KR20170130181A - Al-Zn 전신재 합금 - Google Patents

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KR20170130181A
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Abstract

본 발명은 Zn이 6.0 중량% 내지 8.0 중량%; Mg이 0.5 중량% 내지 3.0 중량%; Cu가 3.0 중량% 이하(0 중량% 초과); TiB가 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); Mn이 0.2 중량% 이하(0 중량% 초과); Si이 0.5 중량% 이하(0 중량% 초과); Zr이 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); 및 잔부가 Al;으로 이루어지는 합금이며, 상기 합금은 θ', T', S', η', GP zone의 상을 포함하되, 각각의 상분율은 0 < θ' ≤ 2.1, 0 < T' ≤ 7.3, 0.7 ≤ S' ≤ 3.4, 2.8 ≤ η' ≤ 5.3, 0.5 ≤ GP zone ≤ 2.4 인 범위를 만족하는, Al-Zn 전신재 합금을 제공한다.

Description

Al-Zn 전신재 합금{Al-Zn wrought alloy}
본 발명은 전신재 합금에 관한 것으로서, 더 상세하게는 Al-Zn 고연성지수 전신재 합금에 관한 것이다.
알루미늄은 경량재료이면서 기계적 특성이 우수할 뿐만 아니라 전기화학적 특성도 우수하여 자동차경량부품, 우주항공재료, 전기전자재료 등 다양한 분야에 사용되고 있다. 알루미늄합금은 전신재와 주조재로 크게 두 가지로 대별할 수 있다. 전신재 알루미늄 합금 중에서 7000계열 알루미늄 합금은 기계적 강도가 높은 고력합금으로서 예를 들어 7075합금이 있다. A7075 합금은 주조 중에도 편석에 의하여 크랙이 발생하기 쉬우며, T6 열처리 후에는 소정 분율 이상의 GP zone은 열역학적으로 안정화되기 위하여 안정한 상으로 변화되면서 기계적 강도 및 연신율 하락의 원인이 될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 준안정상의 분율을 크게 편차 없이 유지하면서 GP Zone 분율을 1% 정도로 낮출 수 있는 Al-Zn 전신재 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 상기 Al-Zn 전신재 합금을 재질로 포함하는 구조용 재료를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의한 Al-Zn 전신재 합금으로서, Zn이 6.0 중량% 내지 8.0 중량%; Mg이 0.5 중량% 내지 3.0 중량%; Cu가 3.0 중량% 이하(0 중량% 초과); TiB가 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); Mn이 0.2 중량% 이하(0 중량% 초과); Si이 0.5 중량% 이하(0 중량% 초과); Zr이 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); 및 잔부가 Al;으로 이루어지는 합금이며, 상기 합금은 θ', T', S', η', GP zone의 상을 포함하되, 각각의 상분율은 0 < θ' ≤ 2.1, 0 < T' ≤ 7.3, 0.7 ≤ S' ≤ 3.4, 2.8 ≤ η' ≤ 5.3, 0.5 ≤ GP zone ≤ 2.4 인 범위를 만족하는, Al-Zn 전신재 합금을 제공한다.
본 발명의 다른 관점에 의한 Al-Zn 전신재 합금으로서, Zn이 6.0 중량% 내지 8.0 중량%; Mg이 0.5 중량% 내지 3.0 중량%; Cu가 3.0 중량% 이하(0 중량% 초과); TiB가 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); Mn이 0.2 중량% 이하(0 중량% 초과); Si이 0.5 중량% 이하(0 중량% 초과); Zr이 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); Sr이 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); 및 잔부가 Al;으로 이루어지는 합금이며, 상기 합금은 θ', T', S', η', GP zone의 상을 포함하되, 각각의 상분율은 0 < θ' ≤ 2.1, 0 < T' ≤ 7.3, 0.7 ≤ S' ≤ 3.4, 2.8 ≤ η' ≤ 5.3, 0.5 ≤ GP zone ≤ 2.4 인 범위를 만족하는, Al-Zn 전신재 합금을 제공한다.
