KR810002072B1 - Aluminium alloys having improved mechanical properties and work-ability and method - Google Patents

Aluminium alloys having improved mechanical properties and work-ability and method

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KR810002072B1
KR810002072B1 KR750000837A KR750000837A KR810002072B1 KR 810002072 B1 KR810002072 B1 KR 810002072B1 KR 750000837 A KR750000837 A KR 750000837A KR 750000837 A KR750000837 A KR 750000837A KR 810002072 B1 KR810002072 B1 KR 810002072B1
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야스시 오우찌
다께오 다마무라
나오다쓰 아사히
마꼬도 나까야마
히사노부 가나마루
아리노부 하마다
야스히로 다까하시
고조오 다바다
무라 료오다 미다
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요시야마 히로요시
주식회사 히다찌 세이사 꾸쇼
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Abstract

The Al alloy contains 8-15 wt.% Si, 1-4 wt.% Cu and 0.05-0.7 wt.% Mg. The diam. of the hypereutic Si is 50μm and av. width of eutectic is < 5μm. The cast alloy is cooled at > 10≰C/sec, worked at 350-430≰C and pptn. hardened. The tensile strength, elongation and adrasion of the Al alloy is 40 kg/mm2, 10% and < 8×10-9mm2/kg, resp.

Description

고인성(高靭性) 가공용 알루미늄 합금의 제조방법Manufacturing method of aluminum alloy for high toughness processing

제12-1d도는 공융체내 실리콘 결정(結晶)을 나타내는 대표적 개략형태도12-1d is a representative schematic diagram showing silicon crystals in eutectic.

제2도는 연속적 주조공정에 의한 주괴 제조공정도2 is a manufacturing process of ingot by the continuous casting process

제3도는 알루미늄-실리콘합금에 대한 연속적 주조시 전형적인 냉각율3 shows typical cooling rates during continuous casting of aluminum-silicon alloys.

제4도는 마그네슘과 동의 함량에 따른 합금의 기계성질의 그라프4 is a graph of the mechanical properties of the alloy according to the content of magnesium and copper

제5a-5d도는 각종 냉각율에서 주괴의 구조를 나타내는 현미경 사진5a-5d show micrographs showing the structure of the ingot at various cooling rates.

제6a-6b도는 시효처리 후 합금의 현미경 사진.6a-6b are micrographs of the alloy after aging.

제7도는 냉각율과 소성가공에 따른 기계적 특성의 변화를 나타내는 그라프7 is a graph showing the change in mechanical properties with cooling rate and plastic working

제8도는 가공율과 신장도간의 관계를 나타내는 그라프8 is a graph showing the relationship between the processing rate and the elongation

제9도는 합금의 조성차에 따른 인장강도와 온도간의 관계를 나타내는 그라프9 is a graph showing the relationship between the tensile strength and the temperature according to the compositional difference of the alloy

제10도는 실리콘 함량과 신장도간의 관계를 나타내는 그라프10 is a graph showing the relationship between silicon content and elongation.

제11도는 실리콘 함량과 비마모량간의 관계를 나타내는 그라프Figure 11 is a graph showing the relationship between silicon content and non-wear amount

제12도는 실리콘 함량과 열팽창 계수간의 관계를 나타내는 그라프Figure 12 is a graph showing the relationship between the silicon content and the coefficient of thermal expansion.

제13도는 열처리 방법과 인장강도간의 관계를 나타내는 그라프13 is a graph showing the relationship between the heat treatment method and the tensile strength

제14도는 마그네슘 함량과 충격치와의 관계를 나타내는 그라프14 is a graph showing the relationship between magnesium content and impact value

제15도는 단조온도와 빅커(vicker) 경도간의 관계를 나타내는 그라프FIG. 15 is a graph showing the relationship between forging temperature and Vicker hardness.

제16도는 단조 후 실리콘 함량과 신장도간의 관계를 나타내는 그라프Figure 16 is a graph showing the relationship between silicon content and elongation after forging.

본 발명은 인장강도, 신장도 및 가공성등을 포함한 기계적 성질이 우수한 건축용 및 구조재로서 적당한 알루미늄 합금의 제조방법에 관한 것으로 특히 8∼15중량%의 실리콘, 1∼4.5%의 동 및 0.05∼0.7%의 마그네슘을 포함한 알루미늄 합금의 용융물을 고체화시킨 후 10℃/sec의 고체 냉각율을 유지하여 알루미늄 기질의 공융체내에 5μm 이하의 평균폭을 가진 실리콘이 결정화되도록 하여 개량된 기계적 성질, 가공성 및 내부식성을 갖는 알루미늄-실리콘 합금의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an aluminum alloy suitable for building and structural materials having excellent mechanical properties including tensile strength, elongation and workability, in particular 8 to 15% by weight of silicon, 1 to 4.5% of copper and 0.05 to 0.7% Improved mechanical properties, processability and corrosion resistance by solidifying the melt of aluminum alloy containing magnesium, and maintaining a solid cooling rate of 10 ° C / sec to crystallize silicon having an average width of 5 μm or less in the eutectic of the aluminum substrate. It relates to a method for producing an aluminum-silicon alloy having a.

종래에도 여러 종류의 알루미늄 합금이 공지되었고, 최근에는 철강재 대용으로 알루미늄 합금을 사용하려는 시도가 이루어지고 있다.Various kinds of aluminum alloys have been known in the past, and in recent years, attempts have been made to use aluminum alloys in place of steel materials.

알루미늄 합금을 이러한 목적에 사용하려면 적어도 40kg/mm2의 인장강도와 10%의 신장도, 8×10-9mm2/kg 이하의 비마모율 및 우수한 가공성이 요구된다. 이러한 성질들은 알루미늄 합금을 구조재로서 사용할 때 최저 필수사항이기 때문에 이후부터 "필수 기계적성질"이라 칭하기도 한다.The use of aluminum alloys for this purpose requires a tensile strength of at least 40 kg / mm 2, an elongation of 10%, a wear rate of 8 × 10 −9 mm 2 / kg or less, and good workability. These properties are sometimes referred to as `` essential mechanical properties '' since they are the minimum requirements when using aluminum alloys as structural materials.

그러나 종래의 알루미늄 합금은 이러한 필수기계적 성질을 만족시키지 못하였다. 예를들면 그 대부분이 30kg/mm2또는 그 이하의 인장강도와 수 %의 시장도를 갖는다.However, conventional aluminum alloys do not satisfy these essential mechanical properties. For example, most of them have a tensile strength of 30 kg / mm 2 or less and a market degree of several percent.

종래의 알루미늄 합금 중에서 마그네슘을 함유하는 내식성 알루미늄 합금은 좋은 가공성을 갖고 있으나 인장강도가 매우 약하다. 시효경화(時效硬化) 성분으로서 동(銅)과 마그네슘을 함유하고 있는 높은 인장강도를 갖는 알루미늄합금은 기계적강도는 높으나 가공성이 나쁘고 마모특성이 매우 낮다.Among conventional aluminum alloys, corrosion-resistant aluminum alloys containing magnesium have good workability but have very low tensile strength. Aluminum alloys with high tensile strength, which contain copper and magnesium as aging hardening components, have high mechanical strength but poor workability and very low wear characteristics.

따라서 본 발명의 목적은 적어도 인장강도가 40kg/mm2신장도가 10%, 비마모율이 8×10-9mm2/kg 이하이며 가공성이 좋은 알루미늄 합금을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an aluminum alloy having a tensile strength of at least 40 kg / mm 2 elongation of 10% and a specific wear rate of 8 × 10 -9 mm 2 / kg or less and having good workability.

본 발명은 어떤 화학적 조성의 알루미늄 합금이 공융체 내 실리콘 결정이 알루미늄 기질체내에 미세 및 균질 결정화되는 조건하에서 주조된 다음 소성가공 및 시효경화처리할 때 종래 알루미늄 합금에서는 발견할 수 없었던 우수한 기계적 특성을 갖는 알루미늄 합금이 생산될 수 있음을 발견하였다.The present invention provides excellent mechanical properties not found in conventional aluminum alloys when aluminum alloys of any chemical composition are cast under conditions in which silicon crystals in eutectic silicon crystals are fine and homogeneous in the aluminum matrix and then subjected to plastic working and age hardening. It has been found that having aluminum alloys can be produced.

본 발명의 특징 및 장점은 다음의 첨부도면과 관련된 상세한 기술에 의해 더욱 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.

