WO2012070818A2 - 알루미늄-마그네슘 합금 및 그 제조방법 - Google Patents

알루미늄-마그네슘 합금 및 그 제조방법 Download PDF

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성시영
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product

Definitions

  • the present invention relates to a technique for producing an aluminum alloy, and more particularly, to an aluminum-magnesium alloy added with magnesium as an alloying element and a method of manufacturing the same.
  • magnesium is one of the major alloying elements. When magnesium is added to aluminum, it may cause an increase in strength due to solid solution strengthening and corrosion resistance along with a smooth surface is improved. As can be seen from the aluminum-magnesium state diagram shown in FIG. 1, magnesium can be dissolved in aluminum at temperatures up to about 450 ° C. up to about 17.4% by weight (wt%).
  • oxides or inclusions may be mixed into the aluminum molten metal by the chemically high oxidizing magnesium, thereby causing a problem of lowering the cleanliness of the molten metal.
  • the problem of oxidation of magnesium becomes more serious.
  • Such a decrease in the cleanliness of the molten metal may greatly affect the properties of the alloy cast.
  • the cast aluminum-magnesium alloy is significantly reduced workability. For example, if the composition of magnesium in the aluminum-magnesium alloy is more than 8.5wt%, the processing in the industrial sense is practically impossible.
  • the present invention provides an aluminum-magnesium alloy having a high magnesium content and a method for producing the same, which can minimize the use of the protective gas while having excellent mechanical properties and high processability.
  • the foregoing problem has been presented by way of example, and the scope of the present invention is not limited by this problem.
  • a method for producing aluminum-magnesium alloy Magnesium is added to the first aluminum melt.
  • the magnesium-containing first molten aluminum is cast to prepare an aluminum-magnesium master alloy having a first magnesium composition.
  • the aluminum-magnesium master alloy is added to the second molten aluminum.
  • the second aluminum melt is cast to cast an aluminum-magnesium alloy having a smaller second magnesium composition than the first magnesium composition.
  • the time for maintaining the aluminum-magnesium master alloy in the step of adding the aluminum-magnesium master alloy may be shorter than the time for maintaining the magnesium in the step of adding the magnesium have.
  • the melting temperature of the aluminum-magnesium mother alloy may be as low as 100 to 200 °C than the melting temperature of the magnesium.
  • the second magnesium composition may be 2 to 12wt%.
  • the first magnesium composition may be 5 to 40 wt%.
  • the amount of the protective gas for preventing the ignition of magnesium in the step of adding magnesium may be greater than the amount of the protective gas used in the step of adding the aluminum-magnesium mother alloy.
  • a protective gas may be used to prevent ignition of magnesium, and the protective gas may not be used in the step of adding the aluminum-magnesium mother alloy.
  • the manufacturing method may further include extruding the aluminum-magnesium alloy.
  • the manufacturing method may further include rolling the aluminum-magnesium alloy.
  • a method of manufacturing aluminum-magnesium alloy is provided.
  • An aluminum-magnesium mother alloy having a first magnesium composition is provided.
  • the aluminum-magnesium mother alloy is added to the molten aluminum.
  • the aluminum molten metal is cast to cast an aluminum-magnesium alloy having a smaller second magnesium composition than the first magnesium composition.
  • the melting temperature of the aluminum-magnesium mother alloy may be as low as 100 to 200 °C than the melting temperature of pure magnesium.
  • the step of adding the aluminum-magnesium master alloy may be performed without using a protective gas for preventing the ignition of magnesium.
  • the manufacturing method may further include extruding or rolling the aluminum-magnesium alloy.
  • the aluminum-magnesium alloy according to another aspect of the present invention may be prepared by adding an aluminum-magnesium mother alloy having a first magnesium composition to the molten aluminum and then casting to have a second magnesium composition that is smaller than the first magnesium composition. .
  • the aluminum-magnesium alloy may have a higher tensile strength than the commercial aluminum-magnesium alloy having a lower magnesium content and may have an equal or higher elongation.
  • the aluminum-magnesium master alloy having a high magnesium composition and then diluted to produce an aluminum-magnesium alloy even if a protective gas is not used or less is used. It is possible to produce aluminum-magnesium alloys with very good castability.
  • the thus prepared aluminum-magnesium alloy and its processed materials exhibit excellent mechanical properties, such as high strength and excellent elongation properties, compared with those of conventional commercial aluminum alloys.
  • FIG. 2 is a flowchart showing step by step a method for producing an aluminum-magnesium alloy according to the present invention.
  • 3A and 3B show the results of observing the surface of residual water when SF 6 gas is not used as a protective gas and when it is used.
  • Figures 4a and 4b is a result of comparing the state after extrusion of the aluminum-magnesium alloy prepared according to the present invention and the conventional aluminum-magnesium alloy.
  • 5a and 5b show the microstructure and tensile test results of the aluminum-magnesium alloy cast in accordance with the present invention.
  • Figure 7 is a result of observing the microstructure after extrusion of the aluminum-magnesium alloy cast in accordance with the present invention.
  • weight% does not include the boundary value when it is above or below, but includes the boundary value when it is simply designated as a range or above or below.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a step-by-step method of manufacturing an aluminum-magnesium alloy according to embodiments of the present invention.
  • aluminum molten metal (S1).
  • the aluminum molten metal may be referred to as a first aluminum molten metal provided to form an aluminum-magnesium mother alloy.
  • the aluminum molten metal provided to add the aluminum-magnesium mother alloy to be described later may be referred to as a second aluminum molten metal to distinguish it from the first aluminum 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. Therefore, the alloy prepared by adding the aluminum-magnesium mother alloy prepared in the present invention to the molten aluminum is referred to as an aluminum-magnesium alloy.
  • the magnesium is dissolved (S2).
  • the composition of magnesium to be added may be set higher than that of a conventional aluminum-magnesium alloy in consideration of the ratio of dilution in the second aluminum molten metal.
  • the upper portion of the first aluminum molten metal to which magnesium 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 appearance of the molten metal when 6 w% of magnesium is added to the molten aluminum, when SF 6 gas is used as a protective gas and when it is not used.
  • 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 magnesium.
  • FIG. 3B it can be seen that oxidation of the residual water hardly occurred when SF 6 gas was used.
  • the first aluminum molten metal added with magnesium can 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 aluminum molten metal is cast into a mold to prepare an aluminum-magnesium 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 aluminum-magnesium mother alloy thus produced is added again as a source of magnesium to the second aluminum melt.
