WO2012070803A2 - 자동차 샤시 및 차체용 알루미늄-마그네슘-규소-구리 합금 및 그 주조방법 - Google Patents

자동차 샤시 및 차체용 알루미늄-마그네슘-규소-구리 합금 및 그 주조방법 Download PDF

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한범석
김경재
전진우
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현대비앤지스틸 주식회사
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C21/08—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent with silicon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/002—Castings of light metals
    • B22D21/007—Castings of light metals with low melting point, e.g. Al 659 degrees C, Mg 650 degrees C
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
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    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys

Definitions

  • the present invention relates to an Al-Mg-Si-Cu alloy and its casting method that can be used in automobile chassis and vehicle bodies.
  • Aluminum (Al) is lighter than steel, but also excellent in corrosion resistance, and the formability of the material is superior to other lightweight materials, so the field applied for the weight reduction of automobiles is increasing. Efforts to use Al as a material for automobile chassis and body weight are being accelerated.
  • the automobile subframe which is one of the chassis parts, is generally manufactured by welding the steel press-molded members, but when it is made of Al material, the weight of the vehicle body can be achieved.
  • Al alloys containing magnesium may be used as Al alloys for automobile chassis and vehicle body.
  • Mg magnesium
  • Mg may be dissolved in Al at about 450 ° C. up to about 17.4 wt% (wt%).
  • oxides or inclusions may be mixed into the Al molten metal by Mg having a chemically high oxidative property to reduce the cleanliness of the molten metal.
  • Mg oxides or inclusions
  • the cleanliness of the molten metal As the amount of Mg added to the Al molten metal increases, the problem due to the oxidation of Mg becomes serious.
  • Such a decrease in the cleanliness of the molten metal may greatly affect the properties of the alloy cast. For example, in the case of casting Al molten metal with reduced cleanliness due to the addition of high Mg, casting cracks may occur during casting. In addition, the alloy thus cast is significantly reduced workability. Therefore, when manufacturing an Al-Mg alloy, it is common to design the composition of Mg not more than 5wt% in consideration of castability and workability.
  • this SF 6 gas is equivalent to high increase the manufacturing cost As a gas that causes environmental problems, it is increasingly regulated worldwide.
  • the present invention is a method for casting an Al-Mg-Si-Cu alloy that can be used in automobile chassis and body, casting method that can realize excellent mechanical properties by adding a high composition of Mg while minimizing the use of a protective gas and
  • An object is to provide an Al-Mg-Si-Cu alloy produced by the casting method.
  • Mg-Si-Cu alloy casting method is provided.
  • the casting may be performed by sand casting.
  • the Al-Mg-Si-Cu alloy may contain 4 to 9 wt% Mg, 0.5 to 5 wt% Si, and 0.1 to 2 wt% Cu, and the balance may be made of Al and inevitable impurities.
  • Si and Cu may not use SF 6 gas as a protective gas.
  • Al-Mg-Si for automobile chassis and vehicle body comprising 4 to 9 wt% Mg, 0.5 to 5 wt% Si, 0.1 to 2 wt% Cu, the balance being Al and unavoidable impurities -Cu shares are provided.
  • the composition of Mg may be in the range of 5 to 9wt%.
  • the present invention it is possible to produce Al-Mg-Si-Cu alloys containing 5 wt% or more of magnesium but having excellent castability and mechanical properties.
  • the Al-Mg-Si-Cu alloy according to the present invention may be applied to a chassis of a motor vehicle, for example, a subframe, or applied to a vehicle body or simultaneously.
  • a material which is significantly lighter than that of a conventional steel material can be used, thereby greatly contributing to weight reduction in an automobile.
  • Figure 2 is a flow chart showing step by step a method for producing an Al-Mg-Si-Cu alloy according to the present invention.
  • Figures 3a and 3b respectively shows the appearance of the residual water when using the SF 6 gas as a protective gas when 6w% Mg is added to the Al molten metal
  • 4A to 4C show the results of observing the internal tissues of Examples 1 to 3 with an optical microscope.
  • wt% does not include the boundary value when it is above or below, but is simply designated as a range, or when it is above or below.
  • the Al-Mg-Si-Cu alloy prepared according to the present invention is included in the alloy element itself in addition to Al, Mg, Si, and Cu intentionally added as an alloying element during the manufacturing process, or unintentionally in the manufacturing step of the alloy. It may contain inevitable impurities that are introduced.
  • the Al-Mg-Si-Cu alloy prepared according to the present invention may be applied to an automobile chassis such as a subframe, or may be applied to an automobile body or simultaneously.
