodiments of the present invention Graph showing changes in microhardness of an aluminum alloy including copper. The temperatures shown in Figs. 9A and 9B were based on the temperature at the time of injection into the mold after the ultrasonic treatment. For comparison, specimens without ultrasonic treatment were prepared by the same method with the same alloys, and melted at a melt temperature of 700 ℃ and then cast in the same mold.

도 9a를 참조하면, 초음파 처리를 하지 않은 경우에 비하여 초음파 처리를 실시하면 전기저항값이 증가하며, 초음파 처리를 실시하는 온도가 증가함에 따라서도 전기저항값이 증가하였다. 이는 Al 내부로 Cu의 고용도가 증가함에 따라 기지의 격자왜가 증가함에 기인한다. 한편, 초음파 처리 온도가 증가함에 따라 고용량이 더 증가할 수 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 9A, when the ultrasonic wave treatment is performed, the electric resistance value increases and the electric resistance value increases as the temperature for the ultrasonic wave treatment increases, compared with the case where the ultrasonic wave treatment is not performed. This is due to the increase in the lattice strain of the base as the solubility of Cu increases in Al. On the other hand, it can be seen that as the ultrasonic treatment temperature is increased, the high capacity can be further increased.

도 9b를 참조하면, 전기저항값의 변화와 동일하게 Al 기지의 미소 경도값도 증가함을 알 수 있는데, Cu의 고용량이 증가했다는 것을 의미하는 것으로 판단할 수 있다.
Referring to FIG. 9B, it can be seen that the microhardness value of the Al base is increased as well as the change of the electric resistance value, which means that the high capacity of Cu is increased.

실험예2Experimental Example 2

실험예2는 본 발명의 일 실시예를 구현한 실험예로서, 구체적으로, 과공정 Al-Si합금인 A390합금(Al-17.95%Si-4.22%Cu)에 적용하였다. 실험예2에서는 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 제조방법이, 예를 들어, 도 7b에 도시된 F-G-H-I 선을 따라 수행될 수 있다.
Experimental Example 2 is an experimental example in which one embodiment of the present invention is implemented. Specifically, it is applied to an A390 alloy (Al-17.95% Si-4.22% Cu) which is an over-process Al-Si alloy. In Experimental Example 2, a method of producing an Al-Si-based cast aluminum alloy can be performed, for example, along the line FGHI shown in FIG. 7B.

1. 제조 방법1. Manufacturing Method

초음파 처리한 소재는 17.95wt%의 Si과 4.2wt%의 Cu를 함유한 상용 A390 합금(과공정 합금)을 사용하였다. 구체적으로, 상기 과공정 합금의 조성은 표 2에 표시하였다. The ultrasonic treated material was a commercially available A390 alloy (overbased alloy) containing 17.95 wt% Si and 4.2 wt% Cu. Specifically, the composition of the over-process alloy is shown in Table 2.

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실험방법은 A390합금 1kg를 전기저항로에서 용해온도 약 790℃로 완전히 용해한 후에, 초음파 장치를 이용하여 초음파 처리를 수행하였다. 초음파 처리의 조건으로는 19.0kHz 부근의 주파수로 약 1kW의 출력을 사용하였으며 1분동안 초음파를 용탕에 인가하였다. 초음파 처리시 용탕온도는 790℃에서 750℃로 다소 감소하였다. 초음파 처리후 200℃로 가열된 금형 몰드에 용탕을 주입하여 주조하였다. In the test method, 1 kg of A390 alloy was completely dissolved in an electric resistance furnace at a dissolution temperature of about 790 ° C., and ultrasonic treatment was performed using an ultrasonic device. As a condition of the ultrasonic treatment, about 1 kW of power was used at a frequency of about 19.0 kHz, and ultrasonic waves were applied to the melt for 1 minute. The temperature of the melt decreased slightly from 790 ℃ to 750 ℃ during the ultrasonic treatment. After the ultrasonic treatment, a molten metal was injected into a mold mold heated at 200 ° C and cast.

본 발명의 실험예2에 따른 과공정 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 제조방법은 알루미늄과 과공정 조성을 형성할 수 있는 함량의 규소를 포함하고, 구리를 더 포함하는, 과공정 알루미늄-규소 합금 용탕을 제공하는 제 1 단계; 상기 알루미늄-규소 합금 용탕에 초음파 처리를 수행하는 제 2 단계; 및 상기 초음파 처리를 수행한 상기 알루미늄-규소 합금 용탕을 응고시키는 제 3 단계;를 포함한다. 이들 단계들은, 예를 들어, 도 2b에서 도시된 F-G-H-I 선을 따라 수행될 수 있으며, 이하에서 이를 설명한다. The method for producing an aluminum alloy for over-process Al-Si based casting according to Experimental Example 2 of the present invention is characterized in that the aluminum-silicon alloy containing over-processing aluminum-silicon alloy A first step of providing a molten metal; A second step of performing ultrasonic processing on the aluminum-silicon alloy melt; And a third step of solidifying the ultrasonic wave-treated aluminum-silicon alloy melt. These steps can be performed, for example, along the line F-G-H-I shown in FIG. 2B, which will be described below.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 알루미늄-규소 합금 용탕의 온도가 F점에서 점점 냉각되어 G점에 도달하게 되면 초정 규소(primary Si)가 최초로 정출된다. 계속하여, G점에서 H점까지, 즉, 공정 온도(예를 들어, 도면에 도시된 577℃)까지, 점점 냉각되는 동안 초정 규소의 비율은 점점 커지고 용탕의 비율은 점점 작아진다. G점에서 H점까지 용탕의 조성은 G-E라인을 따르게 된다. 알루미늄 합금 용탕이 H점(공정 온도)에 도달하게 되면, 공정 반응(eutectic reaction)이 일어나서 잔존하던 액상의 용탕에서는 규소가 알루미늄에 고용된 형태인 α-Al 고용체와 순수한 규소가 동시에 정출된다. 물론, 용탕에 추가로 더 첨가되는 합금원소(예를 들어, 마그네슘, 구리, 철)와 용탕의 분위기에 따라서 상기 순수한 규소는 고용체 형태를 가질 수도 있다. 여기에서 상기 순수한 규소는 공정 규소(eutectic Si)로 이해될 수 있다. H점에서 I점까지 점점 냉각되는 동안 순수한 규소의 비율은 점점 커지고 규소가 알루미늄에 고용된 형태인 α-Al 고용체의 비율은 점점 작아진다. 7A and 7B, when the temperature of the molten aluminum-silicon alloy is gradually cooled at point F and reaches the point G, the primary Si is first crystallized. Subsequently, the proportion of the superfine silicon gradually increases and the proportion of the molten metal gradually decreases from the point G to the point H, that is, to the process temperature (for example, 577 ° C. shown in the drawing). The composition of the molten metal from point G to point H follows the line G-E. When the molten aluminum alloy reaches the H point (process temperature), an eutectic reaction occurs, and in the liquid molten metal remaining, α-Al solid solution and pure silicon which are in the form of silicon dissolved in aluminum are simultaneously extracted. Of course, the pure silicon may have a solid-solution form depending on the atmosphere of the molten metal and alloying elements (for example, magnesium, copper, and iron) which are further added to the molten metal. Herein, the pure silicon can be understood as eutectic Si. The rate of pure silicon increases gradually while cooling from point H to point I gradually increases, and the proportion of the [alpha] -Al solid solution, in which silicon is dissolved in aluminum, becomes smaller and smaller.