  • a second molten aluminum is prepared (S4), and the prepared aluminum-magnesium mother alloy is added (S5).
  • the aluminum-magnesium mother alloy has a reduced melting point compared to pure magnesium as in the aluminum-magnesium state diagram of FIG. 1.
  • the melting point of the aluminum-magnesium master alloy is determined by the composition of magnesium, and may be about 100 to 200 ° C. lower than the melting point of pure magnesium in view of the melting time.
  • the composition of magnesium in the master alloy can be appropriately adjusted, and thus the aforementioned melting point reduction range can be appropriately selected.
  • the aluminum-magnesium mother alloy added to the second aluminum melt may be dissolved at a relatively lower temperature than the magnesium added to the first aluminum melt. Due to this drop in melting point, substantially dissolution of magnesium in the second aluminum melt can be easily accomplished in a faster time.
  • the holding time for melting the master alloy may be shorter than the holding time for melting magnesium in the first aluminum molten metal. By shortening melting time of a master alloy, working time can be shortened.
  • the aluminum-magnesium mother alloy when the aluminum-magnesium mother alloy is added to the second aluminum molten metal, magnesium is already alloyed in the aluminum, and thus the use amount of the protective gas is considerably increased compared to the case of adding magnesium to the first aluminum molten metal. Can be reduced. Even when the aluminum-magnesium mother alloy is added, the problem of ignition of magnesium generated in the molten aluminum is significantly reduced even when a protective gas such as SF 6 is not used. Therefore, the aluminum molten metal containing magnesium can be kept clean even without using an expensive protective gas causing environmental problems such as SF 6 gas. As such, since magnesium is added in the form of an aluminum-magnesium mother alloy in the molten aluminum, it is possible to stably add magnesium to a high composition without causing problems when the magnesium is directly added to the aluminum molten metal.
  • Stirring may be performed for sufficient dissolution of the aluminum-magnesium mother alloy added in the second aluminum melt. Since the stirring has already been described above, a detailed description thereof will be omitted.
  • the aluminum-magnesium mother alloy is sufficiently dissolved in the second molten aluminum and then cast to prepare an aluminum-magnesium alloy (S6). Since the casting method has already been described above, a detailed description thereof will be omitted.
  • the composition of magnesium added in the second aluminum melt can be calculated using the aluminum amount of the second aluminum melt before the aluminum-magnesium master alloy is not added and the composition of aluminum and magnesium in the aluminum-magnesium master alloy. .
  • dilution of magnesium in the aluminum-magnesium mother alloy occurs by adding the aluminum-magnesium mother alloy to the second molten aluminum, and the composition of the diluted magnesium can be expressed by the following equation.
  • W Mg and W Al1 are the weights of magnesium and aluminum in the aluminum-magnesium master alloy, respectively, and W Al2 is the weight of aluminum used to form the second aluminum melt.
  • the composition of magnesium in the target second aluminum molten metal can be designed.
  • the composition of magnesium in the aluminum-magnesium mother alloy has a relatively higher value than that of the aluminum-magnesium alloy, and the aluminum-magnesium alloy has a relatively low magnesium composition as diluted according to the above equation.
  • the magnesium composition in the aluminum-magnesium master alloy may range from 5 to 40 wt%, from which the magnesium composition in the diluted aluminum-magnesium alloy ranges from 1 to 15 wt%, strictly 2 to 12 wt%, more stringent. Preferably it may have a range of 5 to 10wt%.
  • the magnesium composition in the aluminum-magnesium alloy can be kept the same in the extruded material produced by extruding such an alloy.
  • an aluminum-magnesium alloy can be prepared as much as the inverse ratio of the dilution ratio in the dilution process. For example, in the case of preparing 100 g of the master alloy of 40 wt% magnesium, when the dilution rate is 0.25, it is possible to prepare a total of 400 g of the aluminum-magnesium alloy having the magnesium composition of 10 wt%.
  • the protective gas is used only in the manufacturing step of the aluminum-magnesium master alloy, and once the master alloy is manufactured, the protective gas is not used in the step of producing the aluminum-magnesium alloy through subsequent dilution. Therefore, it is possible to easily produce an aluminum-magnesium alloy having a high magnesium composition while minimizing the use of expensive and environmentally friendly protective gases such as SF 6 gas.
  • the aluminum-magnesium alloy according to the embodiment of the present invention may be provided as a processing material such as aluminum-magnesium extruded material or aluminum-magnesium rolled material.
  • the aluminum-magnesium extruded material may be produced by extruding the above-described aluminum-magnesium alloy using an extrusion apparatus.
  • an aluminum-magnesium alloy may be charged into a container, and the stem may be used to extrude the alloy in the container into a die through a die.
  • the aluminum-magnesium extruded material thus produced can be produced in various shapes, such as rods or plates.
  • the aluminum-magnesium extruded material uses an aluminum-magnesium alloy having a high magnesium composition and having a high casting quality, work hardening by extrusion may have excellent tensile strength characteristics as well as excellent workability.
  • the aluminum-magnesium rolled material can be produced by rolling the aforementioned aluminum-magnesium alloy using a rolling apparatus.
  • an aluminum-magnesium rolled material of a predetermined shape can be produced by loading an aluminum-magnesium alloy between rolling rolls and rotating the rolling rolls.
  • the aluminum-magnesium rolled material manufactured as described above uses an aluminum-magnesium alloy having a high magnesium composition and high casting quality, work hardening by rolling may have excellent tensile strength characteristics as well as excellent workability.
  • 4A and 4B show an aluminum-magnesium alloy prepared by diluting a magnesium-aluminum master alloy according to the present invention (Example 1) and an aluminum-magnesium alloy prepared by directly adding magnesium to an aluminum molten metal (Comparative Example 1 below). The result of having observed the extrusion state at the time of extrusion is shown.
  • Example 1 and Comparative Example 1 were all 10 wt%, and the magnesium composition of the aluminum-magnesium master alloy used in the preparation of Example 1 was 38 wt%.
  • Example 1 and Comparative Example 1 were both produced by extrusion after continuous casting in the form of a rod having a diameter of 180mm cross section.
  • Example 1 shows a very good shape of the extrudates in which no cracks or abnormal defects occur in the extrudate after extrusion, in the case of Comparative Example 1, severe breakage is caused by a plurality of casting cracks during the extrusion process. You can see this happening.
