KR20230091738A

KR20230091738A - 마그네슘 합금 및 그 제조방법 및 동 마그네슘 합금의 응용으로 차바퀴 제조 방법

Info

Publication number: KR20230091738A
Application number: KR1020220017771A
Authority: KR
Inventors: 리신 황; 쯔화 주; 스원 쉬; 징루 셴; 리구앙 시에; 나이정 후
Original assignee: 씨틱 디카스탈 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2021-12-16
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2023-06-23
Also published as: US20230193433A1; US11827958B2; CN114540687A; EP4198148A1; CN114540687B

Abstract

일종의 고속 스피닝( Spinning　) 마그네슘 합금 및 그 제조방법으로, 서술한 마그네슘 합금은 고성형 성능과 고강도의Mg-Al-Zn-Mn-Sr를 구비한 합금으로, 그 화학성분 퍼센트 농도는Al：2.4~4.5 중량%；Zn：0.6~1.2 중량%；Mn:0.4~0.6 중량%；Sr：0.15~0.3 중량%；나머지는Mg. 본 발명이 채용한 원리는 마그네슘 합금 중의 Mn함량을 제고하여 합금 제조 과정에서 대량의Mn RICH phases를 생성하고 과냉각 정도(degree of supercooling)를 제어하여 미세한 구형이 확산 분포된 나노 스케일 (nano-scale) Mn RICH phases를 획득하는것이다. 나노 스케일 Mn RICH 석출상은 결정립계를 피닝(pinning)하고 결정립계의 이전을 억제하여 결정립을 세분화하여 강도를 제고하는 효과를 실현하고 주조과정에서 생성한 분리공정(Divorced eutectic) Mg₁₇Al₁₂phases가 조직을 악화하므로 합금에Sr첨가, Sr과Al이 결합하여 분리공정(Divorced eutectic)Mg₁₇Al₁₂조대상(닛댕宮)을 억제하고 결정립을 세분화하는 동시에 공정 (묾쑨, eutectic)량을 증가하고 큰 사이즈 주조봉재가 고온균열(Hot Cracking)하는 위험을 감소하며, Sr은 고온 스피닝 성형 과정에 조직(texture)을 약화하고 스피닝 풀 크랙(pull crack) 위험을 감소하여 고속 스피닝 성형에 유리하다.

Description

마그네슘 합금 및 그 제조방법 및 동 마그네슘 합금의 응용으로 차바퀴 제조 방법{MAGNESIUM ALLOY, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND WHEEL MANUFACTURING METHOD BY APPLICATION OF COPPER MAGNESIUM ALLOY}

본 발명은 금속자재 및 금속자재 가공분야에 언급되며 특히 일종의 마그네슘 합금 및 그 제작방법 및 동 마그네슘 합금의 응용으로 차바퀴를 제작하는 공법에 관한 것이다.

많은 공장에서는 엔지니어가 고강도, 저중량의 구조제품을 생산하는 추세이다. 이로하여 마그네슘 합금은 비강도(specific strength)비강도(specific stiffness)가 높고 내진성, 전자폐단, 항복사 능력이 강하며 절단가공이 쉽고 녹색회수 등 우점이 있어 많은 연구원이 중요한 공업분야에 응용하고 있는바 예를 들어 항공항천, 자동차, 교통 등이 있다. 이외, 마그네슘 합금은 기타 금속과 비교하면 독특한 성능도 있다. 예를 들어 절단가공이 쉽고, 친환경 회수 등 우점이 있다. 하지만 전통의 마그네슘 합금 열연강판(hot rolled sheet)은 강조직(texture))이 존재하여, 알루미늄 합금과 비하면 마그네슘 합금의 냉변형(Cold deformation) 능력이 약하여 이는 마그네슘 합금의 발전을 제한하였다.

근년래 마그네슘 합금 차바퀴는 점차 개발되어 자동차에 응용되고 있다. 마그네슘 합금 차바퀴는 주로 주조 마그네슘 합금과 단조 마그네슘 합금 차바퀴로 나누고 있다. 단조 마그네슘 합금 차바퀴는 강도가 비교적 높고 또한 현저한 주조결함 문제가 없어서 보다 일찍 응용되고 있다. 국내외에서는 일부 마그네슘 합금 차바퀴가 연이어 보도되고 있다. 예를 들어 F1 레이싱 카(racing car)의 의 단조 마그네슘 차바퀴 등이다. 현재 MgAl시리즈의 합금응용은 비교적 광범위한바 주로AZ31，AZ80，AZ91등 상업용 합금상표가 있고 그중 단조 마그네슘 합금 차바퀴의 재질이 절대다수가AZ80상표이다. 하지만AZ80은 변형능력이 비교적 약하여 전통의 단조공법을 채용할수밖에 없는 상황이다. 전통의 단조공법은 2개의 비교적 심각한 문제가 있다. 첫번째는 단조에 있어서 비교적 큰 설비가 수요되고, 두번째는 차바퀴의 플랜지(flange) 로 하여 단조자재의 나머지가 비교적 많아 금속이용율이 낮다. 이로하여 일종의 자재사용으로 작은 스피닝 설비를 통하여 스피닝함으로서 금속이용율을 높이고 근본적으로 자재원가를 감소하여야 한다.

