KR20150087426A

KR20150087426A - 열 저항 알루미늄 기본 합금 및 제조 방법

Info

Publication number: KR20150087426A
Application number: KR1020157018096A
Authority: KR
Inventors: 니콜라이 알렉산드로비치 벨로프; 알렉산더 니콜라에비치 알라빈
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2015-07-29
Also published as: JP6126235B2; US10125410B2; KR101909152B1; JP2016505713A; WO2014088449A1; RU2013102128A; EP2929061B1; EP2929061A1; RU2534170C1; US20150315689A1; EP2929061A4

Abstract

합금은 구조에 있어서 크기가 20nm보다 크지 않은 Al₃Zr 상 나노 크기 입자의 형태의 지르코늄을 포함하고, 항간은 적어도 2 부피%의 양으로 크기가 500nm보다 크지 않은 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상의 2차 입자를 주로 형성한다. 상기 알루미늄 기본 합금으로부터 정련된 반가공된 제품의 제조 방법은 합금의 용융물을 생성하는 단계와, 상기 합금을 고체화함으로써 주조 부품을 제조하는 단계를 포함하고, 이들 동작은 액화 온도보다 적어도 50℃ 높은 온도에서 수행된다. 중간 정련된 반가공된 제품은 중간 340-450℃ 어닐링을 통해 2개의 스테이지에서 350℃의 온도에서 상기 주조 부품을 변형함으로써 얻어진다. 중간 정련된 반가공된 제품은 340-450℃에서 어닐링되고, 정련된 반가공된 제품은 실온에서 중간 정련된 반가공된 제품을 변형함으로써 얻어진다. 마지막으로, 정련된 반가공된 제품은 300-400℃로 어닐링된다.

Description

열 저항 알루미늄 기본 합금 및 제조 방법{HEAT RESISTANT ALUMINIUM BASE ALLOY AND FABRICATION METHOD}

본 발명은 금속학에 관한 것으로, 더 구체적으로, 정련된 알루미늄 기본 합금에 관한 것이고, 350℃ 작업 온도 범위까지를 갖는 제품의 제조에 사용될 수 있다.

본 명세서에 제공된 합금의 고온 강도는 낮은 중량과 더 긴 서비스 수명으로 인해 제품의 범위를 크게 확장시킨다.

합금은 케이스, 뚜껑, 노즐, 밸브, 플랜지 등과 같은 다양한 엔진 부분의 제조에 사용될 수 있다. 오일 및 가스 산업에 대해 물 흡입 설치부(fittings) 및 침지가능한 펌프 스테이지의 제조를 위한 강철 및 주철에 대한 대안으로서 권고된다. 이러한 합금은 또한, 높은 전기 전도성, 충분한 강도 및 열 안정성의 조합이 요구되는 전기 기기, 예를 들어 전력 전송 라인의 자가-운반 와이어, 고속 철도의 접촉 와이어, 항공기 배선 등의 제조에 사용될 수 있다.

Al-Cu-Mn 시스템의 정련된 알루미늄 합금은 비교적 높은 실온 강도, 동작을 형성하기 위한 양호한 제조 능력, 및 높은 열 저항(250-300℃까지)을 갖는다. 이들 합금에서의 최적의 구리 함량은 5-7%(이후에, 중량%)인데, 이것은 알루미늄 고체 용액(Al)에서의 최대 용해도에 비해 동일하거나 약간 더 높다. 이러한 구리 함량은 에이징(aging) 동안 2차 Al₂Cu 상 침전물의 최대 용량의 형성을 초래한다. 더욱이, 이들 모든 합금은 재결정화 시작 온도를 상승시킴으로써 알루미늄 고체 용액의 안정성을 특히 증가시키는 0.25%까지의 지르코늄과, 열 저항을 제공하는 1%까지의 양의 망간을 함유한다.

예를 들어, 5.8-6.3% 구리, 0.2-0.4% Mn, 0.02-0.10% Ti, 0.05-0.15% V 및 0.1-0.25% Zr을 함유하는 AA2219 알루미늄 기본 합금(Hatch J.E. (ed.) 알루미늄: Properties and Physical Metallurgy, ASM, Metals, Park, 1984 n Kaufman G.J. Properties of Aluminum Alloys: Fatigue Data and Effects of Temperature, Product Form, and Process Variables, Materials Park, ASM International, 2008, 574 p.)이 알려져 있다.

