KR960006327B1 - 알루미늄-실리콘 합금 제품 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

알루미늄-실리콘 합금 제품 및 그 제조방법
제1도는 성형된 라이너의 부식되지 않은 단면을 400배 확대한 현미경 사진이다.
제2도는 완전 열처리 공정(T6) 후의 라이너의 대응된 부식되지 않은 부분을 400배 확대한 현미경 사진이다.
본 발명은 압축성형 공정에 의해 제조되는 알루미늄-실리콘 합금 제품에 관한 것으로, 특히 이에 국한되는 것은 아니나 내연기관용의 압축성형된 알루미늄-실리콘 합금 실린더 라이너에 관한 것이다.
실린더 라이너를 압축성형 알루미늄 합금으로 제조하는 것은 공지되어 있으며, 이제까지는 충분한 마모특성을 제공하기 위해서 상기 라이너의 내부 구멍을 니켈-실리콘 카바이드 합성물로 코팅하여야 했다. 일반적으로, 상기 코팅 공정에 의해 상기 라이너의 제조 원가는 과도하게 높아지게 된다.
코말코 리미티드(Comalco Limited)의 영국 특허 제2085920호에는 다양한 자동차 부품의 제조에 있어서 주물 알루미늄-실리콘 합금을 사용하는 방법이 기재되어 있는데, 상기 합금은 l0% 이하인 1차 알파-알루미늄 수지상정(樹技狀晶)을 포함하고 대체로 금속간 입자의 직경이 10μ이하인 기본적으로 공융성인(eutectic) 미세구조를 갖는다. 상기 특허 명세서의 합금에 관해서는 SAE 테크니칼 페이퍼 시리즈 840123및 860558에도 기재되어 있는데, 여기서 코말코 리미티드에서 3HA로 명명한 합금은 중력, 저압 또는 고압주조 방법으로 주조할 수 있는 것으로 설명되어 있다.
3HA 합금의 특성이 정확한 미세구조에 의해서 결정된다는 것은 상기 특허 및 테크니칼 페이퍼 시리즈로부터 알 수 있으며, 상기 미세구조는 특정 합금 성분 및 그 응고 변수에 따라 결정된다. 예컨대, 상기 특허명세서에서는 망간 및 지르코늄을 포함하는 안정 입자의 존재에 의해 기질이 보다 강화되는 것으로 기술하고 있다. 티타늄은 공지된 입자 정련 특성 때문에 합금의 주조 능력 및 기계적 특성을 개선하기 위해서 첨가된다고 기술되어 있다.
3HA의 성분과는 다른 성분으로 된 합금 용탕으로부터 상이한 응고 변수를 사용하에 3HA 합금과 유사한 특성을 갖는 알루미늄-실리콘 합금 제품을 제조할 수 있음을 알았다. 따라서, 본 발명의 목적은 신규하고 개선된 알루미늄-실리콘 합금 제품 및 그 제조방법을 마련하는 것이다.
본 발명에 따르면, 중량비도 다음과 같은 성분으로 기본적으로 구성되는 용탕으로부터 제조되는 압축성형된 알루미늄-실리콘 합금 제품이 마련된다.
Figure kpo00001
여기서, 잔부는 알루미늄 및 기타 불가피한 불순물이며, 성형된 제품은 10% 이하의 1차 알파-알루미늄 수지상정을 포함하고 대체로 금속간 입자의 직경이 1μ 이하인 기본적으로 공용성인 미세구조를 갖는다.
용탕에서의 실리콘 개질제의 중량 범위가 0.02% 내지 0.08%이고, 실리콘 개질제는 스트론튬인 것이 좋다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 압축성형 제품을 제조하는 방법이 마련되는데, 압축성형 공정 중에 용탕은 일정한 온도 및 압력 하에서 고화되어 응고 중에 고상성장비 R은 1,000 내지 2,500μ/s 사이가 되고, 고체/액체 경계면에서의 ℃/cm로 표시되는 온도 구배 G는 비율 G/R이 100 내지 1,000℃s/㎠ 사이가 되도록한다.
상기 방법은 성형된 제품을 제1온도로 가열 및 유지하는 단계를 포함하는 용체화 처리인 완전 열처리 공정(full heat treatment process)으로 성형된 제품을 처리하고, 제품을 물담금질하고, 상기 제1온도보다 낮은 제2온도로 가열 및 유지하는 부가적인 단계를 포함한다.
상기한 압축성형된 알루미늄-실리콘 합금 제품은 내연기관용의 실린더 라이너로 사용하는 것이 좋으나, 본 발명에 따라 압축성형된 제품은 내마모 특성이 특히 필요한 다른 부품으로도 사용할 수 있으며, 따라서 상기 제품은 이에 국한되는 것은 아니나 예컨내 내연기관 또는 압축기용의 왕복 피스톤, 자동차의 브레이크디스크, 브레이크 드럼 또는 브레이크 실린더를 포함할 수도 있다.
당해 기술에 숙련된 자는 용이하게 알 수 있듯이, 압축성형 기술은 액체 금속을 주형의 제1부분으로 주입하고, 주형 공동 내에 공기가 연행되지 않게 하면서 액체 금속이 충전되도록 압력 하에서 주형을 밀폐하고, 응고가 진행되는 동안에 형성될 수도 있는 수축 공동들이 밀폐 및 충전되도륵 금속을 압력 하에 유지하고, 그 다음에 주형을 개방하여 성형된 제품을 반출하는 단계로 구성된다.
따라서, 압축성형 공정은 일관된 온도 및 압력 하에서 금속이 고화되도록 하는 중력, 저압 또는 고압 주조와는 다르다. 전형적으로, 금속에 인가되는 압력은 70MPa 정도로서 40초 정도 유지된다. 압축성형 공정의 응고 변수는 공지된 다른 주조공정에서 얻을 수 있는 것과는 다르며, 본 발명의 방법에 따르면, 필요로하는 미세구조는 조성물로부터 지르코늄과 티타늄을 제거한 상태에서 고체의 응고 증가비 R을 1,000에서 2,500μ/s 사이로 함으로써 얻을 수 있다. 특히, 압축성형법의 직접적인 결과로서 성형된 제품에 적절한 정련도가 존재할 경우에는 티타늄을 사용하지 않아도 된다.
본 발명에 따라 제조된 내연기관용의 실린더 라이너 및 이 라이너의 단면의 미세구조를 첨부도면에 도시하였다.
시험 목적을 위한 예로서, 내연기관용의 실린더 라이너를 다음의 같은 2가지 중량비의 성분으로 되어 있는 압축성형 알루미늄-실리콘 합금 재료로 제조하였다.
Figure kpo00002
잔부는 알루미늄 및 부수적인 불순물이다.
Figure kpo00003
잔부는 알루미늄 및 부수적인 불순물이다. 상기 두 성분들로 된 실린더 라이너를 압축성형하는 동안, 응고 중의 고상 성장비 R은 1,000 내지 2,500μ/s 사이이고, ℃/cm로 표시되는 고체/액체 경계면에서의 온도구배 G는 비율 G/R이 100 내지 1,000℃s/cm2사이가 되도록 한다.
이와 같이 성형된 실린더 라이너에서, 제1도에 도시된 현미경 사진에서 나타난 미세구조는 1차 알파-알루미늄 수지상정 조직을 10% 이하로 함유하고 금속간 입자의 직경이 10μ 이하인 반드시 공융성인 것으로 나타났다.
이와 같이 성형된 실린더 라이너를 5시간 내지 20시간 동안 약 480℃ 내지 530℃로 가열하고 유지하는 용체화 처리로 충분히 열처리한 후, 고온 물속으로 라이너를 담금질한 다음 2시간 내지 30시간 정도로 약140℃ 내지 250℃의 온도로 재가열하고 유지함으로써 인위적으로 시효(ageing)시킨다. 상기 열처리된 라이너의 미세구조는 제2도의 현미경 사진에 나타나 있으며 이와 같이 충분한 열처리 후의 평균 기계적 특성은 다음과 같이 나타난다.
Figure kpo00004
더 높은 온도에서 기계적 실험을 수행하여 다음의 UTS 값을 얻었다.
Figure kpo00005
미끄럼 마모 상태에서, 상기한 바와 같이 제조된 실린더 라이너의 내마모 특성은 매우 뛰어난 것으로 밝혀졌다. 그러므로 본 발명에 따른 제품은 기본적으로 공융성인 미세구조의 적합한 특성에 기인한 장점 이외에도 비교적 짧은 제조 사이클로 공기를 포집하지 않고 고밀도로 제조할 수 있는 압축성형 공정의 고유한 장점을 갖는다. 또한, 압축성형 공정을 이용함으로써 고가의 합금 성분인 지르코늄과 티타늄을 사용하지 않을 수 있다.