  • an aluminum alloy containing high magnesium for example, an aluminum-magnesium alloy having a composition of magnesium of 5wt% or more, which is not substantially commercialized due to the conventional poor workability, is made of an alloy having excellent workability. It is possible to do
  • Example 1 In the manufacturing process of Example 1, magnesium was added to the aluminum melt in the form of an aluminum-magnesium master alloy, and thus the aluminum melt was able to maintain a very good melt state without using a protective gas such as SF 6 gas.
  • Cast Example 1 is believed to have exhibited a very good condition after casting. Therefore, in the case of Example 1, it is prepared to have a high magnesium composition of up to 10wt% without the use of a protective gas, such as SF 6 gas that the manufacturing method of the aluminum-magnesium alloy according to the present invention is very economical and effective Able to know.
  • 5a and 5b show the microstructure and tensile test results of the aluminum-magnesium alloy cast in accordance with the present invention.
  • Example 2 shows the results of observing the internal structure of the aluminum-magnesium alloy (Example 2) prepared in the same manner as in Example 1 except that the mold casting was performed with an optical microscope.
  • the inside of Example 2 shows a very good structure in which no impurities such as oxides or other inclusions generated by oxidation of magnesium in the molten metal were found.
  • Example 2 exhibited excellent mechanical properties compared to commercial casting aluminum-magnesium alloy.
  • Figure 5b shows the tensile characteristics of Example 2
  • Table 1 shows the mechanical properties on the KS D 6008 specification of Example 2 and AC7A-F alloy of commercial aluminum-magnesium main alloy.
  • the aluminum-magnesium alloy of Example 2 has an elongation equivalent to that of the AC7A-F alloy even though it has a better tensile strength than the AC7A-F.
  • Example 2 In the case of the aluminum-magnesium alloy prepared by the conventional method, when the magnesium is increased to a high content, a casting crack is generated, and thus, an elongated elongation is exhibited.
  • the composition of magnesium was 10wt%, and although the magnesium content was more than two times higher than that of the AC7A alloy, it has a superior elongation comparable to that of AC7A while having better tensile strength than the AC7A alloy. .
  • Example 2 was prepared to have a high magnesium composition amounting to 10wt% without using a protective gas such as SF 6 gas, it can be seen that the manufacturing method of the aluminum-magnesium alloy according to the present invention is very economical and effective. have.
  • Example 6 shows the tensile test results of the extruded material prepared by extruding Example 2 (Example 3) and the extruded material manufactured by extruding 5052, which is a commercially available aluminum alloy.
  • Table 2 shows the mechanical properties of the extruded materials of Examples 3 and 5052 alloys.
  • the extruded material according to Example 3 exhibits excellent mechanical properties compared to the case of extruded commercial 5052 aluminum. That is, the extruded material according to Example 3 can be seen that not only has a significantly higher tensile strength than the commercially available 5052 aluminum extruded material, but also has a considerably high elongation at the same time.
  • the magnesium composition is designed to less than 5.5wt% even in the 5000 series alloy, which is an aluminum-magnesium alloy for commercial processing materials.
  • the composition of magnesium reaches 10wt%, it can be seen that the elongation and strength characteristics are significantly superior to that of the 5052 alloy of magnesium of 2.2 to 2.8wt%.
  • Example 7 shows the results of observing the microstructure of Example 3 with an optical microscope. Looking at the microstructure of Example 3, it can be seen that the crystal grains of very fine size are uniformly distributed. The excellent mechanical properties of the extruded material is judged to be due to the effect of the microstructure in which the fine grains are uniformly distributed after processing to the excellent mechanical properties of the main alloy having a high magnesium solubility.
  • Example 8 shows the tensile test results of the rolled material manufactured by rolling the aluminum-magnesium alloy of Example 2 (Example 4) and the rolled material manufactured by rolling 5052, which is a commercially available aluminum alloy.
  • Table 3 shows the composition and mechanical properties results of the Examples 4 and 5052 alloys. At this time, the rolling reduction of the rolling process was 83%.
  • the alloy of Example 4 is superior in tensile strength, yield strength and elongation as compared to the rolled material of the 5052 aluminum alloy. That is, it can be seen that the alloy of Example 4 has not only high tensile strength but also high elongation at the same time as the commercial 5052 aluminum alloy having a lower magnesium content.
  • the magnesium composition is designed to less than 5.5wt% even in the 5000 series alloy, which is an aluminum-magnesium alloy for commercial processing materials.
  • the composition of magnesium reaches 10wt%, it can be seen that it shows an excellent elongation and strength characteristics compared to the 5052 alloy of the composition of magnesium 2.2 to 2.8wt%.
  • Example 9 shows the results of observing the microstructure of Example 4 with an optical microscope. Looking at the microstructure of Example 4, it can be seen that the crystal grains of very fine size are uniformly distributed. The excellent mechanical properties of the rolled material is believed to be due to the effect of the microstructure in which the fine grains are uniformly distributed after processing to the excellent mechanical properties of the main alloy having a high magnesium solubility.
  • the manufacturing method of the aluminum-magnesium alloy and its processing material according to the embodiments of the present invention described above may be applied to various types of aluminum alloy and its processing material.
  • it is added in the form of aluminum-magnesium master alloy to make it into aluminum molten metal.

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Abstract

알루미늄-마그네슘 압출재 및 그 제조방법이 제공된다. 제 1 마그네슘 조성을 가진 알루미늄-마그네슘 모합금을 제공한다. 상기 알루미늄-마그네슘 모합금을 알루미늄 용탕에 첨가한 후 주조하여, 상기 제 1 마그네슘 조성에 비해 더 작은 제 2 마그네슘 조성을 갖는 알루미늄-마그네슘 합금을 제조한다. 상기 알루미늄-마그네슘 합금을 압출하여, 알루미늄-마그네슘 압출재를 제조한다.

Description

알루미늄-마그네슘 합금 및 그 제조방법
본 발명은 알루미늄 합금을 제조하는 기술에 관한 것으로서, 특히 합금원소로 마그네슘을 첨가한 알루미늄-마그네슘 합금 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 알루미늄(Al) 합금에서 마그네슘(Mg)은 주된 합금원소 중의 하나이다. 이러한 마그네슘이 알루미늄에 첨가되는 경우, 고용강화에 따른 강도증가를 일으킬 수 있으며 유려한 표면과 함께 내식성이 향상된다. 도 1에 도시된 알루미늄-마그네슘 상태도를 통해 알 수 있듯이, 마그네슘은 약 450℃ 온도에서 알루미늄에 약 17.4중량%(wt%) 까지 고용될 수 있다.
