KR20170123307A

KR20170123307A - AlCu 합금으로 구성된 주물 및 복잡한 형상의 주물 제조 방법

Info

Publication number: KR20170123307A
Application number: KR1020177020538A
Authority: KR
Inventors: 미카엘 라페트제더
Original assignee: 네마크 에스.에이.비.드 씨. 브이.
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2017-11-07
Also published as: TW201636436A; EP3048179B1; EP3048179A1; BR112017014023B1; KR101891226B1; TWI583803B; US20170362690A1; JP2018509525A; PL3048179T3; CN107208199B; MX2017009062A; CN107208199A; RU2670627C1; JP6359778B2; US10081856B2; WO2016116805A1; ES2633026T3; BR112017014023A2

Abstract

본 발명은 (중량 %로) Cu : 6 - 8%, Mn : 0.3 - 0.55%, Zr : 0.15 - 0.25%, Fe : 최대 0.25%, Si : 최대 0.125%, Ti : 0.05 - 0.2%, V : 최대 0.04%, 잔부 Al 및 불가피한 불순물들로 구성된 AlCu 합금으로부터 실제로 작업 신뢰성 있게 주물을 제조하기 위한 방법을 제공한다. 이 합금 사양에 따라 용해된 용탕은 730 - 810℃에서 4 - 12 시간의 기간 동안 유지되며 다음에 적어도 한번 철저하게 혼합된다. 그 후에, 용탕은 개별적인 주물을 형성하도록 일괄처리 방식으로 주조되고 다음에 주물은 475 - 545℃에서 1 - 16 시간의 기간 동안 용체화 어닐링 처리된다. 주물은 용체화 어닐링 온도로부터 최대 300℃ 온도까지 담금질되며, 담금질하는 동안 주물이 통과하는 500 - 300℃ 온도 범위에서 냉각 속도는 0.75 - 15 K/s이다. 다음에, 주물은 150 - 300℃에서 1 - 10 시간 동안 인공 시효 처리된다. 마지막으로, 주물은 실온으로 냉각된다.

Description

AlCu 합금으로 구성된 주물 및 복잡한 형상의 주물 제조 방법

본 발명은 복잡한 형상의 AlCu 합금 주물을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

명세서에서 합금 원소들의 함량에 대한 정보가 제공될 때, 달리 명시적으로 표시하지 않는 한에는 상기 정보는 각각 관련 합금의 중량에 관한 것이다.

명세서에서 설명하는 유형의 AlCu 합금들로 구성된 주물은 250℃ 이상의 높은 가공 온도에서 특히 높은 강도를 갖는다. 그러나, 이것은 복잡한 형상으로 특징지어지는 부품의 주조 생산을 복잡하게 하는 열악한 주조 특성을 동반한다.

이러한 주물의 대표적인 예들은 한편으로 실제 사용 중에 고온에 노출되고, 다른 한편으로 냉각 채널과 오일 채널, 리세스, 웨브, 가이드 및 이와 유사한 것과 같은 누금 형태 요소(filigree-shaped form elements)들이 형성되는 콤팩트한 구조 형태를 갖는 내연 엔진용 실린더 헤드이다.

실질적으로 Si가 없게 AlCu 합금을 처리하는 근본적인 문제는 통상적인 AlSi 합금의 경우보다 훨씬 열악한 백피드 거동 및 고온 균열에 대한 높은 민감성에 있다.

WO 2008/072972 A1은 (중량 %로) 2 - 8% Cu, 0.2 - 0.6% Mn, 0.07 - 0.3% Zr, 최대 0.25% Fe, 최대 0.3% Si, 0.05 - 0.2% Ti, 최대 0.04% V, 잔부 Al 및 불가피한 불순물들로 구성되며 불순물들의 전체 함량이 0.1%를 초과하지 않는, AlCu 합금의 복잡한 형상 주물을 제조하는 방법을 개시한다. 결정립 크기가 최대 100 ㎛인 미세 조직의 제조와 관련하여 Zr이 첨가되는 것이 특히 중요하다.

