KR20230019884A - 고온에서 성능이 좋은 알루미늄 구리 마그네슘 합금으로 제조된 제품의 용도 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해당 제품이 적어도 200시간의 상당한 기간 동안 80℃ 내지 250℃의 온도로 유지되는 용례에서 T8 템퍼의 가공 알루미늄 합금의 용도로서, wt%로: Cu: 3.6 - 4.4; Mg: 1.2 - 1.4; Mn: 0.5 - 0.8; Zr ≤ 0.15; Ti: 0.01 - 0.15; Si ≤ 0.20; Fe ≤ 0.20; Zn ≤ 0.25; 기타 원소들 < 0.05; 및 잔부로서 알루미늄의 조성을 갖는다. 본 발명에 따른 용도를 위해 의도된 제품은, 특히 진공 펌프 등의 공기 흡입 펌프의 로터 또는 기타 부품 등의 용례에 유용하다.
Description
본 발명은 알루미늄-구리-마그네슘 합금으로 제조된 제품에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 고온에서 사용하도록 의도된 그러한 제품, 그 제품의 제조 방법 및 용도에 관한 것이다.
일부 알루미늄 합금은, 예컨대 자동차 산업 또는 항공우주 산업에서 엔진 근처의 구조용 부품 또는 부착 수단과 같은, 또는 특히 진공 펌프와 같은 로터 또는 기타 공기 흡입 펌프 부품과 같은, 통상 80℃ 내지 250℃ 사이, 일반적으로 100℃ 내지 200℃ 사이의 높은 사용 온도를 갖는 용례에 일상적으로 사용된다.
그러한 합금은 고온에서 양호한 기계적 성능을 요구한다. 고온에서 양호한 기계적 성능은, 특히 한편으로는 열 안정성, 즉 상온에서 측정된 기계적 특성이 사용 온도에서 장기 노출 후에도 안정적이고, 다른 한편으로는 고온 성능, 즉 고온에서 측정된 기계적 특성(정적 기계적 특성, 내크리프성)이 우수하다는 것을 의미한다.
그러한 유형의 용례를 위한 공지의 합금 중에서, 콩코드(Concorde)를 제조하는 데에 사용된 AA2618 합금을 들 수 있으며, 그 합금은 wt%로 이하의 조성을 포함한다:
Cu: 1.9 - 2.7, Mg: 1.3 - 1.8, Fe: 0.9 - 1.3, Ni: 0.9 - 1.2, Si: 0.10 - 0.25, Ti: 0.04 - 0.10
특허 FR 2279852은 이하의 조성(wt%)을 갖는 감소된 철 및 니켈 함량의 합금을 제안한다:
Cu: 1.8 - 3, Mg: 1.2 - 2.7, Si < 0.3, Fe: 0.1 - 0.4, Ni + Co: 0.1 - 0.4, (Ni + Co)/Fe: 0.9 - 1.3
그 합금은, 또한 0.4% 미만의 함량으로 Zr , Mn , Cr, V 또는 Mo를 함유하고, 선택적으로 각각 0.2% 미만의 Cd, In, Sn 또는 Be, 8% 미만의 Zn 또는 1% 미만의 Ag를 함유할 수 있다. 그러한 합금의 경우, 크랙 전파에 대한 저항을 나타내는 응력 집중 계수(K1c)의 상당한 개선이 얻어진다.
특허 출원 EP 0 756 017 A1은 이하의 조성(wt%)을 갖는 높은 내크리프성의 조성물에 관한 것이다:
Cu: 2.0 - 3.0, Mg: 1.5 - 2.1, Mn: 0.3 - 0.7
Fe < 0.3, Ni < 0.3, Ag < 1.0, Zr < 0.15, Ti < 0.15
Si는 0.3 < Si + 0.4Ag < 0.6이 되도록 함유하고
기타 원소들 각각 < 0.05 이고 총 < 0.15.