본 발명의 합금성분들은 주조나 단조가공용으로 사용되는 공지된 알루미늄 합금과 유사하다. 그러나 본 발명인은 연구결과 원하는 새로운 알루미늄-실리콘 합금의 조성이 통상의 주조 및 단조의 조성(또한 주조조건, 열처리 및 가소작업방법 등)에서와 다른 관점에서 선택되어야 한다는 것을 발견하였다.The alloying components of the present invention are similar to known aluminum alloys used for casting or forging. However, the inventors have found that the desired composition of the new aluminum-silicon alloy should be chosen from a different perspective than in the conventional casting and forging composition (also casting conditions, heat treatment and plastic working methods, etc.).

어떤 결정된 조성을 가진 알루미늄 합금은 충분한 가공효과와 열처리성을 가지며 그 금속조직학적의 구조가 중요하다. 즉 주괴(ingot)가 가공성을 갖기 위해서는 공융체 내 실리콘 결정과 주괴내의 실리콘 결정이 특정한 모양과 크기가 갖어야 한다. 본 발명의 연구결과 공융체 내 실리콘 결정은 제1a도와 같이 주괴내에서 길고 평평하거나 박편모양으로 결정화되어 있으며 전술한 공융체 내의 평평하고 박편인 실리콘 결정의 폭이 좁으면 좁을수록 가공효과가 좋다. 특히 공융체내의 실리콘 결정의 평균폭이 5μm 보다 적으면 좋은 가공성이 얻어진다. 여기서 "평균폭"이란 용어는 주괴가 충분한 가공성을 갖도록 하는데 요하는 것으로 공용체의 실리콘 결정의 폭의 최대치는 주괴의 한 부분 뿐만 아니라 단면에 있어서도 5μm 또는 그 이하이어야 한다.Aluminum alloys of any composition have sufficient processing and heat treatment properties and the metallographic structure is important. In order for the ingot to have workability, the silicon crystal in the eutectic and the silicon crystal in the ingot must have a specific shape and size. As a result of the research of the present invention, the silicon crystal in the eutectic is long and flat or flaky crystallized in the ingot as shown in FIG. 1a, and the narrower the width of the flat and flaky silicon crystal in the eutectic, the better the processing effect. In particular, when the average width of silicon crystals in the eutectic is less than 5 µm, good workability is obtained. Here, the term “average width” is required to ensure that the ingot has sufficient workability. The maximum value of the silicon crystal width of the interface should be 5 μm or less not only in one part but also in the cross section.

그러므로 통상적으로는 영구적인 주형으로 주괴의 표면을 다듬는 것만으로는 충분한 가공성을 얻을 수 없다.Therefore, it is not usually possible to obtain sufficient workability only by trimming the surface of the ingot with a permanent mold.

소성 가공에 의해 공융체 내의 실리콘 결정이 제1b도와 같이 길이 방향으로 분할된 다음 열처리로 인하여 제1d도와 같이 둥근 결정 입체(粒體)로 된다. 이것은 입체상 결정체로 불리며 최장경과 초단경의 비가 2이하이다. 이렇게 얻어진 알루미늄-실리콘 합금은 어떠한 경우에도 우수한 기계적특성과 가공성 및 큰 신장도(10% 이상)를 갖는다.By the plastic working, the silicon crystal in the eutectic body is divided in the longitudinal direction as shown in Fig. 1b, and then becomes a rounded crystal solid as shown in Fig. 1d due to the heat treatment. This is called a three-dimensional crystal and the ratio between the longest and the shortest is less than two. The aluminum-silicon alloy thus obtained has excellent mechanical properties, processability and large elongation (10% or more) in any case.

반면 초결정 실리콘이 주괴의 소성가공성에 대한 효과를 갖고 있지만 알루미늄-실리콘합금의 기계적특성에 보다 더 큰 영향을 갖는다. 이러한 초결정 실리콘 소성가공이나 열처리에 의해 거의 그 크기나 형태가 변화하지 않기 때문에 주조공정상에 어떤 조건이 부여되어야 한다. 차아(次亞) 공융체에서는 초결정실리콘은 통상의 양으로는 결정화하지 않는 한편 공융점을 초과하는 양에서 실리콘을 함유하고 있는 초과공융체에서는 많은 양이 결정화한다. 일차 실리콘 결정이 기질의 6% 이하의 면적비이고 최대 입도(粒度)가 50μ 이하일 때 주괴의 소성가공성 및 알루미늄-실리콘 합금의 기계적성질에 역효과를 주지 않는다.Supercrystalline silicon, on the other hand, has an effect on the plasticity of the ingot but has a greater effect on the mechanical properties of the aluminum-silicon alloy. Since the size or shape of the supercrystalline silicon plastic working or heat treatment hardly changes, certain conditions must be provided in the casting process. In crystal eutectic, supercrystalline silicon does not crystallize in the usual amount, while in the excess eutectic containing silicon at an amount exceeding the eutectic point, a large amount crystallizes. When primary silicon crystals have an area ratio of 6% or less of the substrate and a maximum particle size of 50μ or less, there is no adverse effect on the plastic workability of the ingot and the mechanical properties of the aluminum-silicon alloy.

배열에 있어서의 면적비는 합금단면의 현미경적 연구에 의해 결정된다. 실리콘의 결정화 및 공융체의 실리콘 결정은 주괴의 제조방법 및 후처리방법에 따른다. 공융체내 실리콘 결정이 알루미늄-실리콘 합금 내에서 결정화되는 종래의 주형에서 실리콘은 주로 용융물의 유통성을 개량하기 위하여 첨가하였고 주형체는 공융 실리콘 결정과 차아-공융합금의 조잡한 초결정 실리콘을 포함한다.The area ratio in the arrangement is determined by microscopic studies of alloy cross sections. Crystallization of silicon and crystallization of silicon in eutectic depends on the method of preparation and post-treatment of ingot. In conventional molds where silicon crystals in the eutectic crystallize in an aluminum-silicon alloy, silicon was added primarily to improve the flowability of the melt and the template contains crude supercrystalline silicon of eutectic silicon crystals and char- eutectic alloys.

한번 결정화한 조잡한 실리콘 결정은 소성가공이나 열처리에 의하여도 균질로 만들 수 없다. 결국 종래의 주조에서는 만족할만한 기계적 특성이나 양산성은 조잡한 초결정 실리콘과 공융 실리콘 결정으로 인하여 얻을 수 없었다. 반면 연속적인 주조방법은 일반적으로 단조합금으로 사용되는 알루미늄-실리콘 합금의 생산에 사용되고 주조는 불순물내에 실리콘을 함유하는 알루미늄 합금의 생산에 사용되는 연속적인 주조방법을 전환함으로써 처리되었다.The crude silicon crystal once crystallized cannot be made homogeneous even by plastic working or heat treatment. As a result, satisfactory mechanical properties and mass productivity of conventional castings could not be obtained due to coarse supercrystalline silicon and eutectic silicon crystals. Continuous casting methods, on the other hand, are generally used for the production of aluminum-silicon alloys, which are used as single alloys, and casting has been handled by switching the continuous casting methods used for the production of aluminum alloys containing silicon in impurities.

그러므로 초결정 실리콘과 공융체내의 실리콘결정 또한 조잡한 것이다.Therefore, supercrystalline silicon and silicon crystal in eutectic are also coarse.

특히 등, 마그네슘 등과 같은 강도촉진 성분을 함유하고 있는 고강도(高强度) 알루미늄 합금의 경우에 있어서는 용융된 금속이 응고할 때 일어나는 응리를 제거시키기 위하여 주조 후에 균질 처리방법이나 이와 유사한 열처리 방법으로 처리할 필요가 있다.Especially in the case of high-strength aluminum alloys containing strength-promoting components such as magnesium and magnesium, the homogeneous treatment method or similar heat treatment method may be used after casting to remove the agglomeration occurring when the molten metal solidifies. There is a need.

본 발명에서 용융된 금속의 응고가 완료된 후 최대 고체냉각율이 10℃/sec 이상인 방법에 의하여 주조가 처리될 때 전술한 성분을 함유하고 있는 알루미늄-실리콘 합금의 경우에 있어서 공융체의 실리콘 결정과 초결정 실리콘이 배열내에 미세하게 균일 분산되어 있는 것이 알려졌다. 공융체내 실리콘 결정의 평균폭이 5μm 이하이므로 소성가공에 의해 길이방향으로 쉽게 분리된 공융실리콘의 효과가 얻어진다.In the present invention, in the case of the aluminum-silicon alloy containing the above-mentioned components when the casting is processed by a method in which the maximum solid cooling rate is 10 ° C./sec or more after the solidification of the molten metal is completed, It has been found that supercrystalline silicon is finely dispersed in an array. Since the average width of the silicon crystal in the eutectic is 5 μm or less, the effect of eutectic silicon easily separated in the longitudinal direction by plastic working is obtained.

