KR20190017159A - 알루미늄 합금의 열처리 방법 - Google Patents

알루미늄 합금의 열처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법은 알루미늄 합금을 다이캐스팅하는 단계; 다이캐스팅한 알루미늄 합금을 고용강화시키는 단계; 및 고용강화한 알루미늄 합금을 석출강화시키는 단계로 이루어진다.
또한 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법은 2단계의 열처리 과정을 적용함으로써, 열처리하지 않은 알루미늄 합금 다이캐스팅에 비하여 연신율은 동등 수준 이상으로 유지하면서 동시에 인장강도는 최소 25% 이상 향상시킬 수 있다.

Description

알루미늄 합금의 열처리 방법{Heat treatment method of aluminum alloy}
본 발명은 알루미늄 합금의 열처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 2단 열처리를 통해 인장강도를 향상시키는 열처리 방법에 관한 것이다.
알루미늄 합금은 제품의 제조방법에 따라서 다이캐스팅, 금형주조 등의 주조용 알루미늄 합금과 압출, 압연 등의 소성가공용 알루미늄 합금으로 나누어지는데, 전체 알루미늄 제품 중에서 약 20%는 압출, 압연 등의 소성가공용 알루미늄 합금으로 생산되고 있고 약 80%가 주조용 알루미늄 합금으로 생산되고 있어 주조용 알루미늄 합금은 알루미늄 산업에서 차지하는 비중이 매우 높다.
주조용 알루미늄 합금은 주조방법에 따라서 사형주조 및 금형주조용 합금과 다이캐스팅용 합금으로 구분된다. 사형주조 및 금형주조용 합금은 주조후에 고용강화 열처리, 석출강화 열처리 등의 다양한 열처리 방법을 이용하여 합금의 인장강도를 높이고 있다. 표 1은 금형주조용 알루미늄 합금의 고용강화 열처리 및 석출강화 열처리의 조건을 나타낸 것이다. 금형주조용 알루미늄 합금의 고용강화 열처리 온도는 모두 500℃이상이고 고용강화 열처리 시간은 4시간 이상이다.
합금 규격 고용강화 처리 석출강화 처리 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)
온도 (℃) 시간(분) 온도 (℃) 시간(분)
AC1A 515 600 160 360 255 2
AC1B 515 600 160 240 304 3
AC2A 510 480 160 540 275 1
AC2B 500 600 160 300 245 1
AC4A 525 600 160 540 240 2
AC4B 500 600 160 420 245 -
AC4C 525 480 160 360 226 3
AC4D 525 600 160 600 275 1
AC5A 520 420 200 300 294 -
AC8A 510 240 170 600 275 -
AC8B 510 240 170 600 275 -
AC8C 510 240 170 600 275 -
AC9A 500 240 200 240 196 -
AC9B 500 240 200 240 275 -
합금규격 화학성분 (중량%)
Cu Si Mg Zn Fe Mn Ni Sn Al
ADC 1 1.0이하 11.0～13.0 0.3이하 0.5이하 1.3이하 0.3이하 0.5이하 0.1이하 잔부
ADC 3 0.6이하 9.0～10.0 0.4～0.6 0.5이하 1.3이하 0.3이하 0.5이하 0.1이하 잔부
ADC 5 0.2이하 0.3이하 4.0～8.5 0.1이하 1.8이하 0.3이하 0.1이하 0.1이하 잔부
ADC 6 0.1이하 1.0이하 2.5～4.0 0.4이하 0.8이하 0.4～0.6 0.1이하 0.1이하 잔부
ADC 10 2.0～4.0 7.5～9.5 0.3이하 1.0이하 1.3이하 0.5이하 0.5이하 0.3이하 잔부
ADC 12 1.5～3.5 9.6～12.0 0.3이하 1.0이하 1.3이하 0.5이하 0.5이하 0.3이하 잔부
그러나, 표 2에서 나타낸 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 200℃ 이하의 낮은 온도에서 응력제거 열처리를 일부 적용하고 있으며, 합금원소를 알루미늄 기지금속에 고용시키기 위하여 고온에서 열처리를 해야 하는 고용강화 열처리는 적용하지 못하고 있는 실정이다.