특허 RU2210614C1은 이하의 조성(wt%)을 갖는 합금을 설명한다:
Cu: 3.0 - 4.2, Mg: 1.0 - 2.2, Mn: 0.1 - 0.8, Zr: 0.03 - 0.2, Ti: 0.012 - 0.1, V: 0.001 - 0.15
Ni: 0.001 - 0.25 및 Co: 0.001 - 0.25로부터 적어도 하나의 원소, 잔부로서 알루미늄.
특허 출원 WO2012/140337은 wt%로 이하의 조성을 갖는 가공(wrought) Al-Cu-Mg 알루미늄 합금 제품으로서, Cu: 2.6 - 3.7; Mg: 1.5 - 2.6; Mn: 0.2 - 0.5; Zr ≤ 0.16; Ti: 0.01 - 0.15; Cr ≤ 0.25; Si ≤ 0.2; Fe ≤ 0.2; 기타 원소들 < 0.05; 잔부로서 알루미늄; 여기서 Cu > - 0.9 (Mg) + 4.3 이고 Cu < - 0.9 (Mg) + 5.0; 여기서 Cu = Cu - 0.74 (Mn - 0.2) - 2.28 Fe 이고 Si ≥ 0.05 인 경우 Mg = Mg - 1.73(Si - 0.05) 이며 Si < 0.05 인 경우 Mg = Mg인 알루미늄 합금 제품 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 이 출원에서 언급하는 합금은 제품이 100℃ 내지 200℃의 온도, 통상 150℃의 온도를 유지하는 용례에 특히 유용하다. 그 출원에서 언급하는 제품은, 스크루, 볼트 또는 리벳 등의 자동차 엔진에 사용되도록 의도된 부착 부품에 유용하거나, 또는 비행기, 비행기 날개 선단 에지 및 초음속 비행기 동체용 나셀 부품 및/또는 부착 스트럿을 제조하는 데에 유용하다.
특허 출원 CN104164635은 알루미늄 합금 드릴 로드용 Al-Cu-Mg 합금의 상온에서의 저항 및 고온에서의 성능을 향상시키는 방법을 설명한다. 그 방법은 Al-Cu-Mg 합금을 용체화 열처리 후 0 내지 8%만큼 형상에서 차이가 나게 사전 인발하고, 이어서 4시간 내지 120시간 동안 160℃ 내지 190℃로 가열하고, 이어서, 합금을 노(furnace)로부터 제거하여 합금을 공랭시키는 단계들을 포함하며, Al-Cu-Mg 합금에서 구리 대 마그네슘 함량비는 5 이하이며, 그 합금의 조성은, wt%로, Cu: 4.0% ~ 4.3%, Mg: 1.5% ~ 1.6%, Mn: 0.4% ~ 0.6%, Ti: 0.1% ~ 0.15%, 잔부는 Al이다.
특허 출원 CN107354413은 석유 탐사를 위한 높은 저항성을 갖는 내열 알루미늄 합금 재료를 제조하는 기술에 관한 것으로, 알루미늄 합금 열처리 기술 분야에 속한다. 그 합금의 성분은 Si < 0.35, Fe < 0.45, Cu: 4.0 - 4.5, Mn: 0.40 - 0.80, Mg: 1.3 - 1.7, Zn < 0.10, Ti: 0.08 - 0.20, Zr: 0.10 - 0.15 및 기타 불순물 0.00 - 0.15로서 결정된다.
특허 RU2278179 C1은 항공우주 분야에서 구조용 재료료서 사용될 수 있는 알루미늄-구리-마그네슘 합금에 관한 것으로, 그 합금은(질량%로) 구리: 3.8 - 5.5; 마그네슘: 0.3 - 1.6; 망간: 0.2 - 0.8; 티타늄 0.5.10 (-6) -0.07; 텔루륨: 0.5.10 (-5) -0.01, 다음을 포함하는 그룹, 즉 은: 0.2 - 1.0; 니켈: 0.5.10 (-6) -0.05; 아연: 0.5.10 (-6) -0.1; 지르코늄: 0.05 - 0.3; 크롬: 0.05 - 0.3; 철: 0.5.10 (-6) -0.15; 규소: 0.5.10 (-6) -0.1; 수소: 0.1.10 (-5) -2.7.10 (-5) 중 적어도 하나의 원소 및 잔부: 알루미늄을 함유한다.
