WO2017204576A1 - 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법 - Google Patents

알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법 Download PDF

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WO2017204576A1
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heat treatment
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aluminum
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이윤수
임차용
김수현
김형욱
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    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a workpiece using an aluminum alloy, and more particularly, to a method for manufacturing a workpiece using an aluminum alloy that can greatly improve workability and mechanical properties by controlling the microstructure in the homogenization heat treatment step.
  • the present invention is to solve a number of problems, including the above problems, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a workpiece using an aluminum alloy that can improve the workability and mechanical properties.
  • problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
  • the step of injecting an aluminum alloy molten metal into a mold to produce an aluminum alloy casting; And homogenizing heat treatment of the aluminum alloy casting the method comprising: performing a first plastic working before the homogenization heat treatment or during the homogenization heat treatment.
  • the performing of the first plastic working may include performing any one method of hot working, warm working, and cold working, or combining two or more of the above methods.
  • Performing the first plastic working may further include mechanically reducing the size of at least one inclusion included in the aluminum casting and / or forming a crack in the inclusion.
  • Forming a crack in the inclusion may be performed only on the inclusion except for the matrix of the aluminum casting.
  • the performing of the first plastic working may include reducing the curvature of at least a part of the surface of the at least one inclusion included in the aluminum casting.
  • the inclusion may include a crystallized substance or a secondary phase.
  • the aluminum alloy molten metal may be prepared by melting an aluminum alloy for casting.
  • the casting aluminum alloy may be an aluminum alloy having 5 to 6 wt% magnesium, 1.8 to 2.6 wt% silicon, 0.5 to 0.8 wt% manganese, and the balance aluminum.
  • the casting aluminum alloy may be an Al-Si-based, Al-Cu-based or Al-Mg-based aluminum main alloy, specifically, AC1A, AC1B, AC2A, AC2B, AC3A, AC4A, AC4B, AC4C , AC4CH, AC4D, AC5A, AC7A, AC7B, AC8A, AC8B, AC8C, AC9A or AC9B alloy.
  • the casting aluminum alloy may be an Al-Si die casting aluminum alloy, and specifically, may be ADC1, ADC3, ADC5, ADC6, ADC10, ADC10Z, ADC12, ADC12Z or ADC14 alloy. .
  • the aluminum alloy molten metal may be prepared by melting an aluminum alloy for whole materials (for processing materials).
  • the aluminum alloy having the composition of the aluminum alloy for the whole material is Al-Cu- (Mg) series 2000 series, Al-Mn series 3000 series, Al-Si based 4000 series, Al-Mg based 5000 series, Al-Mg-Si based 6000 It may be a series, or Al-Zn-Mg- (Cu) -based 7000 series aluminum alloy.
  • the 2000 series of material aluminum alloys may be 2011, 2014, 2017, 2117, 2018, 2218, 2024, 2025, 2N01 or 2219 alloys
  • the 3000 series of material aluminum alloys may be 3003, 3203, 3004, 3104, 3005.
  • the 4000 series material aluminum alloys may be 4032, BA4343, BA4045 or BA4004 alloys
  • the 5000 series material aluminum alloys are 5005, 5052, 5652, 5154, 5254, 5454, 5056
  • Alloys can be 5082, 5182, 5083, 5086, 5N01 or 5N02 alloys
  • 6000 series wire material aluminum alloy can be 6063, 6061, 6005A, 6N01, 6351, 6151, 6262 or 6101 alloy
  • 7000 series material aluminum alloy Silver may be 7003, 7010, 7050, 7072, 7075, 7175, 7475, 7178, 7079 or 7N01 alloy.
  • the aluminum alloy molten metal may be produced by melting together the aluminum alloy for casting and the aluminum alloy for the whole material.
  • the aluminum alloy molten metal may be implemented by melting the scrap for recycling the aluminum product together without performing a separate sorting operation for distinguishing the casting aluminum alloy and the aluminum alloy for the whole material.
  • a method for manufacturing an aluminum workpiece comprising the step of second plastic working the aluminum alloy produced by the above-described method.
  • the method of manufacturing an aluminum workpiece may further include performing heat treatment after the second plastic working step.
  • the performing of the heat treatment may include reducing the curvature of at least a part of the surface of the at least one inclusion included in the aluminum alloy subjected to the second plastic working.
  • an aluminum alloy processing material is provided, having a microstructure in which a plurality of particles having a shape including curvature in at least part of the surface are distributed in a matrix. Shapes that include curvature in at least a portion of the surface may include spherical or elliptical.
  • the layered structure refers to a structure in which different phases are alternately stacked with each other, such as eutectic tissue, and the single structure refers to a structure formed by a single phase rather than such a layered structure. .
  • a method of manufacturing an aluminum alloy workpiece further comprising the step of:
  • Performing plastic working before the homogenization heat treatment or during the homogenization heat treatment may further mechanically reduce the size of at least one crystal or secondary phase contained in the slab or billet, and / or the crystal or 2 Forming cracks in the vehicle.
  • Performing the plastic working before the homogenization heat treatment or during the homogenization heat treatment may include reducing the curvature of at least one surface of the at least one crystal or secondary phase included in the slab or billet.
  • the step of reducing the curvature of at least one surface or at least a portion of the secondary phase contained in any one of the plate, bar and wire by heat treatment after the step of manufacturing any one of the plate, bar and wire may further include.
  • FIG. 1 is a process flow chart illustrating a method of manufacturing a workpiece using an aluminum alloy for casting according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
  • Figure 2 is a result of analyzing the microstructure of the aluminum alloy cast sample according to the embodiment and the comparative example of the present invention with an optical microscope.
  • FIG. 3 is a view showing in three dimensions the shape of the secondary phase of the aluminum alloy cast sample according to the Examples and Comparative Examples of the present invention.
  • Figure 4 is a photograph showing the appearance of the aluminum alloy cast sample according to a comparative example of the present invention.
  • FIG. 5 is a photograph showing the appearance of an aluminum alloy cast material sample according to an embodiment of the present invention.
  • 6 to 8 are photographs showing the microstructure of the aluminum alloy cast sample according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a process flow chart illustrating a method of manufacturing a workpiece using an aluminum alloy for casting according to another embodiment and a comparative example of the present invention.
  • FIG 11 is an optical micrograph of the microstructure of the aluminum alloy cast sample according to a comparative example of the present invention.
  • 12 and 13 are optical micrographs of the microstructure of the aluminum alloy cast sample according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a graph analyzing the size and sphericity of the secondary phase (Mg 2 Si) shown in FIGS. 11 to 13.
  • 15 is a photograph showing the appearance of the extruded extruded material after homogenizing treatment for the aluminum alloy cast sample according to the comparative example and the embodiment of the present invention.
  • Figure 16 is a photograph showing the microstructure of the extruded extruded material after homogenization treatment and Comparative Example and Example of the present invention.
  • FIG. 17 is a graph analyzing the size and sphericity of the secondary phase (Mg 2 Si) shown in FIG. 16.
  • the present invention relates to a method for producing a workpiece using an aluminum alloy capable of improving the mechanical properties of the workpiece by introducing a predetermined plastic working before or during homogenization heat treatment.
  • the present invention relates to a process for producing a workpiece having excellent elongation and yield strength by introducing a plastic working process to refine the secondary phase around the aluminum base.
  • the present invention in both the casting aluminum alloy and the processing aluminum alloy having a variety of compositions, by introducing a process to make the crystal in the process structure finer and more homogenous, aluminum having excellent mechanical properties not found in the conventional aluminum alloy Alloy workpieces can be produced.
  • Method for producing an aluminum alloy comprises the steps of preparing an aluminum casting by injecting a molten aluminum alloy into the mold; And homogenizing heat treatment of the aluminum casting.
  • the first plastic working means a processing applied to the aluminum alloy casting before or during homogenizing heat treatment of the aluminum alloy casting, and is used to manufacture a workpiece having a predetermined shape by using the aluminum alloy casting after homogenization heat treatment is completed. 2 It is distinguished from plastic processing.
  • Homogenization heat treatment refers to a heat treatment for homogenizing the internal structure by removing segregation or deformation existing in the cast casting or ingot.
  • the aluminum alloy molten metal may be prepared by melting an aluminum alloy for casting.
  • the cast aluminum alloy includes, for example, an aluminum alloy defined by the KS standard, the JIS standard, the AA standard, or the like, or in addition, all aluminum alloys developed and used for casting.
  • the aluminum alloy casting may be typically in the form of slabs or billets, but is not limited thereto.
  • the casting method for producing an aluminum alloy casting may include all known casting methods such as gravity casting, die casting, continuous casting.
  • the first plastic working may be performed using any one method of hot working, warm working, and cold working, or a combination of two or more of the above methods.
  • a processing form may include rolling, extrusion, drawing, etc., but is not limited thereto, and includes any processing method that may cause plastic deformation of a material by external force.
  • the first plastic working may include cold rolling, and may be replaced by another cold working method such as cold extrusion in addition to the cold rolling process.
  • another cold working method such as cold extrusion in addition to the cold rolling process.
  • Specific process technology for the cold working process is already well known and detailed description thereof will be omitted.
  • the first plastic working may further mechanically reduce the size of the inclusions distributed in the aluminum matrix constituting the aluminum alloy casting. And / or cracks may be formed inside the inclusions.
  • the inclusions may include a crystallized crystallized in the casting process or a secondary phase formed on the aluminum alloy casting base before the first plastic working, for example, intermetallic compounds such as Mg 2 Si, Al 2 Cu, primary Si, process Si, and the like. Can be.
  • the surface area of the inclusions can be increased by reducing the size of the inclusions and / or forming cracks through the first plastic working.
  • the first plastic working may be performed within a specific range of inducing cracking only in the brittle inclusions (eg, crystallized matter, secondary phase, etc.) without generating cracks in the entire aluminum alloy casting.
  • the curvature of the inclusions may be reduced, which may be advantageous for spheroidization.
  • the inclusions that have been mechanically refined and / or cracked in the first plastic working step are more spheroidized than the ones not subjected to the first plastic working step in the homogenization heat treatment performed after the first plastic working step is completed. It is promoted, which can improve the mechanical properties of the final material.
  • the aluminum alloy casting is plastically processed with an external force to the extent that the above-described effect can be obtained.
  • the first plastic working is fired so that the change rate of the thickness or length of the aluminum alloy is 1% or more (less than 100%), preferably 3% or more (less than 100%) before and after the first plastic working. I can process it.
