KR100533242B1 - Aluminum alloy formed by precipitation hardening and method for heat treatment thereof - Google Patents
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Abstract
Al합금중에 존재하는 공정조직의 평균면적이 4 ㎛2 미만의 석출경화형 Al합금이다. 이 Al합금은 Si를 6.5∼7.5 질량%, Mg을 0.36 질량% 이하, Sr을 20∼70 ppm 함유하여, 차량용 휠로서 바람직하게 이용된다. 석출경화형 Al합금의 열처리방법에 있어서, 가공품(workpiece)를 유동층중에 존재시킴으로써 용체화처리를 행하는 동시에, 그 용체화처리에, Si 및/또는 Mg의 α상 중에서의 고용율을 60% 이상으로 하고, 또한 상기 시효처리를 150℃ 이상 200℃ 미만에서 행한다. 얻어진 석출경화형 Al합금은 인장강도, 내력, 및 신율의 세가지의 기계적 특성을 균형있게 가지며, 또 피로강도도 뛰어나다.The precipitation hardening type Al alloy having an average area of the process structure present in the Al alloy of less than 4 μm 2 . This Al alloy contains 6.5-7.5 mass% of Si, 0.36 mass% or less of Mg, and 20-70 ppm of Sr, and is used suitably as a vehicle wheel. In the heat-treatment method of the precipitation hardening Al alloy, the workpiece is subjected to the solution treatment by being present in the fluidized bed, and the solution solution has a solid solution ratio of Si and / or Mg in the α phase of 60% or more. Moreover, the said aging treatment is performed at 150 degreeC or more and less than 200 degreeC. The obtained precipitation hardening Al alloy has a balance of three mechanical properties of tensile strength, strength, and elongation, and is also excellent in fatigue strength.
Description
본 발명은 석출경화형(析出硬化型) Al합금과 그의 열처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a precipitation hardening Al alloy and a heat treatment method thereof.
주물, 다이캐스트(die castings) 등의 주조재(鑄造材)나 전신재(展伸材) 용의 알루미늄(Al) 합금으로서, Al에 Si를 수(several)중량% 함유한 Al-Si계의 Al합금이 알려져 있으며, Al-Si 계의 Al합금을 기본조성으로 하여 다른 원소 Cu, Mg 등을 더 함유한 다원(多元) Al-Si계 합금이 이용되고 있다. 이는, 주물, 디이캐스트 등의 주조재나 전신재의 주조에 있어서 중요한 특성인 용탕의 유동성, 주형 충전성 등이 다른 금속에 비해 뛰어나다는 것, 주조균열이 거의 생기지 않는다는 것, 다른 원소와 조합함으로써 강도와 신율(elongation)이 큰 합금이 얻어진다는 것, 열팽창계수가 작고, 내마모성이 양호하다는 것 등의 이유 때문이다. Al-Si-based Al as an aluminum (Al) alloy for castings and die-casting materials such as castings and die castings. Alloys are known, and multi-element Al-Si alloys containing Al-Si-based Al alloys as base compositions and further containing other elements Cu, Mg, and the like have been used. This means that the meltability, mold filling properties, etc., which are important characteristics in castings and castings of castings and die casts, etc., are superior to other metals, that casting cracks are hardly generated, and that they are combined with other elements. This is because an alloy with a large elongation is obtained, a low coefficient of thermal expansion, good wear resistance, and the like.
Al-Si계 합금에 소량의 Mg를 첨가한 합금으로는 AC4A, AC4C, AC4CH가 있으며, 이들의 합금은 Mg2Si의 중간상(中間相)의 석출에 의한 열처리효과에 의해 강도를 높인 것이다. 특히, AC4C나, Fe를 0.20 질량% 이하로 제한하여 인성(靭性)을 높인 AC4CH는, 자동차 등의 차량 휠 용 합금으로 이용되고 있다.Alloys in which a small amount of Mg was added to the Al-Si alloys include AC4A, AC4C, and AC4CH, and these alloys have increased strength due to the heat treatment effect by precipitation of the intermediate phase of Mg 2 Si. In particular, AC4CH which has limited toughness by limiting AC4C and Fe to 0.20% by mass or less is used as an alloy for vehicle wheels such as automobiles.
또, Al-Si계 합금에 소량의 Mg 및 Cu를 첨가한 합금도 이용되고 있으며, 이들의 합금은 Mg2Si의 중간상에 의한 석출경화와 Cu의 고용경화(固溶硬化), Al2Cu의 중간상에 의한 석출경화 등에 의해 강도를 향상시킨다.In addition, alloys in which a small amount of Mg and Cu are added to an Al-Si alloy are also used. These alloys include precipitation hardening by Mg 2 Si intermediate phase, solid solution hardening of Cu, and Al 2 Cu. The strength is improved by precipitation hardening by the intermediate phase or the like.
상기의 설명과 같이, 열처리형 Al합금의 고강도화는 다른 원소의 첨가와 그것에 의한 중간상의 시효석출에 의해 달성되며, 시효석출을 위한 열처리는 용체화(溶體化)처리 및 시효처리로 이루어진다. 용체화처리는, 응고시에 정출(晶出)한 비(非)평형상(相)을 고온으로 고용화시키고, 그다음 수냉(水冷)함으로써 상온에서 균일한 고용체를 얻는 열처리이다. 용체화처리에 뒤따르는 시효처리는, 비교적 저온으로 유지하여, 고용시킨 원소를 중간상으로 석출시켜 경화시키는 것이며, 이들의 열처리에 의해 Al합금의 기계적 특성의 향상을 도모한다.As described above, the high strength of the heat treatment type Al alloy is achieved by the addition of other elements and the aging precipitation by the intermediate phase thereby, and the heat treatment for aging precipitation consists of a solution treatment and an aging treatment. The solution treatment is a heat treatment in which a non-equilibrium phase crystallized at the time of solidification is solidified to a high temperature, and then cooled to obtain a uniform solid solution at normal temperature. The aging treatment following the solution treatment is performed at a relatively low temperature to precipitate the solid-solution element into an intermediate phase to harden it, thereby improving the mechanical properties of the Al alloy.