특허 출원 WO2020074818은 주로 재결정 알루미늄을 기초로 하고 0.25 mm 내지 12 mm 사이의 두께를 갖는 합금으로 제조된 씬 플레이트(thin plate)에 관한 것으로, 그 합금은 wt%로, Cu 3.4 - 4.0; Mg 0.5 - 0.8; Mn 0.1 - 0.7; Fe ≤ 0.15; Si ≤ 0.15; Zr ≤ 0.04; Ag ≤ 0.65; Zn ≤ 0.5; 불가피한 불순물 각각 ≤ 0.05 및 총량 ≤ 0.15; 잔부로서 알루미늄을 함유한다.
특허 출원 US2004013529은 분말 야금에 의해 얻어진 경금속 합금으로 제조된 로터를 포함하는 기계식 진공 펌프에 관한 것이다. 분말 야금은 로터의 내열성 및 내크리프성을 증가시킨다.
Cu: 5.8 - 6.8, Mn: 0.20 - 0.40, Ti: 0.02 - 0.10, Zr: 0.10 - 0.25, V: 0.05 - 0.15, Mg < 0.02의 조성(wt%)을 갖는 AA2219 합금이 고온 용례용으로 공지되어 있다.
그러나, 이들 합금은 특정 용례에 대해 불충분한 특성을 나타내며, 특히 철 및/또는 규소 및/또는 코발트 및/또는 바나듐 함량으로 인해 재활용 문제를 일으킨다.
더욱이, 시효 열처리를 필요로 하지 않는 경제적인 템퍼(temper)인 T3 템퍼 상태가 가장 흔한 Al-Cu-Mg 합금이 공지되어 있다.
미국 특허 3,826,688은 Cu: 2.9 - 3.7, Mg: 1.3 - 1.7 및 Mn: 0.1 - 0.4의 조성(wt%)을 갖는 합금을 개시한다.
미국 특허 5,593,516은 용해도의 한계 내에서, Cu: 2.5 - 5.5, Mg: 0.1 - 2.3의 조성(wt%)을 갖는, 즉 Cu가 최대 Cumax = -0.91 (mg) + 5.59와 동일해지도록 하는 조성을 갖는 합금을 개시한다.
특허 출원 EP 0 038 605 A1은 Cu: 3.8 - 4.4, Mg: 1.2 - 1.8 및 Mn: 0.3 - 0.9, 최대 0.12 Si, 0.15 Fe, 0.25 Zn, 0.15 Ti 및 0.10 Cr의 조성(wt%)을 갖는 합금을 개시한다.
미국 특허 6,444,058은 Cu 및 Mg의 유효 값이 특히 Cutarget = Cueff + 0.74 (Mn - 0.2) + 2.28 (Fe - 0.005)에 의해 정해지는 고순도 Al-Mg-Cu 합금 조성을 개시하며, 또한 Mgeff의 최대값이 대략 1.4 wt%인 Cueff: Mgeff 차트의 조성 범위를 개시한다.
통상 150℃의 고온에서 양호한 기계적 성능을 가지며 제조 및 재활용이 용이한 알루미늄 합금 제품의 필요성이 존재한다.
본 발명은, 해당 제품이 적어도 200시간의 상당한 기간 동안 80℃ 내지 250℃의 온도로 유지되는 용례에서 T8 템퍼의 가공 알루미늄 합금의 용도로서, 그 합금은 wt%로:
Cu: 3.6 - 4.4
Mg: 1.2 - 1.4
Mn: 0.5 - 0.8
Zr ≤ 0.15
Ti: 0.01 - 0.05
Si ≤ 0.20
Fe ≤ 0.20
Zn ≤ 0.25
기타 원소들 < 0.05
잔부로서 알루미늄의 조성을 갖는다.
도 1은 150℃에서 장기 노출 시간(단위: h)에 따른 극한 인장 강도의 변화를 나타낸다.