  • the first plastic working step is performed, and the second homogenization continuously A heat treatment step can be performed.
  • the first plastic working may be performed before the homogenization heat treatment process is completed.
  • the first homogenization heat treatment time and the second homogenization heat treatment time may be the same, but are not necessarily the same.
  • the first homogenization heat treatment time may be equal to 12 hours, and the second homogenization heat treatment time may be equal to 12 hours.
  • the first homogenization heat treatment time is 6 hours
  • the second homogenization heat treatment time is 18 hours
  • the first homogenization heat treatment process condition and the second homogenization heat treatment process conditions may be adjusted according to the overall homogenization heat treatment time.
  • the homogenization heat treatment process condition is not limited to time, but means that other process conditions such as heat treatment temperature can be adjusted.
  • the aluminum alloy casting manufactured as described above may be made of an aluminum alloy processed material having a predetermined shape through a subsequent second plastic working.
  • the plastic working for producing the final product after the homogenization heat treatment is completed is referred to as the second plastic working.
  • the second plastic working may include rolling, extrusion, drawing, etc., for example, and includes all of the plastic working methods well known to those skilled in the art in order to manufacture a workpiece having a predetermined shape.
  • Work material having such a predetermined shape includes all of the plate, rod, wire, and the like. This processing technology is already well known process technology, detailed description thereof will be omitted.
  • an aluminum alloy for processing material (or aluminum alloy for whole body materials) is separately defined in KS standards, JIS standards, AA standards, and the like.
  • additional plastic processing of aluminum alloy casting manufactured by casting aluminum alloy it is difficult to manufacture the actual quality material due to poor processability or additional plastic processing itself due to problems such as cracking during plastic processing. happenss a lot.
  • the aluminum alloy prepared according to the embodiment of the present invention can be stably manufactured even if the casting cast with a conventional casting aluminum alloy shows excellent workability in the subsequent processing step.
  • the present invention may also be applied to manufacturing a final workpiece using a casting made of a conventional processing aluminum alloy, not necessarily a casting made of a casting aluminum alloy.
  • the workpiece manufactured through the second plastic working may further undergo a heat treatment step.
  • the inclusions that are mechanically fined and / or cracked in the first plastic working step may further promote the reduced effect of curvature, that is, the spheroidizing effect, as the surface area increases, thereby improving the mechanical properties of the workpiece. It can be further improved.
  • FIG. 1 is a process flow chart illustrating a method of manufacturing a workpiece using an aluminum alloy for casting according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
  • Figure 1 (a) is a process flow chart schematically showing a method of manufacturing a workpiece using the aluminum alloy for casting according to the comparative example of the present invention
  • Figure 1 (b) and (c) is an embodiment of the present invention
  • Process flow chart schematically showing a method for manufacturing a workpiece using an aluminum alloy for casting according to an example Process conditions used in the present invention are summarized in Table 1 below.
  • an aluminum alloy molten metal for casting was injected into a mold and cooled to prepare an aluminum alloy slab sample.
  • the aluminum alloy Magsimal-59 (AlMg 5 Si 2 Mn), which is a commercial casting alloy, was used.
  • An aluminum alloy slab sample of Comparative Example 1 was subjected to a homogenization heat treatment for 580 ° C. for 24 hours, a hot rolling process at 400 ° C., and a cold rolling at 25 ° C. in sequence. Was prepared.
  • Figure 2 is a result of analyzing the microstructure of the aluminum alloy cast sample according to the embodiment and the comparative example of the present invention with an optical microscope.
  • the casting state of the cast aluminum alloy used in the present invention (Comparative Example 2, Fig. 2 (a)), Comparative Example 1 (Fig. 2 (b)), Example 1 (Fig. 2 ( c)) and Example 2 (Fig. 2 (d)) after performing the homogenization heat treatment of the aluminum alloy slab samples, respectively, is a photograph of the microstructure of the aluminum alloy slab sample observed with an optical microscope.
  • Initial Comparative Example 2 (Fig. 2 (a)) there are the aluminum matrix ( ⁇ -Al), Al (Primary ⁇ -Al) of the layered structure around the Mg 2 Si process organization is formed.
  • Example 2 which performed cold rolling before homogenization heat treatment
  • Example 2 which performed cold rolling during homogenization heat treatment
  • Mg 2 Si particles were mostly spheroidized. It was confirmed.
  • FIG. 3 is a view showing in three dimensions the shape of the secondary phase of the aluminum alloy cast sample according to the Examples and Comparative Examples of the present invention.
  • the shape of the secondary phase in the same position as that of analyzing the microstructure of FIG. 2 is shown in three dimensions.
  • the initial casting material Comparative Example 2, (a) of FIG. 3) as in FIG. 2, an Al matrix phase and a Mg 2 Si eutectic structure of a layered structure are formed.
  • Comparative Example 1 In Comparative Example 1 (FIG. 3B), in which only the homogenization heat treatment was performed, Mg 2 Si is mostly distributed in a plate shape.
  • Example 1 (FIG. 3 (c)) which was cold rolled before homogenization heat treatment
  • Example 2 FIG. 3 (d)
  • Mg 2 Si particles were mostly fibers. Form or spheronization was confirmed. From this, when the plastic working is performed before or during the homogenization heat treatment according to the embodiment of the present invention, it can be seen that the secondary phase Mg 2 Si is further refined.
  • Example 1 of performing the cold rolling before the end of the homogenization heat treatment in the process of Figure 1 (b) and (c) of the present invention performing the hot rolling and cold rolling (Fig. It is a photograph which shows the external appearance of the aluminum alloy plate sample of 5 (a) and (b)) and Example 2 (FIG. 2 (c) and (d)).
  • the aluminum alloy slab samples of Example 1 (Figs. 5 (a) and (b)) and Example 2 (Figs. 2 (c) and (d)) were hot rolled to a thickness of 4 mm, and additionally, thickness 1 No cracking was found during cold rolling up to mm.
  • the aluminum alloy slab sample of Comparative Example 2 which was cold rolled before the homogenization heat treatment, and the cold rolled in the middle of the homogenization heat treatment, was homogenized. Rolling workability was greatly improved by performing cold rolling before the heat treatment was finished.
  • 6 to 8 are photographs showing the microstructure of the aluminum alloy cast sample according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 (a) is a photographic result of observing the microstructure of the sample of Example 1 immediately after cold rolling performed before the homogenization heat treatment in the manufacturing process step shown in FIG. 1 (b), and FIG. 6 (b).
  • Is a photographic result of observing the microstructure of the sample of Example 2 immediately after cold rolling before the second homogenization treatment in the manufacturing process step shown in FIG. 6 (a) and 6 (b) it can be seen that the crushing of the Mg 2 Si phase (secondary phase) occurred by cold rolling.
  • the surface area of the Mg 2 Si phase is greatly increased by pulverizing and miniaturizing the acicular Mg 2 Si phase, which is a secondary phase crystallized on an aluminum matrix.
  • Example 7 is a sample of Example 1 (a) and Example 2 (b) shown in Figure 6 after the end of the homogenization heat treatment, hot rolling, intermediate heat treatment, cold rolling, and then heat treatment (580 ° C. for 1 hour Maintenance) process, followed by water cooling and optical micrograph showing the distribution of the Mg 2 Si phase (secondary phase).
  • 8 is an optical micrograph showing the grain size of the samples shown in FIG.
  • inclusions such as crystallites or secondary phases formed in the casting process and present in the casting exhibit a significant change in the form or form of the structure by subsequent steps. That is, immediately after casting with a cast aluminum alloy, as shown in Fig. 2 (a), the microstructure surrounded by Al and Mg 2 Si eutectic structure having a layered ⁇ -Al layered structure, but the present invention
  • the aluminum alloy workpiece manufactured through the process according to the embodiment of FIG. 7 will have a microstructure in which spherical or elliptical particles having a curvature on the surface are distributed in the matrix.
  • FIG. 9 it is a graph comparing the tensile properties of the aluminum alloy plate sample of Example 1 and the aluminum alloy plate sample of Example 2 prepared according to the embodiments of the present invention and the casting material (Comparative Example 2).
  • the tensile test piece collected from the casting material (comparative example 2) slab immediately after casting was made into the comparison object.
  • FIG. 10 is a process flow chart illustrating a method of manufacturing a workpiece using an aluminum alloy for casting according to another embodiment and a comparative example of the present invention.
  • Figure 10 (a) is a process flow diagram schematically showing a method of manufacturing a workpiece using the aluminum alloy for casting according to Comparative Example 3 of the present invention
  • Figure 10 (b) and (c) of the present invention Process flowchart schematically showing a method for manufacturing a workpiece using the aluminum alloy for casting according to Examples 3 and 4.
  • Process conditions used in the present invention are summarized in Table 3 below.
  • the aluminum alloy used Magsimal-59 (AlMg5Si2Mn) which is a commercial casting alloy.
  • the temperature increase rate after the cold working is 100 °C / h
  • the cooling to room temperature after the homogenization heat treatment is air-cooled conditions.
  • the aluminum alloy molten metal at 700 °C casting was injected into the mold and cooled to prepare an aluminum alloy slab sample.
  • Magsimal-59 AlMg 5 Si 2 Mn
  • the prepared aluminum alloy billet sample was subjected to homogenization heat treatment for 580 ° C. for 24 hours, and extrusion was sequentially performed at 350 ° C. to prepare an aluminum alloy billet sample of Comparative Example 3.
  • FIG 11 is an optical micrograph of the microstructure of the aluminum alloy cast sample according to Comparative Example 3 of the present invention.
  • Figure 11 (a) corresponds to the upper end of the billet of the aluminum alloy casting state performed only the melting / casting step in Figure 10 (a)
  • Figure 11 (b) is melting / casting in Figure 10 (a) It corresponds to the middle portion of the billet of the aluminum alloy casting state performed only step
  • Figure 11 (c) corresponds to the upper end of the billet of the aluminum alloy casting state performed to the homogenization heat treatment step in Figure 10 (a)
  • 11 (d) corresponds to the middle portion of the billet in the aluminum alloy casting state performed up to the homogenization heat treatment step in Figure 10 (a).
  • "PD" stands for Cold Work Press Direction.