실험예2에서 상기 알루미늄 합금 용탕에 초음파 처리를 수행하는 제 2 단계는 용탕이 존재하는 구간에서 수행하였다. 예를 들어, 상기 초음파 처리는 상기 용탕에서 초정 규소가 최초로 정출될 때까지만 수행하였다(F-G 구간). In Experimental Example 2, the second step of performing the ultrasonic treatment on the aluminum alloy melt was performed in a region where the melt was present. For example, the ultrasonic treatment was performed only until the first crystallization of the superfine silicon was performed in the molten metal (F-G section).

하지만, 변형된 실시예에서는, 상기 초음파 처리가 상기 용탕이 공정 온도에 도달할 때까지 수행될 수도 있다(F-G-H 구간). 또한, 변형된 다른 실시예에서는, 상기 초음파 처리가 상기 용탕에서 초정 규소가 최초로 정출될 때부터 상기 용탕에서 공정 규소가 나타날 때까지 수행될 수도 있다(G-H 구간). However, in a modified embodiment, the ultrasonic treatment may be performed until the molten metal reaches the process temperature (F-G-H period). In another modified embodiment, the ultrasonic treatment may be performed from the time when the superfine silicon is first crystallized in the molten metal until the process silicon appears in the molten metal (G-H period).

상기 초음파 처리를 수행한 상기 알루미늄 합금 용탕을 응고시키는 제 3 단계는 H-I 구간을 포함하며, 초정 규소를 둘러싸는 공정 조직으로 구성되는 알루미늄-규소 주조합금이 구현될 수 있다. 상기 공정 조직은 규소가 알루미늄에 고용된 형태인 α-Al 고용체;와 순수한 규소;가 동시에 정출되고 성장된 조직이다. The third step of solidifying the aluminum alloy melt subjected to the ultrasonic treatment may include an H-I section and an aluminum-silicon cast alloy composed of a process structure surrounding the superfine silicon. The process structure is a structure in which? -Al solid solution in which silicon is dissolved in aluminum and pure silicon are simultaneously crystallized and grown.

본 발명자는 상기 초음파 처리를 수행함으로써 상기 주조합금에서 구현되는 초정 규소를 더 미세화할 수 있음을 확인하였다. 초정 규소가 조대화되면 알루미늄-규소 주조합금이 취화되고 입계에서 매우 취약한 여러 문제점들이 발생하게 되는데, 상기 초음파 처리를 수행함으로써 효과적으로 초정 규소를 미세화할 수 있다. The inventor of the present invention has confirmed that ultrafine silicon, which is realized in the cast alloy, can be finer by performing the ultrasonic treatment. When the super-fine silicon is coarsened, the aluminum-silicon cast alloy is embrittled and various problems that are very weak at grain boundaries occur. By performing the ultrasonic treatment, the super-fine silicon can be effectively refined.

한편, 비교를 위하여 동일한 합금을 초음파 처리를 하지 않고 통상적인 방법으로 제조하였다. 구체적으로, 동일한 조성의 합금 5kg을 전기저항로를 사용하여 720℃로 용해 후 용탕의 수소가스를 제거하기 위하여 탈가스 처리를 실시하고, 탈가스 처리 후 15분간 진정시킨 후 금형 몰드에 주입하였다.
On the other hand, for comparison, the same alloy was prepared by a conventional method without ultrasonic treatment. Specifically, 5 kg of an alloy having the same composition was dissolved in an electric resistance furnace at 720 占 폚 to remove hydrogen gas in the molten metal, and degassed for 15 minutes after the degassing treatment, and then injected into the mold mold.

2. 특성 평가 2. Characterization

(1) 열처리(1) Heat treatment

먼저, 상술한 제조방법에 의하여 주조한 상태의 주물에 대하여 표 3과 같은 열처리를 수행하였다. First, the castings in the casting state by the above-described manufacturing method were subjected to the heat treatment as shown in Table 3.