상기 Al-Zn 전신재 합금에서, Zn, Mg 및 Cu 함량의 총합은 10 중량%이며, 0.25 ≤ (Cu의 함량+Mg의 함량)/(Zn의 함량) ≤ 0.67 의 관계를 만족할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 의하면 상술한 Al-Zn 전신재 합금을 재질로 포함는 구조체를 제공한다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 7000계열 알루미늄 합금으로 주조한 빌렛 상태에서도 2,000 MPa% 이상의 우수한 특성을 나타내며, 소성가공 및 열처리 후에는 10,000 MPa% (10 GPa%) 이상의 강도연성지수를 확보 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실험예에 따른 Al-Zn 전신재 합금에서 Cu 효과를 도해하는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실험예에 따른 Al-Zn 전신재 합금에서 Mg 효과를 도해하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험예에 따른 Al-Zn 전신재 합금에서 Zn 함량에 따른 부피 변화율(volume change)을 도해하는 그래프들이다.
도 4a는 본 발명의 비교예에 따른 Al-Zn 전신재 합금의 T6 열처리 시 상분율을 해석한 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Zn 전신재 합금의 T6 열처리 시 상분율을 해석한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Zn 전신재 합금은 Zn이 6.0 중량% 내지 8.0 중량%; Mg이 0.5 중량% 내지 3.0 중량%; Cu가 3.0 중량% 이하(0 중량% 초과); TiB가 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); Mn이 0.2 중량% 이하(0 중량% 초과); Si이 0.5 중량% 이하(0 중량% 초과); Zr이 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); 및 잔부가 Al;으로 이루어진다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 Al-Zn 전신재 합금은 Zn이 6.0 중량% 내지 8.0 중량%; Mg이 0.5 중량% 내지 3.0 중량%; Cu가 3.0 중량% 이하(0 중량% 초과); TiB가 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); Mn이 0.2 중량% 이하(0 중량% 초과); Si이 0.5 중량% 이하(0 중량% 초과); Zr이 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); Sr이 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); 및 잔부가 Al;으로 이루어진다.
상술한 Al-Zn 전신재 합금에서, Zn의 함량이 6.0 중량% 보다 작거나 8.0 중량% 보다 큰 경우 강도, 연신율 및 유동성이 나빠진다. 상술한 Al-Zn 전신재 합금에서, Mg의 함량이 0.5 중량% 보다 작은 경우 인장강도가 급격하게 낮아지며 3.0 중량% 보다 큰 경우 강도연성지수가 급격하게 낮아진다. 엄격하게는, 연신율 관점에서 Mg의 함량이 0.5 중량% 내지 1.5 중량%일 수 있다. 상술한 Al-Zn 전신재 합금에서, Cu의 함량이 3.0 중량% 보다 큰 경우 열간취성 및 수축 균율이 크며 연신율 및 내열성이 급격하게 열화된다.
상술한 Al-Zn 전신재 합금에서, Mn은 재결정 미세화 효과, 연성, 인성향상 및 Al6Mn으로 석출되어 강화상 역할을 한다고 알려져 있으며, 최대 첨가량을 0.2% 이하로 제한하는 것이 바람직하며, Si은 고용강화 및 내식성 향상 효과를 기대하며 0.5%을 초과하여 첨가시 조대한 Mg2Si상을 형성하여 성형성 및 연신율이 저하되며, Zr은 결정립 미세화 및 미세조직 균질화를 기대하여 0.1%을 초과하여 첨가시 결정립 조대화가 유발되며, TiB는 결정립 미세화와 미세조직 균질화을 기대하며 0.1% 초과시 결정립 조대화가 유발될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 Al-Zn 전신재 합금에서 강도연성지수를 제어하는 합금원소를 파악하고 이들의 조성범위를 한정한 이유를 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실험예와 함께 설명한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예들만으로 한정되는 것은 아니다.
