KR910006021B1 - Al alloy for head drum of audio tape recorder and the method - Google Patents
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- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
Abstract
Description
제1도는 광학현미경으로 관찰한 일반주조방식에 의한 주괴 조직 상태도.1 is a state diagram of the ingot structure by the general casting method observed with an optical microscope.
제2도는 광학현미경으로 관찰한 고압주조방식에 의한 주괴 조직 상태도.2 is a state diagram of the ingot structure by the high-pressure casting method observed with an optical microscope.
제3a도는 용체화처리 및 Ageing 열처리후의 경도값 비교 그래프.3a is a graph of hardness values after solution treatment and ageing heat treatment.
제3b도는 용체화처리후의 경도값 비교 그래프.3b is a graph of hardness values after solution treatment.
제4도는 고압주조장치의 단면도.4 is a cross-sectional view of the high pressure casting apparatus.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 공정 Si 2 : 공정 Al1: process Si 2: process Al
a : 고압주조방식에 의한 주괴의 용체화처리 및 Ageing 열처리후의 경도값 그래프a: Graph of hardness value after solution treatment and ageing heat treatment of ingot by high pressure casting method
b : 일반주조방법에 의한 주괴의 용체화처리 및 Ageing 열처리후의 경도값 그래프b: Graph of hardness value after solution treatment and ageing heat treatment of ingot by general casting method
a' : 고압주조방법에 의한 주괴의 용체화처리후의 경도값 그래프a ': Graph of hardness value after solution treatment of ingot by high pressure casting method
b' : 일반주조방법에 의한 주괴의 용체화처리후의 경도값 그래프b ': Graph of hardness value after solution treatment of ingot by general casting method
31 : 금형 32 : 밑판31: mold 32: base plate
33 : 펀치 34 : 용탕33: Punch 34: Melt
본 발명은 디지털 오디오 테이프 레코더(DAT)의 자기기록재생장치인 헤드드럼용 알루미늄합금에 있어서 특히 Ti과 Sr 및 Na을 첨가하여 내마모성과 피절삭성을 개량한 Al-Si-Cu-Mg계 합금에 관한 것이다.The present invention relates to an Al-Si-Cu-Mg-based alloy in which the aluminum alloy for head drum, which is a magnetic recording and reproducing apparatus of a digital audio tape recorder (DAT), is improved in wear resistance and machinability by adding Ti, Sr and Na. will be.
종래의 경우, 비디오테이프레코더(VTR) 헤드드럼용으로는 Al-Cu계 합금과 Al-Cu-Si계 합금이 많이 쓰여져 왔으나 일반적인 VTR 헤드드럼보다 고도의 기능을 갖는 DAT 헤드드럼용으로 사용하기에는 내마모성 및 피절삭성에 있어서 불충분하며 또한 이들을 개량한 것으로 Si의 함유량을 Al-Si계의 과공정역으로 하고 초정 Si를 Al기지(基地)내에 분산시켜 내마모성 및 기계적 강도를 높이고, Mg를 첨가하여 피절삭성을 향상시킨 Al-Si-Cu-Mg계 합금이 사용되었으나 이 합금에서는 초정 Si가 Al기지에서 박리되는 현상이 나타남으로써 내마모성이 불안정하다는 문제점이 노출되었다. 또 절삭 가공시 공구의 수명의 단축되고 아무리 가공의 정도(精度)가 불량하며 과공정 Si 함유량을 갖는 합금이므로 소정가공에 의한 특성개량 또는 결합 감소를 기대하기 어렵다는 문제점이 제기되었다. 아울러 합금의 주조방법에 있어서도 종래의 경우에는 VTR 헤드드럼용 Al 합금을 일반주조방법에 의하여 주조함에 따라 주괴에 다량의 기공이 형성되는 주조결함이 발생하고 Al의 치밀한 공정조직획득이 어렵다는 문제점이 제기되었다.Conventionally, Al-Cu-based alloys and Al-Cu-Si-based alloys have been used for video tape recorder (VTR) head drums, but they are more abrasion resistant for use in DAT head drums, which have a higher level of functionality than conventional VTR head drums. Insufficiency in the machinability and improvement of the machinability, the content of Si is made into the Al-Si overprocessing zone, the primary Si is dispersed in the Al base to increase wear resistance and mechanical strength, and the machinability is increased by adding Mg. An improved