  • 12 (a) and 13 (a) correspond to the upper end of the billet of the aluminum alloy casting state that performed the melting / casting and the first plastic working step in FIGS. 10 (b) and (c), respectively
  • (B) and (b) of FIG. 12 correspond to an intermediate part of the billet in the aluminum alloy casting state in which the melting / casting and the first plastic working steps are performed in FIGS. 10 (b) and (c), respectively
  • 12 (c) and 13 (c) correspond to the upper end of the billet of the aluminum alloy casting state performed up to the homogenization heat treatment step in FIGS. 10 (b) and (c), respectively
  • (d) of FIG. And (d) of FIG. 13 correspond to the middle part of the billet of the aluminum alloy casting state which performed until the homogenization heat treatment step in FIGS. 10 (b) and (c), respectively.
  • "PD" stands for Cold Work Press Direction.
  • FIG. 14 is a graph analyzing the size and sphericity of the secondary phase (Mg 2 Si) shown in FIGS. 11 to 13.
  • the horizontal axis of FIG. 14 represents the deformation amount (0%, 5%, 10%) of the first plastic working before the homogenization heat treatment
  • the left vertical axis represents the average size of the secondary phase
  • the right vertical axis represents the average sphericity of the secondary phase.
  • the item indicates the average size of the secondary phase at the top of the billet
  • the item indicates the average size of the secondary phase at the middle of the billet
  • the item indicates the average degree of visualization of the secondary phase at the top of the billet.
  • the average sphericity of the secondary phase is shown in the middle of the billet.
  • the average degree of sphericity is determined by Equation 1, where V p is the volume of the particles and A p represents the surface area of the particles.
  • FIG. 15 is a photograph of the appearance of the extruded extruded material after homogenization treatment for the aluminum alloy casting samples according to (a) Comparative Example 3, (b) Example 3 and (c) Example 4 of the present invention. That is, (a) of FIG. 15 is an appearance of an extruded material that has been subjected to the extrusion step after homogenization heat treatment in FIG. 10 (a), and FIG. 15 (b) shows an extrusion step after homogenization heat treatment in FIG. 10 (b). 15 is an appearance of an extruded material, and FIG. 15C is an appearance of an extruded material in which an extrusion step is performed after homogenizing heat treatment in FIG. 10C. According to this, even if the first plastic working is performed before the homogenization heat treatment, there is no difference in appearance of the extruded material after the homogenization heat treatment.
  • Figure 16 is a photograph showing the microstructure of the extruded extruded material after homogenization treatment and Comparative Example and Example of the present invention. Specifically, (a), (b) and (c) of FIG. 16 are fines of the extruded material extruded after homogenizing treatment for the aluminum alloy casting samples according to Comparative Example 3, Example 3 and Example 4 of Table 3, respectively. (D), (e), (f) of the aluminum alloy casting samples according to Comparative Examples 3, 3, and 4 of Table 3, respectively, were extruded after homogenization treatment. It is a photograph showing the microstructure of the solution treated solution solution for 1 hour at 580 °C. "ED" means Extrusion Direction.
  • FIG. 17 is a graph analyzing the size and sphericity of the secondary phase (Mg 2 Si) shown in FIG. 16.
  • the horizontal axis of FIG. 17 represents the deformation amount (0%, 5%, 10%) of the first plastic working before homogenization heat treatment
  • the left vertical axis represents the average size of the secondary phase
  • the right vertical axis represents the average sphericity of the secondary phase.
  • ⁇ Item indicates the average size of the secondary phase immediately after extrusion
  • ⁇ Item indicates the average size of the secondary phase after solution treatment
  • ⁇ Item indicates the average degree of sphericity of the secondary phase immediately after extrusion
  • ⁇ Item indicates The average sphericity degree of the secondary phase after a process is shown.
  • the average sphericity degree is determined by Equation 1, where V p is the volume of the particles, and A p represents the surface area of the particles.
  • Example 18 is a graph evaluating the tensile properties of the extruded extruded material after the homogenization treatment and the comparative examples and examples of the present invention. Comparative Example 3, Example 3 and Example 4 are examples shown in Table 3.
  • Figure 18 (a) is an evaluation of the extruded material tensile properties immediately after extrusion (As-extruded), it can be seen that the elongation increases from 17% to 23% as the amount of deformation of the first plastic working before the homogenization heat treatment increases .
  • Figure 18 (b) is an evaluation of the tensile properties of the extruded material in the state of T4 treatment (natural treatment of the extruded material after heat treatment for 1 hour at a temperature of 580 °C), it can be confirmed that the strength is improved compared to immediately after extrusion, homogenization As the amount of deformation of the first plastic working before heat treatment increased, the yield strength and tensile strength were improved.
  • FIG. 18 (c) is an evaluation of the tensile properties of the extruded material in a state in which the T6 treatment (natural heat treatment of the extruding material after heat treatment at a temperature of 580 ° C. for 1 hour and then heat treatment at 250 ° C. for 1 hour) is performed. Compared with (a) and (b) it can be seen that the yield strength and tensile strength significantly improved.
  • the extruded material when the first plastic processing having a deformation amount of about 10% is introduced before the homogenization heat treatment, the extruded material has an elongation of 23% before aging treatment, and a yield strength of 250 MPa and a tensile strength of 280 MPa after aging treatment. You can see that it is implemented. That is, it was confirmed that the cast material such as Magsimal-59 can secure the mechanical properties of the A6061 level processed material.
  • the method for manufacturing a workpiece using the aluminum alloy for casting according to the embodiment of the present invention injects a molten metal having a casting aluminum alloy composition into a mold to manufacture an aluminum alloy casting material, and homogeneous heat treatment of the casting material. After performing the first plastic working before or during the homogenization heat treatment, the homogenization heat treatment is finished. Thereafter, the cast material subjected to the homogenization heat treatment may be manufactured again by second plastic working.
  • the above-described aluminum alloy according to the spirit of the present invention may have a composition of the aluminum alloy for casting.
  • the aluminum alloy may be an aluminum alloy having 5 to 6 wt% magnesium, 1.8 to 2.6 wt% silicon, 0.5 to 0.8 wt% manganese, and the balance aluminum.
  • the aluminum alloy may be an Al-Si-based, Al-Cu-based or Al-Mg-based aluminum main alloy, specifically, AC1A, AC1B, AC2A, AC2B, AC3A, AC4A, AC4B, AC4C, AC4CH It may be an AC4D, AC5A, AC7A, AC7B, AC8A, AC8B, AC8C, AC9A or AC9B alloy.
  • the aluminum alloy may be an aluminum main alloy for Al-Si die casting, and specifically, may be ADC1, ADC3, ADC5, ADC6, ADC10, ADC10Z, ADC12, ADC12Z, or ADC14 alloy.
  • the method for manufacturing a workpiece using the aluminum alloy for the whole material is prepared by injecting a molten metal having an aluminum alloy composition for the whole material into a mold to produce an aluminum alloy casting material, the homogenous heat treatment before or after the casting material After performing the first plastic working in the middle of the homogenization heat treatment, the homogenization heat treatment is completed. Thereafter, the cast material subjected to the homogenization heat treatment may be manufactured again by second plastic working.
  • the processing material manufacturing method using the aluminum alloy for casting and the aluminum alloy for the whole material is injecting the molten metal having a casting aluminum alloy composition and the molten metal having the aluminum alloy composition for the whole material into the mold together
  • An alloy casting material is prepared, and the homogeneous heat treatment is terminated after the first plastic working is performed before or after the homogenizing heat treatment of the casting material. Thereafter, the cast material subjected to the homogenization heat treatment may be manufactured again by second plastic working.
  • the aluminum alloy having the composition of the aluminum alloy for the whole material is composed of 2000 series of Al-Cu- (Mg), 3000 series of Al-Mn, 4000 series of Al-Si, 5000 series of Al-Mg, and 6000 series of Al-Mg-Si. Or Al-Zn-Mg- (Cu) -based aluminum alloy of 7000 series.
  • the 2000 series of material aluminum alloys may be 2011, 2014, 2017, 2117, 2018, 2218, 2024, 2025, 2N01 or 2219 alloys
  • the 3000 series of material aluminum alloys may be 3003, 3203, 3004, 3104, 3005. , 3105, 3008, or 3009 alloys
  • the 4000 series material aluminum alloys may be 4032, BA4343, BA4045 or BA4004 alloys
  • the 5000 series material aluminum alloys are 5005, 5052, 5652, 5154, 5254, 5454, 5056
  • Alloys can be 5082, 5182, 5083, 5086, 5N01 or 5N02 alloys
  • 6000 series wire material aluminum alloy can be 6063, 6061, 6005A, 6N01, 6351, 6151, 6262 or 6101 alloy
  • 7000 series material aluminum alloy Silver may be 7003, 7010, 7050, 7072, 7075, 7175, 7475, 7178, 7079 or 7N01 alloy.
  • the embodiment of the present invention as a method that can be used integrating the aluminum alloy casting material and the processing material, there is no need for a separate sorting operation, there is no need to introduce a separate auxiliary equipment, conventional heat treatment furnace and press, If only a rolling mill and an extruder can be applied, it is possible to manufacture an aluminum alloy processed material having economical and excellent mechanical properties.

Abstract

본 발명의 일 관점에 따르면, 알루미늄 합금 용탕을 주형에 주입하여 알루미늄 합금 주물을 제조하는 단계; 및 상기 알루미늄 합금 주물을 균질화 열처리하는 단계; 를 포함하는 알루미늄 합금 제조 방법에 있어서, 상기 균질화 열처리 전 또는 상기 균질화 열처리 중에 제 1 소성가공을 수행하는 단계를 포함하는 알루미늄 합금 제조 방법이 제공된다.

Description

알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법
본 발명은 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 균질화 열처리 단계에서 미세조직을 제어함으로써 가공성 및 기계적 특성을 크게 향상시킬 수 있는 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법에 관한 것이다.
자동차 연비규제 강화에 의한 경량화 추세에 따라 알루미늄 합금의 적용량이 급증하고 있다. 이에 따라 폐기되는 알루미늄 부품의 양도 점차 증가하고 있다. 알루미늄 합금의 경우 재활용 시, 원광석부터 생산에 필요한 에너지 대비 약 95%를 절감할 수 있다고 알려져 있다. 하지만 자동차 등 여러 제품에 적용되는 알루미늄 합금은 크게 주조재와 가공재로 구분되며, 제조사, 적용 부품, 요구 특성 등에 따라 다양한 합금원소가 첨가되어 사용되고 있다. 따라서 재활용 시에는 별도의 선별작업이 요구되며, 대부분 저급한 용도의 스크랩으로 취급되는 문제점이 있다. 그러므로 증가되는 알루미늄 부품의 재활용률을 높이기 위해서는 주조재와 가공재 합금의 통합화를 위한 연구개발이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 가공성 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 알루미늄 합금 용탕을 주형에 주입하여 알루미늄 합금 주물을 제조하는 단계; 및 상기 알루미늄 합금 주물을 균질화 열처리하는 단계;를 포함하는 알루미늄 합금 제조 방법에 있어서, 상기 균질화 열처리 전 또는 상기 균질화 열처리 중에 제 1 소성가공을 수행하는 단계를 포함하는, 알루미늄 합금 제조 방법이 제공된다.