표 1은 본 발명의 실험예에 따른 고강도 연성지수 Al-Zn계 합금 설계 조성을 나타낸 것이다. 합금 조성이 Al-XZn-YCu-ZMg-S(Mn, TiB)인 경우, 합금 설계는 X (6~8%), Y (max 4%), Z(max 4%), S(Mn 0.2 + Si 0.2 + Zr 0.1 +TiB 0.1+Sr 0.1)인 관계를 만족할 수 있다. 표 1에서 S는 원소기호가 아니라 Mn, Si, Zr, TiB, Sr 함량의 합을 의미한다.
본 합금 설계에서는 다음의 사항을 고려하였다. 우선, 우수한 주조성과 우수한 기계적 특성과 동시에 우수한 연신율을 얻을 수 있는 Al-Zn 전신재 합금으로서, 최대 수축율 저하 및 응고시 발생되는 크랙이 없는 Al-Zn 전신재 합금을 목표로 하였다. 나아가, 강도, 연신율 및 유동성을 고려하여 Zn은 8%를 초과하지 않도록 하였으며, Cu는 강도 향상, 내열성 연신율 절삭성이 좋으나 열간취성 및 수축 균열이 크다는 점을 감안하여 Cu 원자의 편석 생성 및 석출강화 효과를 고려하였다. 나아가, 본 합금 설계에서는 냉각곡선, 체적변화, 점도변화, 냉각속도별 DAS 변화가 주요 인자를 고려하되, 고액 공존 영역에서 급격한 체적 변화가 없도록 합금 첨가원소를 제어하였다.
Figure pat00001
표 2는 Al-Zn 고연성지수 합금 압출재-F 인장실험에서의 시료 조성을 나타낸 것이며, 표 3 내지 표 7은 각 시료에 대한 항복강도, 인장강도, 연신율, 강도연성지수를 나타낸 것이다.
Zn Cu Mg Mn Si Zr TiB Sr Al
1 6.0 2.0 2.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
2 6.0 1.0 3.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
3 6.0 3.0 1.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
4 6.0 4.0 - 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
5 6.0 - 4.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
6.0Zn-2.0Cu-2.0Mg (1) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 308.85 477.27 13.94 6653.14
2 318.06 485.44 13.78 6689.36
3 311.87 479.01 13.72 6572.02
Mean 312.93 480.57 13.81 6636.67
6.0Zn-1.0Cu-3.0Mg (2) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 307.70 480.07 13.76 6605.76
2 321.38 499.41 13.84 6911.83
3 310.49 482.08 14.30 6893.74
Mean 313.19 487.19 13.97 6806.04
6.0Zn-3.0Cu-1.0Mg (3) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 254.53 414.33 15.37 6368.25
2 292.44 460.20 15.24 7013.45
3 249.25 415.42 16.59 6891.82
Mean 265.41 429.98 15.73 6763.59
6.0Zn-4.0Cu
(4)		 Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 170.80 310.49 14.03 4356.17
2 165.52 292.12 25.24 7373.11
3 161.99 287.13 18.91 5429.63
Mean 166.10 296.58 19.39 5750.69
6.0Zn-4.0Mg (5) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 332.30 503.69 15.55 7832.38
2 249.54 410.49 10.28 4219.84
3 241.05 405.63 11.11 4506.55
Mean 274.30 439.94 12.31 5415.66
표 8은 Al-Zn 고연성지수 합금 압출재-T6 인장에서의 시료 조성을 나타낸 것이며, 표 9 내지 표 13은 각 시료에 대한 항복강도, 인장강도, 연신율, 강도연성지수를 나타낸 것이다.