Al-Si-Cu-Mg-based alloy was used, but the problem of unstable abrasion resistance was exposed due to the phenomenon that primary Si peeled from the Al base. In addition, the problem of shortening the life of the tool during the cutting process, no matter how poor the machining precision and the alloy having an over-process Si content, it is difficult to expect the improvement of properties or reduction of bonding by a predetermined processing. In addition, in the casting method of the alloy, in the conventional case, casting defects in which a large amount of pores are formed in the ingot by casting the Al alloy for the VTR head drum by the general casting method occurs, and it is difficult to obtain a dense process structure of Al. It became.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 기존의 Al-Si-Cu-Mg계 합금에서 각성분의 조정범위를 다르게 구성하고 새로운 성분 즉, Sr과 Na 및 Ti을 첨가시키는 한편 상기 성분으로 구성되는 합금을 종래의 일반주조방법 대신에 고압주조방법으로 주조함으로써 일반주조방법을 이용하는 경우보다 주괴에 형성되는 다량의 기공발생을 억제하여 주조결함을 극소화함과 동시에 합금 내 알루미늄 공정조직을 보다 치밀하게 하고 또한 상기의 방법으로 만들어진 주괴를 500-520℃의 온도범위에서 1-4시간동안 용체화처리한후 다시 170-190℃의 온도범위에서 7-10시간동안 에이징(Ageing)하는 T6열처리를 함으로써 내마모성과 피절삭성이 우수하고 표면조도 및 냉각단조성이 양호한 합금을 제조하고자 하는데 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems in the existing Al-Si-Cu-Mg-based alloy to configure the adjustment range of each component differently and to add a new component, that is, Sr, Na and Ti while the alloy consisting of the components By casting by high pressure casting method instead of conventional casting method, it is possible to minimize the formation of pores formed in the ingot by using the high pressure casting method and to minimize casting defects and to make the aluminum process structure in the alloy more dense. The ingot made by the method was melted for 1-4 hours in the temperature range of 500-520 ° C, and then subjected to T 6 heat treatment for aging for 7-10 hours in the temperature range of 170-190 ° C. An object of the present invention is to produce an alloy having excellent machinability and good surface roughness and cold forging.
이러한 목적을 갖는 본 발명을 실시예 및 첨부도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다. DAT 헤드드럼은 기존의 VTR 헤드드럼보다 고도의 기능을 갖고 있으므로보다 우수한 특성을 갖는 합금이 요구되는바 내마모성과 피절삭성이 우수하고 표면조도 및 냉각단조성이 양호하여야 한다. 상기의 조건을 만족시키기 위하여 본 발명에서는 합금성분의 조성범위를 다음의 표 1에 제시한 바와 같이The present invention having such an object will be described in detail with reference to the embodiments and the accompanying drawings. Since the DAT head drum has a higher function than the conventional VTR head drum, an alloy having better characteristics is required. The DAT head drum has to be excellent in wear resistance, machinability, surface roughness and cold forging. In order to satisfy the above conditions, in the present invention, the composition range of the alloy component is shown in Table 1 as follows.
Si 5-10.5 중량% Cu 2-3.5 중량%Si 5-10.5 wt% Cu 2-3.5 wt%
Mg 0.2-1.2 중량% Ti 0.15-0.2 중량%Mg 0.2-1.2 wt% Ti 0.15-0.2 wt%
Sr 0.015-0.03 중량% Na 0.01-0.02 중량%Sr 0.015-0.03 wt% Na 0.01-0.02 wt%
로 한정하고 나머지는 Al과 미량의 불순물로 구성된다.The remainder is composed of Al and trace impurities.
