KR20210121542A - 고속 압출용 마그네슘 합금 및 이를 이용한 고속 압출 방법 - Google Patents

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KR20210121542A
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고종빈
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 3.0 내지 7.0 중량%의 비스무트(Bi); 1.0 내지 5.0 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 고속 압출용 마그네슘 합금 및 이를 이용한 고속 압출용 마그네슘 합금에 대한 것으로서, 본 발명에 따른 고속 압출용 마그네슘 합금을 이용해 압출재를 제조할 경우, 고온(압출 온도 300 ~ 450 ℃) 및 고속(출구속도 40 ~ 80 m/min) 압출 조건 하에서도 열간 균열 없이 표면이 건전한 마그네슘 합금을 생산할 수 있으며, 그 결과, 본 발명에 따른 고속 압출 방법은 AZ80 (Mg-8Al-0.5Zn), AZ91 (Mg-9Al-1Zn), ZK60 (Mg-6Zn-0.5Zr) 등과 같은 고합금계 상용 마그네슘 합금보다 10배 이상의 속도로 압출재를 제조할 수 있어, 생산성과 제조단가를 크게 감소시켜 마그네슘 합금 압출재 양산에 매우 유용한 방법으로 사용될 수 있다.

Description

고속 압출용 마그네슘 합금 및 이를 이용한 고속 압출 방법{MAGNESIUM ALLOY FOR HIGH SPEED EXTRUSION AND HIGH SPEED EXTRUSION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 고속 압출에 적합한 새로운 조성의 마그네슘 합금 및 이를 이용해 압출재를 제조하는 고속 압출 방법에 대한 것이다.
자동차 연비 규제가 강화됨에 따라 구조용 금속 중 가장 가벼운 마그네슘 합금이 주목받고 있다. 마그네슘 합금은 주조성이 우수하여 대부분 주조재의 형태로 적용되어 왔으나, 주조재의 낮은 기계적 물성으로 인해 적용이 제한적이다.
최근, 마그네슘 소재의 적용 확대를 위해 기계적 물성이 우수한 가공재에 대한 연구를 활발히 진행되고 있다. 특히, 가공재 중에서도 대표적으로 압연재와 압출재에 대한 관심이 증가하고 있다.
그 중 압출재를 제조함에 있어서 압출속도는 최종제품의 단가와 직접적인 관계를 가지고 있어, 최대 압출속도를 증가시키는 것이 마그네슘 합금 상용화에 매우 중요하다.
현재 가장 널리 사용되고 있는 마그네슘 합금인 AZ31의 경우 약 4.0 중량%의 낮은 총 합금 첨가량으로 인해 압출 중에 이차상이 거의 형성되지 않아 최대 압출속도가 30 m/min 가량으로 비교적 높은 것으로 알려져 있으나, 이차상으로 인한 강화 효과로 없어 낮은 강도를 가지는 문제가 있다.
한편, 높은 합금 첨가량으로 고강도를 가지는 상용 마그네슘 합금인 AZ80, AZ91, ZK60 등의 합금은 최대 압출속도가 0.5-4.0 m/min로, 상용 압출용 알루미늄 합금의 최대 압출속도(~40 m/min 이상)에 비해 현저히 낮다. 이는 생산성 저하로 인해 마그네슘 압출재의 단가를 향상시키는 주요한 원인으로 작용하고, 그 결과 마그네슘 압출재의 시장 경쟁력을 해치는 장애물로 여겨지고 있다.
전술한 바와 같이 상용 마그네슘 합금을 고속으로 압출하기 어려운 이유는 압출 중 발생하는 가공 발열로 인해 소재의 표면 온도가 상승하게 되고 그 결과 융점이 450 oC 이하로 낮은 Mg17Al12, MgZn2 등의 이차상이 국부적으로 용융되어 열간 균열이 발생하기 때문이다.
이러한 문제를 해결하고 압출성을 향상시키고자 합금 첨가량을 줄여 열적으로 민감한 이차상을 형성시키지 않도록 하거나, 열적으로 안정한 이차상을 형성시킬 수 있는 합금계에 관한 연구가 이루어지고 있다.