상술한바와 같이 본 특허에서는 고속 스피닝 공법에 적용되는 신형 마그네슘 합금 및 그 마그네슘 합금 제품 제조방법을 제공하는것으로 마그네슘 합금으로 하여금 양호한 소성 변형능력을 구비하고 성형후 우수한 강도와 소성을 구비하도록 한다. 동시에 원자재 및 가공원가가 저렴하여 대량생산이 가능하다.

일종의 마그네슘 합금, 포함되는 퍼센트 농도 : Al：2.4~4.5 중량%；Zn：0.6~1.2 중량%；Mn：0.4~0.6 중량%；Sr：0.15~0.3 중량%，나머지는Mg이다.

일부 실시예에서 불가피한 불순물도 포함한다.

일종의 상술한 마그네슘 합금의 제조방법으로 아래와 같은 절차를 포함한다 : (1) 원료배합으로서， 퍼센트 농도 : Al:2.4~4.5 중량%；Zn：0.6~1.2 중량%；Mn：0.4~0.6 중량%；Sr：0.15~0.3 중량%, 나머지는 Mg로 원료배합하는 것.

2) 정련으로서, 순수 마그네슘 잉곳(magnesium ingot)을 용융로(smelting furnace)의 도가니(Crucible)에 넣고, 로내 온도를700~730℃로 설정 및 유지하고. 용화(melted) 후 예열된 50~80℃의 순수 Al 덩어리 및 순수Zn덩어리를 마그네슘 액체에 추가하고, 정련온도를 770~780℃까지 올려서 120~160℃로 예열된 Mg-Mn 중간합금(intermediate　alloy), Mg-Sr중간합금을 마그네슘 용액에 추가하고, 계속하여 정련온도를 780℃까지 올려서5 내지 15분간 보온한 후, 3 내지 10분간 교반하고, 고도 순수Ar를 가입하여 정련 탈가스(degassing refining)처리를 진행하며 제어온도는710℃-730℃로 조절하고 2~10분간 보온하는 것.

(3) 주입으로서, 주입온도는680℃ 이상으로 제어하는 것.

(4) 응력제거 처리로서, 280~320℃하에 8-12h보온하고 공랭(air cooling)하는 것.

(5) 압출변형으로서, 응력제거 처리후의 마그네슘 합금은 30분 내에 300 내지 410℃로 가열후, 몰드에 넣어 변형가공 진행하고; 압출속도1m/min-10m/min, 변형가공후 공랭하는 것.

일부 실시예중 정련과정은 CO₂와 SF₆의 혼합기체 보호하에 진행한다.

일부 실시예중, 정련완료후 표면의 스컴(scum)을 제거하고 몰드에 주입하여 마그네슘 합금을 제작한다.

일부 실시예 중, 응력제거 처리후 압출 변형하기전 반제품으로 절단 및 껍질제거 공법을 포함한다.

일부 실시예 중, 정련과정에서의 교반은 기계교반과 /혹은 아르곤 교반을 포함한다.

일부 실시예 중, 서술한 Al-Mn중간합금은 Mg-10Mn중간합금이고, 서술한 Mg-Sr중간합금은 Mg-25Sr중간합금이다.

일부 실시예 중, 서술한 CO₂ 및 SF₆의 혼합기체는 체적비가50 내지 100:1이다.

일종의 상술한 마그네슘 합금에 근거하여 차바퀴를 제조하는 공법은 아래 절차를 포함한다. (1) 6000톤 단조 프레스 설비에서 단조진행; (2) 휠림 스피닝, 스피닝 온도는300℃~380℃, spinning roller 공급속도350~450mm/min, 벽두께 감소율60~75%, 주축 회전속도300~400r/min.

현존 기술과 비교하면 본 특허의 현저한 진보 및 우세점은 아래와 같다 :

1) 본 특허의 마그네슘 합금은 Al원소, Zn원소, Mn원소를 주요 합금원료로 하고, 보조로 미량의Sr원소를 합금화 공법으로 하며, 균질화 과정에서 나노 스케일 (nano-scale) Mn RICH 석출상과 나노MgZnSr석출상을 획득, 및 Sr은 입자를 통하여 핵형성(nucleation) 구조를 추진하고 조직(texture)을 약화하며 마그네슘 합금의 이방성(anisotropy)과 실온 변형능력을 개선하여 합금의 강도와 소성 변형능력을 제고한다.

획득한 마그네슘 합금 자재는 주조 조건하에 주조 봉재의 실온 인장 항복강도는 평균 67.1MPa, 항장력은 평균208MPa, 연신율20.1%에 달한다. 하지만 현재 상업용AZ31 마그네슘 합금 상표는 동등한 주조 조건하에 실온 인장 항복강도51.3MPa, 항장력121MPa, 연신율8%에 달한다.

실온 소성 변형 마그네슘 합금 자재를 획득하고 압출공법을 통하여 마그네슘 합금 압출 봉재를 제조하며 압출봉재 중심축 방향의 실온 인장항복 강도는 평균223MPa, 항장력은 평균283MPa, 연신율은 평균10.5%에 달한다. 하지만 현재 상업용AZ31 마그네슘 합금 상표는 동등한 압출 조건하에 압출봉재 중심축 방향의 인장항복 강도는 평균137MPa, 항장력은 평균243MPa, 연신율은 평균7%밖에 안된다.