열처리Heat treatment 열처리 조건Heat treatment condition FF 주조상태 그대로 As cast condition T6T6 용체화처리 495℃/8hrs → 수냉 quenching (to 60-80℃) →
시효처리 175℃/8hrs
Solution treatment 495 ° C / 8hrs → water quenching (to 60-80 ° C) →
Aging Treatment 175 ° C / 8hrs
T7T7 용체화처리 495℃/8hrs → 수냉 quenching (to 60-80℃) →
시효처리 230℃/4hrs
Solution treatment 495 ° C / 8hrs → water quenching (to 60-80 ° C) →
Aging Treatment 230 ° C / 4hrs

도 8의 (a)를 참조하면, 상기 초음파 처리를 수행한 알루미늄 합금 용탕을 응고시켜 형성한 주조 상태 그대로인 생주물(as-cast)이 도시된다. 상기 생주물은 별도의 기계 가공이나 열처리를 하지 않고 주조한 그대로의 주물로서 애즈-캐스트(as-cast)로 명명될 수 있으며, 도 7b에서 H-I 라인을 따라 냉각시켜 주조한 주물을 의미할 수 있다. 알루미늄-규소 합금 용탕에 첨가된 구리 등은 상기 생주물에서 알루미늄 기지(320) 내에 고용되어 고용강화의 효과를 발현하여 강도 향상에 기여할 수 있다. 또한, 상기 합금 용탕에 첨가된 규소, 구리 등은 알루미늄과 함께 서로 반응하여 상기 생주물에서 다양한 형태의 이차상(330)으로 존재하여 분산강화의 효과를 발현하여 강도 향상에 기여할 수도 있다.Referring to FIG. 8 (a), an as-cast in a cast state formed by solidifying the aluminum alloy melt subjected to the ultrasonic treatment is shown. The raw casting may be referred to as an as-cast casting as it is without additional machining or heat treatment, and may be a casting which is cast by cooling along the HI line in FIG. 7B . Copper or the like added to the molten aluminum-silicon alloy may be dissolved in the aluminum matrix 320 in the above-described raw castings to exhibit the effect of solid solution strengthening, thereby contributing to the improvement of the strength. Silicon, copper, and the like added to the alloy melt react with each other with aluminum and exist in various forms of the secondary phase 330 in the raw casting, thereby exhibiting the effect of strengthening dispersion and contributing to the improvement of strength.

상기 고용강화는, 어떤 금속에 용해된 다른 금속의 작용이다. 용질 원자와 전위의 움직임과의 상호작용의 결과로서 용질 원자의 첨가는 결정질 재료의 항복강도를 증가시킨다. 고용체는 치환형 고용체와 침입형 고용체가 있다. 치환형 고용체에서 용매 원자와 용질 원자의 크기는 대략 같으며 용질 원자는 결정 격자의 격자점을 점유하게 된다. 용매 원자와 용질 원자의 다른 크기 때문에, 결정 격자의 규칙도를 흩트리며, 전위는 이렇게 왜곡된 격자를 쉽게 지나갈 수 없다. 전위가 다시 움직이기 위해서는 더 높은 응력이나 온도가 필요하게 된다. 침입형 고용체에서 용질 원자는 용매 원자보다 훨씬 작으며 용질 원자는 용매 격자의 격자간 위치를 점유한다. 침입형 원자가 전위의 이동을 방해하며 전위가 이동하려면 더욱 큰 응력과 열적 에너지가 필요하게 된다. The solid solution strengthening is the action of another metal dissolved in a certain metal. The addition of solute atoms as a result of the interaction of the solute atoms with the displacement of the dislocations increases the yield strength of the crystalline material. The solid solution is a substituted solid solution and an interstitial solid solution. In the substituted solid solution, the size of the solvent atom and the solute atom is approximately the same, and the solute atom occupies the lattice point of the crystal lattice. Due to the different size of the solvent and solute atoms, the rule of the crystal lattice is disturbed, and the potential can not easily pass through this distorted lattice. In order for the potential to move again, a higher stress or temperature is required. In interstitial solid solutions, solute atoms are much smaller than solvent atoms and solute atoms occupy the interstitial positions of the solvent lattice. Interstitial atoms interfere with the movement of dislocations, and larger stresses and thermal energies are required for dislocations to move.

상기 분산강화는, 연한 기지에 미세하게 분산된 이차상 입자에 의하여 합금이 강화되는 것을 의미한다. 일반적으로 금속은 기지에 미세하게 분산된 불용성의 이차상에 의해 효과적으로 강화될 수 있다. 이 때 분산된 이차상이 어떤 방법에 의해 도입되었는가에 따라 석출경화와 분산강화로 구별할 수 있다. 석출경화란 이차상이 과포화된 고용체로부터 석출에 의해서 형성되는 경우의 강화현상이며, 분산강화란 이차상이 고용체로부터 석출이 아닌 다른 과정(예를 들어, 분말야금법이나 내부산화법)에 의해 형성되는 경우의 강화현상이다. 석출경화가 일어나기 위해서는 온도에 따른 고용도의 차이가 있어야 한다. The dispersion strengthening means that the alloy is strengthened by the finely dispersed secondary phase particles in a soft matrix. In general, the metal can be effectively strengthened by the insoluble secondary phase finely dispersed in the matrix. At this time, precipitation hardening and dispersion strengthening can be distinguished depending on the method by which the dispersed secondary phase is introduced. Precipitation hardening is a strengthening phenomenon in the case where the secondary phase is formed by precipitation from a supersaturated solid solution. The dispersion strengthening is a phenomenon in which the secondary phase is formed by a process other than precipitation from a solid solution (for example, a powder metallurgy method or an internal oxidation method) It is a strengthening phenomenon. In order for precipitation hardening to occur, there is a difference in the degree of solubility depending on the temperature.