달리 명시하지 않는다면, 합금의 화학적 조성에 관한 모든 표시는 합금의 총 중량에 기초한 중량 백분율로서 나타낸다. 1.4Cu 또는 1.4(Cu)라는 표현은 wt%로 나타낸 구리 함량에 1.4를 곱한 것을 의미한다. 합금은 당업자에게 공지된 Aluminum Association rules에 따라 지정된다. 템퍼(temper)의 정의는 유럽 표준 EN 515 - 2017에 나와 있다. 이러한 표준은 특히, T8 템퍼는 용체화 열처리, 인공 시효 및 냉간 가공한 템퍼인 것으로 명시하고 있으며, 그러한 칭호는, 제품의 기계적 강도를 개선하기 위해 냉간 가공을 거친 제품에 적용하거나, 레벨링 또는 스트레이트닝(straightening)과 조합된 냉간 가공의 효과가 기계적 특성 한계치로 해석된다. T8 템퍼는 T 다음의 첫 번째 숫자가 8인 모든 템퍼를 나타낸다. 예를 들어, T851 및 T852 템퍼는 T8 템퍼이다.
인장의 정적 기계적 특성, 다시 말해 극한 인장 강도(Rm), 연신율 0.2%에서의 통상적 항복 강도(Rp0 .2), 및 파단 연신율(A%)은 표준 NF EN ISO 6892-1에 따른 인장 테스트에 의해 결정되며, 이에 의해 테스트의 샘플링 및 방향은 표준 EN 485-1에 의해 정해진다. 고온 인장 시험은 표준 NF EN 10002-5에 따라 수행된다. 크리프 시험은 표준 ASTM E139-06에 따라 수행된다. 달리 명시하지 않는다면, 표준 EN 12258의 정의가 적용된다.
놀랍게도, 본 발명자들은, T8 템퍼로 사용되는 경우 고온에서 특히 양호한 성능의 가공 제품(wrought product)을 얻는 것이 가능할 수 있는 Mn을 함유한 Al-Cu-Mg 합금의 조성 범위가 존재한다는 점을 확인하였다.
마그네슘 함량은 Mg가 1.2 내지 1.4 wt% 사이, 바람직하게는 1.25 내지 1.35 wt% 사이이도록 된다. Mg 함량이 본 발명에 따른 범위 내에 있지 않는 경우, 기계적 특성은 만족스럽지 못하다. 특히, 상온에서 및/또는 150℃에서 장기 노출 후 극한 인장 강도(Rm)는 불충분할 수 있다.
구리 함량은 Cu가 3.6 내지 4.4 wt% 사이이도록 된다. 유리하게는, Cu는 적어도 3.9 wt%, 바람직하게는 적어도 4.0 wt%이다. 유리하게는, Cu는 최대 4.3 wt%, 바람직하게는 최대 4.25 wt%이다.
본 발명에 따른 용도를 위해 의도된 제품은, 특히 결정립 조직을 제어하는 데에 도움을 주는 망간을 0.5 내지 0.8 wt% 함유한다. 유리하게는, 망간 함량은 0.51 내지 0.65 wt% 사이이다. 본 발명자들은 망간과 지르코늄을 동시에 첨가하는 것이 일부 경우에, 특히 우수한 기계적 특성을 획득하면서 고온에서 장기 노출에 대한 민감성을 감소시키는 경우에 유리할 수 있다는 점을 확인하였다. Zr 함량은 0.15 wt% 이하이다. 유리하게는, Zr 함량은 적어도 0.07 wt%와 동일하고 바람직하게는 적어도 0.08 wt%와 동일하다. 유리한 실시예에서, 본 발명에 따른 용도를 위해 의도된 제품은 0.09 내지 0.15 wt%의 지르코늄 및 0.50 내지 0.60 wt%의 망간을 함유한다.
티타늄 함량은 0.01 내지 0.05 wt% 사이이다. 티타늄을 첨가하는 것은 특히 주조 중에 결정립을 미세화하는 데에 도움을 준다. 그러나, 0.05 wt%보다 많은 첨가는 고온에서 내크리프성을 방해하는 결정립 크기의 과도한 미세화를 초래할 수 있다.