상기 제 1 소성가공을 수행하는 단계는, 열간가공, 온간가공 및 냉간가공 중 어느 하나의 방법을 사용하거나, 또는 상기 방법 중 2종 이상의 방법을 조합하여 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제 1 소성가공을 수행하는 단계는, 상기 알루미늄 주물 내에 포함된 적어도 하나의 개재물의 크기를 기계적으로 더 감소시키거나, 그리고/또는 상기 개재물에 균열을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 개재물에 균열을 형성시키는 단계는, 상기 알루미늄 주물의 기지(matrix)를 제외한 상기 개재물에만 수행되게 할 수 있다.
상기 제 1 소성가공을 수행하는 단계는, 상기 알루미늄 주물 내에 포함된 적어도 하나의 개재물의 적어도 일부 표면의 곡률이 감소하는 단계를 포함할 수 있다.
한편 상기 개재물은 정출물 또는 2차상을 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 합금 용탕은 주조용 알루미늄 합금을 용융시켜 제조한 것일 수 있다. 상기 주조용 알루미늄 합금은 5 내지 6 중량%의 마그네슘, 1.8 내지 2.6 중량%의 규소, 0.5 내지 0.8 중량%의 망간 및 잔부가 알루미늄인 알루미늄 합금일 수 있다. 다른 예를 들면, 상기 주조용 알루미늄 합금은 Al-Si계, Al-Cu계 또는 Al-Mg계 알루미늄 주조합금일 수 있으며, 구체적으로, AC1A, AC1B, AC2A, AC2B, AC3A, AC4A, AC4B, AC4C, AC4CH, AC4D, AC5A, AC7A, AC7B, AC8A, AC8B, AC8C, AC9A 또는 AC9B 합금일 수 있다. 그 밖의 다른 예를 들면, 상기 주조용 알루미늄 합금은 Al-Si계 다이캐스팅용 알루미늄주조합금일 수 있으며, 구체적으로, ADC1, ADC3, ADC5, ADC6, ADC10, ADC10Z, ADC12, ADC12Z 또는 ADC14 합금일 수 있다.
상기 알루미늄 합금 용탕은 전신재용(가공재용) 알루미늄 합금을 용융시켜 제조한 것일 수 있다. 상기 전신재용 알루미늄 합금의 조성을 가지는 알루미늄 합금은 Al-Cu-(Mg)계인 2000계열, Al-Mn계인 3000계열, Al-Si계인 4000계열, Al-Mg계인 5000계열, Al-Mg-Si계인 6000계열, 또는 Al-Zn-Mg-(Cu)계인 7000계열의 알루미늄 합금일 수 있다. 구체적으로, 2000계열의 전신재 알루미늄 합금은 2011, 2014, 2017, 2117, 2018, 2218, 2024, 2025, 2N01 또는 2219 합금일 수 있으며, 3000계열의 전신재 알루미늄 합금은 3003, 3203, 3004, 3104, 3005, 3105, 3008 또는 3009 합금일 수 있으며, 4000계열의 전신재 알루미늄 합금은 4032, BA4343, BA4045 또는 BA4004 합금일 수 있으며, 5000계열의 전신재 알루미늄 합금은 5005, 5052, 5652, 5154, 5254, 5454, 5056, 5082, 5182, 5083, 5086, 5N01 또는 5N02 합금일 수 있으며, 6000계열의 전신재 알루미늄 합금은 6063, 6061, 6005A, 6N01, 6351, 6151, 6262 또는 6101 합금일 수 있으며, 7000계열의 전신재 알루미늄 합금은 7003, 7010, 7050, 7072, 7075, 7175, 7475, 7178, 7079 또는 7N01 합금일 수 있다.
한편, 상기 알루미늄 합금 용탕은 주조용 알루미늄 합금 및 전신재용 알루미늄 합금을 함께 용융시켜 제조한 것일 수도 있다. 이 경우, 상기 알루미늄 합금 용탕은 알루미늄 제품의 재활용을 위한 스크랩을 상기 주조용 알루미늄 합금과 전신재용 알루미늄 합금을 구별하는 별도의 선별작업을 수행하지 않고 함께 용융함으로써 구현될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 상술한 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금을 제 2 소성가공하는 단계를 포함하는, 알루미늄 가공재를 제조하는 방법이 제공된다.
알루미늄 가공재를 제조하는 방법은 상기 제 2 소성가공 단계 이후 열처리를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 열처리를 수행하는 단계는, 상기 제 2 소성가공을 거친 알루미늄 합금 내에 포함된 적어도 하나의 개재물의 적어도 일부 표면의 곡률이 감소하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 주조용 알루미늄 합금으로 주조된 주물을 가공한 알루미늄 합금 가공재에 있어서, 상기 알루미늄 합금 가공재는, 주물에 포함된 기지를 둘러싸는 형태의 단일 구조 또는 층상 구조의 정출물 또는 2차상이 변형된 것으로서, 적어도 표면의 일부에 곡률을 포함하는 형상의 입자가 복수개로서 기지 내에 분포하는 미세구조를 가지는, 알루미늄 합금 가공재가 제공된다. 상기 적어도 표면의 일부에 곡률을 포함하는 형상은 구형 또는 타원형을 포함할 수 있다.
상기 층상 구조는 공정(共晶,eutectic) 조직과 같이 다른 상(phase)이 서로 교호적으로 적층되는 구조를 의미하며, 상기 단일구조는 이러한 층상 구조가 아닌 단일한 상에 의해 형성된 구조를 의미한다.
본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 주조용 알루미늄 합금 용탕을 주형에 주입하여 슬라브 또는 빌렛을 제조하는 단계; 상기 슬라브 또는 빌렛을 균질화 열처리하는 단계; 및 상기 균질화 열처리가 완료된 슬라브 또는 빌렛을 압연, 압출, 인발 중 어느 하나 이상의 방법을 이용하여 판재, 봉재 및 선재 중 어느 하나를 제조하는 단계를 포함하되, 상기 균질화 열처리 전 또는 상기 균질화 열처리 중에 소성가공을 수행하는 단계를 더 포함하는, 알루미늄 합금 가공재를 제조하는 방법이 제공된다.
상기 판재, 봉재 및 선재 중 어느 하나를 제조하는 단계 이후에 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 균질화 열처리 전 또는 상기 균질화 열처리 중에 소성가공을 수행하는 단계는, 상기 슬라브 또는 빌렛 내에 포함된 적어도 하나의 정출물 또는 2차상의 크기를 기계적으로 더 감소시키거나, 그리고/또는 상기 정출물 또는 2차상에 균열을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 균질화 열처리 전 또는 상기 균질화 열처리 중에 소성가공을 수행하는 단계는, 상기 슬라브 또는 빌렛 내에 포함된 적어도 하나의 정출물 또는 2차상의 적어도 일부 표면의 곡률이 감소하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 판재, 봉재 및 선재 중 어느 하나를 제조하는 단계 이후에 열처리를 통하여 상기 판재, 봉재 및 선재 중 어느 하나의 내부에 포함된 적어도 하나의 정출물 또는 2차상의 적어도 일부 표면의 곡률을 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 알루미늄 합금 주조재와 가공재를 통합하여 사용할 수 있는 방법으로서, 별도의 선별작업이 필요없으며, 별도의 부대설비를 도입할 필요가 없고, 재활용이 용이하고, 우수한 가공성과 기계적 특성을 갖는 주조용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 주조용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법을 도식화하여 나타낸 공정순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 미세조직을 광학현미경으로 분석한 결과이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 2차상의 형태를 3차원으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 외관을 나타내는 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 외관을 나타내는 사진이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 미세조직을 보여주는 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 기계적 특성을 분석한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예 및 비교예에 따른 주조용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법을 도식화하여 나타낸 공정순서도이다.
도 11은 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 미세조직을 분석한 광학현미경 사진이다.
도 12 및 도 13는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 미세조직을 분석한 광학현미경 사진이다.
도 14는 도 11 내지 도 13에 나타난 2차상(Mg2Si) 크기 및 구상화도를 분석한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플에 대하여 균질화 처리 후 압출한 압출재의 외관을 촬영한 사진이다.
도 16은 본 발명의 비교예 및 실시예에 대하여 균질화 처리 및 이후 압출한 압출재의 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 17은 도 16에 나타난 2차상(Mg2Si) 크기 및 구상화도를 분석한 그래프이다.
도 18은 본 발명의 비교예 및 실시예에 대하여 균질화 처리 및 이후 압출한 압출재의 인장특성을 평가한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
본 발명은 균질화 열처리 전 또는 균질화 열처리 중에 소정의 소성가공을 도입함으로써 가공재의 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법에 관한 것이다. 특히, 소성가공 공정을 도입하여 알루미늄 기지 주위의 2차상을 미세화시켜 연신율과 항복강도가 우수한 가공재의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 다양한 조성을 가지는 주조용 알루미늄 합금 및 가공용 알루미늄 합금 모두에 있어서, 공정조직 내 정출물을 보다 미세하고 균질화되게 하는 공정을 도입함에 따라 종래의 알루미늄 합금에서는 발견할 수 없었던 우수한 기계적 특성을 갖는 알루미늄 합금 가공재를 생산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 알루미늄 합금의 제조방법은 알루미늄 합금 용탕을 주형에 주입하여 알루미늄 주물을 제조하는 단계; 및 상기 알루미늄 주물을 균질화 열처리하는 단계를 포함한다. 이때 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 균질화 열처리 전 또는 상기 균질화 열처리 중에 제 1 소성가공을 수행하는 단계를 포함한다. 상기 제 1 소성가공은 알루미늄 합금 주물을 균질화 열처리 하기 전 또는 균질화 열처리 중에 알루미늄 합금 주물에 인가되는 가공을 의미하며, 균질화 열처리가 완료된 알루미늄 합금 주물을 이용하여 소정의 형상을 가지는 가공재를 제조하기 위한 제 2 소성가공과 구분된다.
균질화 열처리는 주조된 주물 혹은 잉곳(ingot)의 내부에 존재하는 편석이나 변형을 제거하여 내부 조직을 균질하게 하기 위한 열처리를 의미한다.