구리를 포함하는 과공정 알루미늄-규소 주조합금은 고용강화나 분산강화에 비하여 석출경화에 의하여 강도가 증가되는 것이 가장 효과적으로 알려져 있으므로, 이러한 석출경화 효과를 극대화시키기 위해서는 알루미늄 기지로의 고용량을 증가시키는 것이 필요하다. 본 발명자는 구리를 포함하는 과공정 알루미늄-규소 용탕에 초음파을 인가함으로써 구리 원소가 고온에서도 알루미늄-규소 주조합금의 알루미늄 기지에 다량 고용될 수 있으며 이후의 열처리에 의하여 석출경화 효과를 향상시킬 수 있음을 확인하였다. In order to maximize the precipitation hardening effect, it is necessary to increase the amount of the aluminum-silicon cast alloy in order to maximize the effect of precipitation hardening since the over-process aluminum-silicon cast alloy containing copper is most effectively known to increase the strength by precipitation hardening need. The present inventors have found that by applying ultrasonic waves to a molten aluminum-silicon melt containing copper, a copper element can be incorporated in an aluminum base of an aluminum-silicon cast alloy at a high temperature even at a high temperature, and the precipitation hardening effect can be improved by the subsequent heat treatment Respectively.

석출경화에 의하여 합금이 강화되기 위해서는 먼저 용체화 처리(solid solution treatment)를 행하여야 한다. 도 8의 (a) 및 (b)를 참조하면, 합금 원소들이 기지 내로 녹아들어갈 수 있는 온도까지 합금을 가열한 후 어느 일정 시간을 유지시킨 뒤, 합금 원소들이 과포화 상태로 있을 수 있는 낮은 온도까지 급랭을 하는 것이 용체화 처리이다. 이러한 고용체는 낮은 온도에서 준안정하다. 도 8의 (b) 및 (c)를 참조하면, 석출경화 과정의 두 번째 부분은 시효처리(aging treatment)이다. 이러한 시효 과정 중에 석출상(340)이 생성되어 경도(강도)가 증가하는 현상을 시효경화(age hardening) 또는 석출경화(precipitation hardening)라고 한다. 시효경화는 합금을 강화시키는 석출상(340)이 상온에서 생성되는 자연시효의 경우와 시효시간을 단축하기 위하여 상온보다 높은 온도로 가열하여 석출상(340)을 생성하는 인공시효의 경우에 의하여 구현될 수 있다. In order to strengthen the alloy by precipitation hardening, solid solution treatment should be performed first. 8 (a) and 8 (b), after the alloy is heated to a temperature at which the alloying elements can be melted into the matrix, the alloy is maintained for a certain period of time and then heated to a low temperature at which the alloying elements may be in a supersaturated state The quenching is the solution treatment. These solid solutions are metastable at low temperatures. Referring to Figures 8 (b) and 8 (c), the second part of the precipitation hardening process is an aging treatment. A phenomenon in which a precipitation phase 340 is generated and hardness (strength) is increased during the aging process is called age hardening or precipitation hardening. The age hardening is achieved by the case of the natural aging in which the precipitation phase 340 for strengthening the alloy is generated at room temperature and the case of artificial aging in which the precipitation phase 340 is generated by heating to a temperature higher than room temperature in order to shorten the aging time .

(2) 인장시험 결과(2) Tensile test results

상술한 열처리를 수행한 후에 각 조건에서 3회 이상 인장시험한 결과를 평균한 값을 표 4에 나타내었다. Table 4 shows averages of results obtained by performing tensile tests three times or more under each condition after the heat treatment described above.

Figure pat00002
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먼저, 열처리 F(as-cast) 상태에서 인장시험 결과를 분석하면, 통상주조시 194MPa의 인장강도를 가지나 초음파 처리후에는 277MPa의 인장강도를 가짐을 확인하였다. First, analysis of the tensile test results in a heat-treated F (as-cast) state showed that the tensile strength was 194 MPa in normal casting but the tensile strength was 277 MPa after ultrasonic treatment.

한편, 주조 상태에서 Al 내부로의 Cu의 고용량 증가에 따라 열처리 후 석출 경화 효과도 증가하였다. 이로 인하여 T6 및 T7 조건에서도 인장특성이 향상되었다. 구체적으로, 초음파 처리시 통상적인 방법보다 모든 열처리 조건에서 25 내지 43% 정도의 인장강도가 증가하였다. On the other hand, the effect of precipitation hardening after heat treatment was also increased with increase of Cu content in Al in cast state. As a result, tensile properties were improved even under T6 and T7 conditions. Specifically, the tensile strength increased by 25 to 43% under all heat treatment conditions compared with the conventional method in the ultrasonic treatment.

(3) 피로시험 결과(3) Fatigue test result

상술한 T6 열처리를 수행한 시편에 대하여 상온 고주기 피로 시험을 실시하였다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금에서 초음파 처리 유무에 따른 고주기 피로 특성을 나타내는 그래프이다. 도 10을 참조하면, 상술한 초음파 처리를 수행하지 않은 합금(□)의 경우 피로한이 105MPa이지만, 상술한 초음파 처리를 수행한 합금(■)의 경우 피로한이 135MPa로 향상됨을 확인할 수 있다.
The specimens subjected to the T6 heat treatment described above were subjected to a high temperature cyclic fatigue test at room temperature. FIG. 10 is a graph showing high cyclic fatigue characteristics according to the presence or absence of ultrasonic treatment in an Al-Si-based cast aluminum alloy according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, the fatigue of the alloy (□) without the ultrasonic treatment is 105 MPa, but the fatigue of the alloy (1) subjected to the ultrasonic treatment is improved to 135 MPa.

3. 미세조직적 특성 분석3. Microstructural characterization

(1) 초정 Si 및 공정 Si 크기 변화(1) Change in initial Si and process Si size

도 11a는 상술한 초음파 처리를 수행하지 않은 A390 합금의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 것이며, 도 11b는 상술한 초음파 처리를 수행한 A390 합금의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 것으로서, 초음파 처리에 따라 초정 Si의 크기가 감소하고 분포가 균일해짐을 확인할 수 있다. 반면 공정 Si의 크기는 감소하지 않고 다소 증가하였다. 영상입도 분석기로 크기를 측정한 결과를 표 5에 나타내었다.FIG. 11A is a microscopic image of the microstructure of the A390 alloy not subjected to the above-described ultrasonic treatment, FIG. 11B is a microscopic image of the microstructure of the A390 alloy subjected to the ultrasonic treatment described above, As a result, it can be seen that the size of the primary Si decreases and the distribution becomes uniform. On the other hand, the size of process Si did not decrease but increased somewhat. Table 5 shows the results of measuring the size with an image particle size analyzer.