Zn Cu Mg Mn Si Zr TiB Sr Al
1 6.0 2.0 2.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
2 6.0 1.0 3.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
3 6.0 3.0 1.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
4 6.0 4.0 - 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
5 6.0 - 4.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
6.0Zn-2.0Cu-2.0Mg (1) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 584.44 611.2 11.77 7193.82
2 576.49 607.06 11.43 6938.70
3 596.02 622.73 11.62 7236.12
Mean 585.65 613.66 11.61 7124.59
6.0Zn-1.0Cu-3.0Mg (2) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 610.33 637.24 12.37 7882.66
2 576.38 604.4 12.07 7295.11
3 561.56 594.89 11.05 6573.53
Mean 582.76 612.18 11.83 7242.09
6.0Zn-3.0Cu-1.0Mg (3) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 346.49 471.54 23.97 11302.81
2 332.34 456.17 22.27 10158.82
3 348.81 475.76 22.43 10671.36
Mean 342.55 467.82 22.89 10711.00
6.0Zn-4.0Cu (4) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 178.85 328.32 14.87 4882.12
2 183.19 326.27 19.75 6443.83
3 169.87 303.76 24.5 7442.12
Mean 177.3 319.45 19.71 6296.36
6.0Zn-4.0Mg (5) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 549.91 586.56 12.19 7150.17
2 543.94 580.32 12.3 7137.94
3 546.18 588.4 11.94 7025.50
Mean 546.68 585.09 12.14 7102.99
표 14는 Al-Zn 고연성지수 합금 압출재-F 인장실험에서의 시료 조성을 나타낸 것이며, 표 15 내지 표 19는 각 시료에 대한 항복강도, 인장강도, 연신율, 강도연성지수를 나타낸 것이다.
Zn Cu Mg Mn Si Zr TiB Sr Al
1 7.0 1.5 1.5 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
2 7.0 2.0 1.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
3 7.0 1.0 2.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
4 7.0 3.0 - 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
5 7.0 - 3.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
7.0Zn-1.5Cu-1.5Mg (1) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 287.26 443.33 16.86 7474.54
2 290.04 443.92 16.42 7289.17
3 288.54 444.35 17.11 7602.83
Mean 288.61 443.87 16.80 7455.48
7.0Zn-2.0Cu-1.0Mg (2) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 289.10 448.28 16.27 7293.52
2 306.14 465.58 16.51 7686.73
3 292.71 449.80 16.34 7349.73
Mean 295.98 454.55 16.37 7442.55
7.0Zn-1.0Cu-2.0Mg (3) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 325.85 489.65 14.39 7046.06
2 338.78 501.99 14.23 7143.32
3 317.09 474.17 13.65 6472.42
Mean 327.24 488.60 14.09 6884.42
7.0Zn-3.0Cu (4) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 301.37 453.5 12.15 5510.03
2 294.49 447.37 11.82 5287.91
3 308.94 460.16 12.19 5609.35
Mean 301.60 453.68 12.05 5468.32
7.0Zn-3.0Mg (5) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 159.61 291.08 11.95 3478.41
2 166.18 293.05 15.86 4647.77
3 157.73 290.24 13.30 3860.19
Mean 161.17 291.46 13.70 3993.93
표 20은 Al-Zn 고연성지수 합금 압출재-T6 인장실험에서의 시료 조성을 나타낸 것이며, 표 21 내지 표 25는 각 시료에 대한 항복강도, 인장강도, 연신율, 강도연성지수를 나타낸 것이다.