이러한 합금 잉곳으로부터 제조된 정련된 반가공된 제품은 비교적 양호한 실온 기계적 특성을 갖는다. 250-300℃까지의 온도에서 AA2219 합금의 높은 열 저항은, 함량이 1.5 부피%인 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자의 존재에 의해 주로 설명된다.

상기 합금의 단점은 다음과 같다. 이러한 합금을 300℃보다 높게 가열하는 것은 메인 강화 상 Al₂Cu을 거칠게 함으로 인해 강도를 크게 감소시킨다. 더욱이, 잉곳으로부터의 정련된 반가공된 제품을 제조하는 방법은 매우 복잡하고, 고온 균질화 어닐링을 포함하여, 동작을 형성하고, 담금질, 물 담금질 및 에이징을 위해 약 500℃ 이상으로 반가공된 제품의 가열을 포함하고, 이것은 최종 제품을 비용이 많이 들게 한다. AA2219 합금의 고온 균질화 어닐링의 결과로서, 합금의 고온 구조적 강도를 결정하는 2차 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 입자는 크기가 500nm보다 크게 된다. AA2219 합금의 낮은 부식 저항은 다양한 보호 코팅의 이용을 요구하고, AA2219 합금(T6 상태에서 30% IACS 내에)의 낮은 전기 전도도는 전기 공학 응용을 한정한다. 낮은 전기 전도도의 주요 원인은 알루미늄 고체 용액, 예를 들어 구리 및 망간에서 높은 함량의 합금 첨가물이다.

고온, 고강도 알루미늄 합금, 반도체 와이어, 에어 와이어 및 제조 방법(EP 0 787 811 A1, 1997, 06.08. 공개)이 알려져 있다. 상기 발명에 따라, 알루미늄 기본 합금은 0.28-0.8% Zr; 0.1-0.8 Mn; 0.1-0.4% Cu; 0.16-0.3% Si 및 다른 첨가물을 함유한다. 그 합금으로부터의 와이어 제조 방법은 적어도 750+227.(Z-0.28)℃(여기 Z는 합금에서 지르코늄 농도이다, wt%)의 온도에서 합금을 생성하는 단계와, 적어도 0.1K/s의 비율로 냉각하는 단계와, 제 1 (주조) 부품을 제조하는 단계와, 30-200 시간 동안 320-390℃에서 상기 주조 부품의 열 처리 단계와, 변형 단계를 포함한다.

상기 방법의 단점은 합금의 불충분한 전기 전도도(53% IACS보다 낮은) 및 긴 열 처리(30시간 이상)를 포함한다. 본 발명은 그 합금으로부터의 와이어(예를 들어, 시트)보다 임의의 다른 정련된 반가공된 제품의 제조를 개시하지 않는다. 그 물질의 다른 단점은 합금의 고온 구조적 강도를 결정하는 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자의 낮은 함량으로 인해 불충분한 열 저항이다.

본 발명의 가장 가까운 대응물은 열 저항 알루미늄 기본 합금 및 정련된 반가공된 제품 제조 방법(RU 2446222, 2012.03.27. 공개)이다. 합금은 다음의 성분 백분율을 함유한다: 0.9-1.9% Cu; 1.0-1.8% Mn; 0.2-0.64% Zr; 0.01-0.12% Sc; 0.15-0.4% Fe 및 0.05-0.15% Si. 지르코늄 및 스칸듐 첨가물은 실온뿐 아니라 장기간의 300℃ 열 처리 이후에 AA2219에 비해 그 합금의 양호한 기계적 특성을 제공한다.

상기 발명에 따른 정련된 반가공된 제품을 제조하는 방법은 적어도 50℃ 이상의 액체화 온도인 온도에서 용융물을 생성하는 단계와, 합금을 고체화함으로써 주조 부품을 생성하는 단계와, 350℃ 내의 온도에서 상기 주조 부품을 변형하는 단계와, 정련된 부품의 중간 300-455℃ 어닐링 단계와, 정련된 반가공된 제품을 얻기 위해 300-350℃에서의 어닐링된 부품의 실온 변형 단계를 포함한다.