실온 소성 변형 마그네슘 합금 자재를 획득하고 압출후 다시 단조 스피닝 공법을 통하여 마그네슘 합금 제품을 제조한다. 스피닝 온도범위는300℃~380℃, spinning roller공급속도350~450mm/min, 벽두께 감소율 60~75%, 주축 회전속도 최고400r/min, 제품의 스피닝 완제품율은 95%에 달한다. 하지만 현재 상업용AZ31 마그네슘 합금 상표는 스피닝 온도범위350℃~380℃, spinning roller공급속도250~300mm/min, 벽두께 감소율40~60%, 주축 회전속도 최고300r/min, 또한 제품의 스피닝 완제품율은 70%밖에 안된다.

2) 본 발명의 마그네슘 합금은 오직 소량의Sr을 포함하고 중간MgMn합금은 가격이 저렴하며 합금원가가 낮고(MgSr중간합금은 일반 70원/Kg, 본 특허에서 사용하는 중간MgMn합금의 55원/ Kg); 마그네슘 합금 휠 휘브를 제조하는 외에 또한 창문 틀, 시트 프레임(seat frame) 등 자동차 부품 생산에 광범위하게 응용되고; 또한 각종의 형재로 압출하여 항공항천분야의 부품 반제품으로 사용가능하다.

3) 본 발명의 마그네슘 합금 제조 공법은 간단하여, 대다수 고강인 마그네슘 합금이 요구하는 대소성(macroplastic) 변형 등 특수가공방식의 제한을 돌파하였으며, 기존의 마그네슘 합금 압출설비는 모두 연속적으로 가공생산가능하여 이외로 개진이 필요없어 생산설비에 대한 요구가 낮다.

본 발명의 일부로 구성되는 첨부도면은 본 발명에 대한 진일보 이해를 제공하고, 본 발명의 안내적 실시례 및 그 설명은 본 발명의 해석에 사용되나 본 발명에 대해 부당한 제한을 하지 않는다. 첨부 도면중 :
도면 1은 본 발명의 실시예 마그네슘 합금과 대비예의 주조상태(　Cast State) 실온 인장시험 응력응변 곡선이다.
도면2는 본 발명의 실시예 마그네슘 합금과 대비예의 변형실온 인장 테스트 응력응변 곡선이다.
도면 3는 실시예1이 압출방향으로 평형되는 현미조직이다.
도면 4은 실시예2가 압출방향으로 평형되는 현미조직이다.
도면 5는 실시예3이 압출방향으로 평형되는 현미조직이다.
도면6는 대비예가 압출방향으로 평형되는 현미조직이다.

여기서 설명이 필요한것은, 충돌되지 않는 상황하에 본 발명중의 실시예 및 실시예중의 특징은 상호조합가능하다.

아래 첨부도면 참조 및 실시예와 결합하여 본 발명의 기술방안에 대해 명확하고 완정하게 서술. 당연히 서술한 실시예는 본 발명의 일부 실시예에 해당되고 모든 실시예가 아니다. 본 발명의 실시예에 근거하여, 본 분야 보통기술인원이 창조적인 노동을 창출하지 않은 전제하에 획득한 모든 기타 실시예는 모두 본 발명의 보호범위에 속한다.

본 합금은 일종 신형 고속 스피닝Mg-Al-Zn-Mn -Sr 합금이다.

본 발명의 기술방안은 일종의 마그네슘 합금으로 본 합금은Mg-Al-Zn-Mn-Sr합금, 그 화확성분 퍼센트 농도는Al：2.4~4.5 중량%；Zn：0.6~1.2 중량%；Mn：0.4~0.6 중량%；Sr：0.15~0.3 중량%，나머지는 Mg 및 불가피한 불순물이다.

일종 상술한 마그네슘 합금 제조방법, 아래 절차를 포함한다.

(1)원료배합: 순수 마그네슘 잉곳(magnesium ingot), 순수Al 덩어리 및 순수Zn덩어리, Mg-Mn중간합금, Mg-Sr중간합금을 원료로 하고 상술한 마그네슘 합금 성분에 따라 원료배합을 진행한다.

2) 정련, 순수 마그네슘 잉곳(magnesium ingot)을 용융로(smelting furnace)의 도가니(Crucible)에 넣고, 로내 온도를700~730℃로 설정 및 유지한다. 용화(휩뺏)후 예열된 50~80℃의 순수 Al 덩어리 및 순수Zn덩어리를 마그네슘 액체에 추가한다. 정련온도를 770℃까지 올려서 140℃로 예열된 MgMn 중간합금(intermediate　alloy), Mg-Sr중간합금을 마그네슘 용액에 추가한다. 계속하여 정련온도를780℃까지 올려서10분간 보온한 후, 5분간 교반하고, 고도 순수Ar를 가입하여 정련 탈가스(degassing refining)처리를 진행하며 제어온도는 720℃로 조절하고 5분간 보온하고; 정련과정은 CO2/SF6 혼합기체의 보호하에 진행한다.

(3) 주입: 표면 스컴을 제거하고 마그네슘 합금 용체를 상응한 몰드에주입하여 주조 마그네슘 합금을 획득하고, 주입과정은 기체보호 필요없으며,주입온도는700℃ 이상으로 제어한다.