공지된 방법의 개별적으로 조성된 용탕을 실현하는 동안 주조 조직의 미세화를 향상시키기 위하여, 주조 전에 TiC와 같은 결정립 미세화제가 일반적으로 용탕의 톤당 2 kg의 투입량으로 추가로 첨가될 수 있다. 주조 및 응고 후에 얻어진 주물은 530 - 545℃에서 초기 용체화 어닐링되는 열처리를 거친다. 주물은 용체화 어닐링 온도로부터 물 또는 기류를 사용하여 가속 냉각 방식으로 냉각되는데, 특히 물로 담금질하는 것은 목표하는 높은 경도와 관련하여 유리한 것으로 고려되지만, 주물의 복잡한 형상으로 인해 비교적 빠른 냉각 과정 중에 주물이 균열을 형성하는 경향이 있는 경우에는 기류에 의한 냉각이 추천된다. 담금질 후에 주물은 조직의 경도를 증가시키기 위하여 160 - 240℃의 온도에서 3 - 14 시간 동안 유지된다.

공지된 방법을 실제로 실행하는 시도들에서, 공지된 합금은 내연 엔진용 실린더 헤드의 주조 생산을 위해 특히 관심이 가는 재료 특성에 관해 인정하건대 이점들이 있다는 것이 확인되었다. 그러나, 공지된 방법을 사용하여, 실제 사용에서 합금에 부여된 요구를 충족하는 대규모의 필요한 작업 신뢰성으로 그 합금의 주물을 제조하는 것은 가능하지 않다.

이와 같이, 개별적으로 얻어진 주물의 결정립 크기는 주조에 의존하여 실제로 극심하게 변한다는 것이 알려져 있다. 따라서, 예컨대 대략 100 ㎛의 평균 결정립 크기는 매우 느리게 응고되는 아주 커다란 샘플 피스에서 관찰될 수 있다. 그러나, 이 샘플로부터 더 작은 피스가 분리된 경우, 이것이 다시 용해되고 그 후에 다시 신속하게 응고되도록 하였을 때, 빠른 응고 속도에도 불구하고 예상과 달리 500 - 900 ㎛의 결정립 크기가 확인되었다. 이러한 조대한 조직을 갖는 주물은 관련 방법들에 의해 의도한 용도를 위해 전혀 만족스럽지 않은 것이다.

종래 기술을 감안한, 본 발명의 목적은 알려져 있는 유형의 AlCu 합금의 주물을 실제적이며 작업 신뢰성 있는 방식으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

방법과 관련하여, 본 발명은 AlCu 합금의 주물을 제조하는 동안에 청구항 1에 기재한 작업 단계들이 실행되는 것으로 이 목적을 달성하였다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들에 명시되고 전반적인 발명 개념으로 이하에서 상세하게 설명된다.

그러므로, 누금 형태 주물을 주조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 작업 단계들을 포함한다:

a) (중량 %로)

Cu : 6 - 8%,

Mn : 0.3 - 0.55%,

Zr : 0.15 - 0.25%,

Fe : 최대 0.25%,

Si : 최대 0.125%,

Ti : 0.05 - 0.2%,

V : 최대 0.04%,

잔부 Al 및 불가피한 불순물들로 구성된 AlCu 합금을 용해하는 단계;

b) 용탕을 730 - 810℃의 유지 온도에서 4 - 12 시간의 유지 기간 동안 유지하는 단계;

c) 용탕을 혼합하는 단계;

d) 용탕으로부터 용탕의 일부를 제거하는 단계;

e) 용탕으로부터 제거된 용탕의 일부를 주물로 주조하는 단계;

f) 주물을 475 - 545℃의 용체화 어닐링 온도에서 1 - 16 시간의 용체화 어닐링 기간 동안 용체화 어닐링하는 단계;

g) 주물을 용체화 어닐링 온도로부터 최대 담금질 정지 온도까지 담금질하는 단계, 주물이 적어도 500 - 300℃ 온도 범위에서 0.75 - 15 K/s의 냉각 속도로 담금질 되며;

h) 주물을 인공 시효하는 단계, 인공 시효 중에 주물은 150 - 300℃의 인공 시효 온도에서 1 - 10 시간 동안 유지되며;

i) 주물을 실온까지 냉각하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법은 전술한 WO 2008/072972 A1으로부터 알려진 AlCu 합금에서 유래하며 실제 사용 중에 그 성능 특성에 부과된 가장 높은 요구를 충족시키는 주물을 제공한다.