예를 들어, Mg-Al계 또는 Mg-Zn계에서 첨가되는 총 합금량을 1.5 중량% 이하로 감소시켜 압출 중 이차상이 형성되지 않도록 함으로써 60 m/min의 고속에서 압출재를 제조할 수 있는 마그네슘 합금이 제시된 바 있으나, 석출강화 및 고용강화 효과의 부족으로 인해 제조된 압출재가 매우 낮은 기계적 강도를 가지는 문제가 있다.
또한, 열적으로 안정한 Mg2Sn 상을 형성시켜 압출 시 표면균열 생성을 억제함으로써 20 m/min 내외의 압출속도에서도 결함 없이 압출재를 제조할 수 있는 Mg-8Sn-1Al-1Zn (중량%) 등의 마그네슘 합금 등이 제시된 바 있으나, 여전히 상용 알루미늄 합금의 최대 압출속도에는 크게 못 미치는 실정이다.
따라서, 본 발명에서는 총 합금 첨가량이 4.0 중량% 이상을 가져 압출 중에 형성되는 이차상으로 인해 고강도를 기대할 수 있으면서 동시에 70 m/min의 고속에서 압출이 가능한 새로운 합금계를 제시한다.
한국 등록특허 제10-1406111호 (등록일: 2014.06.03)
C.J. Bettles, M.A. Gibson, Current wrought magnesium alloys: strengths and weaknesses, JOM, 57 (2005) 46-- H.E. Friedrich, B.L. Mordike, Magnesium Technology: Metallurgy, Design Data, Applications, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2006. S.H. Park, H. Yu, J.H. Bae, C.D. Yim, and B.S. You, J. Alloys Compd. 545, 139 (2012) D. Zhang, F. Qi, W. Lan, G. Shi, and X. Zhao, Trans. Nonferrous Met. Soc. China 21, 703 (2011)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 마그네슘 합금을 고속에서 압출 시 열간 균열 없이 건전한 표면 상태를 갖는 압출재를 양산할 수 있는 신규 마그네슘 합금과 이를 이용한 고속 압출 방법 및 이에 의해 제조된 마그네슘 합금 압출재를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 3.0 내지 7.0 중량%의 비스무트(Bi); 1.0 내지 5.0 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 고속 압출용 마그네슘 합금을 제공한다.
상기 고속 압출용 마그네슘 합금은 기계적 물성 및/또는 내식성의 향상을 위해 칼슘(Ca), 망간(Mn) 및 이트륨(Y)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속을 0.1 내지 1.0 중량% 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명은 발명의 다른 측면에서, 상기 마그네슘 합금으로부터 압출재를 제조하기 위한 고속 압출 방법으로서, (a) 3.0 내지 7.0 중량%의 비스무트(Bi); 1.0 내지 5.0 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금 빌렛을 준비하는 단계; (b) 상기 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리(homogenizaton heat treatment)하는 단계; 및 (c) 상기 균질화 열처리된 마그네슘 합금 빌렛을 300 ~ 450 ℃의 압출 온도 및 40 ~ 80 m/min의 출구 속도의 조건으로 압출하는 단계를 포함하는 마그네슘 합금 고속 압출 방법을 제공한다.
이때, 상기 단계 (a)에서 마그네슘 합금 빌렛을 준비하는 단계는, (i) 마그네슘 및 합금원소를 포함하는 용탕을 준비하는 단계; 및 (ii) 상기 용탕을 금속 몰드에 주입하여 빌렛을 형성하는 단계를 포함해 이루어질 수 있다.
또한, 상기 단계 (b)에서 Mg-Bi-Al 삼원계 평형상태도의 α-Mg 및 Mg3Bi2의 2상 영역에 해당되는 온도에서 균질화 열처리를 실시함으로써, 융점이 낮아 고속 압출시 용융되어 압출재 표면에 균열을 야기할 수 있는 Mg17Al12 상의 형성을 방지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단계 (b)에서 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리한 후 이루어지는 냉각 공정은 수냉을 통해 이루어질 수 있다.