Zn Cu Mg Mn Si Zr TiB Sr Al
1 7.0 1.5 1.5 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
2 7.0 2.0 1.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
3 7.0 1.0 2.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
4 7.0 3.0 - 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
5 7.0 - 3.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
7.0Zn-1.5Cu-1.5Mg (1) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 351.84 417.89 15.24 6368.64
2 340.41 409.14 15.99 6542.15
3 357.71 422.65 15.22 6432.73
Mean 349.99 416.56 15.48 6449.74
7.0Zn-2.0Cu-1.0Mg (2) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 382.44 449.75 15.55 6993.61
2 371.39 441.49 15.93 7032.94
3 376.04 444.62 15.59 6931.63
Mean 376.62 445.29 15.69 6986.55
7.0Zn-1.0Cu-2.0Mg (3) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 504.76 550.54 13.73 7558.91
2 501.38 542.76 14.30 7761.47
3 516.25 552.92 14.20 7851.46
Mean 507.46 548.74 14.08 7724.43
7.0Zn-3.0Cu (4) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 469.47 509.08 14.20 7228.94
2 455.12 499.13 15.21 7591.77
3 459.68 502.67 15.50 7791.39
Mean 461.42 503.63 14.97 7539.29
7.0Zn-3.0Mg (5) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 162.51 304.02 14.13 4295.80
2 165.05 306.21 14.97 4583.96
3 166.88 309.18 14.68 4538.76
Mean 164.81 306.47 14.59 4472.42
표 26은 Al-Zn 고연성지수 합금 압출재-F 인장실험에서의 시료 조성을 나타낸 것이며, 표 27 내지 표 31은 각 시료에 대한 항복강도, 인장강도, 연신율, 강도연성지수를 나타낸 것이다.
Zn Cu Mg Mn Si Zr TiB Sr Al
1 8.0 1.0 1.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
2 8.0 2.0 - 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
3 8.0 2.0 1.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
4 8.0 0.5 1.5 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
5 8.0 1.5 0.5 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
8.0Zn-1.0Cu-1.0Mg (1) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 306.85 466.39 16.68 7779.39
2 307.43 469.24 16.42 7704.92
3 310.32 471.56 16.88 7959.93
Mean 308.20 469.06 16.66 7814.60
8.0Zn-2.0Cu(2) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 318.13 466.82 14.09 6577.49
2 326.72 475.43 14.65 6965.05
3 313.21 465.83 14.58 6791.80
Mean 319.35 469.36 14.44 6777.56
8.0Zn-2.0Cu-1.0Mg (3) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 151.68 265.06 18.07 4789.63
2 152.61 264.69 20.58 5447.32
3 147.3 262.08 20.87 5469.61
Mean 150.53 263.94 19.84 5236.64
8.0Zn-0.5Cu-1.5Mg (4) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 302.37 461.52 15.84 7310.48
2 308.96 466.62 15.35 7162.62
3 299.87 459.52 15.28 7021.47
Mean 303.73 462.55 15.49 7164.95
8.0Zn-1.5Cu-0.5Mg (5) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 260.83 412.25 18.68 7700.83
2 263.83 415.62 17.84 7414.66
3 268.84 419.43 18.07 7579.10
Mean 264.50 415.77 18.20 7565.57
표 32는 Al-Zn 고연성지수 합금 압출재-T6 인장실험에서의 시료 조성을 나타낸 것이며, 표 33 내지 표 37은 각 시료에 대한 항복강도, 인장강도, 연신율, 강도연성지수를 나타낸 것이다.
Zn Cu Mg Mn Si Zr TiB Sr Al
1 8.0 1.0 1.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
2 8.0 2.0 - 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
3 8.0 2.0 1.0 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
4 8.0 0.5 1.5 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
5 8.0 1.5 0.5 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 Bal.
