KR820001150B1 - 고강도 알루미늄 합금의 압출법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고강도 알루미늄 합금의 압출법

본 발명은 봉, 관, 부품 등의 제조용 고강도 알루미늄 합금의 압출법에 관한 것이다.

고강도 알루미늄 합금이란 용접 및 열처리후에 35kg/mm²이상의 파과강도를 갖는 합금을 의미한다.

특히 프랑스공화국 표준 AFNOR NF A-02-104에 정의된 것처럼 7075로 공지된 Al-Zn-Mg-Cu 합금 및 2014, 2017A, 2030 및 2024로 공지된 Al-Cu-Mg 합금(Cu＞3%, Mg＞0.5%)을 의미한다.

자켓에서 이들 합금의 직접압출법은 (필레지법) 일반적으로 40을 초과하지 않는 압출비로 분당 2-8m의 저속으로서 실시된다.

상기 합금을 자켓에서 압출할때, 이것이 고속 및 고압출비로 행해질 경우 다이를 떠나는 생성물의 온도는 표면균열이 나타나거나 최소한 표면이 과열될 정도의 것이 된다.

때때로 2030같은 이들 합금의 몇몇은 프레스상에서 냉각되어야 하며, 즉 다이에서 떠나는 즉시 압출생성물은 냉각되어야 한다.

이 경우에 사용된 압출속도는 보통 프레스상에서 냉각하지 않을 경우 보다 저속이다. 금속이 양호한 고용체(固溶體)를 형성하려면, 압출될 때의 온도가 정확하게 조절되어야 한다. 그것은 합금이 고용체를 형성하는 온도와 균열 및 과열되는 온도 사이 이어야 한다. 즉 고용체의 형성은 만족할 만한 것이어야 한다. 이들 이유 때문에, 압출시의 온도는 보통 고용체가 형성되는 온도와 매우 근접하며, 이로써 소강편(billet)이 고용체의 형성을 어렵게 하는 심한 석출을 나타내지 않는다. 한편 압출속도는 압출도중 과열과 균열이나 초기용융(준 안정이나 비준안정 공정(共晶)의 부분용해)의 위험을 피하기 위하여 감속되거나, 용체화 처리온도에 근접한 고온이 저온때보다 고속에 덜 적합하고 균열이나 초기용융의 위험 때문에 감속된다.

마지막으로, 이미 통상의 10-25의 일반압출비로 얻기 어려운 양호한 중간생성물은 과열이 수반되기 때문에 높은 압출비로 얻는다는 것은 여전히 어렵다.

어떠한 경우에도, 방출온도는 마찰력의 발생과 압출공정중의 발열때문에 조절하기가 어렵다.

압출속도를 증가시키는 방법이 몇가지 있다. 예를 들면, 금속을 함유하는 실린더내 및 다이에 대하여 마찰을 줄이고 특히 윤활제를 사용하여 증가시키는 방법이 있다.

이것은 어떤 예비조치가 취해져 윤활제가 영구히 금속과 접촉하게 되면 몰리브덴, 이황화물 및 흑연과 함께 그리스 같은 공지된 윤활유로 행해질 수 있다.

400-650℃때 점도가 10³-10⁴포이스인 유리질 윤활유도 또한 사용이 가능하다. P₂O₅-B₂O₃-K₂O-Na₂O 같은 성분을 함유하는 유리질 윤활제 상태하에서는 100m/분의 속도를 초과하는 것이 가능하다. 이 방법은 아직 공업적으로 실시되지 않는다.

본 발명법은 상기 금속 압출법을 빠르게 개량한 것이다. 바람직한 경제적 잇점으로 우수한 표면상태 및 훌륭한 기계적 및 금속적 특성을 가진 생성물을 얻는 것이 가능하다.

본 출원인은 어떤 조건하에 프레스상에서의 냉각이 이들 합금을 고압출비 및 고압출속도로 조합될 수 있음을 발견하였다. 충분히 높게 제공된 고압출속도는 냉각이전에 고용체의 형성을 만족스럽게 조절할 수 있게 한다.

본 방법은 윤활제로 15m/분(바람직하게는 30m/분)의 압출속도와 20-200의 압출비로 다음 조건하에 고강도 알루미늄 합금을 압출하는 것이다.

a) 압축시 소강편의 온도는 Ts-180℃ 사이와 Ts-50℃ 사이이어야 하며, 여기서 Ts란 합금의 평형고체 온도이고;

b) 매압출비를 위한 압출온도는 방출온도가 Tm과 Ts 사이, 바람직하게는 Tm과 Ts-30℃사이에 있게 조절하여야 하며, 여기서 Tm은 냉각을 공지된 방식으로 행한 경우 합금이 용체화 처리된 최소온도이고;

c) 금속은 프레스를 떠나며 압출열이 냉각되어야 한다. 즉, 그러한 합금의 정규 냉각속도에서 냉각하기 전에 재가열한 후 행하는 냉각대신에 가능하면 금속이 냉각매체에 놓이기 전에 온도가 임계온도 이하로 떨어지지 않는 정도의 시간지연후에 즉, 석출이 나타나고 용체화 처리작용을 파괴하는 온도에서 (2017A와 2030의 경우 약 450℃) 냉각하여야 한다.