상기 발명의 단점은 Al₃(Zr,Sc) 상 미세 입자의 격렬한 거침화로 인해 550℃ 이상으로의 가열시 강도의 상당한 저하를 포함한다. 이것은 560-600℃에서의 고온 땜납의 그 물질의 적용을 방해하고, 스칸듐의 높은 가격은 최종 제품을 너무 비용이 많이 들게 하고, 그 응용을 한정한다. 합금의 다른 단점은 형성 동작 제조 능력을 감소시키는 주조 부품 변형 동안 Al₃(Zr,Sc) 상 미세 입자의 침전물을 갖는 알루미늄 고체 용액의 급속한 분해이다.

본 발명의 제 1 및 제 2 목적에서 달성된 기술적 결과는, 정련된 반가공된 제품(시트, 로드, 와이어, 다이 연마 제품 또는 파이프)이 높은 강도, 높은 저항 및 전기 전도도를 갖는 새로운 열 저항 알루미늄 기본 합금을 제공하는 것이다.

합금의 시간 분열 강도는 300MPa보다 높고, 전기 전도도는 53% IACS보다 높고, 비연장도(specific elongation)는 4%보다 높고, 100 시간의 300℃ 가열 산출 스트레스는 60MPa보다 높다.

상기 기술적 결과는 다음과 같이 본 발명의 제 1 목적으로 달성된다.

알루미늄 기본 합금은 다음의 양, wt%으로 구리, 망간, 지르코늄, 실리콘, 철 및 크롬을 함유한다:

구리 0.6-1.5

망간 1.2-1.8

지르코늄 0.2-0.6

실리콘 0.05-0.25

철 0.1-0.4

크롬 0.01-0.3

알루미늄 나머지

합금은 구조에 있어서 크기가 20nm보다 크지 않은 Al₃Zr 상 나노 크기의 입자의 형태인 구조에서의 지르코늄을 함유하고, 망간은 적어도 2 부피%의 양으로 크기가 500nm보다 크지 않은 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상의 2차 입자를 주로 형성한다.

상기 기술적 결과는 다음과 같이 본 발명의 제 2 목적으로 달성된다.

상기 알루미늄 기본 합금으로부터 정련된 반가공된 제품을 제조하는 방법은 합금을 생성하는 단계와, 상기 합금을 고체화함으로써 주조 부품을 제조하는 단계를 포함하고, 이들 동작은 액화 온도보다 적어도 50℃ 높은 온도에서 수행된다.

중간 정련된 반가공된 제품은 중간 340-450℃ 어닐링을 통해 2개의 스테이지에서 350℃의 온도에서 상기 주조 부품을 변형함으로써 얻어진다.

그런 후에, 중간 정련된 반가공된 제품은 340-450℃에서 어닐링되고, 정련된 반가공된 제품은 실온에서 중간 정련된 반가공된 제품을 변형함으로써 얻어진다.

마지막으로, 정련된 반가공된 제품은 300-400℃로 어닐링된다.

종종 상기 주조 부품은 실온에서 정련된다.

정련된 반가공된 제품은 롤링된 시트, 와이어, 압출된 바, 또는 다이 연마 제품의 형태일 수 있다.

본 명세서에 제공된 알루미늄 기본 합금의 매트릭스는 미세 상 입자(Mn, Cr 및 Zr을 포함하는 전이 금속의 2차 알루미늄)를 함유하고, Al₂Cu 상을 함유하지 않는다. 알루미늄 매트릭스에서의 미세 입자 분포는 균일하고, 미세 입자 형성 요소(Mn, Cr 및 Zr)의 것들을 포함하는 알루미늄 고체 용액에서의 요소 농도는 최소가 된다.

합금에서의 청구된 합금화 첨가 농도는 다음과 같이 제시된다.