  • Figure 2 is a flow chart showing step by step a method for producing an Al-Mg-Si-Cu alloy according to the present invention.
  • the molten Al may be referred to as a first Al melt as provided to form an Al-Mg mother alloy.
  • the Al molten metal provided to add the Al-Mg-Si-Cu mother alloy to be described later may be referred to as a second Al molten metal to distinguish it from the first Al molten metal.
  • the mother alloy refers to an alloy prepared for addition into the molten metal provided in a subsequent step, and separately referred to as an alloy for a result prepared by adding the mother alloy.
  • the composition of Mg added may be set higher than that of Mg in the Al-Mg-Si-Cu alloy in consideration of the ratio of dilution in the second Al melt.
  • an upper portion of the first Al melt to which Mg is added may be protected by a protective gas.
  • the protective gas may be SF6, SO2, CO2, HFC-134a, Novec TM 612, inert gas and its equivalents, or a mixture thereof.
  • 3A and 3B show the state of residual water when 6 w% of Mg was added to Al molten metal, and when SF 6 gas was used as a protective gas.
  • FIG. 3A it can be seen that when the SF 6 gas is not used, the residue is changed to black due to the oxidation of Mg.
  • FIG. 3B it can be seen that oxidation of the residual water hardly occurred when SF 6 gas was used.
  • the first Al melt with Mg added may be stirred by any suitable means.
  • it may be mechanically stirred using the stirring means installed in the lower part of the furnace or may be stirred using the electromagnetic stirring means installed outside the furnace.
  • the first Al molten metal is cast into a mold to prepare an Al-Mg mother alloy (S3).
  • the mold may use any one selected from a mold, a sand mold, a ceramic mold, a graphite mold, and an equivalent thereof.
  • casting methods include sand casting, die casting, gravity casting, continuous casting, low pressure casting, squeeze casting, lost wax casting, thixo casting, and the like.
  • the present invention does not limit the type of mold and the manner of casting.
  • the Al-Mg mother alloy thus prepared is added again as a source of Mg to the second Al melt.
  • the second Al melt is prepared (S4).
  • the Al-Mg mother alloy prepared by the above-described method as a source of Mg together with Si and Cu is introduced into the second Al melt (S5).
  • the Al-Mg mother alloy as shown in the Al-Mg state diagram of Figure 1 the melting point is reduced compared to pure Mg.
  • the melting point is reduced by about 200 ° C compared to the melting point (651 ° C) of pure Mg.
  • the Al-Mg mother alloy added to the second Al melt may be dissolved at a relatively lower temperature than the Mg added to the first Al melt. Due to this drop in melting point, substantially dissolution of Mg in the second Al melt can be easily accomplished in a faster time.
  • the Al-Mg mother alloy is added to the second Al melt, Mg is added after Al is already alloyed, and thus Mg generated in the Al melt even when a protective gas such as SF 6 is not used.
  • a protective gas such as SF 6
  • the problem due to the ignition of is greatly reduced. Therefore, the Al molten metal containing Mg can be kept clean even without using an expensive protective gas that causes environmental problems such as SF 6 gas.
  • Mg is added in the form of Al-Mg mother alloy in the Al molten metal, Mg can be stably added to a high composition without causing problems when Mg is added directly to Al molten metal.
  • Stirring may be performed for sufficient dissolution of the Al-Mg mother alloy added in the second Al melt. Since the stirring has already been described above, a detailed description thereof will be omitted.
  • the composition of Mg added in the second Al melt can be calculated using the Al amount of the second Al melt before the Al-Mg master alloy is added and the composition of Al and Mg in the Al-Mg master alloy. .
  • W Mg and W Al1 are the weights of Mg and Al in the Al-Mg mother alloy, respectively, and W Al2 is the weight of Al used to form the second Al melt.
  • the composition of Mg in the Al-Mg mother alloy is relatively higher than that of the Al-Mg-Si-Cu alloy, and the Al-Mg-Si-Cu alloy is diluted according to the above equation. It will have a relatively low Mg composition.
  • the Mg composition in the Al-Mg mother alloy may range from 10 to 40 wt%, and the Mg composition in the Al-Mg-Si-Cu alloy prepared therefrom may have a higher content than the main Al-based main alloy.
  • the composition of Mg can range from 4 to 9 wt%, more strictly from 5 to 7 wt%, more strictly from 7 to 9 wt%.
  • Mg 2 Si intermetallic compound may be added to improve the flowability of the molten metal to improve castability.