상기 알루미늄 합금 용탕은 주조용 알루미늄 합금을 용융시켜 제조한 것일 수 있다. 주조용 알루미늄 합금은 예를 들어, KS 규격, JIS 규격, AA 규격 등에 의해 정의되는 알루미늄 합금이거나 또는 그 외에도 주조용으로 개발되어 사용되는 모든 알루미늄 합금을 포함한다.
상기 알루미늄 합금 주물은 대표적으로 슬라브 형태이거나 빌렛 형태일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 알루미늄 합금 주물을 제조하기 위한 주조방법은 중력주조, 다이캐스팅, 연속주조 등 주지의 주조방법을 모두 포함할 수 있다.
상기 제 1 소성가공은 열간가공, 온간가공 및 냉간가공 중 어느 하나의 방법을 사용하거나, 또는 상기 방법 중 2종 이상의 방법을 조합하여 수행할 수 있다. 이러한 가공 형태로는 압연, 압출, 인발 등을 예시할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 이외에 외력에 의해 소재의 소성변형을 유발할 수 있는 어떠한 가공방법을 모두 포함한다.
예시적으로 제 1 소성가공으로는 냉간압연을 포함할 수 있으며, 상기 냉간압연 공정 이외에도 냉간압출 등과 같은 다른 냉간가공 방법으로 대체될 수도 있다. 상기 냉간가공 공정에 대한 구체적인 공정 기술은 이미 널리 공지된 것으로 상세한 설명은 생략한다.
상기 제 1 소성가공은 상기 알루미늄 합금 주물을 구성하는 알루미늄 기지에 분포되는 개재물의 크기를 기계적으로 더 감소시킬 수 있다. 그리고/또는 상기 개재물 내부에 균열을 형성시킬 수 있다. 여기서 개재물은 주조 과정에서 정출되는 정출물이나 제 1 소성가공 전 알루미늄 합금 주물 기지에 형성된 2차상, 예를 들어 Mg2Si, Al2Cu 등과 같은 금속간화합물 내지 초정 Si, 공정 Si 등을 포함할 수 있다.
상기 제 1 소성가공을 통해 상기 개재물의 크기를 감소시키거나 그리고/또는 균열을 형성시킴으로써, 상기 개재물의 표면적을 증대시킬 수 있다. 여기서, 상기 제 1 소성가공은 상기 알루미늄 합금 주물 전체에 균열을 발생시키지 않으면서 취성을 갖는 개재물(예를 들어, 정출물, 2차상 등)에만 균열을 유도하는 특정한 범위 내에서 수행될 수 있다.
상기 개재물을 기계적으로 미세화 시키는 단계에서 상기 개재물의 곡률을 감소시켜 구상화에 유리하게 할 수 있다. 이러한 제 1 소성가공 단계에서 기계적으로 미세화되거나 그리고/또는 균열이 생긴 개재물은 제 1 소성가공 단계가 완료된 이후에 수행되는 균질화 열처리 과정에서 이러한 제 1 소성가공 단계를 거치지 않은 것에 비해 개재물의 구상화가 더욱 촉진되며, 이로 인해 최종 소재의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 제 1 소성가공 단계는, 상술한 효과를 나타내게 할 수 있는 정도로 외력으로 알루미늄 합금 주물을 소성가공 한다. 이는 알루미늄 합금의 성분이나 주조상태에 따라 달라질 수 있음을 의미한다. 예시적으로는 이러한 제 1 소성가공은 상기 제 1 소성가공 전후로 상기 알루미늄 합금의 두께 또는 길이의 변화율이 1% 이상(100% 미만) 바람직하게는 3% 이상(100% 미만)의 범위가 되도록 소성가공할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따를 경우, 알루미늄 합금 용탕의 용해/주조 단계 이후에 알루미늄 합금 주물의 제 1 균질화 열처리 단계를 수행한 후 제 1 소성가공하는 단계를 수행하고, 연속적으로 제 2 균질화 열처리 단계를 수행할 수 있다. 이 때, 상기 제 1 소성가공은 상기 균질화 열처리 공정이 종료되기 이전에 수행하면 된다. 제 1 균질화 열처리 시간과 제 2 균질화 열처리 시간은 동일할 수 있으나, 반드시 동일해야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 제 1 균질화 열처리 시간이 12시간, 제 2 균질화 열처리 시간이 12시간으로 동일할 수 있다. 또는 제 1 균질화 열처리 시간이 6시간, 제 2 균질화 열처리 시간이 18시간으로 전체적인 균질화 열처리 시간에 따라 제 1 균질화 열처리 공정조건 및 제 2 균질화 열처리 공정조건을 조정할 수 있다. 상기 균질화 열처리 공정조건은 시간에만 국한된 것이 아니라 열처리 온도 등과 같은 다른 공정조건도 조정 가능함을 의미한다.
이상과 같이 제조된 알루미늄 합금 주물은 후속하는 제 2 소성가공을 거쳐 소정의 형상을 가지는 알루미늄 합금 가공재로 제조될 수 있다. 전술한 대로, 균질화 열처리가 완료된 이후의 최종 제품을 제조하기 위한 소성가공은 제 2 소성가공으로 지칭된다. 이러한 제 2 소성가공은 예시적으로 압연, 압출, 인발 등이 포함될 수 있으며, 소정의 형상을 가지는 가공재를 제조하기 위하여 당업자에게 주지된 소성가공 방법을 모두 포함한다. 이러한 소정의 형상을 가진 가공재는 예시적으로 판재, 봉재, 선재 등을 모두 포함한다. 이러한 가공기술은 공정 기술은 이미 널리 공지된 것으로 상세한 설명은 생략한다.
통상 종래에는 소성가공을 통해 알루미늄 합금 가공재를 제조하기 위해 주조하는 단계에서 가공재용 알루미늄 합금을 이용하여 주조한 후에 이를 가공하는 단계를 거친다. 이러한 가공재용 알루미늄 합금(또는 전신재용 알루미늄 합금)은 KS 규격, JIS 규격, AA 규격 등에 별도로 정의되어 있다. 주조용 알루미늄 합금을 이용하여 제조한 알루미늄 합금 주물을 추가로 소성가공 하는 경우에는 열악한 가공성으로 인해 실제 양질의 가공재를 제조하기 어렵거나 소성가공 중에 나타나는 균열 등의 문제로 인해 추가 소성가공 자체가 어려운 경우가 많이 발생한다.
그러나 본 발명의 실시예에 따라 제조된 알루미늄 합금은 통상의 주조용 알루미늄 합금으로 주조된 주물이더라도 후속하는 가공단계에서 우수한 가공성을 나타내므로 안정적으로 가공재를 제조할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면 반드시 주조용 알루미늄 합금으로 된 주물이 아닌 종래의 가공용 알루미늄 합금으로 된 주물을 이용하여 최종 가공재를 제조하는 경우에도 역시 적용될 수 있다.
제 2 소성가공을 거쳐 제조된 가공재는 추가적으로 열처리 단계를 거칠 수 있다. 이 과정에서 제 1 소성가공 단계에서 기계적으로 미세화되거나 그리고/또는 균열이 생긴 개재물은 표면적의 증가에 따라 그 곡률의 감소된 효과, 즉 구상화 효과가 더욱 촉진될 수 있으며, 이로 인해 가공재의 기계적 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 상술한 기술적 사상을 적용한 실험예를 설명한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예에 의해서 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 주조용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법을 도식화하여 나타낸 공정순서도이다. 구체적으로, 도 1의 (a)는 본 발명의 비교예에 의한 주조용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법을 개략적으로 도시한 공정순서도이고, 도 1의 (b) 및 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 주조용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법을 개략적으로 도시한 공정순서도이다. 본 발명에서 사용한 공정조건을 하기 표 1에 정리하였다.
Figure PCTKR2017005465-appb-T000001
도 1의 (a)와 표 1을 참조하면, 본 발명의 비교예에 의한 샘플로서, 주조용 알루미늄 합금 용탕을 주형에 주입한 후 냉각하여 알루미늄 합금 슬라브 샘플을 제조하였다. 알루미늄 합금은 상용 주조용 합금인 Magsimal-59(AlMg5Si2Mn)를 이용하였다. 제조된 알루미늄 합금 슬라브 샘플에 580℃, 24시간동안 균질화 열처리를 수행하고, 400℃에서 열간압연 공정을 처리하고, 중간열처리 및 25℃에서 냉간압연을 순차적으로 수행하여 비교예 1인 알루미늄 합금 판재 샘플을 제조하였다.
한편, 도 1의 (b)와 표 1을 참조하면, 본 발명의 실험예에 의한 샘플로서, 비교예 1 샘플과 동일한 주조용 알루미늄 합금 용탕을 주형에 주입한 후 냉각하여 알루미늄 합금 슬라브 샘플을 제조하였다. 제조된 알루미늄 합금 슬라브 샘플에 슬라브의 두께가 초기 두께보다 감소하도록 냉간압연을 수행한 후, 580℃, 24시간동안 균질화 열처리를 수행하고, 400℃에서 열간압연 공정을 처리하고, 중간열처리 및 25℃에서 냉간압연을 순차적으로 수행하여 실시예 1인 알루미늄 합금 판재 샘플을 제조하였다.
도 1의 (c)와 표 1을 참조하면, 본 발명의 다른 실험예에 의한 샘플로서, 비교예 1 샘플과 동일한 주조용 알루미늄 합금 용탕을 주형에 주입한 후 냉각하여 알루미늄 합금 슬라브 샘플을 제조하였다. 제조된 알루미늄 합금 슬라브 샘플에 580℃, 12시간동안 제 1 균질화 열처리를 수행하고, 냉간압연을 수행한 후 580℃, 12시간동안 제 2 균질화 열처리를 수행하고, 400℃에서 열간압연 공정을 처리하고, 중간열처리 및 25℃에서 냉간압연을 순차적으로 수행하여 실시예 2인 알루미늄 합금 판재 샘플을 제조하였다.
