KR0158723B1

KR0158723B1 - 성형용 알루미늄 합금판재의 제조방법

Info

Publication number: KR0158723B1
Application number: KR1019940040700A
Authority: KR
Inventors: 빙 룽 오우; 유이찌 스즈끼; 쿠니히꼬 키시노
Original assignee: 토모마쯔 켄고; 후루가와덴끼고우교 가부시끼가이샤; 토우자끼 시노부; 가와사끼 세이데쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1999-01-15
Also published as: DE69430622D1; CA2157000A1; JPH07197219A; KR950018595A; EP0686208B1; ES2176313T3; WO1995018244A1; EP0686208A1; DE69430622T2; US5690758A

Abstract

본 발명은 자동차 차체시트등의 판재에 사용되는 성형성이 향상된 성형용 알루미늄 합금판재의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 먼저 A1에 Si,Mg,Cu,Mn,Fe를 포함하는 합금, 및 이에 Cr,Zn,Zr,Ti의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 합금판재를, 연속소둔·냉각방식에 의하여, 450℃이상의 온도에서 3초 이상 가열하는 용체화 처리를 수행한다. 다음에는, 100℃/min이상의 냉각속도로 60~120℃의 온도까지 냉각시키고, 이 60~250℃의 온도를 유지하면서 코일형상으로 알루미늄 합금판재를 돌려감고, 이어서 60~120℃의 온도에서 1분~10시간의 예비시효를 수행한다.

Description

성형용 알루미늄 합금판재의 제조방법

제1도는 본 발명의 일시예에 의하여 얻어진 알루미늄 합금판재의 금속조직을 보여주는 사진.

제2도는 본 발명의 일실시예에 의하여 얻어진 알루미늄 합금판재의 다른 금속조직을 보여주는 사진.

제3도는 종래의 제조방법에 의하여 얻어진 알루미늄 합금판재의 금속조직을 보녀주는 사진.

제4도느 종래의 제조방법에 의하여 얻어진 알루미늄 합금판재의 다른 예의 금속조직을 보여주는 사진.

본 발명은 자동차 자체 시트등의 판재에 사용되는 강도 및 성형성이 향상된 성형용 알루미늄 합금판재의 제조방법에 관한 것이다.

종래에는, 자동차 차체시트에 냉연강판이 사용되어 왔다.

최근에는 자동차 차체를 경량화하기 위하여 자동차 차체 시트등에 A1-Mg-Si 계 알루미늄 합금의 적용이 모색되고 있다.

이 A1-Mg-Si 계 합금은 용체화 처리후 자연시효한(T4) 상태에서 차체시트로 형성되고, 도장, 소결(베이킹)가열시의 시효경화(베이킹영화)에 의하여, 자체 시트에 필요한 강도를 제공하게 된다.

자동차 차체시트등을 알루미늄 합금판재로 교체하는 경우에는 성형성이 저하된다. 그 때문에, A1-Mg-Si 계 합금에서도 한층 우수한 성형성이 요구된다.

한편, 본래 강판에 비교해서 알루미늄 합금판의 강도는 열악하다. 차체의 강도를 향상시키고 제조비용을 감소시키기 위해서, 상기 도장, 소결공정을 저온에서 단시간에 행하는 방법이 고안되어 오고 있다. 이 처리에서도 높은 강도가 얻어지는 알루미늄 합금판이 요망되고 있다.

본 발명은 실시의 문제를 고려하여 알루미늄 합금판재를, 특히 A1-Mg-Si 계 합금판재의 강도 및 성형성을 향상시킨 성형용 알루미늄 합금판재의 제조방법을 개발한 것이다.

본 발명은 Si0.3~1.7 중량%, Cu0.01~1.2 중량%, Mn 0.01~1.1중량%, Mg0.4~1.4 중량%, Fe1.0 중량% 이하를 포함하고 그 나머지의 A1 과 불가피한 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금판재를 언속소둔·냉각방식에 의하여 450℃ 이상의 온도에서 3초 이상 가열하는 용체화 처리를 수행한 후, 100℃/min 이상의 냉각속도로 60~250℃ 의 온도에서 1분~10시간의 예비시효를 수행하는 것을 특징으로 하는 성형용 알루미늄 합금판재의 제조방법이다.