초결정 실리콘의 최대입자의 크기가 50μm 이상일 때 이 부분에 응력이 집중되어 알루미늄의 기계적 특성을 절감시킨다.When the maximum grain size of supercrystalline silicon is 50μm or more, stress is concentrated in this area, which reduces the mechanical properties of aluminum.

그러나 전술한 고체 냉각율이 10℃/sec 보다 큰 조건하에서 주괴가 만들어질 때 초결정 실리콘은 50μm 보다 크지 않으며 평균 5μm가 된다. "고체냉각율"이란 용어는 다음 의미로 사용된다. 즉 공융체의 실리콘 결정과 초결정 실리콘은 주괴의 냉각율에 따라 변화한다. 냉각율의 결정은 여러 가지 방법에 의하여 이루어질 수 있다.However, when the ingot is formed under the above-mentioned solid cooling rate of more than 10 DEG C / sec, the supercrystalline silicon is not larger than 50 mu m and averages 5 mu m. The term `` solid cooling rate '' is used to mean: In other words, the silicon crystal and the supercrystalline silicon of the eutectic change depending on the cooling rate of the ingot. Determination of the cooling rate can be made by various methods.

본 발명자들의 실험에 따르면 실리콘 결정의 크기가 요구하는 범위내에 정확히 들도록하기 위하여 냉각율이 가장 낮은 주괴의 냉각율이 표준 냉각율로 적용된다. 예를 들면 연속적인 주조의 경우 제2도에서 고체 냉각율은 응고후 냉각율이 된다. 연속적인 주조와 수냉금속 성형에 의한 주조의 양측에서 냉각율이 최저인 부분은 미리 설정된 곳에 위치하는 열속결합에 의해 함께 주조함으로써 알수 있게 된다.According to the experiments of the present inventors, the cooling rate of the ingot having the lowest cooling rate is applied as the standard cooling rate so that the size of the silicon crystal falls within the required range. For example, in the case of continuous casting, in Figure 2 the solid cooling rate is the cooling rate after solidification. The parts with the lowest cooling rate on both sides of the continuous casting and the casting by water-cooled metal forming can be known by casting together by heat bonds located at predetermined positions.

응고시 온도의 전형적인 변화는 제3도에 나타나 있다. 여기에서 용해된 금속은 최대 냉각율 m℃/sec로 냉각되며 점 M에서 응고가 시작되어 점 S에서 끝나고 응고 완료후의 최대 냉각율은 S℃/sec이다.Typical changes in temperature upon solidification are shown in FIG. The molten metal here is cooled to the maximum cooling rate m ° C./sec, solidification starts at point M, ends at point S, and the maximum cooling rate after completion of solidification is S ° C./sec.

주괴내의 기포, 분결(分結), 불순물의 발생은 주괴의 가공 및 열처리를 어렵게 한다.Bubbles, particles, and impurities in the ingot make it difficult to process and heat-treat the ingot.

그러므로 주괴가 어떤 한 방향으로 응고될 때는 아무런 결함도 주괴 내에 생기지 않으며 균일한 구조가 얻어질 수 있다. 이런 점에서 연속적인 주조나 수냉금속주형에 의한 주조와 같이 상부에서 형성되는 용액 풀(pool)에 따른 방법을 이용하여 극소의 내부 결함과 높은 균일성을 가진 주괴가 얻어지며 소성가공을 30% 이상 시효처리와 같은 열처리를 하여 모든 특성에서 기대하지 못하던 우수한 알루미늄-실리콘 합금을 얻게 된다.Therefore, when the ingot solidifies in any direction, no defects occur in the ingot and a uniform structure can be obtained. In this regard, ingots with very low internal defects and high uniformity are obtained by using the method according to the solution pool formed at the top such as continuous casting or casting by water-cooled metal casting. Heat treatments such as aging yield excellent aluminum-silicon alloys that were not expected in all properties.

이렇게 수득한 본 발명의 알루미늄-실리콘 합금은 10%의 신장도와 인장강도 40kg/mm2및 JIS 2017의 듀랄루민과 거의 동일한 기계적 특성을 갖는다.The aluminum-silicon alloy of the present invention thus obtained has almost the same mechanical properties as 10% elongation and tensile strength of 40 kg / mm 2 and duralumin of JIS 2017.

그러나 본 발명의 알루미늄-실리콘 합금은 듀랄루민의 가장 큰 결점인 응력부식에 의해 균열성을 갖고 있지 않으며 내식성에 있어서도 우월하다. 더욱 듀랄루민의 시효처리는 170℃에서 15시간을 요하는 것에 비하여 본 발명의 알루미늄 합금에 있어서는 5시간 정도만 요구되며 따라서 열에너지의 절약에 큰 효과를 갖는다.However, the aluminum-silicon alloy of the present invention does not have cracking property due to stress corrosion, which is the biggest drawback of duralumin, and is superior in corrosion resistance. Furthermore, the aging treatment of duralumin is required only about 5 hours in the aluminum alloy of the present invention as compared with requiring 15 hours at 170 ° C., thus having a great effect on saving thermal energy.

이와 같은 높은 강도와 시효의 용이성은 실리콘 결정의 입도(粒度) 및 마그네슘과 동의 함유량에 따라 얻어진다.Such high strength and ease of aging are obtained depending on the grain size of the silicon crystal and the content of magnesium and copper.

본 발명의 알루미늄 합금은 조직내 높은 균일성과 마그네슘 및 동의 강화작용에 의해 강인력, 내응력부식분할성, 내식성, 내충격성, 내굴곡성, 내마모성 및 낮은 열팽창 계수, 우수한 절삭성, 양호한 소성가공성, 간편한 석출경화성, 양산성을 동시에 겸비한 것이다.The aluminum alloy of the present invention has high toughness, stress corrosion resistance, corrosion resistance, impact resistance, bending resistance, abrasion resistance and low thermal expansion coefficient, excellent machinability, good plastic workability, and easy precipitation due to high uniformity in the structure and magnesium and copper strengthening action. It combines curability and mass productivity simultaneously.

본 발명 합금의 조성범위는 다음과 같다. 실리몬의 양은 8-15중량%, 바람직하게는 9-14중량%, 더욱 좋은 것은 공융점 부위의 범위이다(약 11±1 중량%).The composition range of the alloy of the present invention is as follows. The amount of silicon is 8-15% by weight, preferably 9-14% by weight, and even more preferably in the range of eutectic point sites (about 11 ± 1% by weight).

실리콘 양이 8% 이하의 합금에서는 합금중에 점하고 있는 공융체의 비율이 68% 이하로 되어 공융체중의 실리콘 결정의 분산, 강화작용이 불충분하여 소정의 내마모성과 경도가 얻어지지 않는다.In alloys with an amount of silicon of 8% or less, the proportion of eutectic in the alloy is 68% or less, resulting in insufficient dispersion and reinforcement of silicon crystals in the eutectic, and a predetermined wear resistance and hardness are not obtained.

9%가 되면 공융체의 비율이 75%를 넘게되어 약간의 성분변동이 있어도 소정의 성질을 안정하게 얻을 수가 있다. 알루미늄-실리콘의 성분계에서는 실리콘양이 11.7중량%에 공융점이 있지만 제3원소가 가하여 지거나 냉각상태가 변화하거나 하면 공융점이 사실상 옮겨지게된다. 실리콘 양이 공융점 이상으로 포함된 과(過) 공융영역에 있어서는 응고시에 먼저 실리콘의 1차 결정이 결정화하지만 실리콘중량이 14% 이하가 되면 급속냉각에 의해 과포화 상태에서 응고를 개시하여 결정화한 초결정 실리콘의 크기를 억제하여 장력을 증가시키는 것이 가능하다. 15중량% 이상에서는 초결정 실리콘의 양과 분포량이 많게 되므로 피절삭성, 강도 등이 저하하고 또 합금주괴의 제조가 곤란하게 되어 최대로 15중량% 내이다.When it reaches 9%, the proportion of eutectic exceeds 75%, so that even if there is slight component variation, the predetermined property can be obtained stably. In the component system of aluminum-silicon, the eutectic point of silicon is 11.7% by weight, but when the third element is added or the cooling state changes, the eutectic point is actually transferred. In the super eutectic region containing silicon at or above the eutectic point, primary crystals of silicon first crystallize at the time of solidification, but when silicon weight is 14% or less, solidification is initiated and crystallized by supercooling by rapid cooling. It is possible to increase the tension by suppressing the size of the supercrystalline silicon. If the amount is more than 15% by weight, the amount and distribution of supercrystalline silicon increases, so that the machinability, strength, etc. are lowered, and the production of alloy ingot becomes difficult.