표 1은 본 발명에 다른 합금성분의 조성을 기존의 합금인 여러 가지 비교제와 대비하여 나타낸 것이다.Table 1 shows the composition of the alloy components according to the present invention in comparison with various comparative agents which are existing alloys.
[표 1]TABLE 1
위와같은 합금을 구성하는 각 성분의 특성을 설명하면If you describe the characteristics of each component constituting the above alloy
ㄱ. SiA. Si
Si는 공정조직을 구성하며 우수한 내마모성을 가지며 다른 합금성분과 결합하여 금속간 화합물을 형성한다. 이는 주로 합금의 내마모성과 기계적 강도를 향상시키는 역할을 한다. 본 발명 합금에서 Si의 조성범위를 5-10.5 중량%로 한정하는 이유는 Si가 합금중에서 중량기준으로 3%미만이면 상기 기능효과가 불충분하게 나타나며 11% 이상이면 냉간단조성이 저하되기 때문이다.Si forms a process structure and has excellent abrasion resistance and combines with other alloying elements to form intermetallic compounds. This mainly serves to improve the wear resistance and mechanical strength of the alloy. The reason for limiting the composition range of Si to 5-10.5% by weight in the alloy of the present invention is that if the Si is less than 3% by weight in the alloy, the functional effect is insufficient, and if it is 11% or more, cold forging is lowered.
ㄴ. CuN. Cu
Cu는 합금에 열처리성을 부여하며 강도 및 절삭성을 좋게 한다. 본 발명 합금에서 Cu의 조성범위를 2-3.5중량%로 한정하는 이유는 Cu가 합금중에서 중량기준으로 1% 미만이면 강도, 피삭성이 불충분하며 3.5% 초과시에는 합금의 소성가공성과 주조성을 해치기 때문이다.Cu imparts heat treatment to the alloy and improves strength and machinability. The reason for limiting the composition range of Cu in the alloy of the present invention to 2-3.5% by weight is that when Cu is less than 1% by weight in the alloy, the strength and machinability are insufficient, and when it exceeds 3.5%, the plastic machinability and castability of the alloy are deteriorated. to be.
ㄷ. MgC. Mg
Mg은 합금의 석출강화를 증가, 가속시키며 합금의 피절삭성을 한층 향상시킨다. 본 발명 합금에서 Mg의 조성범위를 0.2-1.2 중량%로 한정하는 이유는 Mg이 합금중에서 중량기준으로 0.3% 함량일 때 절삭저항이 최소로 되고 1.5% 초과시에는 합금용량의 산화가 촉진되어 소성가공성을 해치기 때문이다.Mg increases and accelerates the precipitation strengthening of the alloy and further improves the machinability of the alloy. The reason for limiting the composition range of Mg to 0.2-1.2% by weight in the alloy of the present invention is that when Mg is 0.3% by weight in the alloy, the cutting resistance is minimized, and when it exceeds 1.5%, the oxidation of the alloy capacity is promoted, so that the plastic workability is increased. Because it hurts.
ㄹ. SrD. Sr
Sr은 본 발명 합금의 계량처리 효과를 위하여 첨가된 성분으로서 그 조성범위를 0.015-0.03 중량%로 한정한 이유는 Sr이 합금중에서 중량기준으로 0.01% 이상에서 개량처리효과가 나타났고, 0.03% 이상 첨가시 공구마모가 심해지기 때문이다.Sr is a component added to the weighing effect of the alloy of the present invention, the composition range of the range of 0.015-0.03% by weight is due to the improvement treatment effect of Sr 0.01% by weight or more in the alloy, 0.03% or more This is because the tool wear becomes severe when added.