Cu는 제조할 주물의 요구되는 고온 강도를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 합금에 6 - 8 중량%의 함량으로 존재한다. 이와 관련하여, 본 발명에 따라 제조되는 합금의 Cu 함량이 6.5 - 7.5 중량%일 때 최적의 특성이 얻어진다.

0.3 - 0.55 중량%의 Mn 함량은 본 발명에 따라 제조된 부품의 조직의 Al 매트릭스 내로 Cu의 확산을 촉진하며 따라서 고온의 작동 온도에서도 본 발명에 따른 합금의 강도를 안정시킨다. 이 효과는 Mn 함량이 0.4 - 0.55 중량%일 때 특히 신뢰성 있게 달성된다.

Zr은 본 발명에 따라 제조된 주물의 고온 강도를 위해 특히 중요하다. 따라서, 0.15 - 0.25 중량%의 Zr 함량은 본 발명에 따른 주조 합금으로 주조된 주물의 경우에 본 발명에 따른 합금이 미세한 조직을 갖는 것을 보장하는 분산 석출물들의 생성을 용이하게 하고, 결과적으로 주물의 체적에 걸쳐 최적으로 균일한 기계적 성질의 분포 및 균열 형성에 대한 최소화된 경향을 나타낸다. 이러한 이점들은 본 발명에 따라 제조되는 합금의 Zr 함량이 0.18 - 0.25 중량%, 특히 0.2 - 0.25 중량%일 때 특히 신뢰성 있게 달성된다.

Fe는 부서지기 쉬운 상들을 형성하는 경향이 있기 때문에 본 발명에 따른 합금에서 바람직하지 않은 것이다. 그러므로, Fe 함량은 최대 0.25 중량%, 바람직하게는 0.12 중량%로 제한된다.

Si 함량이 높으면 고온 균열의 형성 위험성이 증가하기 때문에 본 발명에 따라 규정되는 Si 함량의 한계는 최대 0.125 중량%이다. 본 발명에 따른 합금의 특성에 대한 Si의 부정적인 효과는 Si 함량을 최대 0.06 중량%로 제한함으로써 신뢰성 있게 배제될 수 있다.

0.05 - 0.2 중량%, 특히 0.08 - 0.12 중량%의 Ti 함량은 Zr과 마찬가지로, 결정립 미세화에 또한 기여한다. 결정립 미세화는 최대 0.04 중량%의 V 첨가에 의해서 또한 촉진될 수 있다. 이것은 특히 0.01 - 0.03 중량%의 V가 본 발명에 따른 합금에 존재할 때 적용된다.

종래 기술에서와 마찬가지로, 용해 및 제조 공정에 기인하는 불가피한 불순물들의 전체 함량은 최소화되어야 하며, 특히 0.1 중량%를 초과하지 않아야 한다.

본 발명은 휘발유 구동식 또는 디젤 구동식 내연 엔진용 실린더 헤드와 같은, AlCu 합금의 복잡한 형상의 주물을 결함이 없이 신뢰성 있게 제조하기 위하여, 이미 알려져 있는 조치들을 넘어서는 제조 공정의 파라미터들을 변경하는 것이 필요하다는 인식에 기초한다. 오직 이 방법에서, 본 발명에 따라 구성되고 그 전체 체적에 걸쳐서 100 ㎛ 미만, 이상적으로는 80 ㎛ 미만의 결정립 크기를 갖는 주물을 절차적으로 신뢰할 수 있는 방식으로 생산하는 것이 가능하다.