Claims (5)

  1. 중량비로, 실리콘 14% 내지 16%, 구리 1.9% 내지 2.2%, 니켈 1.0% 내지 1.4%, 마그네슘 0.4%내지 0.55%, 철 0.6% 내지 1.0%, 망간 0.3% 내지 0.6%, 실리콘 개질제 0.02% 내지 0.1%이며, 잔부가 알루미늄 및 기타 불가피한 불순물로 구성된 용탕으로부터 제조되고, 이와 같이 제조된 제품이 10% 이하의 1차알파-알루미늄 수지상정 조직을 포함하는 기본적으로 공융성인 미세구조를 갖고 급속간 입자의 직경이10μ 이하인 것을 특징으로 하는 압축성형 알루미늄-실리콘 합금 제품.
  2. 제1항에 있어서, 용탕의 실리콘 개질제의 중량 범위가 0.02% 내지 0.08% 범위인 것을 특징으로 하는 합금 제품.
  3. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서, 실리콘 조절제가 스트론튬인 것을 특징으로 하는 합금 제품.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제품이 내연기관용 실린더 라이너인 것을 특징으로 하는 합금 제품.
  5. 중량비로, 실리콘 14% 내지 16%, 구리 1.9% 내지 2.2%, 니켈 1.0% 내지 1.4%, 마그네슘 0.4%내지 0.55%, 철 0.6% 내지 1.0%, 망간 0.3% 내지 0.6%, 실리콘 개질제 0.02% 내지 0.1%이며, 잔부가 알루미늄 및 기타 불가피한 불순물로 구성된 용탕을 마련하는 단계와, 응고 중에 고상 성장비 R이 1,000내지 2,500μ/s 사이가 되고 ℃/cm로 표시되는 고체/액체 경계면에서의 온도 구배 G가 비율 G/R이 100 내지 1,OOO℃s/cm2가 되고 이렇게 제조된 제품이 1O% 이하의 1차 알파-알루미늄 수지상정 조직을 포함하는 기본적으로 공용성인 미세구조를 갖고 금속간 입자의 직경이 10μ 이하로 되도록 상기 용탕이 지속적인 온도 및 압력 상태 하에서 응고되게 하는 압축 압력상태로 용탕을 유지하면서 주형 내의 용탕에 압축 압력을 인가하는 단계와, 상기에서 성형된 제품을 제1온도로 가열 및 유지하는 용체화 처리인 완전 열처리를 하고 제품을 물담금질한 후 제1온도보다 낮은 제2온도로 재가열하여 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 압축성형 알루미늄-실리콘 합금 제품의 제조방법.
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