8.0Zn-1.0Cu-1.0Mg (1) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 514.23 542.56 17.76 9635.87
2 512.64 537.57 16.59 8918.29
3 493.74 525.70 17.33 9110.38
Mean 506.87 535.28 17.23 9221.03
8.0Zn-2.0Cu(2) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 568.65 570.68 12.80 7304.70
2 567.85 570.57 13.65 7788.28
3 543.49 550.65 12.17 6701.41
Mean 560.00 563.97 12.87 7260.13
8.0Zn-2.0Cu-1.0Mg (3) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 158.42 278.28 20.47 5696.39
2 154.35 272.52 19.63 5349.57
3 156.96 275.85 18.45 5089.43
Mean 156.58 275.55 19.52 5377.82
8.0Zn-0.5Cu-1.5Mg (4) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 555.38 566.23 15.66 8867.16
2 553.31 563.59 14.52 8183.33
3 556.70 566.88 15.95 9041.74
Mean 555.13 565.57 15.38 8696.53
8.0Zn-1.5Cu-0.5Mg (5) Yield Strength
(MPa)		 Tensile Strength
(MPa)		 Elongation
(%)		 강도연성지수
(MPa%)
1 375.02 428.64 17.41 7462.62
2 382.06 433.16 17.37 7523.99
3 373.32 428.19 16.66 7133.65
Mean 376.80 430.00 17.15 7373.01
표 38은 Al-Zn 고연성지수 합금에서 T6 열처리 후 상분율(%)에 따른 특성 값을 나타낸 것이다. 강도연성지수는 인장강도와 연신율의 곱으로 나타내므로 클수록 바람직하다. 앞에서 실험한 다양한 조성의 합금들 중에서 강도연성지수가 5000 이상인 경우를 표 38에 모두 정리하였다. 상기 합금은 θ', T', S', η', GP zone의 상을 포함한다. 이에 따르면, 상분율이 0 < θ' ≤ 2.1, 0 < T' ≤ 7.3, 0.7 ≤ S' ≤ 3.4, 2.8 ≤ η' ≤ 5.3, 0.5 ≤ GP zone ≤ 2.4 인 범위를 만족하는 경우 강도연성지수는 5000 MPa% 이상의 값을 가지는 것으로 나타났다. 이 경우, Zn, Mg 및 Cu 함량의 총합은 약 10 중량%이며, 0.25 ≤ (Cu의 함량+Mg의 함량)/(Zn의 함량) ≤ 0.67 의 관계를 만족하는 것으로 나타났다. 여기에서, 상기 함량은 전체 합금 중에서 해당 성분의 중량비이며, 단위는 중량%이다.
이에 반하여, 상술한 상분율의 범위 및 Zn, Mg 및 Cu 함량의 관계를 만족하지 않는 경우 강도연성지수는 5000 MPa% 보다 작은 것을 확인하였다. 또한, 상술한 Zn, Mg 및 Cu 함량의 관계를 만족하지 않는 경우, 고액 공존 영역이 커서 급격한 응고수축으로 인하여 빌렛 연주 중 크랙이 발생함을 확인하였다.
합금 Theta' T' S' Eta' GP zone 인장강도 연신율 강도연성지수
6Zn-3Cu-1Mg 2.07 2.22 3.34 2.89 0.52 467 22 10274
6Zn-2Cu-2Mg 0.83 4.48 2.60 5.33 1.47 613 11 6743
6Zn-1Cu-3Mg 0.15 7.33 1.40 5.14 2.40 612 11 6732
7Zn-1Cu-2Mg 0.25 4.82 1.40 5.29 2.15 548 14 7672
7Zn-1.5Cu-1.5Mg 0.65 3.70 2.16 4.46 1.71 416 15 6240
7Zn-2Cu-1Mg 1.16 2.29 2.85 2.87 1.12 445 15 6675
8Zn-0.5Cu-1.5Mg 0.039 3.77 0.69 4.40 2.21 565 15 8475
8Zn-1Cu-1Mg 0.37 2.46 1.44 2.98 1.63 535 17 9095
도 1은 본 발명의 실험예에 따른 Al-Zn 전신재 합금에서 Cu 효과를 도해하는 그래프이고, 도 2는 본 발명의 실험예에 따른 Al-Zn 전신재 합금에서 Mg 효과를 도해하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험예에 따른 Al-Zn 전신재 합금에서 Zn 함량에 따른 부피 변화율(volume change)을 도해하는 그래프들이다. 도 3을 참조하면, Zn이 8.0 wt% 이상에서는 급격한 체적 변화율이 상대적으로 크다. Zn이 5.5 wt%인 경우에는 급격한 체적 변화는 없으나, 고액공존 영역이 상대적으로 넓다. 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Zn 전신재 합금에서 Zn의 함량은 6.0 중량% 내지 8.0 중량%이다.