그 이유는 다이캐스팅 공정특성 때문인 것으로, 다이캐스팅 공정은 다이캐스팅 장치를 이용하여 용탕을 고속, 고압으로 금형에 주입하여 제품을 주조하는 방법으로서 다이캐스팅 장치를 이용하여 용탕을 고속, 고압으로 금형에 주입하는 공정중에 부득이하게 대기중의 가스가 용탕중에 혼입된다.
즉, 고속, 고압으로 금형에 주입된 용탕이 응고되어 얻게 되는 다이캐스팅 제품에는 대기중의 가스가 일정량 혼입되는데, 이러한 다이캐스팅 제품을 고온에서 열처리할 경우에는 다이캐스팅 제품내에 혼입된 가스가 고온의 열에너지에 의해 팽창되어 다이캐스팅 제품 표면에 블리스터와 같은 기포 결함이 발생하게 된다. 따라서 알루미늄 합금 다이캐스팅의 인장강도 향상을 위한 열처리 방법으로서 고용강화 열처리 및 석출강화 열처리는 대부분 적용하지 못하고 있다.
그러나, 진공 다이캐스팅 장치를 이용하여 용탕을 고속, 고압으로 금형에 주입하여 제품을 주조하여 다이캐스팅 제품에 혼입되는 대기중의 가스를 극소화시키는 경우에는 일부 고용강화 열처리 및 석출강화 열처리를 제한적으로 적용할 수는 있지만, 이러한 진공 다이캐스팅 제품도 고용강화 열처리 온도가 높을 경우에는 다이캐스팅 제품 표면에 블리스터와 같은 기포 결함이 발생하게 된다.
최근에 자동차 산업분야에서는 자동차 배출가스 저감, 에너지 효율 향상, 출력 향상을 위한 자동차 부품 경량화 등의 시장요구에 적극 대응하기 위해서 기존의 알루미늄 다이캐스팅 부품의 인장강도에 비하여 높은 인장강도를 갖는 고강도 알루미늄 다이캐스팅 부품개발을 필요로 하고 있다.
또한, 휴대폰 등의 모바일기기의 전자소재 및 모듈을 보호하는 기능을 갖는 구조부품인 하우징, 프레임, 힌지 등의 외장부품에도 경량성과 우수한 표면특성 등의 시장요구에 적극 대응하기 위해서 기존의 알루미늄 다이캐스팅 부품의 인장강도에 비하여 높은 인장강도를 갖는 고강도 알루미늄 다이캐스팅 부품개발을 필요로 하고 있다.
그러나, 지금까지 알루미늄 다이캐스팅 부품에는 인장강도 향상을 위해서 반드시 필요한 고용강화 및 석출강화와 같은 열처리를 대부분 적용하지 못하고 있기 때문에, 자동차, 전자용 고강도 알루미늄 다이캐스팅 부품 개발에 한계가 있다. 이에 따라 자동차, 전자용 고강도 알루미늄 다이캐스팅 부품 개발에 적용하기 위하여, 연신율은 동등 수준 이상을 유지하면서 동시에 인장강도를 향상시킬 수 있는 알루미늄 합금 다이캐스팅의 열처리기술 개발에 대한 필요성이 절실히 요구되고 있다.
한국등록특허 제10-1055373호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 기존의 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 포함되는 함금 원소의 함량을 조절하고 새로운 2단계의 열처리 과정을 적용함으로써, 310MPa 이상의 높은 인장강도를 가지면서 동시에 5% 이상의 연신율을 가지도록 해주는 알루미늄 합금의 열처리 방법에 관한 것이다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가로 고려될 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법은 알루미늄 합금을 다이캐스팅하는 단계; 다이캐스팅한 알루미늄 합금을 고용강화시키는 단계; 및 고용강화한 알루미늄 합금을 석출강화시키는 단계로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법에 있어, 상기 고용강화의 열처리 온도는 450 내지 500℃이고, 열처리 시간은 15분 내지 1시간일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법에 있어, 상기 석출강화의 열처리 온도는 150 내지 200℃이고, 열처리 시간은 1 내지 5시간일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법에 있어, 상기 알루미늄 합금의 인장강도는 310MPa 이상이고, 연신율은 5% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법에 있어, 상기 알루미늄 합금은 Zn 8 중량% 이하(0 제외), Si 13 중량% 이하(0 제외), Mg 2 중량% 이하(0 제외), Cu 2 중량% 이하, Ti 0.5 중량% 이하(0 제외), Fe 1.0 중량% 이하(0 제외) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 알루미늄 합금의 열처리 방법으로 제조된 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 포함한다.