그러나 마그네슘을 알루미늄 용탕 내에서 합금화 하는 과정 중에 화학적으로 높은 산화성을 가진 마그네슘에 의해 산화물이나 개재물이 알루미늄 용탕에 혼입되어 용탕의 청정도를 저하시키는 문제점을 일으킬 수 있다. 알루미늄 용탕에 첨가되는 마그네슘의 양이 증가될수록 이러한 마그네슘의 산화에 따른 문제가 심각해진다. 이러한 용탕 청정도의 저하는 이를 주조한 합금의 특성에 큰 영향을 줄 수 있다.
예를 들어 높은 조성의 마그네슘을 첨가함으로 인해 청정도가 저하된 알루미늄 용탕을 주조하는 경우, 주조 중에 주조균열이 발생할 수 있다. 또한 이렇게 주조된 알루미늄-마그네슘 합금은 가공성이 현저하게 감소하게 된다. 예를 들어 알루미늄-마그네슘 합금 내 마그네슘의 조성이 8.5wt% 이상인 경우 산업적 의미에서의 가공이 실질적으로 불가능한 정도에 이르게 된다.
따라서 알루미늄-마그네슘 합금을 제조하는 경우, 주조성과 가공성을 고려하여 마그네슘의 조성이 5wt%를 넘지 않게 설계하는 것이 일반적이다. 이러한 마그네슘 첨가에 따른 산화물 및 개재물 혼입을 억제하기 위해 마그네슘의 첨가시 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. 따라서 이러한 SF6 가스의 사용을 최소화 하면서 가능한 높은 마그네슘 조성을 가지는 알루미늄-마그네슘 합금의 제조가 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 보호가스의 사용을 최소화하면서도 우수한 기계적 특성 및 높은 가공성을 가질 수 있게 하는 높은 마그네슘 함량을 갖는 알루미늄-마그네슘 합금 및 그 제조방법을 제공한다. 전술한 과제는 예시적으로 제시되었고, 본 발명의 범위가 이러한 과제에 의해서 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따른 알루미늄-마그네슘 합금 제조방법이 제공된다. 제 1 알루미늄 용탕에 마그네슘을 첨가한다. 상기 마그네슘이 첨가된 제 1 알루미늄 용탕을 주조하여 제 1 마그네슘 조성을 가진 알루미늄-마그네슘 모합금을 제조한다. 제 2 알루미늄 용탕에 상기 알루미늄-마그네슘 모합금을 첨가한다. 상기 제 2 알루미늄 용탕을 주조하여 상기 제 1 마그네슘 조성에 비해 더 작은 제 2 마그네슘 조성을 가지는 알루미늄-마그네슘 합금을 주조한다.
상기 제조방법에 있어서, 상기 알루미늄-마그네슘 모합금을 첨가하는 단계에서 상기 알루미늄-마그네슘 모합금의 용융을 위해서 유지하는 시간은 상기 마그네슘을 첨가하는 단계에서 상기 마그네슘의 용융을 위해서 유지하는 시간보다 짧을 수 있다.
상기 제조방법에 있어서, 상기 알루미늄-마그네슘 모합금의 용융 온도는 상기 마그네슘의 용융 온도보다 100 내지 200℃만큼 낮을 수 있다.
상기 제조방법에 있어서, 상기 제 2 마그네슘 조성은 2 내지 12wt%일 수 있다. 또한, 상기 제 1 마그네슘 조성은 5 내지 40wt%일 수 있다.
상기 제조방법에 있어서, 상기 마그네슘을 첨가하는 단계에서 마그네슘의 발화를 방지하기 위한 보호가스의 사용양은 상기 알루미늄-마그네슘 모합금을 첨가하는 단계에서 사용하는 보호가스의 사용양보다 많을 수 있다. 예를 들어, 상기 마그네슘을 첨가하는 단계에서는 마그네슘의 발화를 방지하기 위해 보호가스를 사용하고, 상기 알루미늄-마그네슘 모합금을 첨가하는 단계에서는 보호가스를 사용하지 않을 수 있다.
상기 제조방법은, 상기 알루미늄-마그네슘 합금을 압출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제조방법은, 상기 알루미늄-마그네슘 합금을 압연하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 알루미늄-마그네슘 합금 제조방법이 제공된다. 제 1 마그네슘 조성을 가진 알루미늄-마그네슘 모합금을 제공한다. 상기 알루미늄-마그네슘 모합금을 알루미늄 용탕에 첨가한다. 상기 알루미늄 용탕을 주조하여 상기 제 1 마그네슘 조성에 비해 더 작은 제 2 마그네슘 조성을 가지는 알루미늄-마그네슘 합금을 주조한다. 상기 알루미늄-마그네슘 모합금의 용융 온도는 순수한 마그네슘의 용융 온도보다 100 내지 200℃만큼 낮을 수 있다.
상기 제조방법에 있어서, 상기 알루미늄-마그네슘 모합금을 첨가하는 단계는 마그네슘의 발화를 방지하기 위한 보호가스를 사용하지 않고 수행할 수 있다.
상기 제조방법은, 상기 알루미늄-마그네슘 합금을 압출 또는 압연하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따른 알루미늄-마그네슘 합금은 제 1 마그네슘 조성을 가진 알루미늄-마그네슘 모합금을 알루미늄 용탕에 첨가한 후 주조하여 상기 제 1 마그네슘 조성에 비해 더 작은 제 2 마그네슘 조성을 갖도록 제조될 수 있다.
상기 알루미늄-마그네슘 합금에 있어서, 상기 알루미늄-마그네슘 합금은 더 낮은 마그네슘 함량을 갖는 상용 알루미늄-마그네슘 합금보다 더 높은 인장강도를 갖고 동등하거나 그 이상의 연신율을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 제조방법에 따르면, 높은 마그네슘 조성을 가지는 알루미늄-마그네슘 모합금을 일단 제조한 후 이를 희석화 하여 알루미늄-마그네슘 합금을 제조하는 단계에서는 보호가스를 사용하지 않거나 또는 적게 사용하여도 매우 우수한 주조성을 가지는 알루미늄-마그네슘 합금을 제조할 수 있다.
이렇게 제조된 알루미늄-마그네슘 합금 및 그 가공재(예를 들어, 압출재, 압연재)는 종래의 상용 알루미늄 합금의 가공재에 비해 우수한 기계적 특성, 예컨대 높은 강도와 동시에 우수한 연신율 특성을 나타낸다.