이를 실행하는 첫번째 단계로서, 용탕은 적절한 온도 범위에서 충분히 긴 시간 동안 고온으로 유지되어야 한다.

이를 위한 종합적인 실험들에서 용탕을 고온에서 유지하는 4 - 12 시간의 유지 기간 및 730 - 810℃의 유지 온도가 필요하다는 것이 확인되었는데, 6 - 10 시간의 유지 기간이 지속되며 유지 온도가 770 - 790℃일 때 원하는 결과들이 특히 신뢰할 수 있는 방식으로 달성될 수 있다.

지금까지, 본 발명[본 발명에 따른 방법의 작업 단계 b)]에 따라 제공되는,전술한 시간 및 온도 범위 내에 용탕을 유지하는 것과 관련한 영향 메커니즘을 확정적으로 명시하는 것은 가능하지 않았다. 그러나, 여기에서 본 발명에 따라 제공되는 양으로 Zr, Ti 및 옵션으로 V가 존재하는 것은 결정적인 영향을 미치는 것으로 보인다. 합금의 주성분으로서 알루미늄과 함께 이들 원소들은 긴 유지 시간에 의해 활성화되고 다음에 결정립 미세화제로서 효과적으로 작용하는 고온 예비-석출물(pre-recipitates)을 형성한다.

양호한 주조 결과를 위해, 많은 주조 절차들에 걸쳐서 일정하게 유지되는 용탕을 개별적인 주조 작업을 시작하기 전에 적어도 한번 완전히 혼합하는 것이 필요하다는 것을 또한 알아내었다.

그 후에, 작업 단계 d)로 실제 주조 작업이 시작한다. 다음에 개별적인 주조 작업에 지정된 주물의 수가 제조될 때까지 본 발명에 따른 방법의 d) - i)의 작업 단계들이 반복된다.

필요하다면, 혼합 단계는 두 개의 부분 제거 사이에서 반복될 수 있다. 예컨대 집중적인 교반으로 실행되는 혼합 절차는, 제1 부분의 용탕의 제거로 개시하는 실제 주조 작업을 시작하기 전에 관련 유형의 제조 공정에서 일반적으로 이용되는 바와 같이, 통상적인 탈가스 처리 과정에서 실행될 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 제조된 주물의 특히 미세한 조직의 형성은 용탕의 개별적인 부분이 주물로 주조되기 전에, 예컨대 주형으로 보내지는 도중에 옵션으로 결정립 미세화 처리를 받게 됨으로써 촉진될 수 있다. 이러한 종류의 처리로 인해, 본 발명에 따른 방법이 사용될 때, 조직의 평균 결정립 크기가 60 ㎛ 미만이 되게 보장될 수 있는 주물을 제조하는 것이 가능하다.

본 발명에 따라 옵션으로 첨가되는 결정립 미세화제로서 적합한 것은 TiC 또는 TiB와 같이 이러한 목적을 위해 이미 알려져 있는 화합물들인데, 각 경우에 용탕의 톤당 1 - 10 kg의 투입량으로 첨가될 수 있다. 결정립 미세화제의 투입량이 용탕의 톤당 4 - 8 kg일 때 최적의 결정립 미세화 효과가 얻어진다는 것이 실험들에서 확인되었다.

본 발명에 따른 방법의 주물을 주조[작업 단계 e)]하기 위해, 원칙적으로 임의의 통상적인 주조 방법도 적합하다. 이것은 통상적인 중력 다이 캐스팅의 옵션을 포함한다.

그러나, 본 발명에 따라 제조되는 합금으로 주조된 부품들은 주조를 준비하는 과정에서 실행된 조치들의 결과로서 주물에 미세한 조직이 달성된 경우에도, 합금에서 Si의 결핍으로 인해 냉각할 때 일어나는 온도 구배에 민감하다는 것이 본 발명에 따른 방법의 실제 평가에서 확인되었다. 이러한 민감성은 가급적 효과적으로 지향되는 응고를 일으키는 주조 방법에 의해 대응될 수 있다.