시편 Psalter 초정 Si 크기(㎛)Precision Si size (탆) 공정 Si 크기(㎛)Process Si Size (㎛) 통상주조방법
(비교예)
Normal casting method
(Comparative Example)
45.345.3 4.494.49
초음파 처리
(본 발명)
Ultrasonic treatment
(Invention)
19.919.9 4.744.74

(3) 시효석출물 분석(3) Analysis of the age-

A390 합금의 시효 열처리시 석출되는 시효석출물을 TEM으로 분석하였는데 주 시효석출물은 θ″(CuAl2)이었으며, 초음파 처리 유무에 따라 시효석출물의 종류는 변화가 없음을 확인하였다. The aged precipitates precipitated during the aging heat treatment of the A390 alloy were analyzed by TEM. The main aging precipitate was θ "(CuAl 2 ), and it was confirmed that the type of aged precipitates did not change with or without ultrasonic treatment.

(4) 격자상수 분석(4) Analysis of lattice constant

표 6은 X선 회절분석을 통하여 A390 합금에서 Al의 격자상수를 측정한 결과이다. 초음파 처리 유무에 따라 격자상수가 다소 다름을 볼 수 있다. Cu는 Al보다 원자반경이 작아서 Al내부에 Cu의 고용량이 많아지면 격자상수는 작아진다. 주조상태나 용체화처리 상태에서는 초음파 처리한 시편의 격자상수가 작은데, 이 결과로부터 초음파 처리한 시편에서 Cu의 고용량이 클 것을 예측할 수 있다. 또한 주조상태의 시편을 용체화처리하면 Cu의 고용량이 증가하기 때문에 양 시편 모두 격자상수가 작아진다. 한편, 시효처리를 하게되면 과포화고용된 Cu가 도 12에서 보인 바와 같이 θ″(CuAl2)으로 석출되어 나오기 때문에 격자상수는 다시 증가한다. 초음파 처리한 시편에서 이 효과가 큰 것을 볼 수 있다. Table 6 shows the results of measurement of the lattice constant of Al in the A390 alloy by X-ray diffraction analysis. It can be seen that the lattice constants are slightly different depending on the presence or absence of the ultrasonic treatment. Cu has a smaller atomic radius than Al, and the lattice constant becomes smaller as the amount of Cu contained in the Al increases. In casting or solution-treated state, the lattice constant of ultrasonic treated specimen is small. From this result, it can be predicted that the high capacity of Cu in ultrasonic treated specimen is large. In addition, the solubilization of specimen in cast state increases the lattice constant of both specimens because the amount of Cu increases. On the other hand, when the aging treatment is carried out, the supersaturated Cu is precipitated as "" (CuAl 2 ) as shown in FIG. 12, and the lattice constant increases again. This effect can be seen in the ultrasonic treated specimens.

시편 Psalter 주조상태 (㎛)Casting state (탆) 용체화처리(㎛)Solution Treatment (㎛) 시효처리 (T6) (㎛)Aging treatment (T6) (占 퐉) 통상주조방법
(비교예)
Normal casting method
(Comparative Example)
4.06134.0613 4.05784.0578 4.05654.0565
초음파 처리
(본 발명)
Ultrasonic treatment
(Invention)
4.05184.0518 4.04714.0471 4.06424.0642

(6) 결과 정리(6) Summary of results

이상의 미세조직 분석결과를 볼 때 초음파 처리에 의한 특성향상(강도상승)은 주로 다량 첨가된 Cu에 의한 것으로 이해되며, 주로 Cu의 고용강화 및 열처리시 석출경화가 특성 향상의 주요한 원인으로 파악된다.
From the results of the microstructure analysis, it is understood that the improvement of the properties (increase in strength) by the ultrasonic treatment is mainly due to the addition of Cu, which is mainly attributed to enhancement of Cu solubility and precipitation hardening during heat treatment.

실험예3Experimental Example 3

실험예3은 본 발명의 다른 실시예를 구현한 실험예로서, 구체적으로, 공정 Al-Si합금(Al-12.3wt%Si)에 적용하였다. 실험예3에서는 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 제조방법이, 예를 들어, 도 7b에 도시된 J-E-K 선을 따라 수행될 수 있다.
Experimental Example 3 was an experiment in which another embodiment of the present invention was implemented. Specifically, it was applied to a process Al-Si alloy (Al-12.3 wt% Si). In Experimental Example 3, a method of manufacturing an aluminum alloy for Al-Si-based casting can be performed, for example, along the JEK line shown in FIG. 7B.

1. 제조 방법1. Manufacturing Method

초음파 처리한 소재는 12.3wt%의 Si과 3.3wt%의 Cu를 함유한 공정 Al-Si 합금을 사용하였다. 구체적으로, 상기 공정 합금의 조성은 표 7에 표시하였다. The ultrasonic treated material used was a process Al-Si alloy containing 12.3 wt% Si and 3.3 wt% Cu. Specifically, the composition of the above-mentioned process alloy is shown in Table 7.