본 명세서에 청구된 양에서의 망간 및 구리는 적어도 2 부피%의 양과 크기가 최대 500nm인 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자를 형성하는데 요구된다. 낮은 농도에서, 상기 입자의 양은 요구된 강도 및 열 저항을 달성하는데 불충분하면서, 더 높은 농도에서, 전기 전도도 및 형성 동작 제조 능력이 저하될 것이다. Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자의 크기가 500nm보다 더 크면, 합금의 고온 강도는 극적으로 저하될 것이다.

본 명세서에 청구된 양의 지르코늄은 20nm보다 크지 않은 평균 크기를 갖는 Al₃(Zr) 상 나노 입자(LI2 결정 격자)를 형성하는데 요구된다. 낮은 농도에서, 상기 입자의 양은 요구된 강도 및 열 저항을 달성하는데 불충분하면서, 더 높은 농도에서, 1차 결정(D0₂₃ 결정 격자)을 형성할 위험이 있고, 이것은 합금의 기계적 특성 및 제조 능력에 악영향을 준다.

본 명세서에 청구된 양에서의 크롬은 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상에서의 망간을 치환하거나 다른 상(예를 들어, Al₇Cr)의 미세 입자를 형성할 수 있고, 이것은 또한 열 저항에 긍정적인 효과를 갖는다. 더욱이, 크롬 첨가물은 350℃까지 주조 부품을 변형함으로써 중간 정련된 반가공된 제품의 제조 동안 알루미늄 고체 용액의 분해를 감속한다.

본 명세서에 청구된 양에서의 철 및 실리콘은 형성 동작 동안 더 균일한 미세 변형을 선호하는 공융 입자(예를 들어, Al₁₅(Fe,Mn)₃Si₂ 상)을 형성하는데 요구된다. 이들 요소의 존재는 미세 구조의 형성, 예를 들어 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자 또는 Al₃Zr 상 나노 입자의 균일한 분포에 긍정적인 영향을 갖는다.

상기 합금으로부터의 정련된 반가공된 제품의 제조를 위한 청구된 프로세스 파라미터는 아래에 제시된다.

용융 온도를 T_L+50℃(T_L은 액화 온도이다) 아래로 낮추는 것은 고체화 동안 AL₃Zr 상의 거친 1차 결정을 생성할 수 있고, 알루미늄 고체 용액에서 지르코늄 농도를 감소시킨다. 이것은 최종 구조에서 더 작은 양의 나노 크기 입자를 초래하고, 합금의 강도를 감소시킬 것이다.

초기 부품 변형 온도가 350℃보다 높으면, 2차 Zr 함유 입자의 크기는 20nm를 초과할 수 있고, 이것은 합금의 강도를 감소시킬 것이다.

정련된 반가공된 제품 중간의 어닐링 온도가 340℃ 미만이면, 합금 구조는 높은 강도를 달성하는데 요구된 양에서의 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자를 함유하지 않을 것이다.

정련된 반가공된 제품 중간의 어닐링 온도가 450℃보다 높으면, 2차 Zr 함유 입자의 크기는 20nm를 초과할 수 있고, 2차 Cu 및 Mn 함유 입자, 예를 들어 Al₂₀Cu₂Mn₃의 크기는 500nm를 초과할 수 있고, 이것은 합금의 강도를 감소시킬 것이다.

정련된 반가공된 제품의 어닐링 온도가 300℃ 미만이면, 정련된 반가공된 제품의 비연장도는 4% 미만일 것이다.

정련된 반가공된 제품의 어닐링 온도가 400℃보다 높으면, 2차 Zr 함유 입자의 크기는 20nm를 초과할 수 있으며, 이것은 합금의 강도를 감소시킬 것이다.

액화 온도(T_L)는 충분한 정밀도를 제공하는 실험적 또는 이론적 방법을 이용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 열-계산 소프트웨어(TTAL5 또는 더 높은 데이터베이스)를 이용하는 것을 권고할 수 있다.

본 발명은 정련된 반가공된 제품(시트, 로드, 와이어, 다이 연마 제품 또는 파이프)이 높은 강도, 높은 저항 및 전기 전도도를 갖는 새로운 열 저항 알루미늄 기본 합금에 효과적이다.