본 발명의 알루미늄 합금의 열처리 방법에 따르면, 고용강화 처리 온도 및 시간을 조절하여 고용강화 처리를 한 후에 연속하여 고용된 합금원소를 석출시키는 석출강화 처리를 한 알루미늄 합금은, 고용강화 및 석출강화와 같은 열처리를 하지 않은 알루미늄 합금에 비하여 연신율은 동등 수준 이상을 유지하면서 동시에 인장강도는 최소 25% 이상 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법은 높은 인장강도를 필요로 하는 자동차, 전자용 알루미늄 다이캐스팅 부품 제조에 적합하게 사용될 수 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법의 공정순서도이다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 본 명세서에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
기존 다이캐스팅 공정으로 알루미늄 합금 제품을 제조하는 경우, 인장강도와 연신율이 저조한 문제가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 기존 알루미늄 합금 다이캐스팅 제품에 고용강화 열처리 및 석출강화 열처리를 일부 제한적으로 적용할 수 있으나, 오히려 알루미늄 합금 다이캐스팅 제품에 적합하지 못한 열처리 온도, 유지시간 등으로 인해 인장강도나 연신율 등이 급격히 저하되는 결과를 초래하였다.
이에 본 출원인은 기존 알루미늄 합금 다이캐스팅 제품에 비하여 연신율은 동등 수준 이상을 유지하면서 동시에 인장강도를 더욱 향상시킬 수 있는 알루미늄 합금의 열처리 방법을 개발하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법은 알루미늄 합금을 다이캐스팅하는 단계; 다이캐스팅한 알루미늄 합금을 고용강화시키는 단계; 및 고용강화한 알루미늄 합금을 석출강화시키는 단계로 이루어진다.
즉, 본 발명은 상술한 다이캐스팅 단계, 고용강화 단계 및 석출강화 단계를 포함하여 이루어짐으로써, 알루미늄 합금의 인장강도를 310MPa 이상으로 향상시킬 수 있고, 상기 고용강화 단계 및 석출강화 단계를 포함한 2단 열처리를 수행하는 경우 발생하는 연신율의 급격한 저하를 방지할 수 있는 것이다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법의 공정순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법은 다이캐스팅 단계(S100), 고용강화 단계(S200) 및 석출강화 단계(S300)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상세하게, 상기 다이캐스팅 단계(S100)은 상술한 알루미늄 합금으로 된 용탕을 주형 내부로 주입한 후, 원하는 형상으로 압착시키는 것일 수 있다.
다음으로, 상기 고용강화 단계(S200)는 상술한 다이캐스팅 단계(S100)에서 제조된 알루미늄 합금을 소정의 온도에서 고용강화 시키는 단계를 의미할 수 있다.
상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법에 있어, 상기 고용강화의 열처리 온도는 450 내지 500℃이고, 열처리 시간은 15분 내지 1시간일 수 있다.
상기 고용강화의 열처리 온도가 500℃를 초과할 경우에는 고용강화 열처리를 하지 않은 알루미늄 합금의 강도 및 연신율보다도 오히려 낮아질 수 있다.
또한, 알루미늄 합금 다이캐스팅의 고용강화 처리 온도가 450℃ 미만일 경우에는, 알루미늄 기지 내부로 합금원소가 확산되어 합금원소를 과포화 고용시킬 수 있는 열에너지가 부족하기 때문에, 고용강화 처리 후에 고용된 합금원소를 석출시켜서 강화효과를 얻는 석출강화 효과가 거의 나타나지 않는 문제점이 있다.