또한, 상기 단계 (c)에서는 고속 압출이 이루어지는 중에 열적으로 매우 안정한 Mg3Bi2으로 이루어진 이차상이 동적 석출되는(dynamically precipitated) 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계 (c)에서 수행되는 마그네슘 합금 빌렛을 압출 공정은 직접 압출법(direct extrusion process), 간접 압출법(indirect extrusion process), 정수압 압출법(hydrostatic extrusion process) 또는 충격 압출법(impact extrusion process)을 통해 이루어질 수 있다.
한편, 고속 압출을 통해 기계적 물성 및/또는 내식성이 보다 향상된 압출재를 얻기 위해, 상기 마그네슘 합금 빌렛은 칼슘(Ca), 망간(Mn) 및 이트륨(Y)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속을 0.1 내지 1.0 중량% 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명은 발명의 또 다른 측면에서 상기 고속 압출 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금 압출재를 제공한다.
본 발명에 따른 고속 압출용 마그네슘 합금을 이용해 압출재를 제조할 경우, 고온(압출 온도 300 ~ 450 ℃) 및 고속(출구속도 40 ~ 80 m/min) 압출 조건 하에서도 열간 균열 없이 표면이 건전한 마그네슘 합금을 생산할 수 있다.
그 결과, 본 발명에 따른 고속 압출 방법은 AZ80 (Mg-8Al-0.5Zn), AZ91 (Mg-9Al-1Zn), ZK60 (Mg-6Zn-0.5Zr) 등과 같은 고합금계 상용 마그네슘 합금보다 10배 이상의 속도로 압출재를 제조할 수 있어, 생산성과 제조단가를 크게 감소시켜 마그네슘 합금 압출재 양산에 매우 유용한 방법으로 사용될 수 있다.
도 1은 Mg-Bi 2원계 평형상태도이다.
도 2는 본 발명에 따른 마그네슘 합금 고속 압출 방법의 각 단계를 도시한 공정 흐름도이다.
도 3은 Factsage software로 계산한 Mg-5Bi-xAl (x=0~12 wt.%) 삼원계 평형상태도이다.
도 4는 본원 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2에서 각각 제조한 마그네슘 압출재의 표면 상태를 보여주는 사진이다.
도 5는 본원 실시예 3 내지 실시예 9에서 각각 제조한 마그네슘 압출재의 표면 상태를 보여주는 사진이다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 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.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 고속 압출용 마그네슘 합금은, 3.0 내지 7.0 중량%의 비스무트(Bi); 1.0 내지 5.0 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함해 이루어진다.
본 발명에 따른 고속 압출용 마그네슘 합금은 Mg-Bi 2원계 합금을 기반으로 합금 원소로서 알루미늄(Al)을 더 포함하는 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그에 따라, 압출 시 높은 융점(823 ㅀC)을 가져 고온 안정성이 뛰어난 Mg3Bi2 이차상(도 1 참조)이 석출되기 때문에, 300 ℃ 이상의 고온에서 40 m/min 이상의 매우 높은 출구 속도로 압출하더라도 표면에 열간 균열이 전혀 없는 건전한 압출재를 얻을 수 있다.
또한, 알루미늄(Al)의 첨가에 의해 압출 시 동적 재결정이 촉진되어 균일하면서도 미세한 결정립으로 구성된 미세조직이 얻어지고 결정립계 및 고용 강화 효과가 발생해 압출재의 기계적 물성(강도, 연신율 등)이 크게 향상된다.
한편, 본 발명에 따른 고속 압출용 마그네슘 합금은 압출재의 기계적 물성 및/또는 내식성의 향상을 위해 필요에 따라 상기 Bi 및 Al 외에 칼슘(Ca), 망간(Mn), 주석(Sn), 아연(Zn) 및 희토류 금속(이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er) 또는 토륨(Th) 등)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 금속 0.1 내지 1.0 중량% 또는 2종 이상의 금속 각각을 0.1 내지 1.0 중량% 더 포함할 수 있다.