ㅁ. NaM. Na
Na은 본 발명 합금의 Sr과 함께 개량처리제로서 참가된 성분으로서 그 조성범위를 0.01-0.02 중량%로 한정한 이유는 Na이 합금중에서 중량기준으로 약 0.015% 부근에서 절삭저항의 감소, 공구마모량 감소, 표면조도향상 및 절삭성향상 등의 개량처리효과가 나타나기 때문이다.Na is a component that participated as an improvement treatment agent along with Sr of the alloy of the present invention, and its composition range was limited to 0.01-0.02% by weight, because Na reduced the cutting resistance and reduced the amount of tool wear around 0.015% by weight. This is because improved treatment effects such as surface roughness improvement and cutting property improvement are exhibited.
ㅂ. TiIii. Ti
Ti은 본 발명 합금에서 초정알루미늄의 결정립을 한층 더 미세화시키는 역할을 하며 합금내에서 중량기준으로 0.15-0.2% 일 때 가장 좋은 효과를 나타난다. 이때 Ti조성이 중량기준으로 0.15% 이하에서는 미세화 효과가 나타나지 않고 0.3% 이상에서는 미세화 효과가 상기한 조성범위와 비슷하나 Ti를 다량 첨가시에는 편석이 생기게 되므로 바람직하지 못한 특성이 나타난다. 이와같이 본 발명 합금을 용해주조할 때 상기한 바와같이 Sr과 Na으로 개량처리하고 Ti를 첨가하여 초정 알루미늄의 결정립 조직을 한층 더 미세화 시킨다. 위와같은 본 발명 합금의 제조방법을 공정별로 설명하면 다음과 같다.Ti serves to further refine the grains of primary aluminum in the alloy of the present invention, and exhibits the best effect when it is 0.15-0.2% by weight in the alloy. At this time, the Ti composition does not exhibit a micronization effect at 0.15% or less on the basis of the weight, and at 0.3% or more, the micronization effect is similar to the above composition range, but when a large amount of Ti is added, segregation is generated, which is undesirable. As described above, when the alloy of the present invention is dissolved and cast, Sr and Na are improved and Ti is added to further refine the grain structure of primary aluminum. Referring to the process for producing an alloy of the present invention as described above as follows.
[준비 공정][Preparation process]
모합금제조 및 지금(地金)의 준비 단계로서 Al-Si, Al-Cu, Al-Ni, Al-Ti, Al-Sr등의 모합금을 용해 및 주조하고 지금을 세척건조하여 중량을 용해 준비한다.As a master alloy manufacturing and preparatory step, dissolve and cast a master alloy such as Al-Si, Al-Cu, Al-Ni, Al-Ti, Al-Sr, and wash and dry now to dissolve the weight. do.
[제1공정][Step 1]
용해단계로서 Al지금 및 모합금을 넣고 용해온도인 650℃보다 높은 700-800℃에서 용해시켜 용탕을 제조한다.As the dissolution step, Al now and the master alloy are added and dissolved at 700-800 ° C. higher than the melting temperature of 650 ° C. to prepare a molten metal.
[제2공정][Step 2]
고압주조단계로서 제4도에 도시된 바처럼 용탕을 금속주형에 주입한 후 응고되기전에 1ton/Cm2의 압력으로 가압하여 주조한다. 즉 용탕(34)을 금형(31)에 붓고 응고전에 펀치(33)를 사용하여 외부에서 상당한 기계적 압력(1ton/Cm2)을 가한다. 이때 금형내의 용탕은 부분적으로 달리 이동이 없이 정수압에 의하여 응고가 끝날때까지 가압 압축된다. 따라서 용탕(34)에 가해지는 펀치(33)의 압력에 의하여 공정조직이 미세하게 되고 주조결함 즉 기공이 거의 존재하지 않는 완전한 주괴가 얻어진다. 여기서 미설명부호 32는 밑판이다.As a high pressure casting step, as shown in FIG. 4, the molten metal is injected into a metal mold and then cast by pressing at a pressure of 1ton / Cm 2 before solidifying. In other words, the
[제3공정][Step 3]
균질화처리단계로서 650℃이상의 온도에서는 Al 합금이 용해되므로 400-450℃에서 4-10시간동안 주방 조직의 응력을 제거한다.As the homogenizing step, Al alloy is dissolved at a temperature of 650 ° C. or higher to remove stress of the kitchen tissue at 400-450 ° C. for 4-10 hours.