주요고강도 합금의 Tm와 Ts의 예시적 평균치가 아래에 나타나 있다.

이들 값은 합금의 정확한 조성에 따름이 명백하다.

합금 2000의 조성은 Cu가 3.5-5%, Mg가 0.4-1%, Si이 1.2%이하, 가능한한 Pd이 0.3-1.4%, 잔부는 불순물이 포함된 알루미늄이나 Fe, Cr, Ti, Mn이 통상적인 농도로 제2첨가원소로 구성되며, 압출온도는 350℃-480℃이며 합금이 다이를 떠나는 온도는 480℃-530℃ 바람직하게는 480℃-500℃이다.

본 방법에서 압출후의 방출온도는 고압출속도 및 감소된 마찰이 압출도중 준단열상태(準斷熱狀態)를 나타내기 때문에 만족스럽게 조절될 수 있음이 밝혀졌다. 그러므로, 제거될 수 있는 압출생성물의 말단에서의 작은 일부분을제외하고는, 온도는 압출금속의 한단부로부터 다른 단부까지 10℃를 초과하지 않는 범위로 일정하다. 또한 압출이 30초 미만 또한 심지어 20초 미만의 짧은 시간에 일어나는 장점이 있으나 소강편에서는 길게 걸린다. (공업적 길이에서 선택함).

아주 짧은 압출시간은 압출금속의 한 단부로부터 반대단부까지의 윤활을 보다 균일하게 하며 외형을 개량한다. 다이를 떠난 후 즉시 냉각액에 금속을 넣는 것은 이롭지 못하다. 냉각을 할때 냉각전의 시간의 지체는 용체화 처리공정을 완성시킬 수 있게 한다. 지체시간은 15-90초간이며, 시간의 길이는 2개의 상반되는 조건에 의해 결정된다.

즉, 첫째로 압출생성물의 금속학적인 재질을 개량하기 위하여 용체화 처리시간을 증가시켜야 한다는 것과 둘째로, 기계특성을 손상시키고 합금이 결정간 부식을 일으키는 임계석출 범위에 잔류시키지 말아야 한다는 것이다.

소강편의 예비 균일화는 보통 양호한 외형과 고용체의 형성이 용이함으로 바람직하며, 이러한 균일화는 480-520℃에서 1-24시간에 일어난다.

합금이 고용체를 형성하는 일반 온도에 근접한 온도까지 압출전에 소강편을 가열하는 것이 이로우며 이는 압출온도보다 보통 20℃가 높다. 이 경우 소강편은 3분 이내에 바람직하게는 1분 이내에 수축균열을 피하는 분무배열(spraying arrangement)로 압출온도까지 급속냉각한다. 이 배열은 합금이 보다 완전히 고용되고 압출도중 과대석출이 일어나는 것을 피하게 해준다. 이 과정에서 압출공정에 의해 부여된 열은 금속이 다이를 떠난 후 단기간내에 고용되게 한 것이다.

압출은 전술한 압출비 및 속도를 고려한 윤활제 및 윤활방법을 사용한다. 유체압출은 윤활압출의 범주로 볼 수 있다.

냉각매체에 용해될 수 있는 윤활제를 사용하는 것이 보다 유리하다. 이것은 프레스상의 한 공정에서 냉각 및 윤활제 제거를 혼합시킬 수 있기 때문이다.

예컨데, 물이나 80% 이상의 물과 나머지로 냉각첨가제를 함유하는 액체에 가용성인 전술한 유리질 생성물(P₂O₅+B₂O₃+K₂O+Na₂O)은 윤활제로서 사용될 수 있다. 따라서, 윤활제는 즉시 압출생성물에서 제거될 수 있다.

냉각은 분무나 침액의 공지된 방법으로 실시한다.

본 발명을 다음의 실시예로 상술하려 하며, 이것은 설명하기 위한 것이지 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.

[실시예 1]

2017A와 2030으로 제조된 직경 100mmm의 소강편을 반사로에 500℃에서 6시간 동안 균일화한후, 특별한 예비조치 없이 순환공기로 냉각하였다.

블룸(bloom)으로 절단된 소강편을 400℃까지 5분간 재가열한 후, 70m/분의 속도에서 직경 22mm의 봉의 형태로 (압출비 22) 윤활제와 함께 프레스에서 압출하였다. 이때 압출시간은 1.5초이다.

상기 봉이 침액되는 온도는 양 합금이 490-500℃이다(이는 봉의 한쪽 단부로부터 다른 단부까지 적용된다.)

물로의 냉각은 다음처럼 실시되었다.

-압출후 즉시

-압출후 45초

-압출후 90초

냉각 후 봉은 직경 21.7mm로 상태 T3(ASTM의 贊別記號)을 나타내기 위하여 3% 신장된다.