한편, 알루미늄 합금 다이캐스팅의 고용강화 처리 온도가 450 이상 내지 500℃ 이하의 온도에서 열처리를 수행하되, 고용강화 처리 시간이 1시간을 초과할 경우에는, 알루미늄 기지 내부에서 결정립의 조대화 현상이 나타나기 때문에, 열처리한 알루미늄 합금 다이캐스팅의 강도 및 연신율이 고용강화 열처리를 하지 않은 알루미늄 합금 다이캐스팅의 강도 및 연신율보다도 오히려 낮아질 수 있다.
또한, 알루미늄 합금 다이캐스팅의 고용강화 처리 온도가 450 이상 내지 500℃ 이하의 온도에서 열처리를 수행하되, 고용강화 처리 시간이 15분 미만일 경우에는, 알루미늄 기지 내부로 합금원소가 확산되어 합금원소를 과포화 고용시킬 수 있는 시간이 부족하기 때문에, 고용강화 처리후에 고용된 합금원소를 석출시켜서 강화효과를 얻는 석출강화 효과가 거의 나타나지 않는 문제점이 있다.
마지막으로, 상기 석출강화 단계(S300)는 상술한 고용강화 단계(S200)에서 제조된 알루미늄 합금을 석출강화 시키는 단계를 의미할 수 있다.
상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법에 있어, 상기 석출강화 단계는 상술한 고용강화시 열처리 온도 보다 낮은 온도에서 수행하며, 상기 고용강화 단계에서 고용된 합금원소를 석출시키는 단계를 의미할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 석출강화의 열처리 온도는 150 내지 200℃이고, 열처리 시간은 1 내지 5 시간일 수 있다.
상세하게, 상기 석출강화의 열처리 온도가 200℃를 초과할 경우에는, 상술한 석출상이 과도하게 조대화되어 결정립의 성장 효과를 저하시킬 수 있다.
또한, 상기 석출강화의 열처리 온도가 150℃ 미만일 경우에는, 석출강화 효과가 낮아져 강도증가의 효과가 미미할 수 있다.
또한, 상기 석출강화의 열처리 온도를 150 내지 200℃로 수행하되, 상기 석출강화 처리 시간이 5시간을 초과할 경우에는, 알루미늄 기지 내부에서 결정립의 조대화 현상이 나타나는 문제점이 있다.
또한, 상기 석출강화의 열처리 온도를 150 내지 200℃로 수행하되, 상기 석출강화 처리 시간이 1시간 미만일 경우에는, 석출강화 효과가 낮아져 강도증가의 효과가 미미할 수 있다.
한편, 상기 석출강화 단계(S300)에서 석출되는 석출상은 MgZn2, Al3Ti, Al3Fe, Mg2Si, Al2Cu 등 일 수 있으나, 본 발명이 상기 석출상의 종류에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법에 있어, 상기 고용강화 단계(S200) 및 상기 석출강화 단계(S300) 사이에 고용강화한 알루미늄 합금을 급냉하는 급냉 단계를 포함할 수 있다.
급냉 단계는 이 분야에서 통상적으로 사용되는 방법이면 족하며, 구체적이고 비한정적인 일 예로 상기 급냉은 고용강화한 알루미늄 합금을 오일(oil)이나 물(water)에서 담구어 상온으로 급냉하는 것일 수 있다. 본 발명을 상술함에 있어, 상온은 가온되거나 감온되지 않은 자연 그대로의 온도로서, 예를 들면, 약 10 내지 30℃, 약 15 내지 30℃, 약 20 내지 30℃, 23℃ 또는 25℃ 정도의 온도를 의미할 수 있다.
이하에서는, 상술한 알루미늄 합금에 대해 상세히 설명한다.
본 발명을 상술함에 있어, 상기 알루미늄 합금은 이 분야에서 통상적으로 사용되는 다이캐스팅용 알루미늄 합금이면 족하나, 상술한 본원발명의 목적달성을 위해 상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 Al-Zn계 합금 또는 Al-Si계 합금 등인 것이 좋다.