마그네슘은 Mg2Si 등의 석출물을 형성하고 열처리에 의한 인장강화에 대하여 괄목할 효과를 보인다.Magnesium forms precipitates such as Mg 2 Si and shows remarkable effects on tensile strengthening by heat treatment.

후술하는 동의 함유량과도 관계하여 0.05-0.7중량% 특히 0.2-0.4%의 범위가 적당하다.The range of 0.05-0.7 weight% especially 0.2-0.4% is suitable also with respect to the copper content mentioned later.

0.05중량% 이하에서는 Mg2Si 등의 금속화합물의 형성량이 적고 기타의 석출강화가 불충분하고 다시 절삭성이 저하한다. 또 첨가량이 증가함에 따라 인장강도, 경도등은 높아지지만 충격치가 어떤 값에서부터 저하하기 시작하여 특히 0.6중량%를 넘으면 급격히 저하한다. 또한 마그네슘양이 많으면 후술하는 동이나 철 등의 함유량과도 관계하지만 주조시의 용액의 흐름이 나쁘게 되어 흠집이 생긴다. 본 발명과 같이 대량생산을 목적으로 하는 경우에 주괴의 흠집이 생기는 것은 작업성 등의 관점에서 큰 결점이다.At 0.05% by weight or less, the amount of formation of metal compounds such as Mg 2 Si is small, other precipitation strengthening is insufficient, and the machinability is lowered again. As the added amount increases, the tensile strength and hardness increase, but the impact value starts to decrease from a certain value, and drops sharply especially when it exceeds 0.6% by weight. In addition, when the amount of magnesium is large, it is related to the contents of copper, iron and the like described later, but the flow of the solution at the time of casting becomes bad and scratches occur. In the case of mass production for the purpose of the present invention, scratching of the ingot is a major drawback in view of workability and the like.

동은 기계적 성질이나 내모마성의 향상에 유용하며 0.5중량% 이상의 첨가로 효과를 나타낸다. 마그네슘을 0.3중량% 함유하는 경우에 3중량%의 점에서 최고 강도를 나타낸다. 4.5중량%를 초과하면 주괴를 만들 때 갈라짐 등이 없고 또 응력부식 분할감수성이 높아지고 강도 및 신장도도 점차 저하되므로 최대한은 4.5중량% 이다.Copper is useful for improving mechanical properties and abrasion resistance and has an effect of more than 0.5% by weight. In the case of containing 0.3% by weight of magnesium, the highest strength is shown at the point of 3% by weight. If the content exceeds 4.5% by weight, there is no cracking or the like in forming the ingot, and the stress corrosion splitting sensitivity is increased, and the strength and elongation also gradually decrease, so the maximum is 4.5% by weight.

본 발명의 합금에 있어서는 전술한 Mg과 Cu와의 함유비율과 가공율이 특히 중요하여 제4도에 도시한 바와 같이 양호한 기계적 특성은 이들 2원소의 첨가비율에 의해 정해진다. 즉 제4도는 전술한 미세균질한 조직을 갖는 주괴에 80%의 가공을 가한후 T6의 처리를 행한 경우의 강도곡선이다.In the alloy of the present invention, the above-described content ratio and processing ratio of Mg and Cu are particularly important, and as shown in FIG. 4, good mechanical properties are determined by the addition ratio of these two elements. 4 is a strength curve in the case where T6 is treated after 80% processing is applied to the ingot having the fine homogeneous structure described above.

제4도에 있어서 I는 20kg/mm2, II는 30kg/mm2, III과 VI은 40kg/mm2, IV는 45kg/mm, V는 48kg/mm의 강도를 나타내는 등 강도곡선도이다. 그림중 점선 V1의 하측면적은 신장도 10% 이상이다.In Fig. 4, I is a strength curve of 20 kg / mm 2 , II is 30 kg / mm 2 , III and VI are 40 kg / mm 2 , IV is 45 kg / mm, and V is 48 kg / mm. The lower area of dotted line V1 in the figure is more than 10% elongation.

점 A, B, C, D, E 및 A로 연결된 선에 의해 둘러쌓인 범위내의 합금은 적어도 40kg/mm2의 강도와 기타 제반특성을 동시에 만족시킨다. 즉 점 A(Cu 4.5%, Mg 0.05%), B(Cu 3%, Mg 0.05%), C(Cu 1%, Mg 0.3%), D(Cu 1%, Mg 0.6%), E(Cu 4%, Mg 0.7%)와 점 A로 연결된 선에 의해 둘러싸인 범위내의 성분이 얻어진다. 신장도가 10% 이상이고, 강도가 45kg/mm2이상의 최강인성은 a(Cu 3%, Mg 0.15%), b(Cu 2%, Mg 0.3%), c(Cu 2%, Mg 0.5%), d(Cu 2.5%, Mg 0.6%), e(Cu 3.0%, Mg 0.65%), f(Cu 3.5%, Mg 0.6%), g(Cu 3.9%, Mg 0.3%)와 점 a로 둘러싸인 범위내에서 얻어진다.Alloys within the range enclosed by lines connected to points A, B, C, D, E and A satisfy both strength and other characteristics of at least 40 kg / mm 2 . Points A (Cu 4.5%, Mg 0.05%), B (Cu 3%, Mg 0.05%), C (Cu 1%, Mg 0.3%), D (Cu 1%, Mg 0.6%), E (Cu 4 %, Mg 0.7%) and components within the range surrounded by the line connected to point A are obtained. The elongation is more than 10% and the toughness of 45kg / mm 2 or more is a (Cu 3%, Mg 0.15%), b (Cu 2%, Mg 0.3%), c (Cu 2%, Mg 0.5%) Range surrounded by d (Cu 2.5%, Mg 0.6%), e (Cu 3.0%, Mg 0.65%), f (Cu 3.5%, Mg 0.6%), g (Cu 3.9%, Mg 0.3%) and point a Is obtained within.

철은 피할 수 없는 불순물로서 기저물을 강화시키는 효과를 가지나 첨가량이 과잉하면 Al4 FeSi등의 침상 결정을 생성하는 경향이 있기 때문에 합금의 강도를 저해하므로 0.05-0.7 중량%의 범위로 한정된다.Iron is an unavoidable impurity, which has the effect of strengthening the base, but when the amount is excessive, iron tends to form acicular crystals such as Al 4 FeSi, which impairs the strength of the alloy and is therefore limited to the range of 0.05-0.7% by weight.

전술한 각 성분외에 본 발명의 합금은 필요에 따라 기타 성분원소를 첨가할 수가 있다. 예를들면 크롬, 망간, 닉켈의 소량을 첨가하면 응력부식분할 감수성을 높이게 되고 높은 온도의 영역에 있어서 기계적 강도를 증가시킬 수 있음이 확인되었다. 그러나 이들 합금의 첨가는 본 발명의 합금의 인장력을 나쁘게하여 이를 특히 문제로 하는 경우에는 0.15중량% 이하정도로 억제하는 것이 바람직하다.In addition to the above-mentioned components, the alloy of the present invention can add other component elements as necessary. For example, small amounts of chromium, manganese, and nickel were found to increase the stress corrosion susceptibility and increase mechanical strength in high temperature areas. However, when the addition of these alloys deteriorates the tensile force of the alloy of the present invention, and this is particularly a problem, it is preferable to suppress it to about 0.15% by weight or less.

스트론튬, 나토륨, 인등의 각종 접종제를 첨가하면 공용 실리콘 또는 실리콘 1차 결정의 성장을 억제할 수가 있어 주조소재의 결정내 세화 및 기계적 성질의 개선에 효과가 있다. 특히 과공용 합금을 느린 냉각속도로 응고시키는 경우 접종제를 가할 필요가 있다.Addition of various inoculants such as strontium, natrium, and phosphorus can inhibit the growth of common silicon or silicon primary crystals, which is effective in the refinement of crystals and mechanical properties of cast materials. In particular, in the case of solidifying the alloy for slow cooling at a slow cooling rate, it is necessary to add an inoculum.

본 발명에서 고체냉각율은 적어도 10℃/sec로 규정되어 있으며 이러한 냉각율에 따라 공융체 박편실리콘 결정의 평균폭은 5μm이하로 만들어질 수 있으며 초결정 실리콘의 최대입자 크기는 50μm 보다 적게 만들 수가 있다.In the present invention, the solid cooling rate is defined as at least 10 ℃ / sec and according to the cooling rate the average width of the eutectic flake silicon crystal can be made less than 5μm and the maximum particle size of supercrystalline silicon can be made less than 50μm have.