한편, 단계별 미세조직을 관찰하기 위하여 비교예 1과 다른 비교예 2로서 단지 동일한 알루미늄 합금을 단지 주조만 수행한 알루미늄 합금 주물을 제조하였다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 미세조직을 광학현미경으로 분석한 결과이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에서 사용한 주조용 알루미늄 합금의 주조상태(비교예 2, 도 2의 (a)), 비교예 1(도 2의 (b)), 실시예 1(도 2의 (c)) 및 실시예 2(도 2의 (d))의 알루미늄 합금 슬라브 샘플을 각각 균질화 열처리를 수행한 후 알루미늄 합금 슬라브 샘플의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 사진이다. 초기 비교예 2(도 2의 (a))에서는 알루미늄 기지(α-Al) 주위에 층상구조의 Al(초정 α-Al)과 Mg2Si 공정 조직이 형성되어 있다. 단순히 균질화 열처리 공정만 수행한 비교예 1(도 2의 (b))의 경우, Al 기지상 이외에 일부 구상화된 Mg2Si와 길다란 섬유 형태의 Mg2Si가 혼재되어 있는 형태로 분포되어 있다. 반면에, 균질화 열처리 전에 냉간압연을 수행한 실시예 1(도 2의 (c))과 균질화 열처리 중 냉간압연을 수행한 실시예 2(도 2의 (d))에서는 Mg2Si 입자가 대부분 구상화 된 것을 확인하였다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 2차상의 형태를 3차원으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 도 2의 미세조직을 분석한 위치와 동일한 위치에서의 2차상의 형태를 3차원적으로 나타낸 것이다. 도 2와 마찬가지로 초기 주조재(비교예 2, (도 3의 (a)))에서는 층상구조의 Al 기지상과 Mg2Si 공정 조직이 형성되어 있다. 단순히 균질화 열처리만 수행한 비교예 1(도 3의 (b))의 경우, Mg2Si가 대부분 판상 형태로 분포되어 있다. 반면에, 균질화 열처리 전에 냉간압연을 수행한 실시예 1(도 3의 (c))과 균질화 열처리 중 냉간압연을 수행한 실시예 2(도 3의 (d))에서는 Mg2Si 입자가 대부분 섬유형태 또는 구상화 된 것을 확인하였다. 이로부터 본 발명의 실시예에 따라 균질화 열처리 전 또는 그 중간에 소성가공을 수행한 경우, 2차상인 Mg2Si가 더욱 미세화된 것을 알 수 있다.
도 4의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 도 1의 (a) 공정으로 균질화 열처리를 수행한 후, 열간압연을 수행한 비교예 1의 알루미늄 합금 판재 샘플의 외관을 나타내는 사진이다. 초기 균질화 열처리를 수행한 후 약 25㎜ 두께의 슬라브 샘플을 약 21㎜ 두께까지 열간압연하였을 때 도 4의 (c)에서 일점쇄선의 화살표가 위치한 곳을 따라 균열이 발생하였다. 심한 균열 발생으로 인하여 압연공정 수행이 불가능하였다. 그 원인으로는 구상화되지 않은 길다란 섬유형태의 Mg2Si 입자를 따라 균열이 전파된 것으로 보여진다. 즉, Mg2Si의 취성(brittleness)으로 인한 균열 때문에 압연이 불가능하였다.
반면, 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예인 도 1의 (b)와 (c) 공정으로 균질화 열처리가 종료되기 전 냉간압연을 수행하고, 열간압연과 냉간압연을 수행한 실시예 1(도 5의 (a) 및 (b))과 실시예 2(도 2의 (c) 및 (d)) 알루미늄 합금 판재 샘플의 외관을 나타내는 사진이다. 실시예 1(도 5의 (a) 및 (b))과 실시예 2(도 2의 (c) 및 (d))의 알루미늄 합금 슬라브 샘플은 두께 4㎜까지 열간압연을 수행하고, 추가적으로 두께 1㎜까지 냉간압연을 수행하는 동안 균열발생이 발견되지 않았다. 단순히 균질화 열처리만을 수행한 비교예 1의 알루미늄 합금 슬라브 샘플의 경우와 비교하여 균질화 열처리 전에 냉간압연을 수행한 실시예 1과 균질화 열처리 중간에 냉간압연을 수행한 실시예 2의 알루미늄 합금 슬라브 샘플은 균질화 열처리가 종료되기 전에 냉간압연을 수행함으로써 압연 가공성이 크게 향상되었다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 미세조직을 보여주는 사진이다.
도 6의 (a)는, 도 1의 (b)에 도시된 제조공정 단계에서 균질화 열처리 전에 수행한 냉간압연 직후의 실시예 1 샘플의 미세조직을 관찰한 사진결과이며, 도 6의 (b)는 도 1의 (c)에 도시된 제조공정 단계에서 2차 균질화 처리 전 냉간압연을 실시한 직후의 실시예 2 샘플의 미세조직을 관찰한 사진결과이다. 도 6(a) 및 (b)를 참조하면, 냉간압연에 의해 Mg2Si 상(2차상)의 파쇄가 일어난 것을 알 수 있다. 냉간압연 수행시 알루미늄 기지에 정출된 2차상인 침상의 Mg2Si상을 분쇄하여 미세화 처리함으로써 Mg2Si 상의 표면적이 크게 증가함을 확인할 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 실시예 1 샘플(a)과 실시예 2 샘플(b)을 각각 균질화 열처리 종료 후 열간압연, 중간열처리, 냉간압연을 실시하고, 이후에 열처리(580℃에서 1시간 유지) 공정을 수행하고, 수냉시킨 후 Mg2Si 상(2차상)의 분포를 보여주는 광학현미경 사진이다. 도 8은 도 7에 도시된 샘플들의 결정립 크기를 보여주는 광학현미경 사진이다.
도 7을 참조하면, 초기 주조재(비교예 2)에서 층상구조를 나타내었던 Mg2Si(2차상)이 약 3㎛ 수준의 구형 입자로 분포함을 확인하였다. 도 8을 참조하면, 결정립이 약 20㎛ 수준의 등축정을 이루고 있음을 확인하였다.
본 발명의 실시예에 의할 시 주조 과정에서 형성되어 주물 내에서 존재하는 정출물 또는 2차상과 같은 개재물들은 이후에 수행되는 단계에 의해 그 형태 또는 구조의 형태의 현저한 변화를 나타내게 된다. 즉, 주조용 알루미늄 합금으로 주조한 직후에는 도 2의 (a)와 같이, 기지인 α-Al을 층상조직을 가지는 Al과 Mg2Si 공정(eutectic)조직이 둘러싸는 미세구조를 보이나, 본 발명의 실시예에 따른 과정을 거쳐 제조된 알루미늄 합금 가공재는 도 7과 같이 표면에 곡률을 가지는 구형 또는 타원형의 입자가 기지에 분포하는 미세구조를 가지게 된다.
종래의 주조용 알루미늄 합금의 경우에는 주물용으로만 사용되었고 가공재로는 사용되지 않았는바, 합금성분이 주조용 알루미늄 합금인 경우에는 도 2의 (a)와 같은 전형적인 주조조직만을 나타내었다. 그러나 본 발명의 실시예에 의할 경우에는 주조용 알루미늄 합금 성분을 가지고 있더라도 도 7과 같이 종래 주물에서는 볼 수 없는 미세구조를 가지는 알루미늄 합금 가공재가 제공된다.
도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 기계적 특성을 분석한 그래프이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 실시예 1의 알루미늄 합금 판재 샘플과 실시예 2의 알루미늄 합금 판재 샘플의 인장특성을 주조재(비교예 2)와 비교한 그래프이다. 여기서, 비교예 1의 알루미늄 합금 판재 샘플의 경우, 열간압연 공정 수행 도중 균열로 인하여 인장시험편을 얻을 수 없었다. 따라서, 주조 직후(as-cast)의 주조재(비교예 2) 슬라브로부터 채취한 인장시험편을 비교대상으로 하였다.
또한, 실시예 1의 알루미늄 합금 판재 샘플 및 실시예 2의 알루미늄 합금 판재 샘플을 각각 580℃에서 1시간 유지 후 수냉(T4 열처리)한 경우와 실시예 1의 알루미늄 합금 판재 샘플, 실시예 2의 알루미늄 합금 판재 샘플 및 주조재(비교예 2) 샘플을 각각 580℃에서 1시간 유지 후 수냉한 후, 추가적으로 250℃에서 1시간 유지한 후 수냉(T6 열처리)한 경우의 기계적 특성 값을 모두 비교분석하였다. 상기 기계적 특성 값은 하기 표 2에 정리하였다.
Figure PCTKR2017005465-appb-T000002
먼저, 실시예 1의 알루미늄 합금 판재 샘플과 실시예 2의 알루미늄 합금 판재 샘플을 T4 열처리한 경우, 실시예 1의 알루미늄 합금 판재 샘플과 실시예 2의 알루미늄 합금 판재 샘플 모두 주조재보다 크게 향상된 인장특성을 나타내었다. 특히, 연신율의 경우에는 비교예 2가 6%임에 비해 실시예 1 및 2의 경우에는 약 20%로 약 300% 이상의 연신율 향상을 나타내었다.
실시예 1의 알루미늄 합금 판재 샘플과 실시예 2의 알루미늄 합금 판재 샘플을 T6 열처리한 경우, 항복강도가 크게 향상되었으며, 주조재(비교예 2) 샘플을 T6 열처리한 경우와 비교하면 약 10% 이상 향상된 값을 나타내었다.
상술한 설명에서는, 균질화 열처리가 완료된 이후의 최종 제품을 제조하기 위한 제 2 소성가공으로 압연가공인 경우를 실험예로 설명하였다. 이하에서는, 균질화 열처리가 완료된 이후의 최종 제품을 제조하기 위한 제 2 소성가공으로 압출공정인 경우를 또 다른 실험예로 설명한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예 및 비교예에 따른 주조용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법을 도식화하여 나타낸 공정순서도이다. 구체적으로, 도 10의 (a)는 본 발명의 비교예 3에 의한 주조용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법을 개략적으로 도시한 공정순서도이고, 도 10의 (b) 및 (c)는 본 발명의 실시예 3 및 실시예 4에 따른 주조용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법을 개략적으로 도시한 공정순서도이다. 본 발명에서 사용한 공정조건을 하기 표 3에 정리하였다. 여기에서, 알루미늄 합금은 상용 주조용 합금인 Magsimal-59(AlMg5Si2Mn)를 이용하였다.
Figure PCTKR2017005465-appb-T000003
표 3에서 균질화 열처리를 수행하기 위하여 냉간가공 이후 승온속도는 100℃/h이며, 균질화 열처리 후 상온으로의 냉각은 공냉 조건이다.