상기 본 발명에 따른 고속 압출용 마그네슘 합금로부터 압출재를 제조하기 위한 고속 압출 방법은, (a) 3.0 내지 7.0 중량%의 비스무트(Bi); 1.0 내지 5.0 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금 빌렛을 준비하는 단계; (b) 상기 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리(homogenizaton heat treatment)하는 단계; 및 (c) 상기 균질화 열처리된 마그네슘 합금 빌렛을 300 ~ 450 ℃의 압출 온도 및 40 ~ 80 m/min의 출구 속도의 조건으로 압출하는 단계;를 포함해 이루어질 수 있다(도 2).
상기 단계 (a)에서 수행하는 마그네슘 합금 빌렛 제조 단계는 (i) 마그네슘 및 합금원소를 포함하는 용탕을 준비하는 단계 및 (ii) 상기 용탕을 금속 몰드에 주입하여 빌렛을 형성하는 단계를 통해 수행될 수 있다.
상기 단계 (i)은 빌렛을 이루는 마그네슘 합금의 용탕을 준비하는 단계로서 용탕을 제조할 수 있는 공지의 방법이기만 하면 본 단계를 수행하기 위한 구체적인 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 주성분인 마그네슘(Mg)을 도가니에 장입한 후 마그네슘 합금의 발화를 방지하기 위해 CO2, SF6, SO2, 프레온 가스, Novec™612 또는 이들의 혼합 가스 등을 보호가스나 용제(Flux)를 투입한 상태에서 가열하여 마그네슘을 용해시킨 후, 합금 원소인 비스무트(Bi) 및 알루미늄(Al) 등을 첨가하여 용탕을 형성할 수 있다.
이때, 용탕의 조성은 상기한 바와 같이 3.0 내지 7.0 중량%의 비스무트(Bi); 1.0 내지 5.0 중량%의 알루미늄(Al); 및 마그네슘(Mg) 잔부를 포함해 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 4.0 내지 6.0 중량%의 비스무트(Bi); 2.0 내지 4.0 중량%의 알루미늄(Al); 및 마그네슘(Mg) 잔부로 이루어질 수 있다.
상기 단계 (ii)는 예열된 스틸몰드(steel mould) 등의 금속몰드에 상기 용탕을 주입하는 단계로서 상기 금속몰드 내의 습기 제거 달성 및 지나친 예열에 따른 경제성 저하 등을 모두 고려하여 적절한 온도로 예열된 금속몰드에 상기 단계 (i)에서 제조된 마그네슘 합금 용탕을 주입함으로써 본 단계가 완성된다.
다음으로, 상기 단계 (b)는 전 단계에서 제조된 마그네슘 합금 빌렛의 마그네슘 기지 내에 존재하는 조성적 편석을 균질화하고 응고 중 형성된 조대한 이차상으로 고용시키기 위해 열처리하는 단계로서, 본 단계를 수행함으로써 이후에 수행되는 압출 공정에서 열적 안정성이 매우 뛰어난 Mg3Bi2 이차상의 동적석출(dynamic precipitation)을 통한 압출성 향상 및 압출재의 강도 강화를 꾀할 수 있다.
본 단계에서는 Mg-Bi-Al 삼원계 평형상태도의 α-Mg 및 Mg3Bi2의 2상 영역에 해당되는 온도에서 균질화 열처리를 실시함으로써, 융점이 낮아 고속 압출시 용융되어 압출재 표면에 균열을 야기할 수 있는 Mg17Al12 상의 형성을 방지하는 것이 바람직하다(도 3 참조).
상기 균질화 열처리를 수행한 후에 마그네슘 합금 빌렛을 냉각시키는 공정을 수행하게 되는데, 이러한 냉각 공정을 수행하기 위한 구체적인 방법은 특별히 제한되지 않으나, 냉각 중에 마그네슘 기지에 고용된 Bi 및 Al의 정적 석출(static precipitation)을 방지하고 열적으로 불안정한 Mg17Al12 상의 형성을 방지하기 위해 공냉(air cooling) 보다는 수냉(water quenching)이 더 바람직하다.