연속적인 주조공정이 본 발명의 실시를 위한 주조공정으로서 가장 적합하다. 즉 연속적인 주조공정에 따라 주괴가 응고시 한 방향으로만 전환되는 액상으로 만들어진다. 따라서 가스는 적게 함유하고 불순물 공동(空洞)의 형성이 적게 일어나므로 표면과 내부간에 차이가 적어진다. 더욱 이러한 공정은 양산에 적합하다.Continuous casting processes are most suitable as casting processes for the practice of the present invention. In other words, according to the continuous casting process, the ingot is made into a liquid phase that is converted only in one direction upon solidification. Therefore, less gas is formed and less impurity cavities are formed, so there is less difference between the surface and the interior. Moreover, this process is suitable for mass production.

본 발명에 따른 주괴의 소성가공은 요구되는 금속체를 얻기 위하여 수행되며 가공과 열 처리의 결합에 의해 냉, 열의 두 가지 방법으로 수행되기도 한다.The plastic working of the ingot according to the present invention is carried out in order to obtain the required metal body, and may also be performed in two ways, cold and heat by a combination of processing and heat treatment.

소성가공에 의해 공융체의 실리콘 결정과 α-알루미늄 결정은 분리되어 미세화된다. 이렇게하여 공융체의 실리콘 결정은 알루미늄 기질내에서 균일하게 분산된다.By plastic working, the silicon crystal and α-aluminum crystal of the eutectic body are separated and refined. In this way, the silicon crystals of the eutectic are uniformly dispersed in the aluminum substrate.

공융체의 전형적인 실리콘결정 모양이 제1a-1b도에 도시되었다. 제1a도는 충분히 좁은 폭을 갖고 결정화한 공융체 내의 공융실리콘 결정을 나타내며 제1b도는 소성가공에 의해 분리된 제1a도의 실리콘을 나타낸다. 균일한 열처리가 소성 가공없이 처리되면 실리콘 결정은 제1c도와 같이 덩어리로 보이게 된다.A typical silicon crystal shape of the eutectic is shown in FIGS. 1A-1B. FIG. 1a shows the eutectic silicon crystal in the eutectic crystallized with a sufficiently narrow width and FIG. 1b shows the silicon of FIG. 1a separated by plastic working. When uniform heat treatment is performed without plastic working, the silicon crystals appear as agglomerates as in Fig. 1c.

이 덩어리는 소성가공에 의해 분리되거나 미세화되지 않는다. 그러므로 이러한 실리콘결정을 갖는 알루미늄 합금은 충분히 개량될 수 없다. 반면 소성가공에 의해 분리된 공융체의 실리콘 결정에서 응고촉진성분이 적합한 열처리에 의해 응고되어 제1d도와 같이 입자로 된다. 만약 공융책의 실리콘 입자가 제1b도와 같이 분리된다면 분리된 대부분의 실리콘 결정은 단조와 같은 열처리에 의해 다시 덩어리로 되지 않는다.This mass is not separated or refined by plastic working. Therefore, the aluminum alloy having such silicon crystals cannot be sufficiently improved. On the other hand, in the silicon crystal of the eutectic separated by plastic working, the coagulation accelerator component is solidified by suitable heat treatment to form particles as shown in FIG. 1d. If the eutectic silicon particles are separated as shown in Fig. 1b, most of the separated silicon crystals do not become agglomerated again by heat treatment such as forging.

소성가공은 용해, 압연, 압출 등의 제반수단에 의해 처리된다.Plastic working is processed by various means, such as melting, rolling, and extrusion.

가공효과는 합금의 신장도 %를 측정함으로써 알아낼 수 있다.The processing effect can be found by measuring the percent elongation of the alloy.

신장도 %는 가공율 15%에서 증가하기 시작하여 약 30%의 포화상태에 도달한다. 그러므로 소성가공의 가공율은 적어도 30%가 요구된다. 합금이 소성가공 후 적어도 2000℃의 온도에서 적합한 열처리를 받을 때 분리된 실리콘 결정은 둥글게 되며 응고촉진이 일어난다. 소성가공에 의해 개선된 합금의 유연성은 열처리에 의해 거의 잃지않기 때문에 강인성이 생기게 된다.Elongation% begins to increase at 15% machining rate and reaches saturation of about 30%. Therefore, the processing rate of plastic working is required at least 30%. When the alloy is subjected to a suitable heat treatment at a temperature of at least 2000 ° C. after plastic working, the separated silicon crystals are rounded and coagulation is accelerated. The flexibility of the alloy improved by plastic working is hardened because it is hardly lost by heat treatment.

본 발명에 따른 합금의 응고촉진은 T4, T5 및 T6의 처리에 의해 완수될 수 있다. 알루미뉴므이 시효처리로서 T4, T5, T6 처리는 이 분야에서 잘 알려진 것이다. T4 처리는 고체용해 열처리와 자연시효를 포함하고 T5 처리는 열시효처리이며 T6 처리는 고체 용해 처리와 시효열처리를 포함한다.The promotion of the solidification of the alloy according to the invention can be accomplished by the treatment of T4, T5 and T6. T4, T5, and T6 treatments as aluminium ageing treatments are well known in the art. T4 treatment includes solid melting treatment and natural aging, T5 treatment includes thermal aging treatment, and T6 treatment includes solid dissolution treatment and aging heat treatment.

이러한 시효처리 외에 적어도 1시간동안 350-430℃에서 합금을 유지시키고 그리고는 서서히 냉각시키는 것을 포함하는 단조처리 방법이 있어서 본 발명에 따른 합금의 특성인 유연성을 향상시킬 수 있다.In addition to this aging treatment, there is a forging treatment method that includes maintaining the alloy at 350-430 ° C. for at least one hour and then gradually cooling the flexibility to improve the characteristics of the alloy according to the present invention.

합금은 냉가공후 T4, T5 및 T6의 처리를 받게함으로써 강화될 수 있으나 충분한 강도는 냉가공에 의한 가공강화에 의해 얻을 수 있다. 따라서 시효 열처리는 생략될 수도 있다.The alloy can be hardened by subjecting T4, T5 and T6 after cold working but sufficient strength can be obtained by hardening by cold working. Thus, the aging treatment may be omitted.

여기에서 사용되는 가공율이란 압출, 흡입 및 그 유사한 것의 경우에 절단면의 감소를 의미하며 또한 압연 또는 용해시 두께 또는 높이의 감소를 의미한다.As used herein, the processing rate means the reduction of the cutting plane in the case of extrusion, suction and the like and also the reduction of thickness or height upon rolling or melting.

요구하는 제품이 전술한 공정에 의해 생산될 수 있으나 그 제품은 절단, 압출, 압착, 용접, 표면처리등을 거쳐서 완성될 수 있다.The required product can be produced by the process described above, but the product can be completed by cutting, extrusion, pressing, welding, surface treatment and the like.

다음은 실시예를 설명한다.The following describes an embodiment.

[실시예 1]Example 1

10.91 Si-2.4 Cu-0.48 Mg-0.02 Fe-나머지 Al의 성분을 갖는 합금을 고주파로에 의해 용해한 후 90℃/sec, 25℃/sec, 15℃/sec 및 5℃/sec의 응고속도(응고시의 냉각속도)로 30-200mm의 주괴를 제조하였다. 다음에 주괴를 400℃로 예열하여 가공율이 60%가 되는 조건에서 후방압출하는 가공을 행한후 인장시험편을 채취하였다. 제5a-5d도는 주괴의 현미경 조직이다. 응고시의 냉각속도에 의해 조직중의 실리콘 결정의 형태가 크게 다르게 되어 실리콘 결정은 냉각속도가 빠르게 되며 따라서 미세하게 결정화 된다. 특히 15℃/sec와 5℃/sec간에 특이점이 있어 5℃/sec 이하의 냉각속도에서는 공융실리콘 결정의 폭이 넓게되어 폭이 5μm 이상의 것의 존재율이 높게되는 것과 함께 괴상의 초결정 실리콘도 결정화된다.10.91 Si-2.4 Cu-0.48 Mg-0.02 Fe-Remaining solidification rate of 90 ° C / sec, 25 ° C / sec, 15 ° C / sec and 5 ° C / sec after melting by high frequency furnace Ingot of 30-200mm was prepared). Next, the ingot was preheated to 400 ° C, subjected to back extrusion under a condition of 60% working rate, and then tensile test pieces were taken. 5a-5d show microscopic tissue of the ingot. The cooling rate at the time of solidification greatly changes the shape of the silicon crystals in the tissue, and thus the silicon crystals are rapidly cooled and thus finely crystallized. In particular, there is a peculiar characteristic between 15 ° C / sec and 5 ° C / sec, and the cooling rate of 5 ° C / sec or less increases the width of the eutectic silicon crystal, resulting in high abundance of 5 μm or more, and crystallization of bulk supercrystalline silicon. do.