특히 최적화된 특성을 구비한 누금 형태 부품들이 제조된다면, 이른바 "동적 주조 방법(dynamic casting method)"이 사용되어야 한다. 이 용어는 한편으로 용탕의 원활하고 낮은 난류 유입 및 이와 관련하여 주형의 동일하게 원활한 충전을 보장하고 다른 한편으로는 주형이 충전된 후에 최적의 응고 과정을 달성하기 위하여, 주형이 용탕으로 충전되는 동안 주형이 이동되는 방법을 포함하는 것으로 이해된다.

"경동 주조 방법(tilt casing method)"으로 또한 알려져 있는 동적 주조 방법들의 공통적인 특징들은, 주형이 그곳에 연결된 용탕 컨테이너를 통해 충전된다는 것, 및 용탕 컨테이너가 주조할 용탕으로 충전되는 출발 위치로부터 용탕이 회전 이동의 결과로서 주형 내로 유입하는 종료 위치로 주형이 용탕 컨테이너와 함께 회전축 주위로 회전한다는 것이다. 이러한 유형의 방법들의 예들이 EP 1 155 763 A1, DE 10 2004 015 649 B3, DE 10 2008 015 856 A1, DE 10 2010 022 343 A1, 및 공개되지 않은 독일 특허출원 DE 10 2004 102 724.8에 기술되어 있다.

앞서 설명한 조치들[작업 단계 a) - e) 및 필요할 경우 추가로 실행되는 결정립 미세화 처리]의 결과로서, 주조 및 응고 후에 주물이 제조되고, 조직은 그에 대해 부과된 미세 결정립의 요건[평균 결정립 크기 < 100 ㎛]을 충족한다.

성능 특성을 조정하기 위하여, 본 발명에 따라 그 다음에 주물은 열처리를 거치는데, 초기에 주물은 475 - 545℃의 용체화 어닐링 온도에서 1 - 16 시간의 용체화 어닐링 기간 동안 용체화 어닐링 처리된다. Al 매트릭스에서 가능한 가장 높은 Cu 농도를 달성하며 합금의 전체적인 잠재성을 활용하기 위하여, 용체화 온도는 515 - 530℃로 조정될 수 있다.

용체화 어닐링 처리의 기간은 커다란 영향을 미치지 않는다. 존재하는 Cu 함량이 가급적 효과적으로 Al 매트릭스에 용해되도록 하는 방식으로 본 발명에 따른 범위 내에서 설정되어야 한다. 실제로, 존재하는 Cu 함량의 적어도 60%를 용해하는 것이 일반적으로 가능한데, 가능한 가장 높은 비율 예컨대 존재하는 Cu 함량의 적어도 70% 이상을 용해하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 내연 엔진용 부품들의 주조 생산 중에, 실제로 2 - 6 시간의 용체화 어닐링 기간이 제공될 수 있다.

용체화 어닐링 후에, 개별적인 주물은 용체화 어닐링 온도로부터 300℃의 최대 담금질 정지 온도까지 가속 방식으로 냉각된다. 여기에서, 담금질 속도는 극히 중요하다.

지나치게 느린 냉각 과정은 극히 낮은 강도를 초래한다는 사실에 의해 담금질 속도는 하향으로 제한된다. 따라서, 통상적인 공기 담금질에서 본 발명에 따라 제조되는 합금으로 구성된 주물의 인장 강도 및 항복 강도는 표준 합금들로 구성된 주물에 비해 낮다는 것이 확인되었다. 그러므로, 작업 단계 g)에서 본 발명은 전체 주물에 걸쳐 평균적으로 적어도 0.75 K/s의 담금질 속도를 제공한다.

대조적으로, 주물이 용체화 어닐링 후에 지나치게 신속하게 냉각된다면, 균열 발생의 위험이 있다. 예컨대 주물이 70℃ 미만의 온도이며 제트, 분출되어 적용되거나 침지 탱크 안의 물로 담금질 되는 경우 균열이 나타날 수 있다. 균열 형성은 적어도 70℃로 가열된 물로 주물을 담금질하는 것에 의해 충분히 신뢰성 있게 회피될 수 있다.