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 알루미늄-마그네슘 상태도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금을 제조하는 방법을 단계별로 나타낸 순서도이다.
도 3a 및 3b는 보호가스로 SF6 가스를 사용하지 않은 경우와 사용한 경우의 잔탕의 표면을 관찰한 결과이다.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따라 제조된 알루미늄-마그네슘 합금과 종래의 알루미늄-마그네슘 합금을 압출한 후의 상태를 비교한 결과이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따라 주조된 알루미늄-마그네슘 합금의 미세조직 및 인장시험결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따라 주조 후 압출된 알루미늄-마그네슘 합금과 5052 알루미늄 합금의 압출 후 기계적 특성을 비교한 결과이다.
도 7은 본 발명에 따라 주조된 알루미늄-마그네슘 합금을 압출한 후의 미세조직을 관찰한 결과이다.
도 8은 본 발명에 따라 주조 후 압연된 알루미늄-마그네슘 합금과 5052 알루미늄 합금의 압연 후 기계적 특성을 비교한 결과이다.
도 9는 본 발명에 따라 주조된 알루미늄-마그네슘 합금을 압연한 후의 미세조직을 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.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 알루미늄-마그네슘 합금을 제조하는 방법을 단계별로 나타낸 순서도이다.
우선 알루미늄-마그네슘 모합금을 제조하기 알루미늄 용탕을 제공한다(S1). 이때 상기 알루미늄 용탕은 알루미늄-마그네슘 모합금을 형성하기 위하여 제공되는 것으로서 제 1 알루미늄 용탕으로 지칭할 수 있다. 한편, 후술하는 상기 알루미늄-마그네슘 모합금을 첨가하기 위하여 제공되는 알루미늄 용탕은 상기 제 1 알루미늄 용탕과 구분하기 위해 제 2 알루미늄 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. 따라서 본 발명에서 제조된 알루미늄-마그네슘 모합금을 알루미늄 용탕에 첨가하여 제조한 합금은 알루미늄-마그네슘 합금으로 지칭한다.
다음 제 1 알루미늄 용탕에 마그네슘을 첨가한 후 상기 마그네슘을 용해시킨다(S2). 이때 첨가되는 마그네슘의 조성은 추후 제 2 알루미늄 용탕에서 희석되는 비율을 감안하여 통상적인 알루미늄-마그네슘 합금에서의 마그네슘 조성 보다 높게 설정할 수 있다.
알루미늄-마그네슘 모합금을 제조하는 단계에서는 마그네슘이 첨가된 제 1 알루미늄 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 알루미늄 용탕 내에 높은 조성의 마그네슘이 첨가되는 경우, 용탕 내의 마그네슘이 대기 중의 산소와 반응하여 발화되는 현상에 기인하여 용탕 내에 산화물 기타 불순물들이 개재되는 것을 방지할 수 있다.
도 3a 및 3b에는 알루미늄 용탕에 6w%의 마그네슘을 첨가한 경우, 보호가스로 SF6 가스를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우의 잔탕의 양상이 나타나 있다. 도 3a를 참조하면, SF6 가스를 사용하지 않은 경우에는 잔탕이 마그네슘의 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.
마그네슘을 첨가한 제 1 알루미늄 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.
마그네슘이 충분히 용해된 후 제 1 알루미늄 용탕을 주형에 주조하여 알루미늄-마그네슘 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 알루미늄-마그네슘 모합금은 제 2 알루미늄 용탕에 마그네슘의 공급원으로서 다시 첨가된다.
구체적으로 제 2 알루미늄 용탕을 준비하고(S4), 상기 제조된 알루미늄-마그네슘 모합금을 첨가한다(S5). 이때 알루미늄-마그네슘 모합금은 도 1의 알루미늄-마그네슘 상태도에서와 같이 순수한 마그네슘에 비해 용융점이 감소하게 된다.
예를 들어 알루미늄-마그네슘 모합금 중 마그네슘의 조성이 약 38wt%에 이를 경우 용융점은 순수한 마그네슘의 용융점(651℃)에 비해 약 200℃ 정도 감소하게 된다. 알루미늄-마그네슘 모합금의 용융점은 마그네슘의 조성에 의해서 결정되며, 용융 시간을 고려하여 순수한 마그네슘의 용융점보다 약 100 내지 200℃ 만큼 낮을 수 있다. 다만, 모합금 중 마그네슘의 조성은 적절하게 조절될 수 있고, 따라서 전술한 용융점 감소 범위는 적절하게 선택될 수 있다.
따라서 제 2 알루미늄 용탕에 첨가된 알루미늄-마그네슘 모합금은 제 1 알루미늄 용탕에 첨가된 마그네슘 보다 상대적으로 더 낮은 온도에서 용해가 이루어 질 수 있다. 이러한 용융점의 강하로 인해 실질적으로 제 2 알루미늄 용탕 내에서의 마그네슘의 용해가 보다 빠른 시간 내에 용이하게 이루어 질 수 있게 된다. 전술한 바와 같이, 모합금의 용융점을 크게 낮추는 경우, 모합금의 용융을 위한 유지 시간은 제 1 알루미늄 용탕에서 마그네슘을 용융시키기 위한 유지 시간보다 짧게 할 수 있다. 모합금의 용융 시간을 짧게 함으로써, 작업 시간을 단축시킬 수 있다.
또한 제 2 알루미늄 용탕에 알루미늄-마그네슘 모합금을 첨가하는 경우에는 알루미늄 내에 마그네슘이 이미 합금화가 완료된 상태에서 첨가되는 것임에 따라 제 1 알루미늄 용탕에 마그네슘을 첨가하는 경우에 비해서 보호 가스의 사용양을 크게 줄일 수 있다. 심지어, 알루미늄-마그네슘 모합금을 첨가하는 경우에는 SF6 등과 같은 보호가스를 사용하지 않는 경우에도 알루미늄 용탕 내에서 발생하는 마그네슘의 발화에 따른 문제가 현저하게 감소되게 된다. 따라서 SF6 가스와 같은 환경문제를 유발하는 고가의 보호가스를 사용하지 않더라도 마그네슘을 포함하는 알루미늄 용탕을 청정하게 유지할 수 있다. 이와 같이 알루미늄 용탕 내에 마그네슘이 알루미늄-마그네슘 모합금 형태로 첨가됨에 따라 알루미늄 용탕에 직접 마그네슘을 첨가할 때 발생되는 문제없이 마그네슘을 안정적으로 높은 조성까지 첨가할 수 있게 된다.