(4) 응력제거 처리: 응력제거 처리 공법은 280~320℃하에8-12h보온하고 공랭(air cooling). 응력제거 처리의 가열과 보온과정은 기체보호 필요없다. 상기 응력제거 처리후 조괴는 상응한 반제품으로 절단하고 껍질을 제거한다.

(5) 압출변형: 상기 절차에서 획득한 반제품 자재는 30분내에360℃로 가열후, 몰드에 넣어 변형가공 진행; 압출속도1~10m/min, 변형가공후 공랭한다. 최종 상술한 소성 마그네슘 합금자재를 획득한다.

상술한 정련과정에서의 교반은 기계교반 및/혹은 아르곤 교반한다.

상술한 Mg-Mn중간합금은 Al-10Mn중간합금이다.

상술한 Mg-Sr중간합금은 Mg-25Sr중간합금이다.

상술한 CO2 및 SF6의 혼합기체는 체적비가 CO2:SF6＝100:1이다.

일종의 상술한 마그네슘 합금에 근거하여 제품을 제조하는 공법으로 아래 절차를 포함한다 : (1)단조 스피닝: 상기 서술한 소형 마그네슘 합금자재를 6000톤 단조 프레스에서 단조진행, 단조온도390~420℃；（2） 단조후 휠림 스피닝, 스피닝 온도범위300℃~380℃, spinning roller 공급량 350~450mm/min, 벽두께 감소율60~75%, 주축회전 속도는 300~400r/min. 최종 상술한 마그네슘 합금 휠 허브 획득한다. 상술한 몰드는 봉재, 판낼, 파이프, 선재, 형재를 성형하는 몰드이다.

본 발명의 실질적 특징은 : 마그네슘 합금에서는 일반적으로 결정립 세분화를 통하여 합금의 침전 강화상 수량 및 사이즈를 조정 및 제어하고 합금texture 최적화 등 합금의 실온강도 및 소성을 제고한다.

본 발명의 기술원리는 : 합금은Al, Zn，Mn, Sr 원소 포함. 합금 주조과정에서Al-Mn 초정(primaryphase)을 획득하고 합금 균질화과정에서Mg-Zn-Sr석출상을 획득하며 구상(헷榴)의 Al-Mn초정과 Mg-Zn-Sr 석출상은 결정립계를pinning하고, 결정립계 이전을 억제하며, Sr은Mg 매트릭스(matrix)에서 또한Al과 결합하여Al이Mg 매트릭스에서의 고용을 감소하는 동시에 응고과정에서Mg₁₇Al₁₂상의 모양과 분포를 개선하며 후속 변형과정에서 조직(texture)을 약화하고 강도 및 소성을 제고한다.

본 발명에서 Al：2.4~4.5 중량%: Al함량이2.0 중량%보다 작을시, 완전히 마그네슘 매트릭스（Magnesium matrix）에 고용(solid solution)하고, Mn과 침전상을 형성하지 못하고 강화역할을 하지 못한다; Al함량이4.5 중량%이상일시, Al원소는 결정립계에서 농축하고 결정립계에서 큰 망상(mesh)의 분리공정(Divorced eutectic) Mg₁₇Al₁₂상을 형성하여 자재의 강도와 소성에 모두 유해하며 수차 실천증명 결과, 고Al함량의 자재는 스피닝과정에서 단열이 쉽게 발생한다.

본 발명에서 Zn：0.6~1.2 중량%；적량한Zn가Al、Sr와 결합하여 강화효과가 비교적 높은 침전상을 형성한다.

본 발명에서 Mn：0.4~0.6 중량%；Mn의 함량이0.3 중량%이하일시 형성된 고망간상 수량이 비교적 적고, 결정립의 성장을 저지하기 어려우며 제고하는 강도가 제한; Mn의 함량이0.6 중량%이상 일시 형성된 고망간상이 쉽게 편석하고, 후속 고온 조건하에 크고 조화하기 쉬우며 소성을 손해하고 자재 개열을 쉽게 일으킨다.

본 발명에서Sr：0.15~0.3 중량%; Sr원소를 추가하는것은Sr원자가 마그네슘 합금 매트릭스에 고용한 후 망상 분리공정(Divorced eutectic) Mg₁₇Al₁₂상 석출을 억제하는 동시에 AlMn 나노상 석출을 촉진하며 조직(texture)을 약화하고 소성을 제고한다.

본 발명은 최종 변형 마그네슘 합금자재를 획득한다. 단조 스피닝 공법을 통하여 마그네슘 합금 휠 휘브를 제조하고 제품의 완제품율은 95%에 달한다.

일반적인 Al-Zn-Mn합금(AZ31합금 : Al：2.5~3.5 중량%；Zn：0.6~1.4%；Mn：0.12~1.0%）은 동일한 단조 스피닝 공법을 통해 제조한 마그네슘 합금 휠 휘브는 공법구간이 비교적 좁고, 품질 안전성이 비교적 낮으며 일부 휠 휘브의 휠림(스피닝 구역)은 횡형 미세균열이 발생하고 제품의 완제품율은 70%에 달한다.