대안으로, 분무 스프레이(atomized spray)로 담금질을 실행하는 것이 또한 가능하다. 분무 스프레이가 실온에서 이루어진다면, 분무 스프레이 담금질하는 동안에 냉각이 완만하게 일어나므로 균열은 형성되지 않는다.

어떻게 담금질이 실행되는지 상관없이, 본 발명에 따라 균열 형성을 회피하기 위하여, 본 발명에 따른 방법의 작업 단계 g)에서 본 발명에 따라 실행되는 담금질 절차에서 전체 주물에 걸쳐 평균적으로 달성되는 담금질 속도의 상한은 15 K/s로 제한된다.

전체 주물에 걸쳐 달성되는 1.5 - 7.5 K/s의 평균적인 냉각 속도가 이상적이다. 본 발명에 따른 방법이 평가되었을 때, 예컨대 90℃의 온수로 수냉하는 것은 대략 7.5 K/s의 냉각 속도를 초래하며 최상의 결과로 이어진다.

설명한 바와 같이, 담금질 매질은 분출 또는 분무 스프레이로 적용될 수 있다. 분무 스프레이 냉각을 사용하는 것은 주물에 존재하는 채널을 통해서, 예컨대 실린더 헤드의 경우에 물 재킷을 통해서 담금질 매질이 안내되는 내부로부터 또는 외부에서 주물에 충돌함으로써 주물을 냉각하는 것을 가능하게 한다. 여기에서 가능한 조치들은 예컨대 DE 102 22 098 B4에 기술되어 있다. 외부로부터 냉각하는 경우에 냉각 속도는 대략 2 - 2.5 K/s이고, 내부적인 담금질의 경우에 담금질 속도는 1.5 - 3.75 K/s이다.

작업 단계 g)에서, 주물은 후속 시효 온도 이하인 온도로 담금질 된다. 본 발명에 따라, 인공 시효는 150 - 300℃, 특히 200 - 260℃의 인공 시효 온도에서 1 - 10 시간 동안 지속한다. 따라서, 인공 시효는 통상적인 절차에 기초하여 실행되지만, 그러한 절차와 달리 본 발명은 명백히 과시효를 포함하지 않는다.

인공 시효의 기간이 처리 결과에 중요한 영향을 미치지는 않는다. 그러나, 주물의 안정적인 상태를 달성하기 위하여 시효 절차는 적어도 2 시간의 기간을 초과하여 실행하는 것이 적합하다고 입증되었다. 실제 지향의 실시예에서, 인공 시효를 위해 제공되는 기간은 대표적으로 2 - 4 시간이다.

따라서, 본 발명에 제조되는 주물은, (중량%로) 6 - 8% Cu, 0.3 - 0.55% Mn, 0.15 - 0.25% Zr, 최대 0.25% Fe, 최대 0.125% Si, 0.05 - 0.2% Ti, 최대 0.04% V, 잔부 Al 및 불가피한 불순물들을 포함하는 AlCu 합금으로 구성되고 평균 결정립 크기가 100 ㎛ 미만, 특히 80 ㎛ 미만인 조직을 가진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 구성되고 제조된 주물은 일반적으로 자동차용 내연 엔진에 적용하기 위한 것이므로, 적어도 250℃의 온도에서 적어도 400 시간 사용된 후에도 균열 형성의 최소화된 민감성을 나타내고, 250℃의 시험 온도에서 인장 강도가 적어도 160 MPa, 대표적으로 적어도 200 MPa이며, 항복 강도가 적어도 100 MPa, 대표적으로 적어도 150 MPa이다.

아래에서, 본 발명은 실시예들을 기초로 더욱 상세하게 설명될 것이다.

본 발명에 따른 방법을 시험하기 위해, 시험 용탕(S1, S2, S3)이 통상적인 용해로에서 용해되었으며, 상기 용탕의 조성은 표 1에 제시되어 있다.

