Al-Mg계 합금으로 대표되는 Hydronalium은 Al에 Mg를 5-8wt%정도 함유한 것으로써 내식성, 강도, 연신율이 우수하고 비중이 적고 피삭성이 양호한 것으로 널리 알려져 있다.Hydronalium, which is represented by Al-Mg alloy, contains about 5-8wt% of Mg in Al. It is widely known that it has excellent corrosion resistance, strength, elongation, low specific gravity, and good machinability.
상기 Hydronalium은 450℃에서 α고용체와 β상(相)(Al3Mg2相)이 공존하는 공정을 이루는 합금이고,The hydronalium is an alloy forming a process in which α solid solution and β phase (Al 3 Mg 2 phase) coexist at 450 ° C.,
이 합금은 응고 온도범위가 넓으므로 편석이 일어나기 쉽고 또한 고온에서 Mg 고용도가 높아지므로 400℃에서 소둔열처리를 행하여 강도와 신율을 향상시켜주어야만 한다.Since the alloy has a wide solidification temperature range, segregation is likely to occur, and Mg solid solubility is increased at high temperatures. Therefore, annealing heat treatment should be performed at 400 ° C. to improve strength and elongation.
한편 Al-Mg계 합금의 용탕은 산화되기 쉽고, Mg는 강환원성 금속원소이므로 공기중 수소(H)와 접하면 수소(H)를 흡수하는 소위 금속-주형 반응(Metal-mold reaction)을 일으켜 주물 표면에 기포를 생성하므로 이를 방지하려면 소량의 Be를 넣어 합금의 산화를 방지한다.On the other hand, the molten Al-Mg alloy is easily oxidized, and Mg is a strongly reducing metal element, so when it comes into contact with hydrogen (H) in the air, it causes a so-called metal-mold reaction that absorbs hydrogen (H). Bubbles are created on the surface, so a small amount of Be is added to prevent oxidation of the alloy.
또는 주형사에 붕산 불화암모늄 등을 약 2%정도 섞어 주형을 만들면 효과가 있다.Alternatively, it is effective to make a mold by mixing about 2% of ammonium borate fluoride with the molding sand.
그런데 Al-Mg계 합금은 Mg함량 8%를 초과하면 경량이면서 강도도 높은 합금을 만들 수 있으나, 이와 같이 Mg함량이 높아질수록 용탕에서의 산화량과 수소(H)를 흡수하는 량이 많아지고 이는 합금 표면의 기포 발생원인으로 작용되어 Mg함량 8%wt초과 합금은 경제성이 없고 기술적으로 제조하기가 어려워 일반적으로 널리 사용되지 않는다.By the way, Al-Mg-based alloys can make alloys that are lightweight and have high strength when the Mg content exceeds 8%, but as the Mg content increases, the amount of oxidation and hydrogen (H) in the molten metal increases. As the cause of bubble generation on the surface, the Mg content exceeding 8% wt is not generally used because it is not economical and difficult to manufacture technically.
본 발명은 Mg 9~18wt%, Si 0.1~0.3wt%, Fe 0.1~0.2wt%, Mn 0.3~1.0wt%, Ti 0.15~0.25wt%의 조성을 갖는 Al-Mg계 합금으로써 강도와 표면 경도가 높고, 무게도 기존의 Al-Mg계 합금에 비해 2배정도 가벼운 초경량 소재에 관한 것이다.The present invention is Al-Mg-based alloy having a composition of Mg 9 ~ 18wt%, Si 0.1 ~ 0.3wt%, Fe 0.1 ~ 0.2wt%, Mn 0.3 ~ 1.0wt%, Ti 0.15 ~ 0.25wt%, the strength and surface hardness It is related to an ultra-light weight material that is about 2 times lighter than the conventional Al-Mg alloy.
이하 실시예를 기초로 하여 본 발명인 Al-Mg계 합금에 대해 설명하겠다.Hereinafter, the Al-Mg-based alloy of the present invention will be described based on Examples.
(실시예)(Example)
알루미늄 82.9Kg, Si 0.2Kg, Fe 0.2Kg, Mn 0.5Kg, Ti 0.2Kg을 흑연 도가니에 투입하고, 600~700℃로 가열하여 용융시킨 뒤 플럭스(FLUX)를 도가니 내에 투입하여 용탕 표면에 산화 방지막인 Flux층을 형성하였다.Aluminum 82.9Kg, Si 0.2Kg, Fe 0.2Kg, Mn 0.5Kg, Ti 0.2Kg are put into graphite crucible, heated to 600 ~ 700 ℃ for melting, and flux is added into the crucible to prevent oxidation on the surface of molten metal. Phosphorus Flux layer was formed.
상기 플럭스는 비철금속의 용해시 많이 사용되는 제품을 사용하였다.The flux used a product that is widely used when dissolving non-ferrous metals.
이후 산화방지 층이 형성된 용탕 속으로 긴 파이프를 통해 Mg 16Kg을 투입한 후 600-700℃에서 0.5~1시간 정도 유지한 후 주조하여 강도시험을 위한 시험편 2개를 만들어 실험한 결과는 표 1 과 같다.After putting Mg 16Kg through the long pipe into the molten metal formed with the antioxidant layer, and then maintained at 600-700 ℃ for about 0.5 to 1 hour and cast to make two test specimens for strength test The results are shown in Table 1 and same.