[제4공정][Step 4]
압출단계로서 가공공정중 Al 합금이 깨지는 것을 방지하기 위해 320-400℃에서 열처리 한 후 3m/min속도로 압출한다.As an extrusion step, the Al alloy is extruded at a speed of 3 m / min after heat treatment at 320-400 ° C. to prevent cracking of the Al alloy during the processing.
[제5공정][Step 5]
단조단계로서 가공공정중 Al 합금이 깨지는 것을 방지하기 위해 300-400℃에서 소둔처리하여 400ton 프레스를 이용하여 단조한다.In the forging step, the annealing treatment is performed at 300-400 ° C. to prevent cracking of the Al alloy during the processing.
[제6공정][Step 6]
열처리단계로서 상기의 단계를 거친 주괴를 500-520℃에서 1-4시간동안 용체화처리한다. 이때 온도가 520℃보다 높거나 시간이 길게 되면 초정 Al의 입자크기가 성장하게 되므로 상기한 조건에서 실시한다. 또한 Al 합금에서 시효경화 효과를 얻기 위해 일반적으로 사용되는 온도 및 시간 170-190℃에서 7-10시간동안 시효처리한다.As the heat treatment step, the ingot subjected to the above step is subjected to solution treatment at 500-520 ° C. for 1-4 hours. At this time, if the temperature is higher than 520 ℃ or longer time, the grain size of primary Al is grown, so it is carried out under the above conditions. It is also aged for 7-10 hours at a temperature and time of 170-190 [deg.] C., which is generally used to obtain an age hardening effect in Al alloys.
[마무리 공정][Finishing process]
정밀가공단계로서 상기의 고압주조방식에 의하여 제조된 합금을 정밀가공한다. 이상의 방법에 의하여 얻어진 본 발명의 합금 주괴와 일반주조방식에 의하여 제조된 주괴의 조직을 광학현미경으로 관찰한 상태가 제1도와 제2도에 도시된 바 이를 비교하면 다음과 같다. 제1도는 일반주조방식에 의한 주괴의 조직을 관찰한 상태도로서 용정 Al(2)의 입자크기 및 입계에 생성된 공정 Si(1) 입자들의 크기가 크며 형태는 동방 형이 아닌 입계를 따라 길게 늘어서 있는 상태를 보여주고 있다. 따라서 이것은 용체화처리 및 에이징처리후에도 그다지 효과를 나타내지 못하며 경면가공에 문제를 유발한다. 제2도는 고압주조방식에 의하여 주조된 주괴의 조직상태를 도시한 것으로 제1도의 공정 Al(2) 입자 크기보다 훨씬 작고 조직이 치밀하며 공정 Si(1) 입자도 비교적 등방형을 이루고 있음을 보여준다. 한편 제3도는 일반주조법과 고압 주조법에 의하여 주조한 조직을 460℃에서 520℃까지 20℃ 간격으로 1시간 용체화처리한후의 경도값과 이것을 에이징(Ageing)처리한후의 경도값을 비교하여 나타내주는 데이터이다.As a precision machining step, an alloy manufactured by the high pressure casting method is precisely processed. The structure of the alloy ingot of the present invention obtained by the above method and the ingot manufactured by the general casting method is observed in an optical microscope as shown in FIG. 1 and FIG. 2. FIG. 1 is a state diagram of the structure of the ingot by the general casting method. The particle size of the molten Al (2) and the size of the process Si (1) particles formed at the grain boundary are large and the shape is long along the grain boundary rather than isotropic. It shows the state that it is. Therefore, it does not show much effect even after solution treatment and aging treatment and causes problems in mirror processing. FIG. 2 shows the texture state of the ingot cast by the high pressure casting method, which is much smaller than the process Al (2) particle size of FIG. 1 and shows that the structure is relatively dense and the process Si (1) particles are relatively isotropic. . On the other hand, FIG. 3 shows the hardness values obtained after the solution cast by the general casting method and the high pressure casting method at 460 ° C. to 520 ° C. at 20 ° C. for 1 hour and the hardness value after the aging treatment. Data.