또한, 본 발명은 Si0.3~1.7 중량%, Cu0.01~1.2 중량%, Mn 0.01~1.1중량%, Mg0.4~1.4 중량%, Fe1.0 중량% 이하를 포함하고, 다시 Cr0.04~0.4 중량%, Zn0.25 중량% 이하, Zr0.4 중량%, 이하, Ti0.2 중량% 이하중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하고 그 나머지의 A1 과 불가피한 불순물을 이루어지는 알루미늄 합금판재를, 연속소둔·냉각방식에 의하여 450℃ 이상의 온도로 3초 이상 가열하는 용체화 처리를 수행한 후, 100℃/min 이상의 냉각속도로 60~250℃ 의 온도에서 1분~10시간의 예비시효를 수행하는 것을 특징으로 하는 성형용 알루미늄 합금판재의 제조방법이다.

본 발명에 있어서, 대상으로 하는 합금의 조성을 상기와 같이 한정한 것은, 다음과 같은 이유 때문이다.

먼저, Si 는 도장, 소결시에 Mg와 함께 Mg₂Si를 석출하여 강도를 향상시킨다.

Si의 함유량을 0.3~1.7중량%로 한 것은, 0.3중량%미만에서는 그 효과가 작으며, 1.7중량%를 초과하면 용체화 처리후의 성형성이 저하되기 때문이다.

Mg는 용체화 처리후에는 매트릭스중에 고용되고, 성형성의 향상에 기여한다.

또한, 도장 소결시에는 Si와 함께 Mg₂Si를 석출하고 강도를 향상시킨다. Mg의 양을 0.4~1.4중량%로 한정하는 것은, 0.4중량%미만에서는 강도의 향상이 작고, 1.4중량%를 초과하면 용체화 처리후의 성형성이 저하되기 때문이다.

Cu는 도장소결시에 G·p·죤, θ', S 상 등을 석출하여 강도를 향상시킨다.

Cu의 양을 0.01~1.2중량%로 한 것은, 0.01중량%미만에서는 강도향상이 작으며, 1.2중량%를 초과하면 내식성이 저하하기 때문이다.

Mn 및 Cr은 결정입자의 미세화 및 매트릭스의 강도를 향상시킨다. Mn 및 Cr의 양을 각각 0.01~1.1중량% 및 0.04~0.4중량%로 한 것은, 각각의 하한미만에서는, 그 효과가 작고, 상한을 초과하면 용체화 처리후의 성행성이 저하되기 때문이다.

Zn은 강도를 향상하는 효과가 있으며, 또한 Zr, Ti는 조직을 미세화하는 효과가 있다. Zn0.25중량%, Ti0.2중량%를 초과하면 성형성이 저하된다.

Fe는 통상 A1의 불순물로서 포함되는 것이지만, 0.1중량%이하이면 본발명의 효과를 방해하지 않는다. 또한, 상기 이외의 불순물의 함유량이0.5중량%이하이면 본 발명의 효과를 방해하지 않는다.

다음에는 제조방법에 대해서 설명한다.