  • it may react with Mg to form an Mg 2 Si intermetallic compound.
  • Mg 2 Si intermetallic compound is distributed in the Al matrix and can improve the strength of the alloy.
  • the composition of such Si may range from 0.5 to 5 wt% in the alloy. If the composition of Si is less than 0.5wt%, the fluidity of the molten metal may not be improved, and if it is more than 5wt%, the elongation may be reduced due to coarsening of primary Si in the cast alloy.
  • Cu may be added to improve the strength of the cast Al alloy.
  • age hardening may occur during the heat treatment of the cast alloy to cause the strength of the alloy.
  • Such Cu may be in the range of 0.1 to 2 wt% in the alloy. If the composition of Cu is less than 0.1wt% does not affect the toughness improvement, if it is more than 2wt% may be beneficial to mechanical properties, but may cause corrosion resistance problems.
  • the Al-Mg-Si-Cu alloy after preparing the Al-Mg mother alloy having a high Mg composition, the Al-Mg-Si-Cu alloy can be prepared as much as the inverse ratio of the dilution ratio in the process of diluting it.
  • a magnesium alloy composition of 20 wt% when the dilution ratio is 0.25, an Al-Mg-Si-Cu alloy having a magnesium composition of 5 wt% may be produced about 4 times by weight.
  • the protective gas is used only in the step of manufacturing the Al-Mg mother alloy, and once the mother alloy is manufactured, the protective gas is not necessary in the step of manufacturing the Al-Mg-Si-Cu alloy through subsequent dilution. Therefore, it is possible to economically manufacture Al-Mg-Si-Cu alloys having a high Mg composition while minimizing the use of expensive and environmentally friendly protective gases such as SF 6 gas.
  • Table 1 shows Al-Mg-Si-Cu alloys cast by sand casting without using the protective gas SF 6 according to the present invention.
  • the composition of Mg is 5wt%
  • the composition of Si is 2wt%
  • the composition of Cu is 0.5.
  • Al-5Mg-2Si-0.5Cu alloy (Example 1), wt%, Al-7Mg-2Si-0.5Cu (Example 2) and 9wt, the composition of Si and Cu are the same, and the composition of Mg is 7wt%, respectively
  • the mechanical properties of Al-9Mg-2Si-0.5Cu (Example 3),%, are shown.
  • the mechanical properties on the KS D 6008 specification of the commercial Al-Mg main alloy AC7A-F alloy is shown.
  • the alloys (Examples 1 to 3) according to the embodiment of the present invention exhibited significantly higher tensile strength values and better elongation at the same time than AC7A-F, which is a commercial Al main alloy. have.
  • the content of Mg added in Al is controlled to about 5% or less, and the composition of Mg is 3.5 to 5.5wt% even in the case of AC7A-F having a higher Mg than other Al main alloys of commercial Al main alloys. Has a range.
  • the casting methods according to the present invention are very economical and effective considering that the present embodiments are all manufactured to have a high Mg composition of 5 wt% or more without using a protective gas such as SF 6 gas.
  • 4A to 4C show the results of observing the internal tissues of Examples 1 to 3 with an optical microscope.

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Abstract

본 발명은 자동차 샤시 및 차체에 사용할 수 있는 Al-Mg-Si-Cu 합금을 주조하기 위한 방법으로서, 보호가스의 사용을 최소화하면서도 높은 조성의 Mg을 첨가함으로서 우수한 기계적 특성을 구현할 수 있는 주조방법 및 그 주조방법에 의해 제조된 Al-Mg-Si-Cu 합금의 제공을 목적으로 한다. 본 발명의 일 측면에 의하면, Al 용탕을 준비하는 단계; 상기 Al 용탕에 Al-Mg 모합금, Si 및 Cu를 첨가하는 단계; 및 상기 Al용탕을 주조하는 단계를 포함하는 자동차 샤시 및 차체용 Al-Mg-Si-Cu 합금 주조방법이 제공된다.

Description

자동차 샤시 및 차체용 알루미늄-마그네슘-규소-구리 합금 및 그 주조방법
본 발명은 자동차 샤시 및 차체에 이용될 수 있는 Al-Mg-Si-Cu 합금 및 그 주조방법에 관한 것이다.