상세하게, 상기 알루미늄 합금은 순 알루미늄을 상기 알루미늄 합금 전체 중량에 대해 75 내지 95 중량%로 함유할 수 있다. 이때, 상기 알루미늄 합금은 Zn, Si, Mg, Cu, Ti 및 Fe 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하여 이루어질 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법에 있어, 상기 알루미늄 합금은 Zn 8 중량% 이하(0 제외), Si 13 중량% 이하(0 제외), Mg 2 중량% 이하(0 제외), Cu 2 중량% 이하, Ti 0.5 중량% 이하(0 제외), Fe 1.0 중량% 이하(0 제외) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어질 수 있다.
특히, 상기 Si(실리콘)는 13 중량% 이하인 경우 상기 알루미늄 합금의 인장강도 향상에 좋으나, 상기 Si가 13 중량%를 초과하는 경우 취성이 강한 공정 규소 상(Eutectic Si Phase)이 생성되어 상기 알루미늄 합금의 인장강도를 저하시킬 수 있다.
또한, 상기 Cu(구리)는 2 중량% 이하인 경우 상기 알루미늄 합금의 인장강도 및 연신율의 향상에 좋으나, 상기 Cu가 2 중량%를 초과하는 경우 조대한 석출물인 θ-Al2Cu 상이 과량 형성될 수 있어서 상기 알루미늄 합금의 인장강도를 저하시킬 수 있다.
상기 Ti(티타늄)은 0.5 중량% 이하인 경우 알루미늄에 합금원소로 첨가되어 석출경화 열처리에 의하여 Al3Ti 등의 금속간 화합물로 알루미늄 기지 금속에 석출되어 인장강도를 증가시킬 수 있다. 상기 Ti가 0.5 중량%를 초과하는 경우 상기 알루미늄 합금의 인장강도 및 연신율이 저하될 수 있다.
상기 Fe(철)는 1.0 중량% 이하인 경우 알루미늄에 첨가되어 알루미늄의 열전도도 저하를 최소화하면서 인장강도를 증가시킬 수 있고, 동시에 다이캐스팅에 의하여 알루미늄 합금 제품을 성형할 때에 금형소착을 줄일 수 있다. 상기 Fe의 함량이 1.0 중량% 초과하면 주조 합금내에서 Fe-부화상(Fe-rich상)이 과도하게 정출되어 합금의 주조성을 저하시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 Al-Zn계 알루미늄 합금일 수 있다.
상세하게, 상기 Al-Zn계 알루미늄 합금은 Zn 5 내지 7 중량%, Mg 1 내지 2 중량%, Ti 0.1 내지 0.3 중량%, Fe 0.05 내지 0.15 중량%, Si 0.1 중량% 이하(0 제외) 및 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
상기 Zn(아연)은 상술한 바와 같이, 알루미늄에 합금원소로 첨가되어 주조성을 향상시키고 고용, 석출 강화 효과에 따라서 인장강도를 증가시킬 수 있는 합금원소이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Zn계 알루미늄 합금에는 아연이 5 내지 7 중량%로 첨가되는 것이 바람직한데, 이는 아연의 함량이 5 중량% 미만이면 주조된 합금의 인장강도가 낮아져서 400MPa 이상의 인장강도를 얻을 수 없고, 아연의 함량이 7 중량% 초과하면 주조성이 저하되고 또한 연신율이 저하될 수 있다.
상기 Mg(마그네슘)은 알루미늄에 합금원소로 첨가되어 주조성을 향상시키고 고용, 석출 강화 효과에 따라서 인장강도를 증가시킬 수 있는 원소이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Zn계 알루미늄 합금에는 마그네슘이 1 내지 2 중량% 첨가되는 것이 바람직한데, 이는 마그네슘의 함량이 1 중량% 미만이면 주조된 합금의 인장강도가 낮아져서 400 MPa 이상의 인장강도를 얻을 수 없고, 마그네슘의 함량이 2 중량% 초과하면 주조성이 저하되고 또한 연신율이 저하될 수 있다.