A1-Mg-Si 계 알루미늄 합금은 시효경화형 합금이며, 시효처리시에 경화석출상을 발생하므로 합금의 강도가 높아진다. A1-Mg-Si 계 알루미늄 합금의 시효석출과정에 대해서 설명하면 다음과 같다. 과 포화고용체 -- G. P. 죤 -- 중간상 -- 안정상 합금을 용체화·소결투입한 후, 실온에서 시효처리(T4 처리)하면, 용질원자의 Mg나 Si와 소결투입한 과잉공공과 결합한 G. P. 죤이 생성되어 합금의 강도에 가장 기여하는 경화석출상인 중간상이 석출되고, 제품화되는 합금의 강도가 얻어지게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 제조방법으로는, 자연시효시에 재부분의 공공이 G. P. 죤에 포함되기 때문에, 그후의 인공시효를 수행하여도 중간상의 석출이 방해되고, 합금의 가장 강한 강도가 얻어지지 않는다. 또한 자연시효를 행항 합금의 형성되는 경우, G. P. 죤이 모상(母相)(A1)과 정합이기 때문에 변형시에 전위하여 단절 되기 쉽고, 최종적으로 응력이 입계에 집중하여 합금의 성형성이 저하한다.

본 발명은 상기 견해에 기인하여 이루어진 것이지만, 본 발명의 최대의 특징은, 용체화 처리로부터 최종공종의 예비시효까지 항상 60℃이상의 온도를 유지하고, 한번도 상온부근의 온도로 저하하지 않는 것이다.

이것은, 상기한 바와같은 소결투입한 자연시효, 혹은 판재제품이 도장, 소결되기까지의 사이에, 종래에는, 상온에 반드시 노출되고, 이로 인하여 상기한 바와 같은 G. P. 죤이 생성되지만, 본 발명에서는 예비시효가 종료할 때까지 60℃이상 유지되어야 G. P. 죤의 생성이 억제되는 것이다.

그리하여, 예비시효가 종료한 후에 판재는, 성형, 도장, 소결에 이르기까지 장기간에 걸쳐 상온으로 방치해도, 성형성, 강도에 영향이 미치지 않는 것이다.

본 발명의 제조방법은, 통상의 방법에 의거하여 상기 알루미늄 합금을 용해 주조, 균질화 처리, 압연가공을 행한 후, 연속소둔·소각방식에 의하여 450℃ 이상의 온도로 3초 이상 가열하고, 용체화 처리한 후, 100℃/min이상의 냉각속도로 60~250℃의 온도로 냉각하고, 이 60~250℃의 온도로 1분~10시간의 예비시효를 행하는 것이다.

상기의 용체화 처리는, Si, Mg등의 원소를 일단 매트릭스중에 고용시킴으로써, 재료의 성형성을 향상시킨다. 또한 후에 행하는 도장, 소결시에 미세한 Mg₂Si 등을 석출시키고, 강도를 향상시키게 된다.

용체화 처리온도를 450℃ 이상으로 하여 3초 이상 가열하는 것은 450℃ 미만 및 3초 미만에서는, Si, Mg 등의 원소를 충분히 고용시킬 수가 없으며, 도장, 소결시의 강도향상이 적기 때문이다.

또한, 용체화 처리후의 냉각속도를 100℃/min이상으로 한 것은 100℃/min미만의냉각속도에서는, 조잡한 석출물이 석출하여 성형성이 저하되고 도장, 소결시의 강도향상도 적어지기 때문이다.

이 냉각속도에서 60~250℃의 온도로 냉각하는 것은, 60℃미만의 저온으로 냉각하면, G. P. 죤이 생성되고, 또한 250℃를 초과하면 안정상이 석출하여서 성형성, 강도가 저하하기 때문이다.

상기의 온도로 냉각된 재료를 60~250℃의 온도로 코일을 돌려감고, 그 후60~250℃의 온도로 1분~10시간 예비시효하는 것은, 합금중의 중간상을 석출시키고, 합금의 강도, 성형성을 향상시키기 때문이다.

60℃미만에서는 G. P. 죤이 생성되고 또한 250℃를 초과하면 안정상이 석출됨으로써, 합금의 강도, 성형성이 저하하기 때문이다.

그리하여, 예비시효의 시간이 1분 미만이면, 중간상의 석출이 불충분하며, 그 후, 실온에서 G. P. 죤이 생성될 염려가 있다. 10시간을 초과하면 중간상이 다량 석출하고, 합금의 강도가 지나치게 상승하고, 성형성이 저하된다.