알루미늄(Al)은 철강재에 비해 가벼우면서도 내식성이 뛰어나고, 소재의 성형성도 다른 경량재료에 비해 우수하기 때문에 최근 자동차의 경량화를 위해 적용되는 분야가 점점 증가하고 있다. 자동차 샤시 및 차체에도 경량화를 위해 그 소재로서 Al을 이용하려는 노력들이 가속화 되고 있다. 예를 들어 샤시 부품 중 하나인 자동차 서브프레임은 주로 강재를 프레스 성형한 부재들을 용접하여 제조하는 것이 일반적이나 이를 Al 소재로 제조할 경우 차체의 경량화를 달성할 수 있다.
이러한 자동차 샤시 및 차체용 Al 합금으로 마그네슘(Mg)을 첨가한 Al 합금이 이용될 수 있다. Mg이 Al에 첨가되는 경우, 고용강화에 따른 강도증가를 일으킬 수 있으며 내식성이 향상된다.
도 1에 도시된 Al-Mg 상태도를 통해 알 수 있듯이, Mg은 약 450℃ 온도에서 Al에 약 17.4중량%(wt%) 까지 고용될 수 있다. 그러나 Mg을 Al 용탕 내에서 합금화 하는 과정 중에 화학적으로 높은 산화성을 가진 Mg에 의해 산화물이나 개재물이 Al 용탕에 혼입되어 용탕의 청정도를 저하시키는 문제점을 일으킬 수 있다. Al 용탕에 첨가되는 Mg의 양이 증가될수록 이러한 Mg의 산화에 따른 문제가 심각해진다. 이러한 용탕 청정도의 저하는 이를 주조한 합금의 특성에 큰 영향을 줄 수 있다. 예를 들어 높은 조성의 Mg을 첨가함으로 인해 청정도가 저하된 Al 용탕을 주조하는 경우, 주조 중에 주조균열이 발생할 수 있다. 또한 이렇게 주조된 합금은 가공성이 현저하게 감소하게 된다. 따라서 Al-Mg 합금을 제조하는 경우, 주조성과 가공성을 고려하여 Mg의 조성이 5wt%를 넘지 않게 설계하는 것이 일반적이다.
이러한 Mg 첨가에 따른 산화물 및 개재물 혼입을 억제하기 위해 Mg의 첨가 시 SF6 가스 등을 보호가스로서 용탕표면을 도포하는 방법을 생각해 볼 수 있으나, 이러한 SF6 가스는 고가에 해당되어 제조단가를 상승시킬 뿐만 아니라 환경문제를 유발하는 가스로서 전 세계적으로 점차 그 사용이 규제되고 있다.
본 발명은 자동차 샤시 및 차체에 사용할 수 있는 Al-Mg-Si-Cu 합금을 주조하기 위한 방법으로서, 보호가스의 사용을 최소화하면서도 높은 조성의 Mg을 첨가함으로서 우수한 기계적 특성을 구현할 수 있는 주조방법 및 그 주조방법에 의해 제조된 Al-Mg-Si-Cu 합금의 제공을 목적으로 한다. 전술한 과제는 예시적으로 제시되었고, 본 발명의 범위가 이러한 과제에 의해서 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면에 의하면, Al 용탕을 준비하는 단계, 상기 Al 용탕에 Al-Mg 모합금, Si 및 Cu를 첨가하는 단계 및 상기 Al용탕을 주조하는 단계를 포함하는 자동차 샤시 및 차체용 Al-Mg-Si-Cu 합금 주조방법이 제공된다.
이때 상기 주조하는 단계는 사형주조로 수행될 수 있다.
또한 상기 Al-Mg-Si-Cu 합금은 4 내지 9wt%의 Mg, 0.5 내지 5wt%의 Si 및 0.1 내지 2wt%의 Cu를 포함하고, 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
또한 상기 Al-Mg 모합금, Si 및 Cu를 첨가하는 단계에서는 보호가스로서 SF6 가스를 사용하지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 4 내지 9wt%의 Mg, 0.5 내지 5wt%의 Si, 0.1 내지 2wt%의 Cu를 포함하고, 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지는 자동차 샤시 및 차체용 Al-Mg-Si-Cu 주조합금이 제공된다.
이때 상기 Mg의 조성은 5 내지 9wt% 범위에 있을 수 있다.
본 발명에 따르는 경우, 5wt% 이상의 마그네슘을 함유하면서도 우수한 주조성 및 기계적 특성을 가지는 Al-Mg-Si-Cu 합금을 제조할 수 있다. 또한 이러한 Al-Mg-Si-Cu 합금의 제조 과정 중 Al-Mg 모합금을 첨가하는 단계에서 보호가스를 사용하지 않아도 매우 우수한 주조성을 확보할 수 있어 친환경적이면도 경제적인 합금의 제조를 가능하게 한다.