3가지 합금성분 Mg-2.42Al-0.71Zn-0.52Mn-0.15Sr (중량％)(합금1), Mg-4.47Al-1.09Zn-0.58Mn-0.28Sr(중량％)(합금2）, Mg-3.35Al-0.92Zn-0.43Mn-0.21Sr (중량％)(합금3)을 전형적인 예로 한다. 본 발명의 기술방안에 따라 순수Mg(99.8wt％)덩어리, 순수Al(99.9wt％) 덩어리, 순수Zn(99.9wt％)덩어리, MgMn 중간합금, Mg-25Sr (Sr실제 측정함량은 25.35wt％)중간합금을 합금화 원료로 하고, 정련을 거쳐 저원가 마그네슘 합금 주조봉재로 만든다; 응력제거 처리 및 껍질제거 처리를 거친 반제품은 센스 가열로에 넣어 압출온도320~380℃로 신속히 가열하고 압출가공을 거쳐 마그네슘 합금 주조자재를 봉재로 변형가공하며 압출속도4.5~7.2m/min, 압출비 2, 압출후 봉재는 공랭한다; 그리고 다시 자재에 대해 단조 스피닝을 통해 마그네슘 합금 휠 휘브로 가공, 동시에 합금 주조봉재 및 휠 휘브의 휠림에 대해 역학성능 테스트 진행, 실시예 및 대비예AZ31의 주조상태와 실온 역학성능 테스트 결과는 도표1 및 도표2를 참조한다.

실시예1: Mg-2.42Al-0.71Zn-0.52Mn-0.15Sr ( 중량％)합금성분을 선택하여 마그네슘 합금으로 배분, 제조 방법은 아래 절차를 포함한다.

(1)원료배합: 순수 마그네슘 잉곳(magnesium ingot), 순수Al 덩어리 및 순수Zn덩어리, MgMn중간합금, MgSr중간합금을 원료로 하고 상술한 마그네슘 합금 성분에 따라 원료배합을 진행한다.

2) 정련, 순수 마그네슘 잉곳(magnesium ingot)을 용융로(smelting furnace)의 도가니(Crucible)에 넣고, 로내 온도를710℃로 설정 및 유지한다. 용화(휩뺏)후 예열된65℃의 순수 Al 덩어리 및 순수Zn덩어리를 마그네슘 액체에 추가한다. 정련온도를 760℃까지 올려서 65℃로 예열된MgMn 중간합금(intermediate　alloy), 140℃ MgSr중간합금을 마그네슘 용액에 추가하고 15분간 보온하고 5분간 교반한다. 고도 순수Ar를 가입하여 정련 탈가스(degassing refining)처리를 진행하며 제어온도는 720℃로 조절하고 8분간 보온한다; 정련과정은 CO2/SF6 혼합기체의 보호하에 진행한다.

(3) 주입: 표면 스컴을 제거하고 마그네슘 합금 용체를 상응한 몰드에 주입하여 주조 마그네슘 합금을 획득하고, 주입과정은 기체보호 필요가 없으며,주입온도는 700℃ 이상으로 제어한다.

(4) 응력제거 처리: 응력제거 처리 공법은 300℃하에10h보온하고 공랭(air cooling). 응력제거 처리의 가열과 보온과정은 기체보호 필요없다. 상기 응력제거 처리후 조괴는 상응한 반제품으로 절단하고 껍질을 제거한다.

(5) 압출변형: 상기 절차에서 획득한 반제품 자재는 30분내에 380℃로 가열후, 몰드에 넣어 변형가공 진행; 압출속도4.5m/min, 변형가공후 공랭. 최종 상술한 소성 마그네슘 합금자재를 획득한다.

상술한 마그네슘 합금 자재로 차바퀴를 제조함에 있어서 단조 및 스피닝을 포함한다: (1) 상기 서술한 소형 마그네슘 합금자재를 6000톤 단조 설비에서 단조진행, 단조 온도380℃; (2) 단조후 휠림 스피닝 진행, 스피닝 온도340℃, spinning roller 공급속도 400mm/min, 벽두께 감소율 65%, 주축 회전 속도 400r/min. 최종 상술한 마그네슘 합금 휠 허브를 획득한다.

실시예 1에서 획득한 합금 주재봉재에서90mm의 샘플을 절취하여 직경이5mm, 표정거리25mm인 원봉모양 인장샘플로 인장테스트를 진행한다. 측정결과 본 발명에서 서술한 마그네슘 합금의 항장력은 208MPa， 항복강도70.2MPa， 연신율19.2%이고,　 도표 1를 참조한다. 동 실시예에서 획득한 마그네슘 합금은 비교적 높은 강도 및 연신율을 구비한다. 동 실시예에서 획득한 마그네슘 합금의 전형적인 인장 곡선은 도면 1과 같다.

실시예 1에서 획득한 휠 허브의 휠림부위(스피닝 구역)에서 90mm의 샘플을 절취하여 직경이5mm, 표정거리25mm인 원봉모양 인장샘플로 인장테스트를 진행한다. 샘플원봉의 축선방향과 자재의 압출류선 방향이 동일하다. 측정결과 본 발명에서 서술한 마그네슘 합금의 항장력은 282MPa， 항복강도223MPa， 연신율11%이고,　 도표 2를 참조한다. 동 실시예에서 획득한 마그네슘 합금은 비교적 높은 강도 및 연신율을 구비한다. 동 실시예에서 획득한 마그네슘 합금의 전형적인 인장 곡선은 도면 2와 같다. 도면 3은 본 실시예에서 제작한Mg-2.42Al-0.71Zn-0.52Mn-0.15Sr　(wt%)마그네슘 합금이 압출방향과 평형되는 현미조직 모양으로, 동micro structure에서 볼수있다싶이 합금은 스피닝과정에서 동적 재결정립이 발생하고 세소 결정립의 비율은 90%에 달한다.