각각의 용탕(S1, S2, S3)은 유지 온도(TH)에서 기간(tH) 동안 용해로에서 유지되었다.

다음에, 실제 주조 공정의 시작 전에, 혼합을 달성하기 위해 각각의 용탕(S1, S2, S3)이 추가로 강력하게 교반되는 통상적인 탈가스 처리가 실행되었다.

그 후에 시작되는 개별적인 주조 공정에서, 용탕(S1, S2, S3)으로부터 주물[G1 - G4 (용탕 S1)], 주물[G5 (용탕 S2)], 주물[G6, G7 (용탕 S3)]이 주조되었다. 주물(G1 - G5)은 디젤 내연 엔진용 실린더 헤드인 반면에, 주조된 주물(G6, G7)은 휘발유 구동식 내연 엔진용 실린더 헤드이다.

개별적인 주조 공정에서, 각각의 용탕(S1, S2, S3)의 적절하게 계산된 일부가 주물(G1 - G7)을 주조하기 위한 통상적인 주조 래들을 사용하여 용해로부터 제거되었다.

TiB는 주조 래들에 수용된 용탕의 부분에 투입량(DKF)으로 개별적으로 첨가되었다.

용탕의 개별적인 부분은 예컨대 EP 1 155 763 A1에 설명된 바와 같은, 통상적인 회전 주조기에서 "로타캐스트(Rotacast)"로 알려진 회전 주조 방법을 이용하여 주조되었다.

응고 및 탈형 후에, 얻어진 주물은 용체화 어닐링 온도(TLG)에서 용체화 어닐링 기간(tLG) 동안 용체화 어닐링 처리되었다.

용체화 어닐링이 완료된 후에, 주물은 개별적인 용체화 어닐링 온도(TGL)로부터 담금질 정지 온도(TAS)까지 냉각 속도(dAS)로 담금질 되었다.

그 후에, 주물(G1 - G7)은 인공 시효 되었다. 이 과정에서, 주물은 개별적인 인공 시효 온도(TWA)에서 기간(tWA) 동안 유지되었다.

이 방식으로 얻어진 각각의 주물(G1 - G7)에 대해 표 2에 나타낸 것들은 개별적으로 주조되는 용탕 뿐만 아니라 파라미터들인 유지 기간(tH), 유지 온도(TH), 투입량(DKF), 용체화 어닐링 온도(TLG), 용체화 어닐링 기간(tLG), 담금질 정지 온도(TAS), 냉각 속도(dAS), 인공 시효 기간(tWA), 인공 시효 온도(TWA)이다.

냉각 후에 실온에서 결정된 조직의 평균 결정립 크기, 인장 강도(Rm), 항복 강도(Rp0.2) 및 신율(A)이 표 3에 열거되어 있다.

용체화 어닐링 후에 지나치게 낮은 냉각 속도(dAS)에서 담금질한 주물(G3)은, 동일한 용탕(S1)으로부터 주조된 본 발명에 따라 열처리한 주물(G1, G2, G4)에 비해 현저하게 낮은 인장 강도(Rm) 및 마찬가지로 현저하게 낮은 항복 강도(Rp0.2)를 나타내었다.

그러므로, 본 발명은 (중량 %로) Cu : 6 - 8%, Mn : 0.3 - 0.55%, Zr : 0.15 - 0.25%, Fe : 최대 0.25%, Si : 최대 0.125%, Ti : 0.05 - 0.2%, V : 최대 0.04%, 잔부 Al 및 불가피한 불순물들로 구성된 AlCu 합금의 주물을 실제 지향의 작업 신뢰성 있게 제조하기 위한 방법을 제공한다. 이 합금 제법에 따라 용해된 용탕은 730 - 810℃에서 4 - 12 시간의 기간 동안 유지되며 다음에 적어도 한번 전체적으로 철저하게 혼합된다. 그 후에, 용탕은 개별적인 주물의 부분으로 주조되고 다음에 주물은 475 - 545℃에서 1 - 16 시간의 기간 동안 용체화 어닐링 처리된다. 주물은 용체화 어닐링 온도로부터 최대 300℃ 온도까지 담금질되며, 담금질하는 동안 주물이 통과하는 500 - 300℃ 온도 범위에서 냉각 속도는 0.75 - 15 K/s이다. 다음에, 주물은 150 - 300℃에서 1 - 10 시간 동안 인공 시효 처리된다. 마지막으로, 주물은 실온으로 냉각된다.