이러한 본 발명에 따른 Al-Mg-Si-Cu 합금은 자동차의 샤시, 예를 들어 서브프레임에 적용되거나 자동차 차체에 적용되거나 동시에 적용될 수 있다. 자동차 샤시나 차체를 제조할 경우, 종래의 강재로 구성된 것에 비해 현저하게 경량화된 소재를 사용할 수 있음에 따라 자동차에 경량화에 크게 기여할 수 있게 된다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 Al-Mg 상태도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 Al-Mg-Si-Cu 합금을 제조하는 방법을 단계별로 나타낸 순서도이다.
도 3a 및 3b는 각각 Al 용탕에 6w%의 Mg을 첨가한 경우, 보호가스로 SF6 가스를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우의 잔탕의 양상을 나타낸 것이다
도 4a 내지 4c는 실시예 1 내지 3의 내부조직을 광학현미경으로 관찰한 결과이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
중량%(wt%)에 대한 범위는 초과 또는 미만인 경우에는 그 경계값을 포함하지 않고, 단순히 범위로 지정되거나, 이상 또는 이하로 지정된 경우에는 그 경계값을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
또한 본 발명에 따라 제조된 Al-Mg-Si-Cu 합금은 제조과정 중에 합금원소로서 의도적으로 첨가되는 Al, Mg, Si 및 Cu 이외에 상기 합금원소 자체에 포함되거나 또는 합금의 제조단계에서 의도하지 않게 인입되는 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따라 제조된 Al-Mg-Si-Cu 합금은 서브프레임과 같은 자동차용 샤시에 적용되거나, 자동차 차체에 적용되거나 동시에 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 Al-Mg-Si-Cu 합금을 제조하는 방법을 단계별로 나타낸 순서도이다.
우선 Al-Mg 모합금을 제조하기 Al 용탕을 제공한다(S1). 이때 상기 Al 용탕은 Al-Mg 모합금을 형성하기 위하여 제공되는 것으로서 제 1 Al 용탕으로 지칭할 수 있다. 한편, 후술하는 상기 Al-Mg-Si-Cu 모합금을 첨가하기 위하여 제공되는 Al 용탕은 상기 제 1 Al 용탕과 구분하기 위해 제 2 Al 용탕으로 지칭할 수 있다.
이때 모합금은 후속 단계에서 제공되는 용탕 내에 첨가하기 위하여 제조된 합금을 지칭하는 것이며, 이와 구분하여 모합금을 첨가하여 제조한 결과물에 대해서는 합금으로 지칭한다.
다음 제 1 Al 용탕에 Mg을 첨가한 후 상기 Mg을 용해시킨다(S2). 이때 첨가되는 Mg의 조성은 추후 제 2 Al 용탕에서 희석되는 비율을 감안하여 Al-Mg-Si-Cu 합금에서의 Mg 조성 보다 높게 설정할 수 있다.
Al-Mg 모합금을 제조하는 단계에서는 Mg이 첨가된 제 1 Al 용탕의 상부를 보호가스로 보호할 수 있다. 보호가스는 SF6, SO2, CO2, HFC-134a, Novec™612, 비활성기체 및 그 등가물, 또는 이들의 혼합 가스를 이용할 수 있다. 이러한 보호가스는 Al 용탕 내에 높은 조성의 Mg이 첨가되는 경우, 용탕 내의 Mg이 대기 중의 산소와 반응하여 발화되는 현상에 기인하여 용탕 내에 산화물 기타 불순물들이 개재되는 것을 방지할 수 있다.
도 3a 및 3b에는 Al 용탕에 6w%의 Mg을 첨가한 경우, 보호가스로 SF6 가스를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우의 잔탕의 양상이 나타나 있다. 도 3a를 참조하면, SF6 가스를 사용하지 않은 경우에는 잔탕이 Mg의 산화로 인해 흑색으로 변화된 것을 알 수 있다. 이에 비해 도 3b를 참조하면, SF6가스를 사용한 경우 잔탕의 산화가 거의 일어나지 않은 것을 알 수 있다.
Mg을 첨가한 제 1 Al 용탕은 적절한 수단으로 교반될 수 있다. 예를 들어 용해로 하부에 설치된 교반수단을 이용하여 기계적으로 교반하거나 또는 용해로 외부에 설치된 전자기 교반수단을 이용하여 교반할 수 있다.