철 및 규소 함량은 각각 0.20 wt% 이하이다. 본 발명의 유리한 실시예에서, 철 함량은 0.18 wt%이하, 바람직하게는 0.15 wt%이다. 본 발명의 유리한 실시예에서, 규소 함량은 0.15 wt%이하, 바람직하게는 0.10 wt%이다.
아연 함량은 0.25 wt% 이하이다. 유리한 실시예에서, 아연 함량은 0.05 내지 0.25 wt% 사이이고, 특히 기계적 강도에 기여할 수 있다. 그러나, 아연의 존재는 재활용 문제를 일으킬 수 있다. 다른 실시예에서, 아연 함량은 0.20 wt% 미만, 바람직하게는 0.15 wt% 미만이다.
기타 원소들의 함량은 0.05 wt% 미만, 바람직하게는 0.04 wt% 미만이다. 바람직하게는, 기타 원소들의 총량은 0.15 wt% 미만이다. 기타 원소들은 통상 불가피한 불순물이다. 잔부는 알루미늄이다.
본 발명에 따른 용도를 위해 의도된 가공 제품은, 바람직하게는 플레이트, 형재(profile) 또는 단조 제품이다. 형재는 통상 압출에 의해 얻어진다. 단조 제품은 주조 블록, 압출 제품 또는 압연 제품을 단조하여 얻어질 수 있다.
본 발명에 따른 용도를 위해 의도된 제품을 제조하는 방법은 합금의 조제, 주조, 선택으로 균질화, 열간 가공, 용체화 열처리, 담금질, 냉간 가공 및 시효의 연속한 단계들을 포함한다.
첫번째 단계에서, 본 발명에 따른 조성을 갖는 알루미늄 합금을 얻기 위해 액체 금속 배스가 조제된다. 그런 다음, 액체 금속 배스는 통상 압연 잉곳, 압출 빌렛 또는 단조 스톡 형태로 주조된다.
유리하게는, 이와 같이 주조된 제품은, 이어서 5 내지 60시간 사이의 기간 동안 450℃ 내지 520℃ 사이, 바람직하게는 495℃ 내지 510℃ 사이의 온도가 되도록 균질화된다. 균질화 처리는 하나 이상의 페이즈(phase)로 수행될 수 있다.
이어서, 제품은 통상 압연, 압출 및/또는 단조에 의해 열간 가공된다. 열간 가공은, 바람직하게는 300℃의 온도를 유지하도록 수행된다. 유리하게는, 적어도 350℃, 바람직하게는 적어도 380℃의 온도가 열간 가공 중에 유지된다. 특히 냉간 압연에 의한 상당한 냉간 가공은 열간 가공과 용체화 열처리 간에는 수행되지 않는다. 상당한 냉간 가공은 통상 적어도 약 5%의 변형이다.
이와 같이 가공된 제품은, 이어서 15분 내지 8시간 동안 485 내지 520℃ 사이, 바람직하게는 495℃ 내지 510℃ 사이의 온도에 도달할 수 있게 하는 열처리로 용체화 열처리를 겪은 다음, 담금질된다.
용체화 열처리의 품질은 열량 측정(calorimetry) 및/또는 광학 현미경(optical microscopy)에 의해 평가될 수 있다.
통상 플레이트, 형재, 단조 제품인, 얻어지는 가공 제품은 이어서 냉간 가공을 겪는다. 유리하게는, 냉간 가공은 기계적 강도를 증가시킴과 더불어 시효 후에 T8 템퍼를 달성할 수 있게 하는 2 내지 5%의 변형이다. 냉간 가공은, 특히 T851 템퍼가 얻어지는 제어된 연신 또는 T852 템퍼가 얻어지는 압축 가공일 수 있다.