도 1은 본 명세서에 청구된 합금으로부터 정련된 반가공된 제품 및 AA2219 상업적 합금의 제조를 위한 프로세스 루투를 도시한 도면.
도 2는 철 함유 미세 입자를 갖는 알루미늄 고체 용액을 보여주는 스캐닝 전자 축소 복사물에 의해 이미징된 합금 번호 2(표 1)의 정련된 반가공된 제품(시트)의 일반적인 미세 구조를 도시한 도면.
도 3은 알루미늄 고체 용액에서의 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자(도 3a) 및 알루미늄 고체 용액에서의 Al₃Zr의 미세 입자를 보여주는 전달 전자 복사물에 의해 이미징된 합금 번호 4(표 1)의 정련된 반가공된 제품(시트)의 일반적인 미세 구조를 도시한 도면.

도 1에 도시된 프로세스 루트의 비교는 프로세스 시간에서의 상당한 감소(균질화 어닐링 없이 동작을 형성하기 위한 높은 제조 능력 및 반가공된 제품 제조의 더 짧은 프로세스), 본 명세서에 청구된 합금으로부터 정련된 반가공된 제품의 제조를 위한 노동 및 전력 소비의 감소를 증명한다. 프로세스는 담금질 기기(담금질 오븐 또는 컨테이너)를 요구하지 않아, 정련된 반가공된 제품에서의 담금질 버클링(buckling) 결점의 비율을 감소시킨다. 합금의 양호한 기계적 특성, 높은 열 저항, 높은 열 안정성은 고온의 응용을 포함하는 응용을 확장시킨다.

본 발명에 따른 합금은 정련된 알루미늄 합금의 생성을 위한 상업적 기기를 이용하여 얻어질 수 있다. 본 명세서에 청구된 물질의 생성을 위한 합금은 99.99% 알루미늄, 99.9% 구리로부터의 저항 로(furnace), 및 도가니에서 이중 합금(Al-Mn, Al-Zr, Al-Fe, Al-Cr, Al-Si)에서 얻어졌다. 본 명세서에 청구된 물질의 생성을 위한 합금의 조성물은 표 1에서 조성물 2-4와 같다. 평평한(15x60mm 섹션) 및 둥근(44mm 직경) 잉곳은 각각 그래파이트 및 철 몰드로 주조함으로써 생성되었다. 주조 온도는 액화 온도보다 적어도 50℃ 더 높았다. 각 합금에 대한 액화 온도(T_L)는 열-계산 소프트웨어(TTAL5 데이터베이스)를 이용하여 계산되었다.

평평한 원통형 잉곳은 실험실 기기 상에, 즉 롤링 밀에, 프레스에서, 압출기에서, 그리고 드로잉(drawing) 밀링에서 평평한 롤링, 다이 연마, 압출 및 드로잉에 의해 형성되었다. 먼저, 중간 정련된 반가공된 제품은 350℃ 내의 온도에서 주조 부품을 변형함으로써 얻어졌고, 이러한 동작에 뒤이어 머플 전기 로에서 중간 340-450℃ 어닐링이 후속하였다. 정련된 반가공된 제품은 실온에서 얻어졌다. 정련된 반가공된 제품의 최종 어닐링은 300-400℃에서 수행되었다.

합금의 구조는 JSM-35 CF 스캐닝 전자 현미경 및 JEM 2000 EX 전송 전자 현미경 하에 검사되었다. 일반적인 미세 구조는 도 2 및 도 3에 도시된다.

인장력 테스트는 4mm/min의 속도와 50분의 계산된 길이에서 범용 테스트 기계 Zwick Z250 상에서 수행되었다. 테스트된 파라미터는 최종 인장력 강도(UTS), 산출 스트레스(YS) 및 비연장도(EI)이다. 정련된 반가공된 제품의 기계적 특성은 또한 강도 및 열 저항 모두를 결정하기 위해 100시간의 300℃ 어닐링 이후에 측정되었다.

와이어 및 크기가 평평한 견본의 전기 저항(ρ)은 G^W INSTEK GOM-2 디지털 프로그래밍가능 밀리옴 미터를 이용하여 측정되었다. 그런 후에, 판독치는 순 구리 전기 전도도(IACS)로 재계산되었다.