도 4a는 본 발명의 비교예에 따른 Al-Zn 전신재 합금의 T6 열처리 시 상분율을 해석한 그래프이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Zn 전신재 합금의 T6 열처리 시 상분율을 해석한 그래프이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 비교예로 제공되는 Al-Zn 전신재 합금은 Zn이 5.1 중량% 내지 6.1 중량%; Mg이 2.1 중량% 내지 2.9 중량%; Cu가 1.2 중량% 내지 2.0 중량%; Cr이 0.18 중량% 내지 0.28 중량%; Fe가 0.5 중량% 이하; Mn이 0.3 중량% 이하; Si이 0.4 중량% 이하; Ti이 0.2 중량%; 및 잔부가 Al;으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 비교예로 제공되는 Al-Zn 전신재 합금은 용질원소의 농도가 10% 이상인 Al-Zn 바탕의 7000계 합금에 속하며, Al-Zn 및 Al-Cu와 관련된 준안정상인 θ′, S′, η′, T' 및 GP zones과 같은 상들을 열처리를 통하여 안정화 시켜서 기계적 강도를 높일 수 있으나, 준안정상 중에서 S′, η′ 상의 분율이 너무 높으며 GP zones의 상분율이 T6 열처리 이후에는 2% 이상으로 높기 때문에 강도 및 연신율의 한계를 가지고 있다. 즉, 본 발명의 비교예로 제공되는 Al-Zn 전신재 합금은 주조 중에도 편석에 의하여 크랙이 발생하기 쉬우며, T6 열처리 후에는 η′, T' 등의 준안정상의 분율이 높아져서 강도 향상에 기여를 하지만, 2% 이상의 분율을 가지는 GP zone은 열역학적으로 안정화되기 위하여 안정한 상으로 변화되면서 기계적 강도 및 연신율 하락의 원인이 될 수 있다는 문제점을 수반한다.
도 4b를 참조하면, 이러한 문제점을 극복하고자, 본 발명의 일 실시예에서는, 준안정상의 분율을 크게 편차 없이 유지하면서 GP Zone 분율을, 예를 들어, 1% 정도로 낮추는 Al-Zn 전신재 합금을 제공한다. 즉, 용질원소 10% 이상의 Al-Zn계 합금을 편석 제어를 통하여 주조 및 열처리시 크랙을 방지하면서 강도향상이 가능한 Al-Zn 전신재 합금을 제공한다.
본 발명의 일 실시예로 제공되는 Al-Zn 전신재 합금은 Zn이 6.0 중량% 내지 8.0 중량%; Mg이 0.5 중량% 내지 3.0 중량%; Cu가 3.0 중량% 이하(0 중량% 초과); TiB가 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); Mn이 0.2 중량% 이하(0 중량% 초과); Si이 0.5 중량% 이하(0 중량% 초과); Zr이 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); 및 잔부가 Al;으로 이루어진다.
예를 들어, 본 발명의 비교예에 따른 Al-Zn 전신재 합금 조성에서 300~550도 정도까지 6%의 고용한을 가지는 Zn의 함량을 6% 내지 8%로 고정하고, Cu 함량을 고용한인 2%보다 오히려 높게 3%까지 첨가하고 오히려 Mg 함량을 1%정도 낮추어서 고용강화 효과보다는 θ′, S′, η′, T' 상분율의 차이를 각 준안정상별로 1% 내외로 차이가 나지 않도록 안정화 시키고, GP zone도 1.5% 이내로 안정화 시켜서, 인강강도가 높은 반면에 연신율이 낮았던 문제를 가지고 있는 7000계 합금에서 강도와 연신율이 동반 상승하게 합금을 설계하였으며, 현재 10 GPa%의 강성을 구현하였다.