실시예2 : Mg-4.47Al-1.09Zn-0.58Mn-0.28Sr( 중량％)합금성분의 선택하여 마그네슘 합금을 배합하고, 제조하는 방법은 아래절차를 포함한다.

2) 정련, 순수 마그네슘 잉곳(magnesium ingot)을 용융로(smelting furnace)의 도가니(Crucible)에 넣고, 로내 온도를710℃로 설정 및 유지한다. 용화 후 예열된 60℃의 순수 Al 덩어리 및 순수Zn덩어리를 마그네슘 액체에 추가한다. 정련온도를 760℃까지 올려서 60℃로 예열된 MgMn 중간합금(intermediate　alloy), 120℃MgSr중간합금을 마그네슘 용액에 추가하고 15분간 보온하고 5분간 교반한다. 고도 순수Ar를 가입하여 정련 탈가스(degassing refining)처리를 진행하며 제어온도는 720℃로 조절하고 10분간 보온한다; 정련과정은 CO2/SF6 혼합기체의 보호하에 진행.

(3) 주입: 표면 스컴을 제거하고 마그네슘 합금 용체를 상응한 몰드에 주입하여 주조 마그네슘 합금을 획득하고, 주입과정은 기체보호 필요 없으며, 주입온도는700℃ 이상으로 제어한다.

(4) 응력제거 처리: 응력제거 처리 공법은 320℃하에8h보온하고 공랭(air cooling). 응력제거 처리의 가열과 보온과정은 기체보호 필요없다. 상기 응력제거 처리후 조괴는 상응한 반제품으로 절단하고 껍질을 제거한다.

(5) 압출변형: 상기 절차에서 획득한 반제품 자재는 30분내에 380℃로 가열후, 몰드에 넣어 변형가공 진행하고; 압출속도 6m/min, 변형가공후 공랭. 최종 상술한 소성 마그네슘 합금자재를 획득한다.

상술한 마그네슘 합금 자재로 차바퀴를 제조함에 있어서 단조 및 스피닝을 포함한다 : (1) 상기 서술한 소형 마그네슘 합금자재를 6000톤 단조 설비에서 단조진행, 단조 온도 380℃; (2) 단조후 휠림 스피닝 진행, 스피닝 온도380℃, 스피닝 롤러(spinning roller) 공급속도450mm/min, 벽두께 감소율 75%, 주축 회전 속도300r/min. 최종 상술한 마그네슘 합금 휠 허브를 획득한다.

실시예 2에서 획득한 합금 주재봉재에서 90mm의 샘플을 절취하여 직경이 5mm, 표정거리 25mm인 원봉모양 인장샘플로 인장테스트 진행.측정결과 본 발명에서 서술한 마그네슘 합금의 항장력은 209MPa， 항복강도 65.7MPa， 연신율 22.1%이고,　 도표 1를 참조한다. 동 실시예에서 획득한 마그네슘 합금은 비교적 높은 강도 및 연신율을 구비한다. 동 실시예에서 획득한 마그네슘 합금의 전형적인 인장 곡선은 도면 1과 같다.

실시예2에서 획득한 휠 허브의 휠림부위(스피닝 구역)에서 90mm의 샘플을 절취하여 직경이 5mm, 표정거리 25mm인 원봉모양 인장샘플로 인장테스트 진행한다. 샘플원봉의 축선방향과 자재의 압출류선 방향이 동일하다. 측정결과 본 발명에서 서술한 마그네슘 합금의 항장력은 289MPa， 항복강도 230MPa， 연신율 9.9%이고,　 도표 2를 참조한다. 동 실시예에서 획득한 마그네슘 합금은 비교적 높은 강도 및 연신율을 구비한다. 동 실시예에서 획득한 마그네슘 합금의 전형적인 인장 곡선은 도면 1과 같다. 도면 4는 본 실시예에서 제작한 Mg-4.47Al-1.09Zn-0.58Mn-0.28Sr( 중량％)마그네슘 합금이 압출방향과 평형되는 현미조직 모양으로, 동 micro structure에서 볼수있다싶이 합금은 스피닝과정에서 동적 재결정립이 발생하고 세소 결정립의 비율은 92%에 달한다.

실시예3: Mg-3.35Al-0.92Zn-0.43Mn-0.21Sr ( 중량％)합금성분을 선택하여 마그네슘 합금을 배합하고 제조방법은 아래절차를 포함한다.

(1)원료배합(토죕): 순수 마그네슘 잉곳(magnesium ingot), 순수Al 덩어리 및 순수Zn덩어리, MgMn중간합금, MgSr중간합금을 원료로 하고 상술한 마그네슘 합금 성분에 따라 원료배합 진행한다.