Mg이 충분히 용해된 후 제 1 Al 용탕을 주형에 주조하여 Al-Mg 모합금을 제조한다(S3). 이때 상기 주형은 금형, 사형, 세라믹형, 그라파이트형 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다. 또한, 주조 방식은 사형주조, 다이캐스팅(die casting), 중력주조, 연속주조, 저압주조, 스퀴즈캐스팅, 로스트왁스주조(lost wax casting), 틱소캐스팅(thixo casting) 등을 들 수 있다. 그러나 본 발명이 주형의 종류 및 주조의 방식을 한정하는 것은 아니다.
이와 같이 제조된 Al-Mg 모합금은 제 2 Al 용탕에 Mg의 공급원으로서 다시 첨가된다.
구체적으로 제 2 Al 용탕을 준비한다(S4). 다음, Si 및 Cu와 함께 Mg의 공급원으로서 상술한 방법에 의해 제조된 Al-Mg 모합금을 상기 제 2 Al 용탕에 투입한다(S5).
이때 Al-Mg 모합금은 도 1의 Al-Mg 상태도를 통해 알 수 있듯이, 순수한 Mg에 비해 용융점이 감소하게 된다. 예를 들어 Al-Mg 모합금 중 Mg의 조성이 약 38 wt%에 이를 경우 용융점은 순수한 Mg의 용융점(651℃)에 비해 약 200℃ 정도 감소하게 된다.
따라서 제 2 Al 용탕에 첨가된 Al-Mg 모합금은 제 1 Al 용탕에 첨가된 Mg 보다 상대적으로 더 낮은 온도에서 용해가 이루어 질 수 있다. 이러한 용융점의 강하로 인해 실질적으로 제 2 Al 용탕 내에서의 Mg의 용해가 보다 빠른 시간 내에 용이하게 이루어 질 수 있게 된다.
또한 제 2 Al 용탕에 Al-Mg 모합금을 첨가하는 경우에는 Al 내에 Mg이 이미 합금화가 완료된 상태에서 첨가되는 것임에 따라 SF6 등과 같은 보호가스를 사용하지 않는 경우에도 Al 용탕 내에서 발생하는 Mg의 발화에 따른 문제가 현저하게 감소되게 된다. 따라서 SF6 가스와 같은 환경문제를 유발하는 고가의 보호가스를 사용하지 않더라도 Mg을 포함하는 Al 용탕을 청정하게 유지할 수 있다. 이와 같이 Al 용탕 내에 Mg이 Al-Mg 모합금 형태로 첨가됨에 따라 Al 용탕에 직접 Mg을 첨가할 때 발생되는 문제없이 Mg을 안정적으로 높은 조성까지 첨가할 수 있게 된다.
제 2 Al 용탕 내에 첨가된 Al-Mg 모합금의 충분한 용해를 위해 교반을 수행할 수 있다. 교반에 관해서는 위에서 이미 설명하였으므로 구체적인 설명은 생략한다.
다음, 제 2 Al 용탕 내에서 Al-Mg 모합금, Si 및 Cu를 충분히 용해한 후 주조하여Al-Mg-Si-Cu합금을 제조한다(S6). 주조방법 관련해서는 위에서 이미 설명하였으므로 구체적인 설명은 생략한다.
이러한 본 발명에 의할 시 Al-Mg 모합금이 첨가되지 전의 제 2 Al 용탕의 Al 양과 Al-Mg 모합금에서의 Al 및 Mg의 조성을 이용하여 제 2 Al 용탕 내에 첨가되는 Mg의 조성을 계산할 수 있다.
즉, Al-Mg 모합금을 제 2 Al 용탕에 첨가함으로써 상기 Al-Mg 모합금 내의 Mg의 희석화가 일어나게 되며, 희석화된 Mg의 조성은 아래의 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2011008780-appb-I000001
여기서 WMg 및 WAl1은 각각 Al-Mg 모합금 내 Mg 및 Al의 중량이며, WAl2은 제 2 Al 용탕 형성에 이용된 Al의 중량이다.
이러한 수학식을 이용함으로써 목적하는 제 2 Al 용탕 내에서의 Mg의 조성을 설계할 수 있다.
본 발명에 있어서 Al-Mg 모합금 내의 Mg의 조성은 상대적으로Al-Mg-Si-Cu 합금에 비해 높은 값을 가지게 되며,Al-Mg-Si-Cu합금은 위 수학식에 따라 희석된 만큼의 상대적으로 낮은 Mg 조성을 가지게 된다.