Claims

a) (중량 %로)
Cu : 6 - 8%,
Mn : 0.3 - 0.55%,
Zr : 0.15 - 0.25%,
Fe : 최대 0.25%,
Si : 최대 0.125%,
Ti : 0.05 - 0.2%,
V : 최대 0.04%,
잔부 Al 및 불가피한 불순물들로 구성된 AlCu 합금을 용해하는 단계;
b) 용탕을 730 - 810℃의 유지 온도에서 4 - 12 시간의 유지 기간 동안 유지하는 단계;
c) 용탕을 혼합하는 단계;
d) 용탕으로부터 용탕의 일부를 제거하는 단계;
e) 용탕으로부터 제거된 용탕의 일부를 주물로 주조하는 단계;
f) 주물을 475 - 545℃의 용체화 어닐링 온도에서 1 - 16 시간의 용체화 어닐링 기간 동안 용체화 어닐링하는 단계;
g) 주물을 용체화 어닐링 온도로부터 최대 담금질 정지 온도까지 담금질하는 단계, 주물은 적어도 500 - 300℃ 온도 범위에서 0.75 - 15 K/s의 냉각 속도로 담금질 되며;
h) 주물을 인공 시효하는 단계, 인공 시효 중에 주물은 150 - 300℃의 인공 시효 온도에서 1 - 10 시간 동안 유지되며;
i) 주물을 실온까지 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복잡한 형상의 주물 제조 방법.
제1항에 있어서,
용탕에서 제거된 용탕의 일부는 주물로 주조되기 전에 결정립 미세화 처리를 받는 것을 특징으로 하는 복잡한 형상의 주물 제조 방법.
제2항에 있어서,
결정립 미세화 처리를 위해, 결정립 미세화제로서 TiC 또는 TiB가 용탕의 톤당 1 - 10 kg의 투입량으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 복잡한 형상의 주물 제조 방법.
제3항에 있어서,
투입량이 용탕의 톤당 4 - 8 kg인 것을 특징으로 하는 복잡한 형상의 주물 제조 방법.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
용탕의 일부를 주물로 주조할 때 동적 주조 방법이 사용되는 것을 특징으로 하는 복잡한 형상의 주물 제조 방법.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
단계 b)의 유지 기간은 6 - 10 시간 지속하는 것을 특징으로 하는 복잡한 형상의 주물 제조 방법.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
단계 b)의 유지 온도는 770 - 790℃인 것을 특징으로 하는 복잡한 형상의 주물 제조 방법.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
단계 c)의 혼합은 용탕의 탈가스 처리 과정에서 실행되는 것을 특징으로 하는 복잡한 형상의 주물 제조 방법.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
용체화 어닐링 온도는 515 - 530℃인 것을 특징으로 하는 복잡한 형상의 주물 제조 방법.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
용체화 어닐링 기간은 2 - 6 시간 지속하는 것을 특징으로 하는 복잡한 형상의 주물 제조 방법.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
단계 g)에서 주물을 담금질하기 위해, 적어도 70℃의 온도로 가열된 담금질 매질이 사용되는 것을 특징으로 하는 복잡한 형상의 주물 제조 방법.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
담금질 매질은 분무 스프레이로 주물에 보내지는 것을 특징으로 하는 복잡한 형상의 주물 제조 방법.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
인공 시효 온도는 200 - 260℃인 것을 특징으로 하는 복잡한 형상의 주물 제조 방법.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
단계 h)의 인공 시효 기간은 2 - 4 시간인 것을 특징으로 하는 복잡한 형상의 주물 제조 방법.