이어서, 상기 단계 (c)에서는 상기 균질화 열처리된 마그네슘 합금 빌렛을 300 ~ 450 ℃의 고온에서 40 ~ 80 m/min의 매우 높은 출구 속도로 고속 압출하는 공정을 실시해 표면에 균열이 없는 건전한 마그네슘 합금 압출재를 제조한다.
이미 언급한 바 있지만, 본 단계의 압출 공정에 제공되는 마그네슘 합금 빌렛은 Mg-Bi 합금계에 Al을 합금 원소로 첨가한 조성을 가짐으로써 압출 시 동적 석출에 의해 융점이 823℃에 달해 열적 안정성이 매우 뛰어난 이차상인 Mg3Bi2이 형성시키기 때문애, 본 단계에서 300 ~ 450 ℃의 압출 온도와 40 ~ 80 m/min의 출구 속도의 조건 하에서 압출을 수행하더라도 압출시 발생하는 가공발열에 의해 이차상이 용융되지 않아 압출재에 열간균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 단계에 있어서 압출 공정을 수행하기 위한 구체적인 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 간접 압출법(indirect extrusion process), 직접 압출법(direct extrusion process), 정수압 압출법(hydrostatic extrusion process) 또는 충격 압출법(impact extrusion process)에 의해 압출 공정이 이루어질 수 있다.
또한, 본 단계를 통해 제조되는 압출재의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 봉재(rod), 파이프(pipe), 각재, 판재, 이형류 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
<실시예 1>
먼저, 하기 표 1의 실시예 1의 조성을 갖는 마그네슘 합금 주조 빌렛을 다음과 같이 제조하였다. CO2와 SF6의 혼합가스 분위기에서 탄소 도가니에 99.99%의 순도를 갖는 순수한 Mg 잉곳을 용해시키고 합금원소 Bi 및 Al을 첨가하여 제조된 용탕을 720 oC에서 20분 동안 유지하여 안정화시킨 후 210 oC로 예열된 스틸 몰드(steel mould)에 부어 Mg-5wt%Bi-3wt%Al (BA53)의 조성을 가지는 합금 빌렛을 제조하였다.
주조된 BA53 합금 빌렛을 410 ℃에서 24시간 동안 전기로를 사용하여 불활성 기체분위기에서 균질화 열처리한 후 수냉하였다.
균질화 열처리된 상기 BA53 합금 빌렛을 직경 70 mm, 길이 120 mm로 가공 후 300 kN 급 수평식 압출기를 이용하여 압출온도 400 ℃에서 출구속도 60 m/min으로 직접압출(direct extrusion)을 수행하였다. 압출 수행 전 빌렛은 저항로를 이용하여 해당 압출온도에서 1시간 예열하였으며, 램 속도(ram speed)는 13.1 mm/s, 압출비는 77:1로 압출 후 압출 봉재의 최종직경은 7.8 mm이다.
<실시예 2 내지 9>
하기 표 1의 실시예 2 내지 9 각각의 조성을 가지는 마그네슘 합금 빌렛에 대해 램 속도가 15.1 mm/s으로 70 m/min의 출구속도로 압출을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 각각의 압출재를 제조하였다.
<비교예 1>
먼저, 하기 표 1의 비교예 1의 조성을 갖는 마그네슘 합금 주조 빌렛을 다음과 같이 제조하였다. CO2와 SF6의 혼합가스 분위기에서 탄소 도가니에 99.99%의 순도를 갖는 순수한 Mg 잉곳을 용해시키고 합금원소 Al, Zn 및 Mn을 첨가하여 제조된 용탕을 720 oC에서 20분 동안 유지하여 안정화시킨 후 210 oC로 예열된 스틸 몰드(steel mould)에 부어 Mg-8wt.%Al-0.5wt.%Zn-0.3wt.%Mn (AZ80)의 조성을 가지는 합금 빌렛을 제조하였다.
주조된 AZ80 합금 빌렛을 410 ℃에서 24시간 동안 전기로를 사용하여 불활성 기체분위기에서 균질화 열처리한 후 수냉하였다.