Figure pat00003
Figure pat00003

실험방법은 합금 1kg를 전기저항로에서 용해온도 약 790℃로 완전히 용해한 후에, 초음파 장치를 이용하여 초음파 처리를 수행하였다. 초음파 처리의 조건으로는 19.0kHz 부근의 주파수로 약 1kW의 출력을 사용하였으며 1분동안 초음파를 용탕에 인가하였다. 초음파 처리시 용탕온도는 790℃에서 750℃로 다소 감소하였다. 초음파 처리후 200℃로 가열된 금형 몰드에 용탕을 주입하여 주조하였다. In the test method, 1 kg of the alloy was completely dissolved in an electric resistance furnace at a dissolution temperature of about 790 ° C., and ultrasonic treatment was performed using an ultrasonic device. As a condition of the ultrasonic treatment, about 1 kW of power was used at a frequency of about 19.0 kHz, and ultrasonic waves were applied to the melt for 1 minute. The temperature of the melt decreased slightly from 790 ℃ to 750 ℃ during the ultrasonic treatment. After the ultrasonic treatment, a molten metal was injected into a mold mold heated at 200 ° C and cast.

한편, 비교를 위하여 동일한 합금을 초음파 처리를 하지 않고 통상적인 방법으로 제조하였다. 구체적으로, 동일한 조성의 합금 5kg을 전기저항로를 사용하여 720℃로 용해 후 용탕의 수소가스를 제거하기 위하여 탈가스 처리를 실시하고, 탈가스 처리 후 15분간 진정시킨 후 금형 몰드에 주입하였다.
On the other hand, for comparison, the same alloy was prepared by a conventional method without ultrasonic treatment. Specifically, 5 kg of an alloy having the same composition was dissolved in an electric resistance furnace at 720 占 폚 to remove hydrogen gas in the molten metal, and degassed for 15 minutes after the degassing treatment, and then injected into the mold mold.

2. 특성 평가2. Characterization

(1) 열처리(1) Heat treatment

먼저, 상술한 제조방법에 의하여 주조한 상태의 주물에 대하여 표 8과 같은 열처리를 수행하였다. First, heat treatment as shown in Table 8 was carried out on castings that were cast by the above-described manufacturing method.

열처리Heat treatment 열처리 조건Heat treatment condition T7T7 용체화처리 490℃/2hrs → 수냉 quenching (to 60-80℃) →
시효처리 230℃/5hrs
Solution treatment 490 ° C / 2hrs → water quenching (to 60-80 ° C) →
Aging Treatment 230 ° C / 5hrs

(2) 인장시험 결과(2) Tensile test results

상술한 열처리를 수행한 후에 각 조건에서 3회 이상 인장시험한 결과를 평균한 값을 표 9에 나타내었다. 인장시험 결과 초음파 처리시 통상적인 주조 방법보다 35% 정도 인장강도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. Table 9 shows the results obtained by averaging the results of the tensile test at least three times under each condition after the heat treatment described above. As a result of the tensile test, it was confirmed that the tensile strength increased by about 35% as compared with the conventional casting method in ultrasonic treatment.

Figure pat00004
Figure pat00004

실험예4Experimental Example 4

실험예4는 본 발명의 또 다른 실시예를 구현한 실험예로서, 구체적으로, 아공정 Al-Si합금에 적용하였다. 실험예4에서는 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금의 제조방법이, 예를 들어, 도 7b에 도시된 L-M-N-O 선을 따라 수행될 수 있다.
Experimental Example 4 is an experimental example of implementing another embodiment of the present invention, and specifically applied to a sub-process Al-Si alloy. In Experimental Example 4, a method of producing an aluminum alloy for Al-Si-based casting can be performed along the LMNO line shown in FIG. 7B, for example.

1. 제조 방법1. Manufacturing Method

초음파 처리한 소재는 7.18wt%의 Si을 함유한 상용 A356 합금 (실질적으로 Cu가 첨가되지 않은 합금)과, A356합금에 0.7wt%의 Cu를 첨가한 합금과, A356합금에 1.8wt.%의 Cu를 첨가한 합금을 사용하여 비교하였다. 구체적으로, 상기 아공정 합금의 조성은 표 10에 표시하였다. The ultrasonic treated material was a commercially available A356 alloy containing 7.18 wt% Si (substantially no Cu added), an alloy containing 0.7 wt% Cu added to A356 alloy, and an alloy containing 1.8 wt% Cu alloys were used for comparison. Specifically, the composition of the sub-alloy is shown in Table 10. < tb > < TABLE >

Figure pat00005
Figure pat00005

실험방법은 합금 1kg를 전기저항로에서 용해온도 약 750℃로 완전히 용해한 후에, 초음파 장치를 이용하여 초음파 처리를 수행하였다. In the experimental method, 1 kg of the alloy was completely dissolved in an electric resistance furnace at a dissolving temperature of about 750 ° C., and ultrasonic treatment was performed using an ultrasonic device.

초음파 처리의 조건으로는 19.0kHz 부근의 주파수로 약 1kW의 출력을 사용하였으며 1분동안 초음파를 용탕에 인가하였다. 초음파 처리시 용탕온도는 750℃에서 710℃로 다소 감소하였다. 초음파 처리후 200℃로 가열된 금형 몰드에 용탕을 주입하여 주조하였다.  As a condition of the ultrasonic treatment, about 1 kW of power was used at a frequency of about 19.0 kHz, and ultrasonic waves were applied to the melt for 1 minute. The temperature of the melt decreased slightly from 750 ℃ to 710 ℃ during the ultrasonic treatment. After the ultrasonic treatment, a molten metal was injected into a mold mold heated at 200 ° C and cast.

한편, 비교를 위하여 동일한 합금을 초음파 처리를 하지 않고 통상적인 방법으로 제조하였다. 구체적으로, 동일한 조성의 합금 5kg을 전기저항로를 사용하여 720℃로 용해 후 용탕의 수소가스를 제거하기 위하여 탈가스 처리를 실시하고, 탈가스 처리 후 15분간 진정시킨 후 금형 몰드에 주입하였다.
On the other hand, for comparison, the same alloy was prepared by a conventional method without ultrasonic treatment. Specifically, 5 kg of an alloy having the same composition was dissolved in an electric resistance furnace at 720 占 폚 to remove hydrogen gas in the molten metal, and degassed for 15 minutes after the degassing treatment, and then injected into the mold mold.