제6a도는 15℃/sec 및 5℃/sec로 냉각한 주괴를 열간가공 후 T6 처리를 실시한 때의 현미경 조직도이다. 미세하게 결정화한 공융 실리콘 결정은 열간 가공에 의해 미세하게 분단되고 균일하게 분산하여 계속 T6 처리에 의해 입자화한다. 그러나 실리콘 결정의 폭이 5μm으로 결정화하는 경우에는 분단하지 않고 대형편평상의 입자가 되고 분산상태도 불균일하게 된다.FIG. 6A is a microscopic organization diagram when the ingot cooled to 15 ° C / sec and 5 ° C / sec is subjected to T6 treatment after hot working. Finely crystallized eutectic silicon crystals are finely divided and uniformly dispersed by hot working, and are subsequently granulated by T6 treatment. However, when the width of the silicon crystal is crystallized to 5 탆, the particles are not divided but become large flat particles, and the dispersion state is also nonuniform.

한편 도시하지 않았지만 초결정 실리콘은 미가공으로 분단하지 않는 것이 확인되어 있다. 제7도는 상온에 있어서 인장시험 결과이다. 응고시의 냉각 속도가 큰 만큼 가공에 의한 인장강도 신장도의 증가비율이 크다. 이것은 단단한 공융실리콘 결정의 분단 미세입자화에 의해 응력집중이 피하게 된다. 가공의 대신에 장시간의 열처리에 의하여도 실리콘 결정은 입자화되지만 이 경우는 인장강도의 증가는 거의 없고 신장율의 증가도 소성가공에 의한 것의 1/2 정도이다.On the other hand, although not shown, it has been confirmed that supercrystalline silicon does not divide by a raw material. 7 shows the tensile test results at room temperature. The greater the cooling rate during solidification, the greater the rate of increase in tensile strength elongation by machining. This causes stress concentration to be avoided by segmented microparticles of hard eutectic silicon crystals. The silicon crystals are also granulated by prolonged heat treatment instead of processing, but in this case, there is little increase in tensile strength and the increase in elongation is about 1/2 of that by plastic processing.

공융합금의 강인화에는 다음 두 공정이 필수적이다. 즉 (1) 응고시의 냉각속도를 빠르게 하여 공융실리콘 결정을 미세하게 결정화시켜 (2) 이 공융실리콘 결정을 가공에 의해 미세하게 분단하고 입자화하여 균일하게 분산시키는 것이다. 한편 실리콘의 분단에 의한 분산화에는 가공율이 크게 영향을 미친다. 거기에서 15℃/sec의 기괴를 400℃로 예열하여 단면감소율 10, 20, 30, 60, 85%의 열간가공을 실시하여 인장시험을 행한 결과가 제8도이다. 가공율이 40% 부근에서는 가공율이 오르면 신장율은 급상승하고 그 이상에서는 완만하게 되어 있다. 이 결과에서 가공율은 30% 이상이 바람직한 것이 알려지게 되었다.Two processes are essential for toughening eutectic alloys. That is, (1) the cooling rate at the time of solidification is increased to finely crystallize the eutectic silicon crystals, and (2) the eutectic silicon crystals are finely divided, granulated and uniformly dispersed by processing. On the other hand, the processing rate greatly affects the dispersion by the division of silicon. There is a tensile test performed by preheating a lump of 15 deg. C / sec to 400 deg. C and performing hot working with a cross-sectional reduction rate of 10, 20, 30, 60, 85%. In the case where the processing rate is around 40%, when the processing rate rises, the elongation rate increases rapidly, and above that, the rate increases. As a result, it is known that the processing rate is preferably 30% or more.

[실시예 2]Example 2

소정의 성분을 구성하는 알루미늄 합금을 고주파 용해로에 의해 용해한후 응고시의 냉각속도가 15℃/sec 이상이 되는 조건에서 연속주조법에 의해 직경 150mmΦ의 주괴를 제조하였다.Ingots having a diameter of 150 mm were produced by the continuous casting method under the condition that the cooling rate at the time of solidification was 15 ° C./sec or more after the aluminum alloy constituting the predetermined component was dissolved in a high frequency melting furnace.

제1표에 주괴의 화학성분(분석치)를 나타내고 있다.The chemical composition (analytical value) of the ingot is shown in the first table.

[표 1]TABLE 1

Figure kpo00002
Figure kpo00002

다음에 주괴를 450℃로 예열하여 가공율 80%로 후방압출 하는 것에 의해 컵상의 원통제품을 제조하였다. 원통부에서 각종의 시험편을 채취하여 확성시험을 행하였다. 지금 시험편에는 T4, T5 및 T6 처리를 행하였다. 제9도는 실온에서 300℃까지 온도를 변화하여 그 온도에서 1시간 보지 후 인장시험을 행한 결과이다.Next, the ingot was preheated to 450 ° C. and back extruded at a processing rate of 80% to prepare a cup-shaped cylindrical product. Various test pieces were taken from the cylindrical part and the affinity test was done. Now, the test piece was subjected to T4, T5 and T6 treatment. 9 shows the results of a tensile test after varying the temperature from room temperature to 300 ° C. and holding at that temperature for 1 hour.

공융성분에 가깝게 가장 공융량이 많은 합금 No. 1이 분산입자수도 많고 고강도로 되어있다. 특히 실리콘이 적은 No. 2는 고온강도가 저하하는 경향이 보인다. 제10도에 실리콘양과 실온에 있어서 신장(주조 그대로 및 80% 열간가공후 T6 처리)의 관계를 나타내었다.The most eutectic alloy No. close to the eutectic component. 1 has a large number of dispersed particles and high strength. No. of silicon in particular 2 shows a tendency for high temperature strength to fall. FIG. 10 shows the relationship between the amount of silicone and elongation (as casting and after T6 treatment after 80% hot processing) at room temperature.

주조의 상태에서 T6 처리(공융 실리콘이 분단되지 않는 상태)의 신장은 실리콘양이 적은 6% 실리콘(No. 2)에서는 10% 이상의 높은 값이지만 공융량이 많아지게 됨에 따라 감소하여 8% 실리콘 이상에서는 5%가 되어있다. 다음에 80%의 열간가공에 의해 실리콘의 분단효과는 8% 실리콘 이상에서 현저하다. 제11도는 대월식(大越式) 마모시험 결과의 일예를 나타내고 있는 것이다. 그림에서의 시험은 최종 하중 18.9kg, 마찰거리 600m, 마모속도 2m/sec, 상태물체(회전체) JISFc 30의 조건에서 행하였다. 내마모성은 실리콘이 많게 됨에 따라 개량된다. 실리콘이 8% 미만에서는 내마모성이 낮다.The elongation of the T6 treatment (the eutectic silicon is not segmented) in the casting state is higher than 10% for 6% silicon (No. 2) with a small amount of silicon, but decreases as the amount of eutectic increases. 5%. After 80% of hot working, the effect of breaking up silicon is remarkable above 8% silicon. FIG. 11 shows an example of the results of the overwhelming wear test. The test in the figure was carried out under the conditions of 18.9 kg final load, 600 m friction distance, wear rate 2 m / sec, and state object (rotating body) JISFc 30. Wear resistance improves as more silicon is added. If the silicon is less than 8%, the wear resistance is low.

많은 알루미늄 재료는 철강재와 조합되어 사용하는 경우가 많다. 이 경우 종래의 알루미늄 합금에서는 철강등에 비교하여 열팽창계수가 높다고 하는 문제가 있다. 구조용 알루미늄 재로서는 열팽창재가 바람직하다. 제12도는 실리콘양과 열팽창계수(실온 100℃)로 나타낸 것이다.Many aluminum materials are often used in combination with steel materials. In this case, the conventional aluminum alloy has a problem that the coefficient of thermal expansion is higher than that of steel. As the structural aluminum ash, a thermally expandable material is preferable. Figure 12 shows the amount of silicon and the coefficient of thermal expansion (room temperature 100 ℃).

열팽창계수는 실리콘양과 함께 저하하고 있다.The coefficient of thermal expansion decreases with the amount of silicon.

열팽창계수가 낮은 알루미늄 합금으로서는 열팽창계수가 21×10-6이하가 되는 8% 실리콘 이상이 바람직하다. 다음에 본 합금의 효과의 하나로 열처리성이 우수한 것을 들수 있다.As an aluminum alloy with a low thermal expansion coefficient, 8% or more of silicon whose thermal expansion coefficient becomes 21x10 <-6> or less is preferable. Next, one of the effects of the present alloy is excellent in heat treatment.