예 1

6개의 합금은 본 명세서에 청구된 방법을 이용하여 생성되었다. 300℃에서의 합금 조성물, 액화 온도 및 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자 부피 함량은 표 1에 도시된다. 냉온 롤링된 시트의 기계적 특성 및 전기 전도도는 100시간의 300℃ 어닐링 이후에 결정되었다.

테스트 합금의 화학적 조성물 및 액화 온도

#	농도, wt%							T_L ², ℃
#	Cu	Mn	Zr	Fe	Cr	Si	Al	T_L ², ℃
1	0.5	0.5	0.1	<0.01	<0.01	<0.01	나머지	665
2	0.6	1.2	0.6	0.4	0.3	0.15	나머지	830
3	1.5	1.5	0.36	0.25	0.01	0.05	나머지	780
4	1.9	1.8	0.2	0.14	0.15	0.25	나머지	741
5	2.5	2.5	0.8	0.5	0.5	0.3	나머지	865
6¹	0.25	0.45	0.5	<0.01	<0.01	0.22	나머지	811

¹ 합금은 0.05% V)를 추가로 함유한다;

² 계산된 액화 온도{계산 소프트웨어(TTAL5 데이터베이스)를 이용하여 계산};

³ 300℃에서의 계산된 AL₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자{계산 소프트웨어(TTAL5 데이터베이스)를 이용하여 계산}

표 1에서 알 수 있듯이, 본 명세서에 제공된 합금(조성물 2-4)은 적어도 2 부피%의 양과 크기가 최대 500nm인 2차 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 입자를 함유한다. 합금 1 및 6은 2 부피% 미만의 양으로 2차 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 입자를 함유한다.

100시간의 300℃ 어닐링 이후에 상기 방법을 이용하여 얻어진 시트의 인장력 기계적 특성 및 전기 전도도는 표 2에 도시된다.

표 2에서 알 수 있듯이, 본 명세서에 제공된 어닐링된 것 같은(as-annealed) 합금(조성물 2-4)은 크기가 최대 20nm인 Al₃Zr 상 미세 입자와, 크기가 최대 500nm의 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자의 존재로 인해 요구된 강도, 열 저항 및 전기 전도도를 갖는다. 합금 1은 낮은 강도를 갖고, 합금 5는 낮은 형성 동작 제조 능력을 가지므로, 고품질의 시트의 제조에 사용될 수 없다. 어닐링된 것 같은 프로토타입(합금 6)은 불충분한 강도 및 낮은 IACS를 갖는다.

100시간의 300℃ 어닐링된 시트의 인장력 기계적 특성 및 전기 전도도

#*	UTS, MPa	YS, MPa	El, %	IACS, %
1	240	180	9.1	55
2	320	280	5.1	54
3	330	290	4.5	54
4	340	320	4.1	53
5	롤링 크랙
6	285	230	7.8	41

* 표 1에서와 같음

예 2

와이어 및 압출된 바는 본 명세서에 청구된 방법을 이용하여 합금 3(표 1)으로부터 생성되었다. 표 3 및 표 4에서 알 수 있듯이, 100시간 동안 300℃에서 어닐링된 것 같은 와이어 및 프레스된 반가공된 제품에 형성된 합금은 요구된 강도 및 전기 전도도를 갖는다. Zr 함유 상(Al₃Zr) 미세 입자의 크기는 약 10nm이고, Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자의 크기는 200nm 내에 있다.

100 시간의 300℃ 어닐링된 와이어의 인장력 기계적 특성 및 전기 전도도

d, mm¹	UTS, MPa	YS, MPa	El, %	IACS, %
2	345	330	4.1	54
4	335	300	4.9	54

¹ 와이어 직경

100 시간의 300℃ 어닐링된 압출된 바의 인장력 기계적 특성 및 전기 전도도

d, mm¹	UTS, MPa	YS, MPa	El, %	IACS, %
10	355	335	5.2	54
16	340	330	5.8	54

¹ 바 직경

예 3

다이 연마 디스크는 3가지 모드(표 5)를 이용하여 본 명세서에 청구된 방법을 이용하여 합금 3(표 1)으로부터 생성되었다:

a) 450℃에서 주조 부품 다이 연마에 의한 중간 정련된 반가공된 제품;

b) 350℃에서 주조 부품 다이 연마에 의한 중간 정련된 반가공된 제품;

c) 가열(실온에서) 없이 주조 부품 다이 연마에 의한 중간 정련된 반가공된 제품.