2. 특성 평가2. Characterization

(1) 열처리(1) Heat treatment

먼저, 상술한 제조방법에 의하여 주조한 상태의 주물에 대하여 표 11와 같은 열처리를 수행하였다. First, heat treatment as shown in Table 11 was carried out on castings that were cast by the above-described manufacturing method.

열처리Heat treatment 열처리 조건Heat treatment condition FF 주조상태 그대로As cast condition

(2) 인장시험 결과(2) Tensile test results

상술한 열처리를 수행한 후에 각 조건에서 3회 이상 인장 시험한 결과를 평균한 값을 표 12에 나타내었다. Table 12 shows the results obtained by averaging the tensile test results at three or more times under each condition after the above-described heat treatment.

시편Psalter 물성Properties A356(no Cu)A356 (no Cu) A356+0.7%CuA356 + 0.7% Cu A356+1.9%CuA356 + 1.9% Cu 통상주조방법
(비교예)
Normal casting method
(Comparative Example)
인장강도(MPa)
연신율 (%)
Tensile Strength (MPa)
Elongation (%)
165.5
5.5
165.5
5.5
195.3
3.0
195.3
3.0
224.8
3.9
224.8
3.9
초음파 처리
(본 발명)
Ultrasonic treatment
(Invention)
인장강도(MPa)
연신율 (%)
Tensile Strength (MPa)
Elongation (%)
186.0
2.5
186.0
2.5
228.0
2.2
228.0
2.2
269.3
3.9
269.3
3.9

구체적으로 살펴보면, 구리가 실질적으로 첨가되지 않은 A356 합금은 초음파 처리한 경우의 인장강도가 초음파 처리를 수행하지 않은 경우의 인장강도보다 20.5 MPa의 크기만큼 약 12% 증가하였으며, 구리가 0.7 중량% 첨가된 A356 합금은 초음파 처리한 경우의 인장강도가 초음파 처리를 수행하지 않은 경우의 인장강도보다 32.7MPa의 크기만큼 약 16.7% 증가하였으며, 구리가 1.9 중량% 첨가된 A356 합금은 초음파 처리한 경우의 인장강도가 초음파 처리를 수행하지 않은 경우의 인장강도보다 44.5MPa의 크기만큼 약 20.0% 증가하였다. 즉, 생주물(as-cast) 인장시험 경과, 모든 합금에서 초음파 처리 후에 인장 특성이 개선되었는데, 구리의 함량이 증가할수록 인장강도의 증가폭이 커졌다.
Specifically, the tensile strength of the A356 alloy to which no copper was substantially added was increased by about 12% by 20.5 MPa compared with the tensile strength when the ultrasonic treatment was not performed, and when 0.7 wt% of copper was added The tensile strength of ultrasonic treated A356 alloy increased by 16.7% by 32.7MPa compared to the tensile strength without ultrasonic treatment. The A356 alloy containing 1.9 wt% of copper showed a tensile strength The strength increased about 20.0% by the size of 44.5MPa than the tensile strength without ultrasonic treatment. That is, the tensile properties of the alloys after ultrasonic treatment were improved after the as-cast tensile test, and the increase in the tensile strength increased with increasing copper content.

실험예5Experimental Example 5

실험예5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 과공정 알루미늄-규소 주조합금의 제조방법에서 초음파 처리를 한 후에 유지시간에 따른 초정 규소의 크기를 측정하였다. 실험방법은 합금 20kg을 전기저항로에서 완전히 용해한 후에, 1kg의 용탕을 수용할 수 있는 작은 용기로 상기 용탕을 채취 한 후, 상기 작은 용기 내에서 상기 용탕에 대해서 초음파 처리를 수행하였다.Experimental Example 5 measured the size of the superfine silicon according to the holding time after the ultrasonic treatment in the manufacturing method of the over-process aluminum-silicon cast alloy according to still another embodiment of the present invention. In the test method, 20 kg of the alloy was completely dissolved in an electric resistance furnace, and then the molten metal was collected into a small container capable of accommodating 1 kg of molten metal, and the molten metal was subjected to ultrasonic treatment in the small container.

도 13을 참조하면, 800℃ 내지 750℃ 범위의 알루미늄 합금 용탕에 1분간 초음파 처리를 수행한 후 1분, 4분, 7분, 10분 동안 용탕의 유지시간을 가진 후 응고하여 구현한 A390 합금에서의 초정 규소의 크기(◆)와 750℃ 내지 700℃ 범위의 알루미늄 합금 용탕에 1분간 초음파 처리를 수행한 후 1분, 4분, 7분, 10분 동안 유지시간을 가진 후 응고하여 구현한 A390 합금에서의 초정 규소의 크기(■)가 나타난다. 이에 따르면, 1분 정도의 초음파 처리를 수행하는 경우에서 초음파 처리를 수행하지 않은 경우보다 초정 규소의 크기가 미세화되는 효과가 있음을 확인하였으며, 이러한 초음파 처리 효과는 초음파 처리 이후에 용탕의 유지시간이 약 7분되는 시점까지는 안정적으로 구현되고 그 이후에는 초음파 처리 효과가 다소 감소될 수 있음을 확인하였다. 이러한 기술적 사상을 도 1 내지 도 5에 도시된 공정에 적용한다면, 초음파 처리를 수행한 후에, 초음파 처리를 수행한 알루미늄 합금 용탕(200)을 몰드(50, 60)에 주입하는 공정시간을 10분 이내로 관리할 경우, 초정 규소의 미세화라는 초음파 처리의 효과를 효과적으로 구현할 수 있음을 충분히 기대할 수 있다. 13, an aluminum alloy melt in the range of 800 ° C. to 750 ° C. was subjected to ultrasonic treatment for 1 minute, and then the aluminum alloy melt was held for 1 minute, 4 minutes, 7 minutes, and 10 minutes, And the aluminum alloy melted in the range of 750 ° C to 700 ° C for 1 minute, followed by a holding time of 1 minute, 4 minutes, 7 minutes and 10 minutes, followed by solidification The size of the superfine silicon (A) in the A390 alloy appears. According to the results, it was confirmed that the size of the superfine silicon was finer than the case where the ultrasonic treatment was performed in the case of performing the ultrasonic treatment for about 1 minute. The effect of the ultrasonic wave treatment is that the retention time of the melt after the ultrasonic treatment It is confirmed that the ultrasonic treatment effect is stabilized until about 7 minutes and then the effect of ultrasonic treatment can be somewhat reduced. 1 to 5, the processing time for injecting the aluminum alloy melt 200 subjected to the ultrasonic treatment into the molds 50 and 60 is 10 minutes after the ultrasonic treatment is performed It can be expected that the effect of the ultrasound treatment of micronization of superfine silicon can be effectively realized.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