제13도는 No. 1 합금을 400℃로 예열하여 80%의 가공율로 열간가공 후 T4, T5 및 T6 처리한 인장시험결과를 나타낸다(실리콘 양이 많을 No. 3, No. 4 및 No. 5는 유사한 것으로서 생략한다).13 is No. (1) The tensile test results of T4, T5 and T6 after preheating the alloy to 400 ° C and hot working at a processing rate of 80% (No. 3, No. 4 and No. 5, which have a large amount of silicon, are omitted as similar ones. ).

본 합금은 실리콘 상의 석출에 의해 열처리성이 개선된 것으로서 T4 및 T5 처리에서도 40kg/mm2이상의 강도가 얻어진다.This alloy has improved heat treatment properties by precipitation on silicon, and strengths of 40 kg / mm 2 or more are obtained even in T4 and T5 treatments.

본 합금계에서는 실리콘결정의 분포가 강도 및 신장에 크게 영향을 미치는 것을 이야기해 왔다.In this alloy system, it has been said that the distribution of silicon crystals greatly influences the strength and elongation.

정량화하기 위하여 No. 4 합금을 5-200℃/sec의 냉각속도를 응고시켜 초결정 실리콘의 크기가 다른 주괴를 제조한 후 400℃의 온도로 예열하여 80%의 단면감소율로 후방압출을 행하였다. 압출한데서 인장시험편을 채취하여 T6 처리를 하고 상온에서 인장시험을 행하였다. 응고시의 냉각속도가 빠르게 됨에 따라 초결정 실리콘이 미세화하고 그와 함께 신장도 증대한다.To quantify No. Four alloys were solidified at a cooling rate of 5-200 ° C./sec to prepare ingots having different sizes of supercrystalline silicon, and then preheated to a temperature of 400 ° C., followed by back extrusion at a reduction ratio of 80%. Tensile test pieces were taken from the extrusion, subjected to T6 treatment, and subjected to tensile test at room temperature. As the cooling rate during solidification increases, supercrystalline silicon becomes finer and elongation increases with it.

특히 실리콘 결정이 5μm 이하가 되면 신장도가 급격히 증가하고 있다. 응고시의 냉각속도는 신장이 급상승하는 15℃/sec 이상이 바람직하다. 다음에 No. 4와 동일한 성분의 용액중에 Na, P, Ca, K를 주성분으로 하는 접종제를 첨가하여 5℃/sec 및 15℃/sec의 냉각속도에서 전술한 바와 같이 같은 모양의 주괴를 만들었다. 주괴의 단면을 연마하여 현미경으로 관찰한 결과 접종제를 첨가하지 않는 경우와 비교하여 초결정 실리콘양이 감소하고 그 크기가 5℃/sec의 경우에서도 5μm 이하가 되어 냉각속도의 영향에 차이가 없었다.In particular, when silicon crystals are 5 μm or less, elongation is rapidly increasing. As for the cooling rate at the time of solidification, 15 degreeC / sec or more in which elongation rapidly rises is preferable. Next to No. Inoculants based on Na, P, Ca, and K were added to a solution of the same component as 4 to form ingots as described above at the cooling rates of 5 ° C./sec and 15 ° C./sec. The microscopic observation of the cross section of the ingot showed that the amount of supercrystalline silicon decreased compared to the case where no inoculant was added and the size of the ingot became 5 μm or less even at 5 ° C / sec. .

[실시예 3]Example 3

제2표의 성분에 합금을 고주파로에 의해 용해 후 주조온도 750℃ 고체냉각율 15℃/sec로 연속주조를 행하여 직경 150mmΦ의 주괴를 제조하였다.After the alloy was dissolved in a component of Table 2 by a high frequency furnace, a continuous casting was performed at a casting temperature of 750 ° C. and a solid cooling rate of 15 ° C./sec to prepare an ingot having a diameter of 150 mm.

[표 2]TABLE 2

Figure kpo00003
Figure kpo00003

연속주조후 표면의 상태에서 주조성을 검토한 결과 마그네슘양이 많은 No. 9 및 No. 10에서는 주름의 깊이가 2mm 이상이 되어 연속주조성이 저하하고 있다. 주괴를 400℃로 thens하여 60-80%의 가공율이 되도록 냉간압출을 행한다. 그후 T6 처리를 행하였다.No. 9 and No. In 10, the depth of the wrinkles is 2 mm or more, and the continuous castability is deteriorated. The ingot is thens at 400 ° C. and cold extrusion is carried out to a processing rate of 60-80%. Thereafter, the T6 treatment was performed.

이를 이용하여 피절삭성시험 및 샤르피(charpy) 충격시험을 행하였다. 피절삭성을 절삭공구의 수평, 절삭저항, 절삭면의 정도, 절삭형태 등에서 평가한다.The machinability test and the Charpy impact test were performed using this. Machinability is evaluated in terms of cutting tool level, cutting resistance, cutting surface accuracy, cutting type, and the like.

제3표는 절단깊이 1mm 급송량 0.15mm/회전, 절삭속도 120m/min에 있어서 피절삭성을 나타낸다.The third table shows the machinability at a cutting depth of 1 mm, a feed rate of 0.15 mm / rotation and a cutting speed of 120 m / min.

[표 3]TABLE 3

Figure kpo00004
Figure kpo00004

피 절삭성에 대해서는 마그네슘양이 많은 영향을 주며 0.05% 이상의 마그네슘이 필요하다.The amount of magnesium has a great influence on the machinability, and more than 0.05% of magnesium is required.

다음에 제14도에 사르피(charpy) 충격치를 나타내고 있다.Next, the charpy impact value is shown in FIG.

충격치는 마그네슘양이 많아짐에 따라 저하하여 마그네슘 0.72% 이상에서는 일정하다.The impact value decreases as the amount of magnesium increases, and is constant at 0.72% or more of magnesium.

다음에 응력부식 분할시험을 CrO3: 36g, K2Cr2O7: 30g 식염 : 3g, 순수 : 11의 용액중에서 15 및 20kg/mm2의 일정응력을 행한 결과 듀랄루민(JIS 2017)은 어떤 응력에서도 전부 균열의 발생이 보였으나 시료 No. 7은 전혀 발생하지 않았다. 이렇게해서 알미늄 합금으로서 이용할 수 있는 것이 명백해졌다.The stress corrosion splitting test was then conducted under constant stresses of 15 and 20 kg / mm 2 in a solution of CrO 3 : 36 g, K 2 Cr 2 O 7 : 30 g saline: 3 g, pure water: 11, and Duralumin (JIS 2017) Cracking was also observed in all samples, but sample No. 7 did not occur at all. In this way, it became clear that it can use as an aluminum alloy.

[실시예 4]Example 4

표 4에 표시된 성분을 함유하는 합금이 100mmΦ의 주괴를 얻기 위하여 75℃/sec의 냉각율로 연속주조 공정에 의해 용해되고 주조된다.Alloys containing the components shown in Table 4 were melted and cast by the continuous casting process at a cooling rate of 75 ° C./sec to obtain an ingot of 100 mm Φ.

[표 4]TABLE 4

Figure kpo00005
Figure kpo00005

연속적인 주조후 주괴는 약 50%의 소성가공을 거쳐 350-420℃ 온도범위에서 2시간 동안 유지시킨 후 서서히 냉각시켜 완전히 굳게한다.After continuous casting, the ingot is maintained at 350-420 ° C. for 2 hours through plastic processing of about 50%, and then gradually cooled and completely hardened.

인장시험을 위한 시험편은 각 합금에서 채취된다. 나머지 합금은 가공율 30-50%로 냉각압축가공을 한다. 냉간가공후 인장강도, 목측에 의한 표면의 거칠기(가공도)는 표 5와 같다.Specimens for tensile testing are taken from each alloy. The remaining alloys are subjected to cold compression at a processing rate of 30-50%. Tensile strength after cold working and surface roughness (working degree) by the neck side are shown in Table 5.

[표 5]TABLE 5

Figure kpo00006
Figure kpo00006

상기표 5의 마지막항에 JIS 2017 합금의 압출시 강도의 최대 표면 거칠기(가공도)가 나타나 있다.In the last section of Table 5, the maximum surface roughness (workability) of the strength during extrusion of the JIS 2017 alloy is shown.

JIS 2017과 비교할 때 본 발명에 의한 합금이 냉간가공도에서 우수한 것을 알수 있다.Compared with JIS 2017, it can be seen that the alloy according to the present invention is excellent in cold workability.

합금번호 12의 주괴를 50%로 소성가공한 이후 350-470℃에서 1시간 유지시킨후 서서히 냉각시킨다.The ingot of alloy No. 12 was calcined at 50%, and maintained at 350-470 ° C. for 1 hour, and then gradually cooled.