균질화 열처리된 상기 AZ80 합금 빌렛을 직경 70 mm, 길이 120 mm로 가공 후 300 kN 급 수평식 압출기를 이용하여 압출온도 400 ℃에서 출구속도 4.5 m/min으로 직접압출(direct extrusion)을 수행하였다. 압출 수행 전 빌렛은 저항로를 이용하여 해당 압출온도에서 1시간 예열하였으며, 램 속도는 1.5 mm/s, 압출비는 50:1로 압출 후 압출 봉재의 최종직경은 9.6 mm이다.
<비교예 2>
램 속도가 2.0 mm/s으로 6.0 m/min의 출구속도로 압출을 수행한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 압출재를 제조하였다.
<표 1>
Figure pat00001
<실험예>
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 압출재의 표면결함 유무에 대해 확인한 결과를 상기 표 1에 기재했다. 또한, 실시예 및 비교예에서 제조된 압출재에 대한 광학 카메라 사진을 도 4 및 도 5에 도시하였다.
상기 표 1과 도 4 및 도 5를 참조하면, 비교예 1 및 2에서 제조된 압출재 각각은 실시예 1 내지 9와 비교해 현저히 낮은 4.5 m/min 및 6.0 m/min의 출구 속도로 압출했음에도 불구하고, 압출 중 발생하는 가공 발열로 인해 압출다이 부근의 빌렛 온도가 이차상인 Mg17Al12의 용융점보다 높아져 압출재 표면에 심한 균열이 발생한 것을 확인할 수 있다.
이에 반해, 실시예 1 내지 9에서 제조된 압출재의 경우 400 ℃의 고온에서 60 m/min 또는 70 m/min의 대단히 높은 출구 속도로 압출했음에도 표면에 결함이 전혀 없는 건전한 상태의 압출재를 얻을 수 있었다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 3.0 내지 7.0 중량%의 비스무트(Bi);
    1.0 내지 5.0 중량%의 알루미늄(Al);
    마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 고속 압출용 마그네슘 합금.
  2. 제1항 있어서,
    칼슘(Ca), 망간(Mn) 및 이트륨(Y)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속을 0.1 내지 1.0 중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 압출용 마그네슘 합금.
  3. (a) 3.0 내지 7.0 중량%의 비스무트(Bi); 1.0 내지 5.0 중량%의 알루미늄(Al); 마그네슘(Mg) 잔부; 및 불가피한 불순물을 포함하는 마그네슘 합금 빌렛을 준비하는 단계;
    (b) 상기 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리(homogenizaton heat treatment)하는 단계; 및
    (c) 상기 균질화 열처리된 마그네슘 합금 빌렛을 300 ~ 450 ℃의 압출 온도 및 40 ~ 80 m/min의 출구 속도의 조건으로 압출하는 단계;를 포함하는 마그네슘 합금 고속 압출 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단계 (a)에서 마그네슘 합금 빌렛을 준비하는 단계는 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고속 압출 방법:
    (i) 마그네슘 및 합금원소를 포함하는 용탕을 준비하는 단계; 및
    (ii) 상기 용탕을 금속 몰드에 주입하여 빌렛을 형성하는 단계.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 단계 (b)에서 Mg-Bi-Al 삼원계 평형상태도의 α-Mg 및 Mg3Bi2의 2상 영역에 해당되는 온도에서 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고속 압출 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 단계 (b)에서 상기 마그네슘 합금 빌렛을 균질화 열처리하고 수냉하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고속 압출 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 단계 (c)에서 압출 중에 Mg3Bi2으로 이루어진 이차상이 동적 석출되는(dynamically precipitated) 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고속 압출 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 단계 (c)에서 간접 압출법(indirect extrusion process), 직접 압출법(direct extrusion process), 정수압 압출법(hydrostatic extrusion process) 또는 충격 압출법(impact extrusion process)을 이용해 마그네슘 합금 빌렛을 압출하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고속 압출 방법.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 마그네슘 합금 빌렛은 칼슘(Ca), 망간(Mn) 및 이트륨(Y)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속을 0.1 내지 1.0 중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고속 압출 방법.
  10. 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항의 고속 압출방법에 의해 제조된 마그네슘 합금 압출재.
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