또한, 본 발명의 일 실시예로 제공되는 Al-Zn 전신재 합금에서는 연속주조시 급격한 체적변화가 없어 결함 발생을 획기적으로 줄일 수 있다는 유리한 효과를 기대할 수 있다. 나아가, 7000계열 알루미늄 합금으로 주조한 빌렛 상태에서도 2,000 MPa% 이상의 우수한 특성을 나타내며, 소성가공 및 열처리 후에는 10,000 MPa% (10 GPa%) 이상의 강도연성지수를 확보 구현할 수 있어, 차체 및 섀시와 같은 구조체의 경량화에 기여할 수 있다.
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.

Claims (4)

  1. Zn이 6.0 중량% 내지 8.0 중량%; Mg이 0.5 중량% 내지 3.0 중량%; Cu가 3.0 중량% 이하(0 중량% 초과); TiB가 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); Mn이 0.2 중량% 이하(0 중량% 초과); Si이 0.5 중량% 이하(0 중량% 초과); Zr이 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); 및 잔부가 Al;으로 이루어지는 합금이며, 상기 합금은 θ', T', S', η', GP zone의 상을 포함하되, 각각의 상분율은 0 < θ' ≤ 2.1, 0 < T' ≤ 7.3, 0.7 ≤ S' ≤ 3.4, 2.8 ≤ η' ≤ 5.3, 0.5 ≤ GP zone ≤ 2.4 인 범위를 만족하는, Al-Zn 전신재 합금.
  2. Zn이 6.0 중량% 내지 8.0 중량%; Mg이 0.5 중량% 내지 3.0 중량%; Cu가 3.0 중량% 이하(0 중량% 초과); TiB가 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); Mn이 0.2 중량% 이하(0 중량% 초과); Si이 0.5 중량% 이하(0 중량% 초과); Zr이 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); Sr이 0.1 중량% 이하(0 중량% 초과); 및 잔부가 Al;으로 이루어지는 합금이며, 상기 합금은 θ', T', S', η', GP zone의 상을 포함하되, 각각의 상분율은 0 < θ' ≤ 2.1, 0 < T' ≤ 7.3, 0.7 ≤ S' ≤ 3.4, 2.8 ≤ η' ≤ 5.3, 0.5 ≤ GP zone ≤ 2.4 인 범위를 만족하는, Al-Zn 전신재 합금.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    Zn, Mg 및 Cu 함량의 총합은 10 중량%이며, 0.25 ≤ (Cu의 함량+Mg의 함량)/(Zn의 함량) ≤ 0.67 의 관계를 만족하는, Al-Zn 전신재 합금.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 상기 Al-Zn 전신재 합금을 함유하는, 구조체.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR830003592A (ko) * 1980-08-26 1983-06-21 오가와 요시오 내식성이 우수한 항공기 스트링거 소재 및 그 제조법
KR20100017775A (ko) * 2007-05-14 2010-02-16 알코아 인코포레이티드 개선된 성질 조합을 갖는 알루미늄 합금 제품 및 이를 인공 노화시키는 방법
KR20150038678A (ko) * 2012-09-20 2015-04-08 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 자동차 부재용 알루미늄 합금판

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR830003592A (ko) * 1980-08-26 1983-06-21 오가와 요시오 내식성이 우수한 항공기 스트링거 소재 및 그 제조법
KR20100017775A (ko) * 2007-05-14 2010-02-16 알코아 인코포레이티드 개선된 성질 조합을 갖는 알루미늄 합금 제품 및 이를 인공 노화시키는 방법
KR20150038678A (ko) * 2012-09-20 2015-04-08 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 자동차 부재용 알루미늄 합금판

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