제 2 알루미늄 용탕 내에 첨가된 알루미늄-마그네슘 모합금의 충분한 용해를 위해 교반을 수행할 수 있다. 교반에 관해서는 위에서 이미 설명하였으므로 구체적인 설명은 생략한다.
제 2 알루미늄 용탕 내에서 알루미늄-마그네슘 모합금을 충분히 용해한 후 주조하여 알루미늄-마그네슘 합금을 제조한다(S6). 주조방법에 관해서는 위에서 이미 설명하였으므로 구체적인 설명은 생략한다.
이러한 본 발명에 의할 시 알루미늄-마그네슘 모합금이 첨가되지 전의 제 2 알루미늄 용탕의 알루미늄 양과 알루미늄-마그네슘 모합금에서의 알루미늄 및 마그네슘의 조성을 이용하여 제 2 알루미늄 용탕 내에 첨가되는 마그네슘의 조성을 계산할 수 있다.
즉, 알루미늄-마그네슘 모합금을 제 2 알루미늄 용탕에 첨가함으로써 상기 알루미늄-마그네슘 모합금 내의 마그네슘의 희석화가 일어나게 되며, 희석화된 마그네슘의 조성은 아래 수학식과 같이 표현할 수 있다.
수학식 :
Figure PCTKR2011008881-appb-I000001
여기서 WMg 및 WAl1은 각각 알루미늄-마그네슘 모합금 내 마그네슘 및 알루미늄의 중량이며, WAl2은 제 2 알루미늄 용탕 형성에 이용된 알루미늄의 중량이다.
이러한 수학식을 이용함으로써 목적하는 제 2 알루미늄 용탕 내에서의 마그네슘의 조성을 설계할 수 있다.
본 발명에 있어서 알루미늄-마그네슘 모합금 내의 마그네슘의 조성은 상대적으로 알루미늄-마그네슘 합금에 비해 높은 값을 가지게 되며, 알루미늄-마그네슘 합금은 위 수학식에 따라 희석된 만큼의 상대적으로 낮은 마그네슘 조성을 가지게 된다.
예를 들어 알루미늄-마그네슘 모합금 내의 마그네슘 조성은 5 내지 40wt% 범위를 가질 수 있으며, 이로부터 희석된 알루미늄-마그네슘 합금 내의 마그네슘 조성은 1 내지 15wt% 범위, 엄격하게는 2 내지 12wt%, 더욱 엄격하게는 5 내지 10wt%의 범위를 가질 수 있다. 알루미늄-마그네슘 합금 내의 마그네슘 조성은 이러한 합금을 압출하여 제조한 압출재에서도 동일하게 유지될 수 있다.
본 발명에 의할 시, 일단 높은 마그네슘 조성을 가지는 알루미늄- 마그네슘 모합금을 제조한 후, 이를 희석하는 과정에서 희석비의 역수비 만큼의 알루미늄-마그네슘 합금을 제조할 수 있다. 예를 들어 마그네슘의 조성이 40wt%의 모합금을 10Og 제조한 경우, 희석율을 0.25로 하면, 10wt%의 마그네슘 조성을 가지는 알루미늄-마그네슘 합금을 총 400g 만큼 제조할 수 있다.
이때 알루미늄-마그네슘 모합금을 제조하는 단계에서만 보호가스를 사용하고 일단 모합금이 제조되고 나면 후속의 희석을 통해 알루미늄-마그네슘 합금을 제조하는 단계에서는 보호가스를 사용할 필요가 없다. 따라서 SF6 가스와 같은 고가이면서 환경문제를 일으키는 보호가스의 사용을 최소화 하면서도 높은 마그네슘 조성을 가지는 알루미늄-마그네슘 합금을 용이하게 제조할 수 있다.
한편, 이러한 본 발명에 따라 주조된 알루미늄-마그네슘 합금을 가공한 가공재(또는 전신재)의 경우에도 종래의 상용합금에 비해 탁월한 기계적 특성을 나타내게 된다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄-마그네슘 합금은 알루미늄-마그네슘 압출재 또는 알루미늄-마그네슘 압연재와 같은 가공재로 제공될 수 있다.
알루미늄-마그네슘 압출재는 전술한 알루미늄-마그네슘 합금을 압출장치를 이용하여 압출하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄-마그네슘 합금을 컨테이너에 장입하고, 스템을 이용하여 컨테이너 내의 합금을 다이스를 통과시켜 소정의 형상으로 압출할 수 있다. 이렇게 제조된 알루미늄-마그네슘 압출재는 다양한 형상, 예컨대 봉상 또는 판상으로 제조될 수 있다.
이러한 알루미늄-마그네슘 압출재는 높은 마그네슘 조성을 가지면서도 높은 주조 품질을 갖는 알루미늄-마그네슘 합금을 이용하기 때문에 압출에 의한 가공 경화가 더해지면 우수한 인장강도 특성뿐만 아니라 우수한 가공성까지 가질 수 있다.
알루미늄-마그네슘 압연재는 전술한 알루미늄-마그네슘 합금을 압연장치를 이용하여 압연하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄-마그네슘 합금을 압연 롤들 사이에 로딩하고, 압연 롤들을 회전시킴으로써 소정 형상의 알루미늄-마그네슘 압연재를 제조할 수 있다.
이와 같이 제조된 알루미늄-마그네슘 압연재는 높은 마그네슘 조성을 가지면서도 높은 주조 품질을 갖는 알루미늄-마그네슘 합금을 이용하기 때문에 압연에 의한 가공 경화가 더해지면 우수한 인장강도 특성뿐만 아니라 우수한 가공성까지 가질 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.
도 4a 및 4b에는 본 발명에 따라 마그네슘-알루미늄 모합금을 희석하여 제조한 알루미늄-마그네슘 합금(실시예 1) 및 알루미늄 용탕에 마그네슘을 직접 첨가하여 제조한 알루미늄-마그네슘 합금(이하 비교예 1)을 압출한 경우의 압출 상태를 관찰한 결과가 나타나 있다.