2) 정련, 순수 마그네슘 잉곳(magnesium ingot)을 용융로(smelting furnace)의 도가니(Crucible)에 넣고, 로내 온도를 710℃로 설정 및 유지하고. 용화 후 예열된 65℃의 순수 Al 덩어리 및 순수Zn덩어리를 마그네슘 액체에 추가한다. 정련온도를 760℃까지 올려서 65℃로 예열된 MgMn 중간합금(intermediate　alloy), 120℃ MgSr중간합금을 마그네슘 용액에 추가하고 15분간 보온하고 5분간 교반한다. 고도 순수Ar를 가입하여 정련 탈가스(degassing refining)처리를 진행하며 제어온도는720℃로 조절하고 8분간 보온하고; 정련과정은 CO2/SF6 혼합기체의 보호하에 진행한다.

(3) 주입: 표면 스컴을 제거하고 마그네슘 합금 용체를 상응한 몰드에 주입하여 주조 마그네슘 합금을 획득하고, 주입과정은 기체보호 필요없으며, 주입온도는 700℃ 이상으로 제어한다.

(4) 응력제거 처리: 응력제거 처리 공법은 300℃하에 10h 보온하고 공랭(air cooling)한다. 응력제거 처리의 가열과 보온과정은 기체보호 필요없다. 상기 응력제거 처리후 조괴는 상응한 반제품으로 절단하고 껍질을 제거한다.

(5) 압출변형: 상기 절차에서 획득한 반제품 자재는 30분내에 380℃로 가열후, 몰드에 넣어 변형가공 진행; 압출속도7.2m/min, 변형가공후 공랭한다. 최종 상술한 소성 마그네슘 합금자재를 획득한다.

상술한 마그네슘 합금 자재로 차바퀴를 제조함에 있어서 단조 및 스피닝를 포함한다 : (1) 상기 서술한 소형 마그네슘 합금자재를 6000톤 단조 설비에서 단조진행, 단조 온도는 380℃; (2) 단조후 휠림 스피닝 진행으로서, 스피닝 온도 340℃, spinning roller 공급속도350mm/min, 벽두께 감소율 70%, 주축 회전 속도400r/min이다. 최종 상술한 마그네슘 합금 휠 휘브 획득한다.

실시예 1에서 획득한 합금 주재봉재에서 90mm의 샘플을 절취하여 직경이5mm, 표정거리 25mm인 원봉모양 인장샘플로 인장테스트 진행.측정결과 본 발명에서 서술한 마그네슘 합금의 항장력은 209MPa， 항복강도 65.3MPa， 연신율 18.9%이고,　 도표 1를 참조한다. 동 실시예에서 획득한 마그네슘 합금은 비교적 높은 강도 및 연신율을 구비한다. 동 실시예에서 획득한 마그네슘 합금의 전형적인 인장 곡선은 도면 1과 같다.

실시예3에서 획득한 휠 허브의 휠림부위(스피닝 구역)에서 90mm의 샘플을 절취하여 직경이 5mm, 표정거리 25mm인 원봉모양 인장샘플로 인장테스트 진행. 샘플원봉의 축선방향과 자재의 압출류선 방향이 동일하다. 측정결과 본 발명에서 서술한 마그네슘 합금의 항장력은 279MPa， 항복강도 215MPa， 연신율 10.6%이고,　 도표 2를 참조한다. 동 실시예에서 획득한 마그네슘 합금은 비교적 높은 강도 및 연신율을 구비한다. 동 실시예에서 획득한 마그네슘 합금의 전형적인 인장 곡선은 도면 2과 같다. 도면 5는 본 실시예에서 제작한 Mg-3.35Al-0.92Zn-0.43Mn-0.21Sr ( 중량％)마그네슘 합금이 압출방향과 평형되는 현미조직 모양으로, 동 금속조직도에서 볼수있다싶이 그 특징은 실시예1과 실시예2의 특징과 유사, 합금은 스피닝과정에서 동적 재결정립이 발생하고 세소 결정립의 비율은 87%에 달한다.

대비예는 일종의 현재 상업용AZ31 마그네슘 합금 : Mg-2.8Al-0.9Zn-0.3Mn( 중량％) 마그네슘 합금이다. 대비예에서 획득한 주조봉재에서 90mm샘플을 절취하여 직경이 5mm, 표정거리 25mm인 원봉모양 인장샘플로 인장테스트를 진행한다. 측정결과 본 발명에서 서술한 마그네슘 합금의 항장력은 121MPa， 항복강도 51.4MPa， 연신율 11%이고,　 도표 1를 참조한다. 동 실시예에서 획득한 마그네슘 합금은 비교적 낮높은 강도 및 중등 연신율을 구비한다. 동 실시예에서 획득한 마그네슘 합금의 전형적인 인장 곡선은 도면 1과 같다

대비예에서 획득한 휠 허브에서(단조조건은 스피닝 온도340℃, spinning roller공급속도 300mm/min, 벽두께 감소율 60%, 주축 회전속도300r/min), 측정결과 본 발명에서 서술한 마그네슘 합금의 항장력 243MPa, 항복강도 137MPa, 연신율 7％이고, 도표 2를 참조한다. 인장 테스트중의 전형적인 응력응변 곡선은 도면 2을 참조한다.