각종 특성실험이 재래식 처리합금과 비교 실험되었는데 즉, 500℃에서 균일화, 350℃에서 자켓에서 4-5m/분의 속도로 압출을 실험하였다.

-약 30% 신장

-490℃에서 30분간 각각 용체화 처리를 하고, 물로 냉각

-정렬

윤활제(유리질이나 혹은 몰리브덴 설파이드 함유 흑연물질)로 압출된 봉의 모든 경우 허용도는 단지 3% "계측"후에도 인장된 봉의 특성과 부합하는 것이다.

얻은 특성을 하기 표에 기록하고 변환조건(convertion condition)을 기록하였다.

결정간 부식실험을 모든 경우에 실시하였다. 부식은 냉각 및 압출사이 간격이 90초인 경우 이외에는 검출되지 않는다. 이것은 금속이 Al-Cu-Mg의 석출범위내에 있고, 석출은 관찰온도(=400℃)에서 심하게 일어난다는 사실로 설명된다.

회전굽힘 피로실험은 윤활제로 압출된 생성물과 윤활제 없이 압출된 생성물 사이에 어떤 중대한 변화를 나타내지 않는다.

기계적 특성은 모든 경우에 실시된 표준에 따르는 것으로 밝혀졌다. 그럼에도 불구하고 2017A 합금의 경우, 기계적 특성은 로에서 용체화 처리후에, 특히 인장강도하에서 신장수준에서 얻어진 것보다 약간 못하다. 최대신장은 압출과 냉각사이 시간이 45초일때 얻어진다. 이 기간에 봉의 온도는 약 450℃, 즉 석출시초의 한계온도이다. 이것이 압출공정 관찰의 최적시간이고 금속이 보다 완전하게 고용되게 한다.

[실시예 2]

2017A와 2030으로 제조된 직경 800mm의 소강편을 500℃에서 6시간 동안 균일화하고, 특별한 예비조치 없이 주변공기중에서 냉각하였다.

소강편을 블룸으로 절단하고 30분간 490℃까지 재가열하고, 400℃(1분)까지 급속냉각하고, 실시예 1에서와 유사한 상태하에서 70m/분의 속도로 상기 온도에서 최종 압출하였다. 즉, 윤활제를 사용하여 직경 22mm 봉으로 압출하였다. 봉이 침액되는 온도는 490-500℃이다. 물로의 냉각은 압출후 즉시 실시되었다. 봉은 최종으로 3% 신장되었다. 이들은 신장된 봉에 유사한 치수의 특성을 갖는다.

얻어진 기계적 특성은 다음과 같다.

압출전에 예비처리가 있었으므로 실시예 1과 비교해서 기계적 특성에 중요한 잇점이 있음이 괄목할만 하다.

[실시예 3]

직경 145mm의 2030 합금 소강편을 다음 조건하에 20×20mm(압출비 44)의 사각봉으로 압출하였다.

-유리질 윤활제로 압출

-410℃로 재가열

-속도 50m/분, 즉 20초의 압출

-압출후 30초간 유지후 물로 냉각

얻어진 치수 허용과 표면의 외형을 고려해 볼때, 단지 3% 계측이 사각봉을 신장된 봉의 표준에 부합시키는데 충분하다.

3% 계측후 얻어진 기계적 특성은 RO, 2=404MPa; Rm=491MPa; A₅=14.8%

본 실시예는 실린더 이외의 형태가 양호한 조건하에 얻어질 수 있다는 사실을 보여주는 좋은 예이다.

[실시예 4]

직경 145mm의 2030 합금의 소강편을 균일화한 후, 특별한 예비조치 없이 주변공기중에서 냉각하였다.

소강편을 블룸으로 절단하고 370℃로 재가열하고, 직경 12mm 봉의 형태로 100m/분의 속도에서 흑연 그리스로 370℃에서 압출하였다. 생성된 도선이 침액되는 온도는 약 510℃이며, 압출공정을 통하여 일정하며 30초간 걸린다. 압출후 20초간 물로 냉각시킨다. 마지막으로 봉은 3% 신장하여 직경 11.8mm로 만든다. 치수 허용도는 신장된 생성물과 비교할만하다.

얻어진 기계적 특성은 RO, 2=339MPa; Rm=444MPa; A₅=14%이다.

이 특성은 다른 실시예에서 얻어진 것과 비교된다.

Claims (1)

1. 2,000과 7,000시리즈의 고강도 알루미늄 합금을 냉각후에 20-200의 압출비로 압출하는데 있어서, 압출을 15에서 125m/분 사이의 속도로 윤활제와 같이 실시하고, 다이를 떠나는 금속의 온도가 Tm과 Ts 사이로 되도록 압출온도를 Ts-50℃와 Ts-180℃ 사이가 되도록 조절하고 (Ts: 합금의 평형고체온도, Tm : 합금이 용체화 처리된 최소온도), 사용된 합금의 보통 냉각속도로 금속이 냉각됨을 특징으로 하는 고강도 알루미늄 합금의 압출법.