이때 실시예 1 및 비교예 1의 마그네슘 조성은 모두 10wt%였으며, 실시예 1의 제조에 이용된 알루미늄-마그네슘 모합금의 마그네슘의 조성이 38wt%였다. 또한 실시예 1 및 비교예 1은 모두 단면이 직경 180mm인 로드 형태로 연속주조 한 후 압출하여 제조한 것이었다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 실시예 1은 압출 후 압출재에 크랙 또는 비정상적인 결함이 발생되지 않은 매우 양호한 압출재 형태를 보이는 반면, 비교예 1의 경우에는 압출 과정 중에 다수의 주조균열에 의해 극심한 파손이 일어나는 것을 확인할 수 있다.
이로부터 본 발명에 의해 제조된 알루미늄-마그네슘 합금의 경우에는 종래의 방법에 의해 제조된 알루미늄-마그네슘 합금과 비교할 때, 10wt%에 달하는 높은 마그네슘 함량에도 불구하고 매우 우수한 가공성을 나타냄을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 의할 경우, 종래의 열악한 가공성으로 인하여 실질적으로 상용화 되어 있지 않은 높은 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금, 예를 들어 마그네슘의 조성이 5wt% 이상인 알루미늄-마그네슘 합금을 우수한 가공성을 가지는 합금으로 제조하는 것이 가능하다.
실시예 1을 제조하는 과정에서 알루미늄 용탕에 마그네슘을 알루미늄-마그네슘 모합금의 형태로 첨가함에 따라 알루미늄 용탕은 SF6 가스와 같은 보호가스를 사용하지 않았음에도 매우 양호한 용탕 상태를 유지할 수 있었으며, 이로부터 주조된 실시예 1은 주조 후 매우 양호한 상태를 나타내었던 것으로 판단된다. 따라서, 실시예 1의 경우 SF6 가스와 같은 보호가스의 사용 없이 10wt%에 달하는 높은 마그네슘 조성을 가지도록 제조되었다는 점을 감안할 때 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금의 제조방법이 매우 경제적이면서도 효과적이라는 것을 알 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따라 주조된 알루미늄-마그네슘 합금의 미세조직 및 인장시험결과를 나타낸 것이다.
도 5a에는 금형주조를 수행한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조한 알루미늄-마그네슘 합금(실시예 2)의 내부 조직을 광학현미경으로 관찰한 결과가 나타내었다. 도 5a를 참조하면, 실시예 2의 내부에는 용탕 중 마그네슘의 산화로 인하여 생성된 산화물 기타 개재물과 같은 불순물이 발견되지 않은 매우 양호한 조직을 나타내었다.
한편 이러한 실시예 2는 상용 주조용 알루미늄-마그네슘 합금에 비해 월등히 우수한 기계적 특성을 나타내었다. 도 5b에는 실시예 2의 인장특성결과가 나타나 있으며, 표 1에는 실시예 2 및 상용 알루미늄-마그네슘 주조합금인 AC7A-F 합금의 KS D 6008 규격 상의 기계적 특성이 나타나 있다.
표 1
Mg 조성 인장강도(MPa) 연신율(%)
실시예 2 10wt% 233 12
AC7A-F 3.5-5.5wt% 210 12
도 5b 및 표 1로부터 실시예 2의 알루미늄-마그네슘 합금이 AC7A-F에 비해 더 우수한 인장강도를 가지고 있음에도, AC7A-F 합금과 동등한 정도의 연신율을 가지고 있음을 알 수 있다.
종래의 방법으로 제조된 알루미늄-마그네슘 합금의 경우 마그네슘이 고함량으로 증가되는 경우 주조균열이 발생되며 따라 증열악한 연신율은 나타내게 된다. 이에 비해 실시예 2에서는 마그네슘의 조성이 10wt%로서 AC7A 합금에 비해 2배 이상의 더 높은 마그네슘 함량을 가지고 있음에도 AC7A 합금에 비해 더 우수한 인장강도를 가지면서도 AC7A에 필적하는 우수한 연신율을 가짐을 알 수 있다.
실시예 2의 경우 SF6 가스와 같은 보호가스의 사용 없이 10wt%에 달하는 높은 마그네슘 조성을 가지도록 제조되었다는 점을 감안할 때 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금의 제조방법이 매우 경제적이면서도 효과적이라는 것을 알 수 있다.
도 6에는 실시예 2를 압출하여 제조한 압출재(실시예 3) 및 상용 가공재 알루미늄 합금인 5052를 압출하여 제조한 압출재의 인장시험결과가 나타나 있다. 표 2에는 실시예 3 및 5052 합금의 압출재의 기계적 특성 결과가 나타나 있다.
표 2
인장강도(MPa) 항복강도(MPa) 연신율(%)
실시예 3 399 221 38.2
5052 압출재 211 87 23.7
도 6 및 표 2를 참조하면, 실시예 3에 따른 압출재가 상용 5052 알루미늄을 압출한 경우에 비해 월등하게 우수한 기계적 특성을 나타냄을 알 수 있다. 즉, 실시예 3에 따른 압출재는 상용 5052 알루미늄의 압출재에 비해서 월등하게 높은 인장강도를 가질 뿐만 아니라 상당히 높은 연신율을 동시에 갖게 됨을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 알루미늄-마그네슘 합금 내 마그네슘의 함량이 고함량이 될수록 가공성이 급격히 열악해지므로 상용 가공재용 알루미늄-마그네슘 합금인 5000 계열 합금에서도 마그네슘의 조성을 5.5wt% 미만으로 설계하고 있다. 그러나 실시예 3의 경우에는 마그네슘의 조성이 10wt%에 달하더라도 마그네슘의 조성이 2.2 내지 2.8wt%인 5052 합금에 비해 월등히 우수한 연신율 및 강도특성을 보임을 알 수 있다.
도 7에는 실시예 3의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 결과가 나타나 있다. 실시예 3의 미세조직을 보면, 매우 미세한 크기의 결정립이 균일하게 분포하고 있음을 알 수 있다. 이러한 압출재의 탁월한 기계적 특성은 높은 마그네슘 고용도를 가지는 주조합금의 우수한 기계적 특성에 가공후 미세한 결정립이 균일하게 분포하는 미세조직에 의한 효과가 더해져서 나타나는 것으로 판단된다.
도 8에는 실시예 2의 알루미늄-마그네슘 합금을 압연하여 제조한 압연재(실시예 4) 및 상용 가공재 알루미늄 합금인 5052를 압연하여 제조한 압연재의 인장시험결과가 나타나 있다. 표 3에는 실시예 4 및 5052 합금의 조성 및 기계적 특성 결과가 나타나 있다. 이때 압연공정의 압하율은 83% 이었다.