마지막으로, 제품이 5 내지 100시간 동안, 바람직하게는 10 내지 50시간 동안 160℃ 내지 210℃ 사이, 바람직하게는 175℃ 내지 195℃ 사이의 온도로 되는, 시효가 수행된다. 유리한 실시예에서, 제품이 10 내지 15시간 동안 170℃ 내지 180℃ 사이의 온도로 되는 시효가 수행된다. 시효는 하나 이상의 페이즈(phase)로 수행될 수 있다. 바람직하게는, 시효 조건은 기계적 강도(Rp0 . 2)가 최대("피크" 시효)이도록 결정된다. 본 발명에 따른 조건 하에서의 시효는, 특히 150℃에서의 장기 노출 중에 기계적 특성 및 그 특성의 안정성을 개선하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 용도를 위해 의도된 제품의 두께는, 유리하게는 6 mm 내지 300 mm 사이, 바람직하게는 10 mm 내지 200mm 사이이다. 플레이트는 균일한 두께의 직사각형 단면을 갖는 압연 제품이다. 형재의 두께는 표준 EN 2066:2001에 따라 정해지는데, 단면을 치수 A와 B의 기본 직사각형으로 나누고, A는 항상 기본 직사각형의 최대 치수로 하고 B는 선택적으로 기본 직사각형의 두께로서 이루어진다.
본 발명의 방법에 따라 얻어지는 가공 제품은 고온에서 높은 기계적 강도 및 양호한 성능을 갖는 이점을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 용도를 위해 의도된 가공 제품은, 바람직하게는 길이방향으로 적어도 490 MPa, 바람직하게는 적어도 495 MPa의 극한 인장 강도(Rm)를 갖고, 1000시간 동안 150℃에서의 장기 노출 후 적어도 475 MPa, 바람직하게는 적어도 480 MPa의 극한 인장 강도(Rm)를 갖는다. 본 발명에 따른 용도를 위해 의도된 가공 제품은 내크리프성을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 용도를 위해 의도된 가공 제품은, 바람직하게는 적어도 700시간, 바람직하게는 적어도 800시간 동안 250 MPa의 응력 및 150℃의 고온에서 표준 ASTM E139-06에 따른 크리프 테스트 중에 0.35%의 변형을 얻는 데에 필요한 기간을 갖는다.
본 발명에 따른 용도를 위해 의도된 제품은, 특히 제품이 적어도 200시간, 바람직하게는 적어도 2000시간의 상당한 기간 동안 80℃ 내지 250℃, 바람직하게는 100℃ 내지 200℃, 통상 약 150℃의 온도로 유지되는 용례에 유용하다.
따라서, 본 발명에 따른 용도를 위해 의도된 제품은, 자동차 산업 또는 항공우주 산업에서 엔진 근처의 구조용 부품 또는 부착 수단 등의 용례, 또는 바람직하게는 특히 터보분자 펌프 등, 특히 진공 펌프 등, 특히 공기 흡입 펌프 부스터 등의 로터 또는 기타 부품과 같은 용례, 또는 부스터 등의 공기 송풍 장치 부품과 같은 용례에 유용하다.
본 발명의 이러한 양태뿐만 아니라 기타 양태는 이하의 예시적이고 비한정적인 예를 사용하여 보다 상세하게 설명한다.
예
예 1
본 예에서, 6개의 합금이 압연 잉곳 형태로 주조되었다. 합금 A 및 B는 본 발명에 따른 조성을 갖는다. 합금 C 및 E는 고온에서 그 사용 성능에 대해 출원 WO2012/140337에 의해 개시되어 있다. 합금 F는 고온에서의 사용 성능에 대해 공지된 AA2618 합금이다.
wt%로 나타낸 합금의 조성은 표 1에 주어진다.