120 : 용해로 140 : 작은 용기
150 : 초음파 장치 155 : 초음파 장치의 호른
50 : 다이캐스팅용 몰드 60 : 사형 몰드
200 : 알루미늄 합금 용탕 300 : 알루미늄-규소 주조합금
120: melting furnace 140: small vessel
150: Ultrasonic device 155: Horn of ultrasonic device
50: die casting mold 60: die casting mold
200: Molten aluminum alloy 300: Aluminum-silicon alloy

Claims (11)

적어도 하나 이상의 금속을 포함하는 주조합금의 제조방법으로서,
상기 금속의 용탕을 용해로에서 형성하는 단계;
상기 용해로에 수용된 상기 금속의 용탕 중 일부를 상기 용해로보다 용량이 작은 용기로 채취하는 단계;
상기 작은 용기에 수용된 상기 금속의 용탕에 진동에너지를 인가하는 단계; 및
상기 진동에너지를 인가한 상기 금속의 용탕을 몰드에 주입하고 응고시키는 단계;
를 포함하는, 주조합금의 제조방법.
A method of making a cast alloy comprising at least one or more metals,
Forming a molten metal of said metal in a melting furnace;
Collecting a part of the molten metal of the metal accommodated in the melting furnace into a container having a smaller capacity than the melting furnace;
Applying vibration energy to the molten metal contained in the small vessel; And
Injecting the molten metal of the metal to which the vibration energy is applied into a mold and solidifying the molten metal;
≪ / RTI >
제 1 항에 있어서,
상기 작은 용기에 수용된 상기 금속의 용탕에 진동에너지를 인가하는 단계;는
상기 작은 용기에 수용된 상기 금속의 용탕에 초음파 또는 펄스를 인가하는 단계;를 포함하는, 주조합금의 제조방법.
The method according to claim 1,
Applying vibrational energy to the molten metal contained in the small vessel;
And applying ultrasonic waves or pulses to the molten metal contained in the small vessel.
제 1 항에 있어서,
상기 금속은 알루미늄 합금을 포함하는, 주조합금의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal comprises an aluminum alloy.
제 3 항에 있어서,
상기 알루미늄 합금은 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금을 포함하는, 주조합금의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the aluminum alloy comprises an Al-Si-based casting aluminum alloy.
제 4 항에 있어서,
상기 규소(Si)는 상기 알루미늄(Al)과 과공정 조성, 공정 조성 또는 아공정 조성을 형성할 수 있는 함량을 가지는, 주조합금의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the silicon (Si) has a content capable of forming an over-process composition, a process composition or a sub-process composition with the aluminum (Al).
제 4 항에 있어서,
상기 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금 중에서 상기 규소(Si)는 1.65 중량% 내지 30 중량%를 구성하는, 주조합금의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the silicon (Si) constitutes 1.65 wt% to 30 wt% of the Al-Si-based cast aluminum alloy.
제 3 항에 있어서,
상기 알루미늄 합금은 구리(Cu)를 더 포함하는 Al-Si계 주조용 알루미늄 합금인, 주조합금의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the aluminum alloy is an Al-Si-based casting aluminum alloy further comprising copper (Cu).
제 1 항에 있어서,
상기 몰드는 사형 몰드, 금형 몰드 또는 다이캐스팅용 몰드를 포함하는, 주조합금의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the mold comprises a mold die, a mold mold or a mold for die casting.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 상기 제조방법에 의하여 형성된, 주조합금.A cast alloy formed by the process according to any one of claims 1 to 8. 적어도 하나 이상의 금속을 포함하는 주조합금을 제조하는 장치로서,
용해로에 수용된 금속의 용탕 중 일부를 채취하여 수용할 수 있으며, 상기 용해로보다 용량이 작은, 용기;
상기 용기에 수용된 상기 금속의 용탕에 진동에너지를 인가할 수 있는 초음파 장치; 및
상기 용해로에서 상기 용기로 상기 금속의 용탕을 채취하고 상기 용기로부터 몰드에 상기 금속의 용탕을 주입할 수 있도록, 상기 용기의 움직임을 조절하는 제어장치;
를 구비하는, 주조합금의 제조장치.
An apparatus for producing a cast alloy comprising at least one or more metals,
A container capable of collecting and accommodating a part of the molten metal contained in the melting furnace and having a smaller capacity than the melting furnace;
An ultrasonic device capable of applying vibration energy to the molten metal contained in the container; And
A control device for controlling the movement of the container so that the molten metal can be taken from the melting furnace to the container and the molten metal can be injected into the mold from the container;
Wherein the casting alloy is a cast alloy.
제 10 항에 있어서,
상기 몰드는 사형 몰드, 금형 몰드 또는 다이캐스팅용 몰드를 포함하는, 주조합금의 제조장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the mold comprises a mold die, a mold mold or a mold for die casting.
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