예를 들어 Al-Mg 모합금 내의 Mg 조성은 10 내지 40wt% 범위를 가질 수 있으며, 이로부터 제조된Al-Mg-Si-Cu합금 내의 Mg 조성은 일반적인 Al 사용 주조합금에 비해 고함량을 가질 수 있다. 예를 들어, Mg의 조성은 4 내지 9wt%의 범위를 가질 수 있으며, 더 엄격하게는 5 내지 7wt%, 더욱 엄격하게는 7 내지 9wt% 범위를 가질 수 있다.
Si은 용탕의 유동을 향상시켜 주조성을 개선하기 위하여 첨가될 수 있다. 또한 주조된 합금을 열처리하는 경우, Mg와 반응하여 Mg2Si 금속간화합물을 형성할 수 있다. 이러한 Mg2Si 금속간 화합물은 Al 기지 내에 분포하며 합금의 강도를 향상시킬 수 있다.
이러한 Si의 조성은 합금 내에서 0.5 내지 5wt%의 범위를 가질 수 있다. Si의 조성이 0.5wt% 미만인 경우에는 용탕의 유동성 개선에 영향을 주지 못하며, 5wt% 초과일 경우에는 주조된 합금 내 초정 Si의 조대화에 의해 연신율이 저하될 수 있다.
Cu는 주조된 Al 합금의 강도향상을 위해 첨가될 수 있다. 또한 주조된 합금의 열처리 과정에서 시효경화를 일으켜 합금의 강도를 일으킬 수 있다.
이러한 Cu는 합금 내에서 0.1 내지 2 wt% 범위에 있을 수 있다. Cu의 조성이 0.1wt% 미만일 경우에는 인성 향상에 영향을 주지 못하며, 2wt% 초과일 경우에는 기계적 특성에는 유리할 수 있으나 내식성 문제를 초래할 수 있다.
본 발명에 의할 시, 일단 높은 Mg 조성을 가지는 Al- Mg 모합금을 제조한 후, 이를 희석하는 과정에서 희석비의 역수비 만큼의 Al-Mg-Si-Cu 합금을 제조할 수 있다. 예를 들어 마그네슘의 조성이 20wt%의 모합금을 제조한 경우, 희석율을 0.25로 하면, 5wt%의 마그네슘 조성을 가지는 Al-Mg-Si-Cu 합금을 중량비로 약 4배 정도 제조할 수 있다.
이때 Al-Mg 모합금을 제조하는 단계에서만 보호가스를 사용하고 일단 모합금이 제조되고 나면 후속의 희석을 통해 Al-Mg-Si-Cu합금을 제조하는 단계에서는 보호가스를 사용할 필요가 없다. 따라서 SF6 가스와 같은 고가이면서 환경문제를 일으키는 보호가스의 사용을 최소화 하면서도 높은 Mg 조성을 가지는 Al-Mg-Si-Cu 합금을 경제적으로 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실시예들을 제공한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실시예들에 의해서 한정되는 것은 아니다.
표 1에는 본 발명에 따라 보호가스인 SF6를 사용하지 않고 사형주조로 주조된 Al-Mg-Si-Cu합금으로서, Mg의 조성이 5wt%, Si의 조성이 2wt%, Cu의 조성이 0.5wt%인 Al-5Mg-2Si-0.5Cu 합금(실시예 1)과, Si 및 Cu의 조성은 동일하고 Mg의 조성이 각각 7wt%인 Al-7Mg-2Si-0.5Cu(실시예 2) 및 9wt%인 Al-9Mg-2Si-0.5Cu(실시예 3)의 기계적 특성이 나타나 있다. 한편 비교예로서 상용 Al-Mg 주조합금인 AC7A-F 합금의 KS D 6008 규격 상의 기계적 특성이 나타나 있다.
표 1
인장강도(MPa) 연신율(%)
실시예 1 242.4 16.5
실시예 2 302.9 22.2
실시예 3 326.1 21.6
AC7A-F 210 12
표 1로부터 알 수 있듯이 본 발명의 실시예에 따른 합금(실시예 1 내지 3)이 상용 Al 주조합금인 AC7A-F에 비해 월등하게 높은 인장강도값을 나타냄과 동시에 더 우수한 연신율을 나타냄을 알 수 있다.
종래의 방법으로 제조된 Al-Mg 합금의 경우 Mg이 고함량으로 증가되는 경우 주조균열이 발생되며, 이에 따라 열악한 연신율은 나타내게 된다. 따라서 일반적으로 Al 내에 첨가되는 Mg의 함량을 약 5% 이하로 조절하며, 상용 Al 주조합금 중 다른 Al 주조합금에 비해 Mg이 고함량이 AC7A-F의 경우에도 Mg의 조성이 3.5 내지 5.5wt% 범위를 가지고 있다.