그래서 단조 온도효과를 시험한다.So test the effect of forging temperature.

그 결과가 제15도에 나타나 있다. 경도는 350-420℃ 단조 온도에서 감소하여 이 온도범위가 단조에 최적이다. 다음에 실리콘 함량과 실리콘 결정입자의 크기 및 단조효과와의 관계가 제16도에 표시되어 있다.The result is shown in FIG. Hardness decreases at 350-420 ° C. forging temperatures, so this temperature range is optimal for forging. Next, the relationship between the silicon content, the size of the silicon crystal grains and the forging effect is shown in FIG.

16중량% 이하의 실리콘, 0.3중량%의 마그네슘 및 0.7중량%의 동을 함유하는 여러 알루미늄합금이 마련되어 있다. 이들중 하나는 본 발명의 주조조건 내에 있는 고체냉각을 40-60℃/sec에서 주조되고 다른 하나는 고체 냉각을 2-5℃/sec에서 주조된다.Various aluminum alloys are provided containing up to 16% by weight of silicon, 0.3% by weight of magnesium and 0.7% by weight of copper. One of them is cast at 40-60 ° C./sec solid cooling within the casting conditions of the present invention and the other is cast at 2-5 ° C./sec solid cooling.

이들은 압연에 의해 70% 소성가공 처리되며 1시간동안 390±5℃의 단조로에 유지시킨 후 서서히 냉각시킨다. 인장 시험편을 이렇게 단조된 재질에서 채취하며 신장율을 실온에서 측정한다. 단조효과는 신장율에 의해 명확히 나타난다. 즉, 제16도의 곡선 2에 표시된 큰 실리콘 결정을 함유하고 있는 합금의 경우에 신장율은 공융성분 주위에서 다소 증가되나 실리콘 함량에 반비례하여 거의 감소한다.They are calcined by 70% by rolling and held in a forging furnace at 390 ± 5 ° C for one hour and then cooled slowly. Tensile test pieces are taken from this forged material and elongation is measured at room temperature. The forging effect is clearly shown by elongation. That is, in the case of an alloy containing large silicon crystals indicated by curve 2 of FIG.

반면 공융처리의 실리콘 결정과 초결정 실리콘이 충분히 미세하면 5-15중량%의 실리콘으로 특별한 단조효과가 나타나며 신장과 유연성에서 괄목할만한 향상이 나타난다. 적어도 25%의 신장은 냉각 가공재로서 사용하는데 좋으며 실리콘은 8-11중량% 함유하는 합금이 그러한 높은 유연성을 갖는다. 높은 유연성은 가공재로서 유용하며 더욱 실리콘의 높은 함량 때문에 가공표면 또한 눈에 띄게 좋다.On the other hand, when the eutectic silicon crystal and supercrystalline silicon are sufficiently fine, 5-15% by weight of silicon has a special forging effect and a remarkable improvement in elongation and flexibility. Elongation of at least 25% is good for use as a cold working material and alloys containing 8-11% by weight of silicon have such high flexibility. High flexibility is useful as a work material, and due to the high content of silicon, the work surface is also noticeably good.

[실시예 5]Example 5

Mg 0.3%, Cu 3.4%, Si 11.7% 나머지 Al을 함유하는 합금의 용액은 고체냉각율 45℃/sec로 연속 주조공정에 의해 160mmΦ의 판으로 주조되고 그 주괴는 350℃에서 열간압연에 의해 두께 22mm의 판으로 가공되며 이 판은 시험편을 얻기 위하여 길이 200mm, 폭 100mm, 두께 20mm의 조각으로 기계처리된다(가공된다). 이들 조각은 길이 방향으로 접하게되며 접합부분과 EBW(전자속용접)과 TIG 용접에 의해 용접되고 그후 T6처리를 받게 된다. 이런 방법으로 된 시험편은 실온에서 장력시험을 받게된다. 전자속 용접은 다음의 용적조건에서 행해진다.Mg 0.3%, Cu 3.4%, Si 11.7% The solution of the alloy containing the remaining Al was cast into a plate of 160 mmΦ by a continuous casting process at a solid cooling rate of 45 ℃ / sec and the ingot is thick by hot rolling at 350 ℃ It is machined into 22 mm plates, which are machined (machined) into pieces 200 mm long, 100 mm wide and 20 mm thick to obtain specimens. These pieces are longitudinally oriented and welded by joints, EBW (electromagnetic flux welding) and TIG welding and then subjected to T6 treatment. Specimens in this manner are subjected to tension testing at room temperature. Electromagnetic flux welding is performed under the following volume conditions.

즉 I형의 경사각, 입력열 3.6K Joul/cm, 용접속도 0.5m/min이고, TIG 용접은 V형의 60°경사각, 200-250A와 18V의 교류 전류에서 용접되는 시험편과 같은 성분을 갖는 용접봉을 사용하여 행하다.In other words, I type inclination angle, input heat 3.6K Joul / cm, welding speed 0.5m / min, TIG welding rod having the same components as test specimen welded at V angle of 60 °, 200-250A and 18V AC current. Do using

용접부의 강도 및 유연성은 표 6과 같다.The strength and flexibility of the weld are shown in Table 6.

[표 6]TABLE 6

Figure kpo00007
Figure kpo00007

용접부의 표면은 매끈하며 가공이나 틈이 생기는 결점이 없다.The welded surface is smooth and free from defects in processing and gaps.

종래의 알루미늄 합금에서는 동의 함량이 높을 때 틈이 생기는 경향이 있었으나 본 발명의 합금은 그러한 문제를 전혀 갖고 있지 않으며 우수한 용접성을 나타낸다. 더욱 본 발명의 합금은 우수한 가공성을 갖고 있어 용접봉을 만들기도 쉽다.In conventional aluminum alloys, there was a tendency for gaps to occur when the copper content is high, but the alloy of the present invention does not have any such problems and exhibits excellent weldability. Furthermore, the alloy of the present invention has excellent workability, making it easy to make a welding rod.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명의 합금은 정선된 성분의 결합, 적절한 주조 조건, 뒤이은 소성가공 및 적합한 열처리에 의해 얻어지며 이는 동시에 기계적 특성, 내마모성, 내식성 및 우수한 가공성을 갖고 있다. 더욱이 본 발명의 합금은 각종 유기접착제 및 도료에 의한 접착성이 뛰어나며 크롬산 용액으로 에노다이징(anodizing) 처리할 수 있다. 그리하여 광범위한 용도에 사용된다.As described in detail above, the alloy of the present invention is obtained by combining selected components, suitable casting conditions, subsequent plastic working and suitable heat treatment, which at the same time have mechanical properties, wear resistance, corrosion resistance and excellent workability. Furthermore, the alloy of the present invention is excellent in adhesiveness by various organic adhesives and paints and can be anodized with chromic acid solution. Thus it is used for a wide range of applications.

Claims (1)

소성가공 및 열처리에 의해 현저하게 개선된 기게적 특성과 가공성 및 응력 내식성을 가지며, 본질적으로 8∼15중량%의 실리콘, 1∼4.5중량%의 동, 0.05∼0.7중량%의 마그네슘 및 나머지는 실제로 알루미늄으로 구성된 합금용해물을 수냉성형에서 응결시키고 냉각하는 것으로 구성되며 알루미늄 매트릭스(matrix)의 공융체내에서 평균폭이 5μm 이하인 판상 또는 판상의 실리콘을 결정화하고 알루미늄 매트릭스 내에서 최대입자 크기가 50μm 이하인 일차 실리콘 결정을 결정화하기 위하여 용해물의 응결후 고체냉각율을 10℃/sec 또는 그 이상으로 유지시키고 알루미늄 매트릭스 내에 결정화된 일차 실리콘 결정의 면적비가 6% 이하인 알루미늄-실리콘 합금을 제공하는 주물 제조방법.Mechanical properties, workability and stress corrosion resistance significantly improved by plastic working and heat treatment, essentially 8-15% by weight of silicon, 1-4.5% by weight of copper, 0.05-0.7% by weight of magnesium and the remainder It consists of condensing and cooling an alloy melt composed of aluminum in water-cooling molding and crystallizing plate or plate silicon having an average width of 5 μm or less in the eutectic of the aluminum matrix, and having a maximum particle size of 50 μm or less in the aluminum matrix. A method for producing a casting, wherein the solid cooling rate is maintained at 10 ° C./sec or higher after condensation of the melt in order to crystallize the silicon crystals, and an aluminum-silicon alloy having an area ratio of the primary silicon crystals crystallized in the aluminum matrix is 6% or less.
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