상기 Fe(철)는 상술한 바와 같이, 상온에서 알루미늄 기지금속에의 고용도가 0.052중량%로서 매우 낮아 주조 후에는 대부분 Al3Fe 등의 금속간화합물로 정출되기 때문에 알루미늄에 첨가되어 알루미늄의 열전도도 저하를 최소화하면서 강도를 증가시킬 수 있고, 동시에 다이캐스팅에 의하여 알루미늄 합금 제품을 성형할 때에 금형소착을 줄일 수 있도록 하는 합금원소이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Zn계 알루미늄 합금에는 철이 0.05 내지 0.15 중량% 첨가되는 것이 바람직한데, 이는, 철의 함량이 0.05 중량% 미만이면 금형소착 방지 효과가 낮아져 다이캐스팅에 의하여 제품을 성형할 때에 일부 금형부위에 제품의 소착현상이 발생하고 기계적 강도도 충분하지 못하게 되고, 철의 함량이 0.15 중량% 초과하면 주조 합금내에서 Fe-부화상(Fe-rich상)이 과도하게 정출되어 합금의 주조성을 저하시킬 수 있다.
상기 Ti(티타늄)은 상술한 바와 같이, 알루미늄에 합금원소로 첨가되어 석출경화 열처리에 의하여 Al3Ti 등의 금속간 화합물로 알루미늄 기지 금속에 석출되어 인장강도를 증가시킬 수 있는 합금원소이며, 또한 알루미늄에 합금원소로 첨가되어 결정립 미세화, 합금 유동성 및 주조재의 크랙방지 효과를 얻을 수 있는 합금원소이다. 상술한 본 발명의 목적달성을 위해, 상기 Ti는 0.1~0.3 중량%가 첨가되는 것이 좋다. 상기 Ti 함량이 0.1 중량% 미만인 경우, 인장강도, 연신율 등과 같은 인장특성의 향상이 미미하고, 상기 Ti 함량이 0.3 중량% 초과인 경우, 인장강도 및 연신율이 저하될 수 있다.
한편 본 발명을 상술함에 있어, 불가피한 불순물이란, 본 발명에 따른 알루미늄 합금을 제조하는 과정에서 원료 또는 제조 장치에 의해 의도하지 않게 혼입된 불순물을 의미하며, 예를 들어 Cu, Cr, Co, V, Mn, Li, Ni, Sn, Pb 등을 들 수 있는데, 이들 불순물 각 성분은 합금 특성에 영향을 주지 않도록 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하가 되도록 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 알루미늄 합금의 열처리 방법으로 제조된 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 포함한다.
이하 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 하기의 실시예를 들어 상세하게 설명하겠으나, 본 발명이 다음 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 2, 비교예 1 내지 6
하기 표 3에 기재된 조성을 가지도록 알루미늄 합금 원료를 준비한 후, 용융 교반식 용해로에 장입하여 대기 중에서 알루미늄 합금을 먼저 용해하였다. 이후, 용해한 알루미늄 합금 용탕을 다이캐스팅 장치와 다이캐스팅 금형을 이용하여 시험편을 다이캐스팅하였다.
단위: 중량%
Zn Si Mg Cu Ti Fe Al
합금 1 6.01 0.05 1.40 - 0.21 0.08 Bal.
합금 2 0.69 10.18 0.13 1.69 0.02 0.79 Bal.
이후, 다이캐스팅한 알루미늄 합금 시험편은 전기저항식 열처리로를 이용하여 고용강화시켰다. 상기 고용강화 처리 후에 수냉하고 석출강화 처리를 연속으로 실시하여 최종 알루미늄 합금 시험편을 제조하였다.
상세한 고용강화 처리 및 석출강화 처리 조건은 하기 표 4에 수록하였다.
합금 종류 고용강화 처리 석출강화 처리
온도(℃) 시간(분) 온도(℃) 시간(분)
비교예 1 합금 1 - - - -
비교예 2 480 30 - -
비교예 3 510 20 - -
실시예 1 480 30 150 180
비교예 4 510 20 150 180
비교예 5 합금 2 - - - -
비교예 6 480 30 - -
비교예 7 510 20 - -
실시예 2 480 30 200 180
비교예 8 510 20 200 180
측정예: 인장특성 평가
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 8에서 제조한 알루미늄 합금의 인장특성을 평가하기 위해 인장강도 및 연신율을 측정하여 하기 표 5에 수록하였다. 인장강도 및 연신율의 측정은 이 분야에서 통상적으로 사용하는 방법으로 수행하였다.