그런 후에 다이 연마 제품은 340-450℃에서 어닐링되었고, 실온에서 다이 연마되었다.

100시간의 300℃ 어닐링된 다이 펀칭된 제품의 인장력 기계적 특성 및 전기 전도도

T_d, ℃¹	UTS, MPa	YS, MPa	El, %	Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자 크기, nm
450	260	225	8.2	650
350	320	275	5.0	250
25	330	290	4.1	150

¹ 초기 (최대) 변형 온도

표 5에서 알 수 있듯이, 실온 및 350℃에서 주조 부품으로부터 얻어진 다이 펀칭된 제품은 최대 20nm이고 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자의 크기가 500nm 내에 있는 2차 Zr 함유 상 임자의 크기로 인해 요구된 강도 및 전기 전도도를 갖는다. 450℃에서의 주조 부품으로부터 얻어진 다이 펀칭된 제품은 50nm보다 높은 2차 Zr 함유 상 입자의 큰 크기로 인해 낮은 강도를 갖는다.

예 4

잉곳은 상이한 주조 온도(950, 830 및 700℃)에서 합금 3(표 1)으로부터 얻어졌다. 정련된 반가공된 제품(시트)은 다음과 같이 잉곳으로부터 생성되었다: 중간 정련된 반가공된 제품은 350℃ 내에서 주조 부품을 롤링함으로써 생성되었고, 뒤이어 340-450℃에서 중간 어닐링이 후속하고, 그런 후에 정련된 반가공된 제품은 실온에서 중간 정련된 반가공된 제품을 롤링함으로써 생성되었다. 마지막으로, 정련된 반가공된 제품은 100시간 동안 300℃에서 어닐링되었다.

표 6에서 알 수 있듯이, 주조 온도를 이 방법으로 청구된 온도 아래로 감소시키는 것은 크기가 10-100㎛의 1차 Al₃Zr(DO₂₃) 상 결정의 존재로 인해 합금의 강도를 감소시킨다. 단지 T_L+50℃를 초과하는 주조 온도에서, 합금은 요구된 강도 및 전기 전도도를 갖고, 지르코늄은 20nm 미만의 크기를 갖는 Al₃Zr(LI₂) 상 입자의 형태인 구조로 존재한다.

T, ℃¹	△T, ℃	UTS, MPa	YS, MPa	El, %	IACS, %
950	170	330	290	6.2	54
830	50	330	290	6.0	54
700	-80	220	180	8.5	55

¹ 주조 온도;

△T 주조 온도와 액화 온도 사이의 차이

예 5

주조 부품은 본 명세서에 청구된 방법을 이용하여 합금 3(표 1)으로부터 얻어졌다. 이에 후속하여, 중간 정련된 반가공된 제품은 350℃ 내에서 주조 부품을 변형함으로써 생성되었고, 합금 시트(표 1)의 중간 어닐링은 상이한 온도(300, 340, 400, 450 및 550℃)에서 얻어졌고, 준비하는 냉온 롤링된 시트가 생성되었고, 300℃에서 열 처리되었다. 표 7에서 알 수 있듯이, 340-450℃ 중간 어닐링 이후에서만, 합금은 구조에 있어서 크기가 500nm 미만의 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자를 함유하고, 요구된 강도 및 전기 전도도를 갖는다. 340℃ 미만으로의 어닐링 온도의 감소는 전기 전도도에서의 감소를 초래하고, 알루미늄 용액에서의 낮은 망간 확산율로 인해 사전 설정 시간 동안 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자(이들 입자는 존재하지 않았음)의 침전물로 알루미늄 고체 용액의 분해를 방해하였다. 450℃보다 높은 어닐링 온도의 증가는 합금의 강도를 감소시키고, Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자의 크기를 500nm보다 높게 증가시키고, Al₃Zr 상 입자의 크기를 100nm보다 높게 증가시킨다.