도 10의 (a)와 표 3을 참조하면, 본 발명의 비교예 3에 의한 샘플로서, 700℃ 온도의 주조용 알루미늄 합금 용탕을 주형에 주입한 후 냉각하여 알루미늄 합금 슬라브 샘플을 제조하였다. 알루미늄 합금은 상용 주조용 합금인 Magsimal-59(AlMg5Si2Mn)를 이용하였다. 제조된 알루미늄 합금 빌렛 샘플에 580℃, 24시간동안 균질화 열처리를 수행하고, 350℃에서 압출을 순차적으로 수행하여 비교예 3인 알루미늄 합금 빌렛 샘플을 제조하였다.
한편, 도 10의 (b)와 표 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 3에 의한 샘플로서, 비교예 3 샘플과 동일한 주조용 알루미늄 합금 용탕을 주형에 주입한 후 냉각하여 알루미늄 합금 빌렛 샘플을 제조하였다. 제조된 알루미늄 합금 빌렛 샘플에 균질화 열처리 전에, 프레스를 이용하여 5%의 냉간가공(제 1 소성가공)을 수행한다. 계속하여, 이러한 제 1 소성가공을 수행한 후에, 580℃, 24시간동안 균질화 열처리를 수행하고, 350℃에서 압출을 순차적으로 수행하여 실시예 3인 알루미늄 합금 빌렛 샘플을 제조하였다.
한편, 도 10의 (c)와 표 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 4에 의한 샘플로서, 비교예 3 샘플과 동일한 주조용 알루미늄 합금 용탕을 주형에 주입한 후 냉각하여 알루미늄 합금 빌렛 샘플을 제조하였다. 제조된 알루미늄 합금 빌렛 샘플에 균질화 열처리 전에, 프레스를 이용하여 10%의 냉간가공(제 1 소성가공)을 수행한다. 계속하여, 이러한 제 1 소성가공을 수행한 후에, 580℃, 24시간동안 균질화 열처리를 수행하고, 350℃에서 압출을 순차적으로 수행하여 실시예 4인 알루미늄 합금 빌렛 샘플을 제조하였다.
도 11은 본 발명의 비교예 3에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 미세조직을 분석한 광학현미경 사진이다.
도 11의 (a)는 도 10의 (a)에서 용해/주조 단계만 수행한 알루미늄 합금 주물 상태의 빌렛의 상단부에 해당하며, 도 11의 (b)는 도 10의 (a)에서 용해/주조 단계만 수행한 알루미늄 합금 주물 상태의 빌렛의 중간부에 해당하며, 도 11의 (c)는 도 10의 (a)에서 균질화 열처리 단계까지 수행한 알루미늄 합금 주물 상태의 빌렛의 상단부에 해당하며, 도 11의 (d)는 도 10의 (a)에서 균질화 열처리 단계까지 수행한 알루미늄 합금 주물 상태의 빌렛의 중간부에 해당한다. "PD"는 냉간가공 도입 방향(Press Direction)을 의미한다.
도 11의 (a) 및 (b)를 참조하면, 알루미늄 기지(α-Al) 주위에 층상구조의 Al(초정 α-Al)과 Mg2Si 공정 조직이 형성되어 있음을 확인할 수 있으며, 도 11의 (c) 및 (d)를 참조하면, 단순히 균질화 열처리 공정만 수행한 경우, Al 기지상 이외에 일부 구상화된 Mg2Si와 길다란 섬유 형태의 Mg2Si가 혼재되어 있는 형태로 분포되어 있음을 확인할 수 있다.
도 12 및 도 13는 본 발명의 실시예 3 및 실시예 4에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플의 미세조직을 분석한 광학현미경 사진이다.
도 12의 (a) 및 도 13의 (a)는 각각 도 10의 (b) 및 (c)에서 용해/주조 및 제 1 소성가공 단계를 수행한 알루미늄 합금 주물 상태의 빌렛의 상단부에 해당하며, 도 12의 (b) 및 도 13의 (b)는 각각 도 10의 (b) 및 (c)에서 용해/주조 및 제 1 소성가공 단계를 수행한 알루미늄 합금 주물 상태의 빌렛의 중간부에 해당하며, 도 12의 (c) 및 도 13의 (c)는 각각 도 10의 (b) 및 (c)에서 균질화 열처리 단계까지 수행한 알루미늄 합금 주물 상태의 빌렛의 상단부에 해당하며, 도 12의 (d) 및 도 13의 (d)는 각각 도 10의 (b) 및 (c)에서 균질화 열처리 단계까지 수행한 알루미늄 합금 주물 상태의 빌렛의 중간부에 해당한다. "PD"는 냉간가공 도입 방향(Press Direction)을 의미한다.
도 12 및 도 13의 (a) 및 (b)를 참조하면, 알루미늄 기지(α-Al) 주위에 층상구조의 Al(초정 α-Al)과 Mg2Si 공정 조직이 형성되어 있음을 확인할 수 있으며, 공정조직 내부에 균열이 발생하였음을 확인할 수 있다. 또한 공정조직 내부의 균열은 도 12의 (a) 및 (b) 보다 균질화열처리 전 냉간가공 도입량이 큰 도 13의 (a) 및 (b)에서 더욱 많이 발생하였다. 도 12 및 도 13의 (c) 및 (d)를 참조하면, 균질화 열처리 전에 프레스 냉간가공을 수행한 경우 Mg2Si 입자가 대부분 구상화된 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 12 내지 도 13을 참조하면, 균질화 열처리 전 냉간가공량 증가에 따라 Mg2Si 입자 크기가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 14는 도 11 내지 도 13에 나타난 2차상(Mg2Si) 크기 및 구상화도를 분석한 그래프이다. 도 14의 가로축은 균질화 열처리 전의 제 1 소성가공의 변형량(0%, 5%, 10%)을 나타내며, 좌측 세로축은 2차상의 평균 크기를 나타내며, 우측 세로축은 2차상의 평균 구상화도를 나타낸다. ■ 항목은 빌렛의 상단부에서 2차상의 평균 크기를 나타내며, ● 항목은 빌렛의 중간부에서 2차상의 평균 크기를 나타내며, □ 항목은 빌렛의 상단부에서 2차상의 평균 구상화도를 나타내며, ○ 항목은 빌렛의 중간부에서 2차상의 평균 구상화도를 나타낸다. 여기에서, 평균 구상화도는 수학식 1에 의하여 결정되는 바, 여기에서, Vp는 입자의 부피이며, Ap는 입자의 표면적을 나타낸다.
Figure PCTKR2017005465-appb-M000001
도 14를 참조하면, 균질화 열처리 전의 제 1 소성가공의 변형량이 증가함에 따라 2차상의 크기가 감소하며, 구상화도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 2차상의 크기가 감소하고 구상화도가 증가하면 기계적 특성이 향상된다.
도 15는 본 발명의 (a) 비교예 3, (b) 실시예 3 및 (c) 실시예 4에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플에 대하여 균질화 처리 후 압출한 압출재의 외관을 촬영한 사진이다. 즉, 도 15의 (a)는 도 10의 (a)에서 균질화 열처리 후 압출 단계를 수행한 압출재의 외관이며, 도 15의 (b)는 도 10의 (b)에서 균질화 열처리 후 압출 단계를 수행한 압출재의 외관이며, 도 15의 (c)는 도 10의 (c)에서 균질화 열처리 후 압출 단계를 수행한 압출재의 외관이다. 이에 따르면, 균질화 열처리 전에 제 1 소성가공을 수행하여도 균질화 열처리 후의 압출재의 외관상의 차이는 없는 것으로 나타난다.
도 16은 본 발명의 비교예 및 실시예에 대하여 균질화 처리 및 이후 압출한 압출재의 미세조직을 나타낸 사진이다. 구체적으로, 도 16의 (a), (b), (c)는 각각 표 3의 비교예 3, 실시예 3, 실시예 4에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플에 대하여 균질화 처리 후 압출한 압출재의 미세조직을 나타낸 사진이고, 도 16의 (d), (e), (f)는 각각 표 3의 비교예 3, 실시예 3, 실시예 4에 따른 알루미늄 합금 주조재 샘플에 대하여 균질화 처리 후 압출한 압출재를 580℃, 1시간동안 고용 처리(solution treatment)한 미세조직을 나타낸 사진이다. "ED"는 압출방향(Extrusion Direction)을 의미한다.
또한, 도 17은 도 16에 나타난 2차상(Mg2Si) 크기 및 구상화도를 분석한 그래프이다. 도 17의 가로축은 균질화 열처리 전의 제 1 소성가공의 변형량(0%, 5%, 10%)을 나타내며, 좌측 세로축은 2차상의 평균 크기를 나타내며, 우측 세로축은 2차상의 평균 구상화도를 나타낸다. ■ 항목은 압출 직후 2차상의 평균 크기를 나타내며, ● 항목은 고용 처리(solution treatment) 후의 2차상의 평균 크기를 나타내며, □ 항목은 압출 직후의 2차상의 평균 구상화도를 나타내며, ○ 항목은 고용 처리 후의 2차상의 평균 구상화도를 나타낸다. 여기에서, 평균 구상화도는 수식 1에 의하여 결정되는 바, 여기에서, Vp는 입자의 부피이며, Ap는 입자의 표면적을 나타낸다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 균질화 열처리 전의 제 1 소성가공의 변형량이 증가함에 따라 2차상의 크기가 더욱 감소하며, 구상화도가 더욱 증가하는 것을 확인할 수 있다. 2차상의 크기가 더욱 감소하고 구상화도가 증가하면 기계적 특성이 그만큼 더 향상된다.
도 18은 본 발명의 비교예 및 실시예에 대하여 균질화 처리 및 이후 압출한 압출재의 인장특성을 평가한 그래프이다. 비교예 3, 실시예 3 및 실시예 4는 표 3에 나타난 예이다.
도 18의 (a)는 압출 직후(As-extruded)의 압출재 인장특성을 평가한 것으로서, 균질화 열처리 전의 제 1 소성가공의 변형량이 증가함에 따라 연신율이 17%에서 23%까지 증가함을 확인할 수 있다.
도 18의 (b)는 T4 처리(압출재를 580℃의 온도에서 1시간 동안 열처리후 자연시효)한 상태의 압출재 인장특성을 평가한 것으로서, 압출 직후와 비교하여 강도 가 향상됨을 확인할 수 있으며, 균질화 열처리 전의 제 1 소성가공의 변형량이 증가함에 따라 항복강도 및 인장강도가 향상됨을 확인할 수 있었다.