이 데이터를 분석해보면 제3도(가)의 그래프(a)는 고압주조방식에 의하여 주조한 조직을 T6처리(용체화처리+에이징처리)한후의 경도값이 용체화처리온도변화에 따라 변화하는 상태를 보여주며 그래프(b)는 일반주조방식에 의하여 주조된 조직을 T6처리한후의 경도값이 변화를 나타낸다. 제3도(나)의 그래프(a')는 고압주조방식에 의하여 주조된 조직을 용체화처리한 경우의 경도값이 용체화처리온도변화에 따라 변화하는 상태를 보여주며 그래프(b')는 일반주조방식에 의하여 주조된 조직을 용체화처리만 한 경우의 경도값의 변화를 나타낸다.As a result of analyzing the data, the graph (a) of FIG. 3 (a) shows that the hardness value after T 6 treatment (solution treatment + aging treatment) of the tissue cast by the high pressure casting method is changed according to the change of solution treatment temperature. The graph (b) shows the change in hardness value after T 6 treatment of the structure cast by the general casting method. The graph (a ') of FIG. 3 (b) shows a state in which the hardness value in the case of solution treatment of the cast tissue by the high pressure casting method changes with the change in solution treatment temperature. It shows the change of hardness value when only the solution cast by the general casting method is dissolved.
상기 데이터를 분석하면 520℃ 부근에서 T6처리(용체화처리+에이징처리)하였을 때의 경도값이 가장 높았고 고압주조방법을 사용하여 주조한 합금의 조직이 일반주조방법을 사용하여 주조한 그것보다 경도가 높음을 제시해 준다. 이상과 같은 원리에 따르는 본 발명의 효과는 다음과 같다.Analysis of the data showed that the hardness value of T 6 (Solution + Aging) at 520 ° C was the highest, and the structure of the alloy cast using the high pressure casting method was higher than that cast using the general casting method. It suggests high hardness. Effects of the present invention according to the above principle are as follows.
본 발명에 따르는 합금을 Al-Si계 합금에서 일반주조방법에 의해서는 불가능한 치밀한 공정조직을 얻는 것이 가능하고 초정 Al의 입자크기를 작게하며 기공이 없는 양호한 주괴를 얻을 수 있다. 또한 Sr과 Na의 첨가에 의한 개량처리로 Al기지내에 산재하는 Si입자의 크기를 미세하게 분포시키고 적절한 열처리의 조건에 의하여 입계내의 Si의 형태를 등방형으로 만들어 내마모성 및 절삭성이 우수한 합금이 얻어진다.In the Al-Si alloy, the alloy according to the present invention can obtain a dense process structure, which is impossible by the general casting method, and can obtain a good ingot having a small particle size of primary Al and no pores. In addition, by improving the addition of Sr and Na, the size of Si particles scattered in the Al base is minutely distributed, and the shape of Si in the grain boundary isotropically formed under appropriate heat treatment conditions, thereby obtaining an alloy having excellent wear resistance and cutting property. Lose.
본 발명에 따른 합금의 제반특성을 비교제의 특성과 대비하여 표 2에 나타낸다.General characteristics of the alloy according to the present invention are shown in Table 2 in comparison with those of the comparative agent.
[표 2]TABLE 2
Claims (2)
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- 1988-01-16 KR KR1019880000315A patent/KR910006021B1/en not_active IP Right Cessation
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