이에 비해 실시예 1 내지 3는 모두 Mg의 조성이 5wt% 내지 9wt%로서 높은 Mg 조성을 가지고 있음에도, 주조 시 주조균열이 발생되지 않았으며 주조된 합금의 기계적 성질도 AC7A-F에 비해 월등하게 우수한 특성을 나타내었다.
또한 본 실시예들은 모두 SF6 가스와 같은 보호가스의 사용 없이 5wt% 이상의 높은 Mg 조성을 가지도록 제조되었다는 점을 감안할 때 본 발명에 따른 주조방법이 매우 경제적이면서도 효과적이라는 것을 알 수 있다.
도 4a 내지 도4c에는 실시예 1 내지 3의 내부조직을 광학현미경으로 관찰한 결과가 나타나 있다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 실시예 1 내지 3의 내부는 용탕 중 Mg의 산화로 인하여 생성된 산화물 기타 개재물과 같은 불순물이 발견되지 않은 매우 양호한 조직을 나타내었다.
이러한 본 발명에 따른 Al-Mg-Si-Cu 합금을 이용하여 자동차용 서브프레임을 제조할 경우, 종래의 강재로 구성된 서브프레임에 비해 현저하게 경량화된 소재를 적용함에 따라 자동차에 경량화에 크게 기여할 수 있게 된다.
발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.

Claims (6)

  1. Al 용탕을 준비하는 단계;
    상기 Al 용탕에 Al-Mg 모합금, Si 및 Cu를 첨가하는 단계; 및
    상기 Al용탕을 주조하는 단계;
    를 포함하는 자동차 샤시 및 차체용 Al-Mg-Si-Cu 합금 주조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 주조하는 단계는 사형주조로 수행되는, 자동차 샤시 및 차체용 Al-Mg-Si-Cu 합금 주조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 Al-Si-Mg-Cu 합금은 4 내지 9wt%의 Mg, 0.5 내지 5wt%의 Si 및 0.1 내지 2wt%의 Cu를 포함하고, 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지는, 자동차 샤시 및 차체용 Al-Mg-Si-Cu 합금 주조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 첨가하는 단계는 보호가스로서 SF6 가스를 사용하지 않는, 자동차 샤시 및 차체용 Al-Mg-Si-Cu 합금 주조방법.
  5. 4 내지 9wt%의 Mg, 0.5 내지 5wt%의 Si, 0.1 내지 2wt%의 Cu를 포함하고, 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지는 자동차 샤시 및 차체용 Al-Mg-Si-Cu 합금.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 Mg은 5 내지 9wt% 범위인, 자동차 샤시 및 차체용 Al-Mg-Si-Cu 합금.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980055642A (ko) * 1996-12-28 1998-09-25 박병재 복합재료의 제조방법
KR20050122485A (ko) * 2004-06-24 2005-12-29 (주)일광주공 고연성 주조용 알루미늄 합금 및 그 제조방법
KR20060098039A (ko) * 2005-03-08 2006-09-18 학교법인연세대학교 미시메탈이 첨가된 고온 구조용 마그네슘 합금 조성물
KR20090045981A (ko) * 2007-11-05 2009-05-11 주식회사동양강철 범퍼 백 빔용 알루미늄 합금

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980055642A (ko) * 1996-12-28 1998-09-25 박병재 복합재료의 제조방법
KR20050122485A (ko) * 2004-06-24 2005-12-29 (주)일광주공 고연성 주조용 알루미늄 합금 및 그 제조방법
KR20060098039A (ko) * 2005-03-08 2006-09-18 학교법인연세대학교 미시메탈이 첨가된 고온 구조용 마그네슘 합금 조성물
KR20090045981A (ko) * 2007-11-05 2009-05-11 주식회사동양강철 범퍼 백 빔용 알루미늄 합금

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10513766B2 (en) 2015-12-18 2019-12-24 Novelis Inc. High strength 6XXX aluminum alloys and methods of making the same
US10538834B2 (en) 2015-12-18 2020-01-21 Novelis Inc. High-strength 6XXX aluminum alloys and methods of making the same
US11920229B2 (en) 2015-12-18 2024-03-05 Novelis Inc. High strength 6XXX aluminum alloys and methods of making the same
US11932928B2 (en) 2018-05-15 2024-03-19 Novelis Inc. High strength 6xxx and 7xxx aluminum alloys and methods of making the same

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