도 18의 (c)는 T6 처리(압출재를 580℃의 온도에서 1시간 동안 열처리후 자연시효하고 계속하여 250℃의 온도에서 1시간 동안 열처리)한 상태의 압출재 인장특성을 평가한 것으로서, 도 18의 (a) 및 (b)와 비교하여 항복강도 및 인장강도가 크게 향상됨을 확인할 수 있다.
도 18을 참조하면, 균질화 열처리 전에 변형량 10% 정도의 제 1 소성가공을 도입하는 경우 압출재는 시효처리 전 23% 수준의 연신율을 가지며, 시효처리 후 250MPa 수준의 항복강도와 280MPa 수준의 인장강도를 구현함을 확인할 수 있다. 즉, Magsimal-59와 같은 주조재로 가공재인 A6061 수준의 기계적 특성을 확보할 수 있음을 확인하였다.
지금까지 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 주조용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법은 주조용 알루미늄 합금 조성을 가지는 용탕을 주형에 주입하여 알루미늄 합금 주조재를 제조하고, 상기 주조재를 균질화 열처리 전 또는 균질화 열처리 중간에 제 1 소성가공을 수행한 후 균질화 열처리를 종료한다. 이후에 상기 균질화 열처리한 주조재를 다시 제 2 소성가공함으로써 가공재를 제조할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 상술한 알루미늄 합금은 주조용 알루미늄 합금의 조성을 가질 수 있다.
예를 들면, 상기 알루미늄 합금은 5 내지 6 중량%의 마그네슘, 1.8 내지 2.6 중량%의 규소, 0.5 내지 0.8 중량%의 망간 및 잔부가 알루미늄인 알루미늄 합금일 수 있다.
다른 예를 들면, 상기 알루미늄 합금은 Al-Si계, Al-Cu계 또는 Al-Mg계 알루미늄 주조합금일 수 있으며, 구체적으로, AC1A, AC1B, AC2A, AC2B, AC3A, AC4A, AC4B, AC4C, AC4CH, AC4D, AC5A, AC7A, AC7B, AC8A, AC8B, AC8C, AC9A 또는 AC9B 합금일 수 있다.
그 밖의 다른 예를 들면, 상기 알루미늄 합금은 Al-Si계 다이캐스팅용 알루미늄주조합금일 수 있으며, 구체적으로, ADC1, ADC3, ADC5, ADC6, ADC10, ADC10Z, ADC12, ADC12Z 또는 ADC14 합금일 수 있다.
한편, 본 발명의 변형된 실시예에 의하면, 전신재용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법은 전신재용 알루미늄 합금 조성을 가지는 용탕을 주형에 주입하여 알루미늄 합금 주조재를 제조하고, 상기 주조재를 균질화 열처리 전 또는 균질화 열처리 중간에 제 1 소성가공을 수행한 후 균질화 열처리를 종료한다. 이후에 상기 균질화 열처리한 주조재를 다시 제 2 소성가공함으로써 가공재를 제조할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 변형된 실시예에 의하면, 주조용 알루미늄 합금과 전신재용 알루미늄 합금을 이용한 가공재 제조방법은 주조용 알루미늄 합금 조성을 가지는 용탕과 전신재용 알루미늄 합금 조성을 가지는 용탕을 주형에 함께 주입하여 알루미늄 합금 주조재를 제조하고, 상기 주조재를 균질화 열처리 전 또는 균질화 열처리 중간에 제 1 소성가공을 수행한 후 균질화 열처리를 종료한다. 이후에 상기 균질화 열처리한 주조재를 다시 제 2 소성가공함으로써 가공재를 제조할 수 있다.
전신재용 알루미늄 합금의 조성을 가지는 알루미늄 합금은 Al-Cu-(Mg)계인 2000계열, Al-Mn계인 3000계열, Al-Si계인 4000계열, Al-Mg계인 5000계열, Al-Mg-Si계인 6000계열, 또는 Al-Zn-Mg-(Cu)계인 7000계열의 알루미늄 합금일 수 있다.
구체적으로, 2000계열의 전신재 알루미늄 합금은 2011, 2014, 2017, 2117, 2018, 2218, 2024, 2025, 2N01 또는 2219 합금일 수 있으며, 3000계열의 전신재 알루미늄 합금은 3003, 3203, 3004, 3104, 3005, 3105, 3008 또는 3009 합금일 수 있으며, 4000계열의 전신재 알루미늄 합금은 4032, BA4343, BA4045 또는 BA4004 합금일 수 있으며, 5000계열의 전신재 알루미늄 합금은 5005, 5052, 5652, 5154, 5254, 5454, 5056, 5082, 5182, 5083, 5086, 5N01 또는 5N02 합금일 수 있으며, 6000계열의 전신재 알루미늄 합금은 6063, 6061, 6005A, 6N01, 6351, 6151, 6262 또는 6101 합금일 수 있으며, 7000계열의 전신재 알루미늄 합금은 7003, 7010, 7050, 7072, 7075, 7175, 7475, 7178, 7079 또는 7N01 합금일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의할 시, 알루미늄 합금 주조재와 가공재를 통합하여 사용할 수 있는 방법으로서, 별도의 선별작업이 필요없으며, 별도의 부대설비를 도입할 필요가 없고 기존의 열처리로와 프레스, 압연기, 압출기만 있으면 적용이 가능한 제조방법으로써, 경제적이며 우수한 기계적 특성을 갖는 알루미늄 합금 가공재를 제조할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 알루미늄 합금 용탕을 주형에 주입하여 알루미늄 합금 주물을 제조하는 단계; 및
    상기 알루미늄 합금 주물을 균질화 열처리하는 단계;
    를 포함하는 알루미늄 합금 제조 방법에 있어서,
    상기 균질화 열처리 전 또는 상기 균질화 열처리 중에 제 1 소성가공을 수행하는 단계를 포함하는,
    알루미늄 합금 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 소성가공을 수행하는 단계는,
    열간가공, 온간가공 및 냉간가공 중 어느 하나의 방법을 사용하거나, 또는 상기 방법 중 2종 이상의 방법을 조합하여 수행하는 단계를 포함하는,
    알루미늄 합금 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 소성가공을 수행하는 단계는,
    상기 알루미늄 주물 내에 포함된 적어도 하나의 개재물의 크기를 기계적으로 더 감소시키거나, 상기 개재물에 균열을 형성시키는 단계를 포함하는, 알루미늄 합금 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 개재물에 균열을 형성시키는 단계는,
    상기 알루미늄 주물의 기지(matrix)를 제외한 상기 개재물에만 수행되게 하는,
    알루미늄 합금 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 소성가공을 수행하는 단계는,
    상기 알루미늄 주물 내에 포함된 적어도 하나의 개재물의 적어도 일부 표면의 곡률이 감소하는 단계를 포함하는,
    알루미늄 합금 제조 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 개재물은 정출물 또는 2차상을 포함하는,
    알루미늄 합금 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 용탕은 주조용 알루미늄 합금을 용융시켜 제조한 것인,
    알루미늄 합금 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 용탕은 전신재용 알루미늄 합금을 용융시켜 제조한 것인, 알루미늄 합금 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 용탕은 주조용 알루미늄 합금 및 전신재용 알루미늄 합금을 함께 용융시켜 제조한 것인, 알루미늄 합금 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 용탕은 알루미늄 제품의 재활용을 위한 스크랩을 상기 주조용 알루미늄 합금과 전신재용 알루미늄 합금을 구별하는 별도의 선별작업을 수행하지 않고 함께 용융함으로써 구현된 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항의 어느 하나의 항에 의해 제조된 알루미늄 합금을 제 2 소성가공하는 단계를 포함하는,
    알루미늄 합금 가공재를 제조하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 소성가공 단계 이후 열처리를 수행하는 단계를 더 포함하는,
    알루미늄 합금 가공재를 제조하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 열처리를 수행하는 단계는, 상기 제 2 소성가공을 거친 알루미늄 합금 내에 포함된 적어도 하나의 개재물의 적어도 일부 표면의 곡률이 감소하는 단계를 포함하는,
    알루미늄 합금 가공재를 제조하는 방법.
  14. 주조용 알루미늄 합금으로 주조된 주물을 가공한 알루미늄 합금 가공재에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 가공재는, 주물에 포함된 기지를 둘러싸는 형태의 단일 구조 또는 층상 구조의 정출물 또는 2차상이 변형된 것으로서, 적어도 표면의 일부에 곡률을 포함하는 형상의 입자가 복수개로 기지 내에 분포되는 미세구조를 가지는,
    알루미늄 합금 가공재.
  15. 제 14 항에 있어서,
    적어도 표면의 일부에 곡률을 포함하는 형상은 구형 또는 타원형을 포함하는,
    알루미늄 합금 가공재.
  16. 주조용 알루미늄 합금 용탕을 주형에 주입하여 슬라브 또는 빌렛을 제조하는 단계;
    상기 슬라브 또는 빌렛을 균질화 열처리하는 단계; 및
    상기 균질화 열처리가 완료된 슬라브 또는 빌렛을 압연, 압출, 인발 중 어느 하나 이상의 방법을 이용하여 판재, 봉재 및 선재 중 어느 하나를 제조하는 단계를 포함하되,
    상기 균질화 열처리 전 또는 상기 균질화 열처리 중에 소성가공을 수행하는 단계를 더 포함하는,
    알루미늄 합금 가공재를 제조하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 판재, 봉재 및 선재 중 어느 하나를 제조하는 단계 이후에 열처리하는 단계를 더 포함하는,
    알루미늄 합금 가공재를 제조하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 균질화 열처리 전 또는 상기 균질화 열처리 중에 소성가공을 수행하는 단계는,
    상기 슬라브 또는 빌렛 내에 포함된 적어도 하나의 정출물 또는 2차상의 크기를 기계적으로 더 감소시키거나, 상기 정출물 또는 2차상에 균열을 형성시키는 단계를 포함하는,
    알루미늄 합금 가공재를 제조하는 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 균질화 열처리 전 또는 상기 균질화 열처리 중에 소성가공을 수행하는 단계는,
    상기 슬라브 또는 빌렛 내에 포함된 적어도 하나의 정출물 또는 2차상의 적어도 일부 표면의 곡률이 감소하는 단계를 포함하는,
    알루미늄 합금 가공재를 제조하는 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    판재, 봉재 및 선재 중 어느 하나를 제조하는 단계 이후에 열처리를 통하여 상기 판재, 봉재 및 선재 중 어느 하나의 내부에 포함된 적어도 하나의 정출물 또는 2차상의 적어도 일부 표면의 곡률을 감소시키는 단계를 더 포함하는,
    알루미늄 합금 가공재를 제조하는 방법.
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