잉곳은, T8 템퍼에서 피크 인장 항복 강도를 얻기 위해, 그 합금에 따라 조정된 490℃ 내지 540℃ 사이의 온도에서 균질화하고, 10 mm(합금 A), 15 mm(합금 B - E) 및 21 mm(합금 F)의 두께로 열간 압연하고, 그 합금에 따라 조정된 490℃ 내지 540℃ 사이의 온도에서 용체화 열처리하고, 침지에 의해 물 담금질(water-quenching)하고, 2 내지 4%만큼 연신시키고, 175℃ 또는 190℃에서 시효하였다. 따라서, 합금 A와 B로 제조된 잉곳은 495℃에서 20 내지 36시간 동안 균질화하였고, 압연 후 얻어진 플레이트는 498℃에서 2시간 동안 용체화 열처리하였으며, 190℃에서 8시간 또는 175°에서 12시간 동안 시효하였다. 합금 C로 제조된 잉곳은 500℃에서 10시간 및 이에 후속하여 509℃에서 20시간의 2번의 페이즈로 균질화하였고, 압연 후 얻어진 플레이트는 507℃에서 2시간 동안 용체화 열처리하였으며, 190℃에서 12시간 동안 시효하였다. 합금 D로 제조된 잉곳은 500℃에서 10시간 및 이에 후속하여 503℃에서 20시간의 2번의 페이즈로 균질화하였고, 압연 후 얻어진 플레이트는 500℃에서 2시간 동안 용체화 열처리하였으며, 190℃에서 8시간 동안 시효하였다. 합금 E로 제조된 잉곳은 500℃에서 10시간 및 이에 후속하여 503℃에서 20시간의 2번의 페이즈로 균질화하였고, 압연 후 얻어진 플레이트는 504℃에서 2시간 동안 용체화 열처리하였으며, 190℃에서 12시간 동안 시효하였다.
장기 노출 전후에 길이 방향으로 25℃에서 중간 두께로 얻어진 기계적 특성은 MPa로 나타낸 표 2에 주어진다.
150℃에서 장기 노출 기간에 따른 극한 인장 강도의 변화가 도 1에 도시되었다. 본 발명에 따른 용도를 위해 의도된 제품은, 장기 노출 전에 참조 제품의 극한 인장 강도보다 크고 150℃에서 1000시간 후에는 나머지 합금들 대부분의 극한 인장 강도보다 큰 극한 인장 강도(Rm)를 갖는다. 3000시간의 장기 노출 후에는, 본 발명에 따른 용도를 위해 의도된 제품은, 고온에서의 특성에 대해 공지된 AA2618 합금인 합금 F보다 더 큰 기계적 강도(Rm)을 갖는다.
크리프 테스트는, 285 MPa의 응력 및 150℃의 온도(합금 C, E 및 F)로, 그리고 250 MPa의 응력 및 150℃의 온도(합금 A, B 및 F)로 표준 ASTM E139-06에 따라 수행하였다. 특히 0.35% 변형을 얻는 데에 필요한 기간을 측정하였다. 결과는 표 3에 나타낸다.
크리프 테스트에서 본 발명에 따른 용도를 위해 의도된 제품의 성능은 고온에서 사용하기 위한 참조 제품(제품 F)의 성능보다 대체로 더 크고 제품 C 및 E의 성능보다도 더 크다.
예 2
본 예에서, 예 1에서 설명한 바와 같은 방법으로 얻어진 10 mm 두께의 합금 B로 제조된 압연 제품에 대한 150℃에서 장기 노출 기간에 따른 항복 강도(Rp0 . 2)의 변화는, T351 템퍼에서 10 mm 두께의 합금 B로 제조된 압연 제품과 비교하였다. T351 템퍼 제품의 경우, 150℃에서 233시간의 장기 노출은 190℃에서 8시간 처리 후 얻어진 데이터로 인한 것으로 추정된다.
150 ℃에서 등가 시간(t)은 이하의 수학식 1에 의해 정해진다.
여기서, T는 시간(t)(단위: h)이 지남에 따라 변화하는 금속의 순간 처리 온도(켈빈)이고, Tref는 423 K에 설정된 참조 온도이다. ti는 시간 단위로 나타낸다. 상수 Q/R = 16400 K는 Cu의 확산을 위한 활성 에너지로부터 유추되며, Q = 136100 J/ mol 값이 사용되었다. T851 템퍼 제품의 경우, 장기 노출은 1000시간 후 얻어진 426 MPa의 값을 사용하여 선형 근사식에 의해 233시간으로 추정되었다.
결과는 표 4에 나타낸다.