표 1 기계적 성질 구분 | 인장강도Kgf/㎟ | 경도(HB) | 단위체적당무게비 |
본 발명 | 40 | 100 | 0.2 |
기존Al-Mg(합금) | 32 | 65 | 1 |
Table 1 Mechanical properties division | Tensile Strength Kgf / ㎡ | Hardness (HB) | Weight ratio per unit volume |
The present invention | 40 | 100 | 0.2 |
Conventional Al-Mg (alloy) | 32 | 65 | One |
위 표1에서와 같이 인장강도 및 경도가 기존 Al-Mg계 합금에 비해 약 30~40%정도 향상되어 있음을 알 수 있고, 단위 체적당 무게도 약 1.8배 정도 경량화 되어있음도 확인하였다.As shown in Table 1, it can be seen that the tensile strength and hardness are improved by about 30 to 40% compared to the existing Al-Mg alloy, and the weight per unit volume is also about 1.8 times lighter.
한편 본 발명에서의 합금 조성비에 따른 수치 한정 이유로 자세히 설명하면On the other hand, if described in detail for reasons of numerical limitation according to the alloy composition ratio in the present invention
① Mg : 9~18wt%① Mg: 9 ~ 18wt%
Mg는 Al합금의 강도 향상은 물론 주조 후 응고 과정에서의 치수변화가 적고, 가벼우며 주조성 및 기계 가공성, 충격인성 그리고 용접성도 뛰어난 금속원소이다.Mg is a metal element that is not only improved in strength of Al alloy but also small in dimensional change during the solidification process after casting, and is excellent in castability, machinability, impact toughness and weldability.
Mg 9wt%미만이면 강도가 낮아지고, Mg 18wt%을 초과하면 압연 또는 압출시 엣지부가 파괴되기 쉬워 가공성 및 생산성이 떨어진다.If the Mg is less than 9wt%, the strength is lowered. If the Mg is more than 18wt%, the edge part is easily broken during rolling or extrusion, resulting in poor workability and productivity.
또한 Mg함량이 18wt%을 초과하면 적층 결함에너지 값이 낮아져서 부분 전위간의 거리가 넓어지고 따라서 합금 기지 조직의 적층결함 영역이 넓어져 합금표면에 미세기포가 발생되는 문제점을 안고 있다.In addition, when the Mg content exceeds 18wt%, the lamination defect energy value is lowered, so that the distance between the partial potentials is widened, and thus, the lamination defect region of the alloy matrix structure is enlarged, thereby causing microbubbles on the alloy surface.
② Si : 0.1~0.3wt%② Si: 0.1 ~ 0.3wt%
Si은 Al 메트릭스에 고용되어 Al합금의 피로강도와 내마모성을 향상시키는 원소로 작용한다.Si is dissolved in the Al matrix and serves as an element to improve the fatigue strength and wear resistance of the Al alloy.
그 함량이 0.1wt% 미만일 때는 효과가 거의 나타나지 아니하고 0.3wt%를 초과하면 Si입자가 조대하게 석출되어 가공성이 나빠진다.When the content is less than 0.1wt%, the effect is hardly exhibited. If the content is more than 0.3wt%, Si particles are coarsened and workability is deteriorated.
③ Fe : 0.1~0.3wt%③ Fe: 0.1 ~ 0.3wt%
Fe는 Al 합금에서 금속간 화합물로서 정출되고 Al합금의 내마모성을 향상시키는 원소이다.Fe is an element which is crystallized as an intermetallic compound in an Al alloy and improves the wear resistance of the Al alloy.
그 함량이 0.1wt% 미만에는 내마모 효과가 거의 없고 0.3wt%를 초과하면 입자가 조대화 되어 가공성이 떨어진다.If the content is less than 0.1wt%, there is almost no abrasion resistance effect, and if the content exceeds 0.3wt%, the particles are coarsened and workability is poor.
④ Mn 0.3~1.0wt%④ Mn 0.3 ~ 1.0wt%
Mn은 Mg계 화합물을 균일 미세하게 석출시키고 성형 후 가열시 강도를 증가 시키며 미세결정립을 얻는데 필요한 금속원소이다.Mn is a metal element necessary for depositing Mg-based compounds uniformly, increasing strength upon heating after molding, and obtaining microcrystal grains.
그 함량이 0.3wt% 미만이면 상기 효과가 나타나지 아니하고 1.0wt%를 초과하면 조대한 금속간 화합물이 형성되어 연신율을 저하시켜 인성이 낮아진다.If the content is less than 0.3wt%, the above effect does not appear. If the content is more than 1.0wt%, coarse intermetallic compounds are formed to lower the elongation and thus lower the toughness.
따라서 Mn의 조성 범위는 0.3~1.0wt%로 한다.Therefore, the composition range of Mn is 0.3 to 1.0 wt%.
⑤ Ti : 0.15~0.25wt%⑤ Ti: 0.15 ~ 0.25wt%
Ti은 입자 미세화 원소로서 Al합금의 강도를 더욱 향상시키는데 필요하다.Ti is necessary for further improving the strength of the Al alloy as a particle refining element.
그 함량이 0.25wt%를 초과하면 조대한 금속간 화합물을 형성하여 성형성(가공성)을 감소시키고 0.15wt% 미만이면 합금의 강도 향상에 기여하지 못한다.If the content is more than 0.25wt%, coarse intermetallic compounds are formed to reduce moldability (processability), and if it is less than 0.15wt%, it does not contribute to improving the strength of the alloy.