중간 어닐링 온도의 함수로서 냉온 롤링된 시트의 인장력 기계적 특성 및 전기 전도도

T, ℃¹	UTS, MPa	YS, MPa	El, %	IACS, %	Al₃Zr 상 입자 크기, nm	Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자 크기, nm
300	270	250	6.0	34	<10	-
340	320	280	5.1	53	<20	<150
400	335	290	4.8	53	<20	<200
450	330	290	4.5	54	<20	<300
550	230	190	8.2	45	>100	>500

¹ 최대 중간 어닐링 온도

예 6

정련된 반가공된 제품은 조성물 3(표 1)의 청구된 합금으로부터 시트(1mm 두께)의 형태로 본 명세서에 청구된 방법을 이용하여 얻어졌다. 표 8에서 알 수 있듯이, 300-400℃ 어닐링 이후에만, 합금은 요구된 기계적 특성을 갖고, 합금은 구조에 있어서 크기가 20nm 미만의 Al₃Zr 상 나노크기의 입자와, 크기가 500nm 미만의 2차 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상 미세 입자를 형성하는 망간을 함유한다.

최종 어닐링 온도의 함수로서 냉온 롤링된 시트의 인장력 기계적 특성 및 전기 전도도

T, ℃¹	UTS, MPa	YS, MPa	El, %	Al₃Zr 상 입자 크기, nm
200	335	300	2.9	<20
300	330	290	4.0	<20
350	320	275	4.2	<20
400	300	265	6.1	<20
500	240	200	8.5	>50

¹ 최대 최종 어닐링 온도

Claims

다음의 양(wt%)으로 구리, 망간, 지르코늄, 실리콘, 철 및 크롬을 함유하는 알루미늄 기본 합금으로서,
구리 0.6-1.5
망간 1.2-1.8
지르코늄 0.2-0.6
실리콘 0.05-0.25
철 0.1-0.4
크롬 0.01-0.3
알루미늄 나머지
상기 합금은 크기가 20nm보다 크지 않은 Al₃Zr 상 나노 크기의 입자의 형태인 구조에서의 지르코늄을 함유하고, 망간은 적어도 2 부피%의 양으로 크기가 500nm보다 크지 않은 Al₂₀Cu₂Mn₃ 상의 2차 입자를 주로 형성하는, 알루미늄 기본 합금.
제 1항의 알루미늄 기본 합금으로부터 정련된 반가공된 제품을 제조하는 방법으로서,
상기 합금의 용융물을 생성하는 단계와, 상기 합금을 고체화함으로써 주조 부품을 제조하는 단계로서, 이들 동작은 액화 온도보다 적어도 50℃ 높은 온도에서 수행되는, 단계와, 중간 340-450℃ 어닐링을 통해 2개의 스테이지에서 350℃의 온도에서 상기 주조 부품을 변형함으로써 중간 정련된 반가공된 제품을 얻는 단계와, 중간 정련된 반가공된 제품을 340-450℃에서 어닐링하는 단계와, 실온에서 중간 정련된 반가공된 제품을 변형함으로써 정련된 반가공된 제품을 얻는 단계와, 정련된 반가공된 제품을 300-400℃로 어닐링하는 단계를 포함하는, 정련된 반가공된 제품을 제조하는 방법.
제 2항에 있어서, 상기 주조 부품은 실온에서 변형되는, 정련된 반가공된 제품을 제조하는 방법.
제 2항에 있어서, 상기 반가공된 제품은 롤링된 시트의 형태로 생성되는, 정련된 반가공된 제품을 제조하는 방법.
제 2항에 있어서, 상기 반가공된 제품은 와이어의 형태로 생성되는, 정련된 반가공된 제품을 제조하는 방법.
제 2항에 있어서, 상기 반가공된 제품은 압출된 바의 형태로 생성되는, 정련된 반가공된 제품을 제조하는 방법.
제 3항에 있어서, 상기 반가공된 제품은 다이 연마(die forgings)의 형태로 생성되는, 정련된 반가공된 제품을 제조하는 방법.