합금종류 인장강도 (MPa) 연신율 (%)
비교예 1 합금 1 278 7
비교예 2 302 15
비교예 3 220 4
실시예 1 450 7
비교예 4 245 2
비교예 5 합금 2 247 3
비교예 6 272 6
비교예 7 182 1
실시예 2 316 5
비교예 8 188 1
표 5에 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 알루미늄 합금은 상술한 비교예 2 대비 인장강도가 약 49% 증가하였고, 연신율은 약 53% 감소하였다. 그러나, 본 발명의 실시예 1에 따른 알루미늄 합금의 연신율은 비교예 1 대비 동등한 수준이었고, 인장강도는 약 62% 증가하였다. 여기서, 비교예 2는 고용강화 처리만 처리를 480℃의 온도에서 30분 수행한 것이고, 비교예 1은 고용강화 처리 및 석출강화 처리를 수행하지 않은 것이다.
또한, 비교예 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 알루미늄 합금과 비교하여 인장강도는 약 19% 감소하였고, 연신율은 약 87% 감소하였다. 여기서, 비교예 4는 상기 합금 1을 고용강화 처리를 510℃의 온도에서 20분 수행한 후 석출강화 처리를 150℃ 온도에서 3시간 수행한 것이다.
더불어, 본 발명의 실시예 2에 따른 알루미늄 합금은 상술한 비교예 6 대비 인장강도가 약 16% 증가하였고, 연신율은 약 17% 감소하였다. 그러나, 본 발명의 실시예 2에 따른 알루미늄 합금의 연신율은 비교예 5 대비 약 67% 증가하였고, 인장강도는 약 28% 증가하였다. 여기서, 비교예 5는 고용강화 처리만 처리를 480℃의 온도에서 30분 수행한 것이고, 비교예 6은 고용강화 처리 및 석출강화 처리를 수행하지 않은 것이다.
또한, 비교예 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 알루미늄 합금과 비교하여 인장강도는 약 31% 감소하였고, 연신율은 약 83% 감소하였다. 여기서, 비교예 8는 상기 합금 2를 고용강화 처리를 510℃의 온도에서 20분 수행한 후 석출강화 처리를 150℃ 온도에서 3시간 수행한 것이다.
종합하면, 본 발명에 따른 알루미늄 합금은 다이캐스팅한 후에 고용강화 처리 온도 및 시간을 조절하여 고용강화 처리를 하고, 이후 연속하여 고용된 합금원소를 석출시키는 석출강화 처리를 수행함으로써, 고용강화 처리 및 석출강화 처리를 수행하지 않은 알루미늄 합금에 비하여 연신율은 동등 수준 이상을 유지하면서 동시에 인장강도는 약 28% 이상 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 열처리 방법은 높은 인장강도를 필요로 하는 자동차, 전자용 알루미늄 다이캐스팅 부품 제조에 적합하게 사용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 알루미늄 합금을 다이캐스팅하는 단계;
    다이캐스팅한 알루미늄 합금을 고용강화시키는 단계; 및
    고용강화한 알루미늄 합금을 석출강화시키는 단계로 이루어지는 알루미늄 합금의 열처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고용강화의 열처리 온도는 450 내지 500℃이고, 열처리 시간은 15분 내지 1시간인 알루미늄 합금의 열처리 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 석출강화의 열처리 온도는 150 내지 200℃이고, 열처리 시간은 1 내지 5시간인 알루미늄 합금의 열처리 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금의 인장강도는 310MPa 이상이고, 연신율은 5% 이상인 알루미늄 합금의 열처리 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금은 Zn 8 중량% 이하(0 제외), Si 13 중량% 이하(0 제외), Mg 2 중량% 이하(0 제외), Cu 2 중량% 이하, Ti 0.5 중량% 이하(0 제외), Fe 1.0 중량% 이하(0 제외) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지는 알루미늄 합금의 열처리 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
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