표 3
인장강도(MPa) 항복강도(MPa) 연신율(%)
실시예 4 563 489 18.1
5052 압연재 220 203 13.2
도 8 및 표 3으로부터 실시예 4의 합금이 5052 알루미늄 합금의 압연재에 비해 인장강도, 항복강도 및 연신율이 모두 월등하게 우수함을 알 수 있다. 즉, 실시예 4의 합금은 그보다 마그네슘 함량이 낮은 상용 5052 알루미늄 합금에 비해서 높은 인장강도를 가질 뿐만 아니라 높은 연신율까지 동시에 가짐을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 알루미늄-마그네슘 합금 내 마그네슘의 함량이 고함량이 될수록 가공성이 급격히 열악해지므로 상용 가공재용 알루미늄-마그네슘 합금인 5000 계열 합금에서도 마그네슘의 조성을 5.5wt% 미만으로 설계하고 있다. 그러나 실시예 4의 경우에는 마그네슘의 조성이 10wt%에 달하더라도 마그네슘의 조성이 2.2 내지 2.8wt%인 5052 합금에 비해 월등히 우수한 연신율 및 강도특성을 보임을 알 수 있다.
도 9에는 실시예 4의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 결과가 나타나 있다. 실시예 4의 미세조직을 보면, 매우 미세한 크기의 결정립이 균일하게 분포하고 있음을 알 수 있다. 이러한 압연재의 탁월한 기계적 특성은 높은 마그네슘 고용도를 가지는 주조합금의 우수한 기계적 특성에 가공 후 미세한 결정립이 균일하게 분포하는 미세조직에 의한 효과가 더해져서 나타나는 것으로 판단된다.
전술한 본 발명의 실시예들에 따른 알루미늄-마그네슘 합금 및 그 가공재의 제조방법은 다양한 계열의 알루미늄 합금 및 그 가공재에 응용될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄-마그네슘 합금 계열의 주조합금이나 5000계열, 6000계열의 알루미늄-마그네슘 가공재용 합금을 제조함에 있어서 마그네슘을 직접 첨가하는 대신 알루미늄-마그네슘 모합금의 형태로 첨가하여 알루미늄 용탕 내에서의 마그네슘의 산화문제를 방지함으로써 더 우수한 주조성 또는 기계적 특성을 확보할 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 (16)

  1. 제 1 알루미늄 용탕에 마그네슘을 첨가하는 단계;
    상기 마그네슘이 첨가된 제 1 알루미늄 용탕을 주조하여 제 1 마그네슘 조성을 가진 알루미늄-마그네슘 모합금을 제조하는 단계;
    제 2 알루미늄 용탕에 상기 알루미늄-마그네슘 모합금을 첨가하는 단계; 및
    상기 제 2 알루미늄 용탕을 주조하여 상기 제 1 마그네슘 조성에 비해 더 작은 제 2 마그네슘 조성을 가지는 알루미늄-마그네슘 합금을 주조하는 단계;
    를 포함하는 알루미늄-마그네슘 합금 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 알루미늄-마그네슘 모합금을 첨가하는 단계에서 상기 알루미늄-마그네슘 모합금의 용융을 위해서 유지하는 시간은 상기 마그네슘을 첨가하는 단계에서 상기 마그네슘의 용융을 위해서 유지하는 시간보다 짧은, 알루미늄-마그네슘 합금 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 알루미늄-마그네슘 모합금의 용융 온도는 상기 마그네슘의 용융 온도보다 100 내지 200℃만큼 낮은, 알루미늄-마그네슘 합금 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 마그네슘 조성은 2 내지 12wt%인, 알루미늄-마그네슘 합금 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 마그네슘 조성은 5 내지 40wt%인, 알루미늄-마그네슘 합금 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 마그네슘을 첨가하는 단계에서 마그네슘의 발화를 방지하기 위한 보호가스의 사용양은 상기 알루미늄-마그네슘 모합금을 첨가하는 단계에서 사용하는 보호가스의 사용양보다 많은, 알루미늄-마그네슘 합금 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 마그네슘을 첨가하는 단계에서는 마그네슘의 발화를 방지하기 위해 보호가스를 사용하고,
    상기 알루미늄-마그네슘 모합금을 첨가하는 단계에서는 보호가스를 사용하지 않는, 알루미늄-마그네슘 합금 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 알루미늄-마그네슘 모합금을 첨가하는 단계는 보호가스로서 SF6 가스를 사용하지 않는, 알루미늄-마그네슘 합금 제조방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항의 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄-마그네슘 합금을 압출하는 단계를 더 포함하는, 알루미늄-마그네슘 합금 제조방법.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항의 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄-마그네슘 합금을 압연하는 단계를 더 포함하는, 알루미늄-마그네슘 합금 제조방법.
  11. 제 1 마그네슘 조성을 가진 알루미늄-마그네슘 모합금을 제공하는 단계;
    상기 알루미늄-마그네슘 모합금을 알루미늄 용탕에 첨가하는 단계; 및
    상기 알루미늄 용탕을 주조하여 상기 제 1 마그네슘 조성에 비해 더 작은 제 2 마그네슘 조성을 가지는 알루미늄-마그네슘 합금을 주조하는 단계를 포함하고,
    상기 알루미늄-마그네슘 모합금의 용융 온도는 순수한 마그네슘의 용융 온도보다 100 내지 200℃만큼 낮은, 알루미늄-마그네슘 합금 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 알루미늄-마그네슘 모합금을 첨가하는 단계는 마그네슘의 발화를 방지하기 위한 보호가스를 사용하지 않고 수행하는, 알루미늄-마그네슘 합금 제조방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 알루미늄-마그네슘 합금을 압출 또는 압연하는 단계를 더 포함하는, 알루미늄-마그네슘 합금 제조방법.
  14. 제 1 마그네슘 조성을 가진 알루미늄-마그네슘 모합금을 알루미늄 용탕에 첨가한 후 주조하여 상기 제 1 마그네슘 조성에 비해 더 작은 제 2 마그네슘 조성을 갖도록 제조된 알루미늄-마그네슘 합금.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 알루미늄-마그네슘 합금은 더 낮은 마그네슘 함량을 갖는 상용 알루미늄-마그네슘 합금보다 더 높은 인장강도를 갖고 동등하거나 그 이상의 연신율을 갖는, 알루미늄-마그네슘 합금.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 마그네슘 조성은 5 내지 40wt%인이고, 상기 제 2 마그네슘 조성은2 내지 12wt%인, 알루미늄-마그네슘 합금.
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