T851 템퍼 제품의 열 안정성은 T351 템퍼의 열 안정성보다 대체로 더 크다는 점을 확인하였다.
Claims (12)
- 해당 제품이 적어도 200시간의 상당한 기간 동안 80℃ 내지 250℃의 온도로 유지되는 용례에서, T8 템퍼의 가공 알루미늄 합금의 용도로서, wt%로:
Cu: 3.6 - 4.4
Mg: 1.2 - 1.4
Mn: 0.5 - 0.8
Zr ≤ 0.15
Ti: 0.01 - 0.05
Si ≤ 0.20
Fe ≤ 0.20
Zn ≤ 0.25
기타 원소들 < 0.05
잔부 알루미늄
의 조성을 갖는 가공 알루미늄 합금의 용도. - 제1항에 있어서,
Cu는 3.9 wt%와 적어도 동일하고 바람직하게는 4.0 wt%와 적어도 동일하거나, 및/또는 Cu는 최대 4.3 wt%, 바람직하게는 최대 4.25 wt%인 가공 알루미늄 합금의 용도. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
Mn 함량은 0.51 내지 0.65 wt% 사이인 가공 알루미늄 합금의 용도. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
Zr은 0.07 wt%와 적어도 동일하고 바람직하게는 0.08 wt%와 적어도 동일한 가공 알루미늄 합금의 용도. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가공 제품의 두께는 6 mm 내지 300 mm 사이, 바람직하게는 10 mm 내지 200 mm 사이인 것을 특징으로 하는 가공 알루미늄 합금의 용도. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가공 제품은 길이방향으로 적어도 490 MPa, 바람직하게는 적어도 495 MPa의 극한 인장 강도(Rm)를 갖고, 1000시간 동안 150℃에서의 장기 노출 후 적어도 475 MPa, 바람직하게는 적어도 480 MPa의 극한 인장 강도(Rm)를 갖는 가공 알루미늄 합금의 용도. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가공 제품은 적어도 700시간, 바람직하게는 적어도 800시간 동안 250 MPa의 응력 및 150℃의 온도로 표준 ASTM E139-06에 따른 크리프 테스트 중에 0.35%의 변형을 얻는 데에 필요한 기간을 갖는 가공 알루미늄 합금의 용도. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가공 제품을 제조하는 방법은, 연속적으로,
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 조성을 갖는 알루미늄 합금을 얻기 위해 액체 금속 배스를 조제하는 단계;
통상 압연 잉곳, 압출 빌렛 또는 단조 스톡 형태로 상기 합금을 주조하는 단계;
선택적으로, 450℃ 내지 520℃ 사이의 온도로 되도록 이와 같이 주조된 제품을 균질화하는 단계;
얻어진 상기 제품을 열간 가공하는 단계;
15분 내지 8시간 동안 485 내지 520℃ 사이, 바람직하게는 495℃ 내지 510℃ 사이의 온도에 도달할 수 있게 하는 열처리에 의해 열간 가공된 제품을 용체화 열처리하고 담금질(quenching)하는 단계;
상기 용체화 열처리되고 담금질된 제품을 냉간 가공하는 단계; 및
얻어진 상기 제품이 T8 템퍼를 달성하도록 5 내지 100시간 동안, 바람직하게는 8 내지 50시간 동안 160℃ 내지 210℃ 사이, 바람직하게는 175℃ 내지 195℃ 사이의 온도로 되도록 하는, 시효 단계
를 포함하는 가공 알루미늄 합금의 용도. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제품은 100℃ 내지 200℃의 온도로 유지되는 가공 알루미늄 합금의 용도. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용례는 자동차 산업 또는 항공우주 산업에서 엔진 근처의 구조용 부품 또는 부착 수단인 가공 알루미늄 합금의 용도. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용례는 진공 펌프, 바람직하게는 터보분자 펌프 등의 공기 흡입 펌프의 로터 또는 기타 부품인 가공 알루미늄 합금의 용도. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용례는 부스터와 같은 공기 송풍 장치의 부품인 가공 알루미늄 합금의 용도.
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