더욱이, 본 발명은, 전술한 연속둔·냉각방식에 의한 제조방법외에, 통상의 방식에 의한 제조에도 적용할 수 있고, 같은 효과 있다.

[실시예]

이하, 본 발명의 일실시예에 대해서 설명한다.

표1에 제시하는 화학성분을 갖는 알루미늄 합금을 통상의 방법에 의하여 용해주조하고, 소정의 균질화 처리를 행하며, 400℃에서의 열간압연 후, 냉각압연해서 1mm 두께의 판재로 하였다. 이판재를 연속소둔·냉각방식에 의하여 560℃에서 10초동안 용체화 처리하고, 제2표에 제시하는 열처리를 수행하였다. 즉, 용체화 처리에 상당하는 연속소둔·냉각방식처리후, 각각 60℃, 120℃, 180℃, 250℃에서 1분~10시간동안 예비시효하고, 최종적으로 베이킹처리(180℃ x 1시간)를 수행하는 경우와, 베이킹 처리하지 않은 경우의 결과를 기록 하였다.

더욱이, 비교를 위하여 종래 방법에 의하여 용체화 처리후 실온까지 소결투입애서 T4처리한 경우의 결과도 기록하였다.

이들 판재에 대해서, 인장시험, 에릭센(Erichaen)시험, LDR시험을 행하였다.

이들 결과를 표3, 표4, 표5 및 표6에 제시하였다.

더욱이, 인출시험은 JIS5호 인정시험편에 측정하고, 에릭센 시험은 JISZ2247A법에 의하여 장출높이를 측정하였다. LSR 시험 Ø33mm 의 편치로 윤활유를 도포한 블랭크를 죄고, 파단하지 않는 최대 블랭크경을 펀치경으로 제거한 값을 구하였다.

화학식등을 기재한 서면

명세서

표3은 본 발명의 대상합금판재를 본 발명의 방법에 의하여 처리한 결과를 나타낸 것이다. 그 결과,

신율 : 22.8~34.0%

인장강도 : 28.5~38.9kg/mm

내력 : 18.6~33.1kg/mm2

에릭센값 : 9.1~12.6mm

LDR : 1.90~2.53

이다. 어느 것이든 높은 값을 표시하고 있다. 특히 베이킹 처리하지 않은 것(열처리법 1,3,5,7,)은, 연신율, 에릭센값, LDR이 크다. 도장소결시에 수행하는 베이킹 처리를 한 것(열처리법2,4,6,8,)은 에릭센값, LDR은 저하하지만, 인장강도, 내력이 현저히 향상된다. 따라서, 차체시이트의 성형시에는 성형성이 양호하여 성형후의 소결을 행한 후, 차체시이트의 필요강도가 얻어진다는 것을 알 수 있다.

표4는, 합금판재는 본 발명의 것을 사용하지만, 열처리방법은 본 발명의 방법이외의 것을 사용한 결과이다. 이 경우,

신율 : 16.7~28.7%

인장강도 : 24.5~29.4kg/mm

내력 : 16.7~20.8kg/mm

에릭센값 : 8.3~8.8mm

LDR : 1.6~1.87

로서, 표3에 제시한 본 발명방법에 의한 것과 비교해서, 어느 것이나 눈에 띠게 낮은 값을 보였다.

표5 및 표6은, 본 발명대상외의 합금판재를 본 발명의 방법에 의하여 처리한 것을 제시하였지만, 이 경우에도,

신율 : 16.4~28.6%

인장강도 : 21.2~29.1kg/mm

내력 : 15.9~21.6kg/mm

에릭센값 : 8.2~8.8mm

LDR : 1.60~1.86

으로서 어느 것이나 본 발명의 것보다 현저히 낮다.

다음에, 전자현미경으로 관찰한 금속조직에 대해서 설명한다.