대비해 보면, 본 발명의 신형 마그네슘 합금 실온강도 및 연신율은 대비예와 비해 현저한 제고가 있다. 대량의 희토원소 첨가 및 대소성 변형후의 합금과 유사한 효과를 실현하였는바 일종의 마그네슘 합금 휠 휘브를 제조하는 분야에서 시장경쟁력이 강한 신형 저원가 고강인 마그네슘 합금자재이다. 도면 6은 대비예가 제조한 AZ31 마그네슘 합금이 압출방향과 평형되는 현미조직 모양으로 합금이 스피닝과정에서 불완전 동적 재결정립이 발생하고 세소 결정립 비율은 53%를 차지한다.

상기 실시예중에서 사용한 원자재 및 설비는 모두 공지된 경로를 통해 획득하고, 사용한 조작공법은 본 기술분야의 기술인원이 파악할수 있는 공법이다.

실시예 및 대비예 주조상태의 실온 인장 역학성능 테스트 결과

	합금성분（wt%）	인장강도 MPa	항복강도 MPa	연신율 %
실시예1	Mg-2.42Al-0.71Zn-0.52Mn-0.15Sr	208	70.2	19.2
실시예2	Mg-4.47Al-1.09Zn-0.58Mn-0.28Sr	209	65.7	22.1
실시예3	Mg-3.35Al-0.92Zn-0.43Mn-0.21Sr	209	65.3	18.9
대비예	AZ31	121	51.4	11

실시예 및 대비예 변형상태의 실온 인장 역학적 성능 테스트 결과

	합금성분（wt%）	인장강도 MPa	항복강도 MPa	연신율 %
실시예1	Mg-2.42Al-0.71Zn-0.52Mn-0.15Sr	282	223	11
실시예2	Mg-4.47Al-1.09Zn-0.58Mn-0.28Sr	289	230	9.9
실시예3	Mg-3.35Al-0.92Zn-0.43Mn-0.21Sr	279	215	10.6
대비예	AZ31	243	137	7

Claims

마그네슘 합금으로서, 퍼센트 농도(mass percent)가:
Al：2.4~4.5 중량%；
Zn：0.6~1.2 중량%；
Mn：0.4~0.6 중량%；
Sr：0.15~0.3 중량%;
나머지는 Mg인,
마그네슘 합금.
제1항에 있어서,
불가피한 불순물을 포함하는,
마그네슘 합금.
마그네슘 합금의 제조방법으로서,
(1) 원료배합으로서， 퍼센트 농도가 : Al:2.4~4.5 중량%；Zn：0.6~1.2 중량%；Mn：0.4~0.6 중량%；Sr：0.15~0.3 중량%, 나머지는 Mg로 원료 배합하는 것.
(2) 정련으로서, 순수 마그네슘 잉곳(magnesium ingot)을 용융로(smelting furnace)의 도가니(Crucible)에 넣고, 로 내 온도를700~730℃로 설정 및 유지하고. 용화(melted) 후 예열된 50~80℃의 순수 Al 덩어리 및 순수 Zn덩어리를 마그네슘 액체에 추가하고, 정련온도를760~770℃까지 올려서120~140℃로 예열된 Mg-Mn 중간합금(intermediate　alloy), Mg-Sr중간합금을 마그네슘 용액에 추가하고, 계속하여 정련온도를 780℃까지 올려서 5 내지 15분간 보온한 후, 3 내지 10분간 교반하고, 고도 순수Ar를 가입하여 정련 탈가스(degassing refining)처리를 진행하며 제어온도는 710℃ 내지 730℃로 조절하고 2 내지 10분간 보온하는 것;
(3) 주입으로서, 주입온도는700℃ 이상으로 제어하는 것;
(4) 응력제거 처리로서, 280~320℃하에8-12h보온하고 공랭(air cooling)하는 것;
(5) 압출변형으로서, 응력제거 처리후의 마그네슘합금은 30분내에320 내지 380℃로 가열후, 몰드에 넣어 변형가공 진행하고 압출속도 1m/min 내지 10m/min, 변형가공후 공랭하는 것;
(6) 통모양으로 단조하고 스피닝 설비에 넣어 스피닝하는 것;을 포함하는
마그네슘 합금의 제조방법.
제3항에 있어서,
정련과정은 CO₂ 및 SF₆의 혼합기체 보호하에 진행하는,
마그네슘 합금의 제조방법.
제3항에 있어서,
정련완료 후 표면의 스컴(scum)을 제거하고 몰드에 주입하여 마그네슘 합금을 제작하는,
마그네슘 합금의 제조방법.
제3항에 있어서,
응력제거 처리후 압출성형하기 전에 반제품 절단 및 껍질제거 방법을 포함하는,
마그네슘 합금의 제조방법.
제3항에 있어서,
정련과정에서의 교반은 기계교반 및/혹은 아르곤 교반을 포함하는,
마그네슘 합금의 제조방법.
제3항에 있어서,
Al-Mn중간합금은 Mg-10Mn중간합금이고, Mg-Sr중간합금은 Mg-25Sr중간합금인,
마그네슘 합금의 제조방법.
제4항에 있어서
CO₂ 및 SF₆의 혼합기체는 체적비가 50 내지 100:1인,
마그네슘 합금의 제조방법.
제1항에 있어서,
(1) 6000톤 단조 프레스에서 단조진행하는 것;
(2) 휠링 스피닝하는 것으로서, 스피닝 온도는 300℃~380℃, 스피닝 공급속도는 350~450mm/min, 벽 두께 감소율은 60~75%, 주축회전 속도는 300~400r/min인,
마그네슘 합금의 제조방법.