상기 시료중, 표1의 합금기초 C의 조성(Si : 1.65중량%, Fe : 0.08 중량%, Mn : 0.10 중량% Mg : 1.38 중량%, Zn : 0.01 중량%, Ti : 0.02 중량%, 나머지 A1)인 것을, 표2의 열처리법 3(560℃, 10초 용체화 처리, 120℃ 냉각, 120℃ 돌려감기, 120℃·3시간·예비시효, 베이킹 처리없음)으로 열처리한 것을 시료(가)로 하고, 열처리법 4(위와 동일, 180℃·1시간 베이킹처리)로 열처리한 것을 시료(나)로 하였다.

그리고, 합금조성을 상기와 동일한 C의 조성의 것을, 표2의 열처리법 9(560℃·10초·용체화 처리, 20℃ 냉각, 20℃ 돌려감기, 120℃·3시간·예비시효, 베이킹처리 없음)로 열처리한 것을 시료(다)로 하고, 열처리법 10(위와 동일, 180℃·1시간·베이킹처리)으로 열처리한 것을 시료(라)로 하였다.

이들 시료(가),(나),(다),(라)에 대해서, 전자현미경을 이용하여, 100면에 대한 20만배의 금속조직사진을 촬영하였다. 이 금속조직도을 제1도~제4도에 제시한다. 제1도는 (가), 제2도는(나), 제3도는(다), 제4도는(라)의 시료이다.

제1도 및 제2도를 통해서 명백히하게 알 수 있는 바와같이, 제1도의 예비시효를 수행하면 MgSi의 중간상이 미세하게 석출된다. 또한, 제2도는, 베이킹처리에 의하여, MgSi의 중간상이 가일층 현저하게 석축된 것을 보여준다.

이에 비해서, 201℃에서 냉각한 것은, 예비시효, 베이킹 처리를 행하여도 MgSi의 중간상의 석출이 없다는 것이 명백하다(제3도 및 4도 참조).

이상에서 설명한 것처럼, 본 발명에 따르면 강도, 및 성형성이 향상된 성형용 알루미늄 합금판재를 얻을 수 있으며, 공업상 현저한 효과를 얻을 수 있다.

Claims

Si0.3 내지 1.7 중량%, Cu0.01 내지 1.2 중량%, Mn0.01 내지 1.1중량%, Mg0.4 내지 1.4 중량%, Fe1.0중량% 이하를 포함하고 그 나머지의 A1과 불가피한 불순물로 형성되는 알루미늄 합금판재를 연속소둔 및 냉각방식에 의하여 450℃이상의 온도에서 3초이상 가열하는 요체화 처리를 수행하는 단계와, 100℃/min 이상의 냉각속도로 60내지 250℃의 온도까지 상기 알루미늄 합금판재를 냉각시키는 단계와, 상기 60 내지250℃의 온도를 유지하면서 상기 알루미늄 합금판재를 코일 형상으로 감는 단계와, 그리고 상기 60 내지 250℃의 온도에서 1분 내지 10시간의 예비시효를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형용 알루미늄 합금판재의 제조방법.
Si0.3 내지 1.7 중량%, Cu0.01 내지 1.2 중량%, Mn0.01 내지 1.1중량%, Mg0.4 내지 1.4 중량%, Fe1.0중량% 이하를 포함하고 다시 Cr0.04 내지 0.4 중량%, Zn0.25 중량%이하, Zr0.4 중량%이하, Ti0.2 중량%이하의 것중 어느1종 또는 2종이상을 포함하며 그 나머지의 A1과 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금판재를 연속소둔·냉각방식에 의하여 450℃이상의 온도에서 3초 이상 가열하는 용체화 처리를 수행하는 단계와, 100℃/min이상의 냉각속도로 60 내지 250℃의 온도까지 상기 알루미늄 합금판재를 냉각시키는 단계와, 상기 60 내지 250℃의 온도를 유지하면서 상기 알루미늄 합금판재를 코일형상으로 감는 단계와, 그리고 상기 60 내지 250℃의 온도에서 1분 내지 10시간의 예비시효를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형용 알루미늄 합금판재의 제조방법.