종래, 이와 같은 Al합금의 고용화치리 및 시효처리에는, 공기를 열매체로 하는 터널로(爐) 등의 분위기로가 이용되고 있으나, 승온시간이 느리고 온도의 편차가 약 ±5℃로 커, 그로 인해, 더 높은 온도에서의 고용화처리를 할 수 없는 등의 문제가 있을 뿐 아니라, 얻어지는 Al합금의 기계적 특성은, 인장강도가 약 290 MPa,이며 0.2% 내력이 약 200MPa이고, 신율도 8% 정도이었다.Conventionally, an atmosphere furnace such as a tunnel furnace using air as a heat medium has been used for such solid solution treatment and aging treatment of Al alloy, but the temperature rise time is slow and the temperature variation is about ± 5 ° C. Therefore, not only there is a problem that the solution cannot be dissolved at a higher temperature, but also the mechanical properties of the resulting Al alloy have a tensile strength of about 290 MPa, a 0.2% yield strength of about 200 MPa, and an elongation of 8%. It was about.
또, 종래의 분위기로를 이용한 열처리방법에 있어서는, 용체화처리온도 까지의 승온속도가 느려 승온에 시간이 걸리고, 더구나 용체화처리온도에서 3시간을 초과하여 유지시켜 용체화처리를 행하고 있기 때문에, 용체화처리 전체의 시간이 약 4시간 이상 걸린다고 하는 문제가 있다. 또, 본 발명자에 의한 검토에 의하면, 상기와 같이 용체화처리온도로 3시간을 초과하여 유지하면, 공정(共晶)조직이 조대화(粗大化)하여, Al합금의 강도 및 연성(延性)이 크게 저하가는 문제가 발생할 수 있다.In the conventional heat treatment method using an atmosphere furnace, since the temperature increase rate to the solution treatment temperature is slow, it takes time to raise the temperature, and furthermore, since the solution treatment is carried out by maintaining the solution treatment temperature for more than 3 hours, There is a problem that the entire solution treatment takes about 4 hours or more. According to a study by the present inventors, when the solution treatment temperature is maintained for more than 3 hours as described above, the eutectic structure becomes coarse and the strength and ductility of the Al alloy are increased. This greatly deteriorating problem may occur.
또, 자동차 휠에 사용하는 Al합금의 인장강도, 0.2% 내력 및 신율의 기계적 특성이 더 향상하면, 자동차 휠의 두께를 더 얇게 할 수가 있기 때문에, 전체의 자동차중량을 감소시킬 수가 있고, 구름 저항(rolling resistance)이 작아지기 때문에, 연비향상이나 배기가스 정화(淨化)성능의 향상과 조정안정성의 개선에도 기여하게 되어, 매우 유효하다. In addition, when the tensile strength, 0.2% yield strength, and elongation mechanical properties of the Al alloy used for automobile wheels are further improved, the thickness of the automobile wheels can be made thinner, and thus the overall vehicle weight can be reduced, and rolling resistance is achieved. Since rolling resistance becomes small, it contributes to the improvement of fuel economy, the improvement of exhaust gas purification performance, and the adjustment stability, and is very effective.
따라서, 본 발명자는 여러가지의 각도에서 검토한 결과, 얻어지는 Al합금의 미세구조에 착안하여, Al합금중에 존재하는 공정조직이 소정크기 이하로 작은 경우에 있어서 그 AI합금의 기계적 성질이 향상되는 것을 발견하여, 본 발명에 도달한 것이다.Therefore, the present inventors have studied from various angles and found that the mechanical properties of the AI alloy are improved when the process structure existing in the Al alloy is smaller than a predetermined size, focusing on the microstructure of the resulting Al alloy. Thus, the present invention has been reached.
즉, 본 발명의 목적은 인장강도, 내력, 및 신율의 세가지 기계적 특성을 균형있게 가지며, 또 피로강도도 우수한 Al합금을 제공하는 데 있다. That is, an object of the present invention is to provide an Al alloy having a good balance of three mechanical properties of tensile strength, strength, and elongation, and excellent fatigue strength.
또, 본 발명의 다른 목적은 유동층을 이용하여 용체화처리를 실시함으써 Si, Mg의 고용율(rate of solid solution)을 소정율 이상으로 증가시켜, 얻어지는 Al합금의 인장강도 및 신율을 향상시키는 석출경화형 Al합금의 열처리방법을 제공하는 데 있다. In addition, another object of the present invention is to increase the tensile strength and elongation of the Al alloy obtained by increasing the rate of solid solution of Si and Mg to a predetermined rate by performing a solution treatment using a fluidized bed It is to provide a heat treatment method of a hardened Al alloy.
도 1은 본 발명에 이용하는 열풍 블로잉 방식(hot air direct blowing)의 유동층의 하나의 예를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing one example of a fluidized bed of hot air direct blowing used in the present invention.
도 2는 본 발명에 이용하는 유동층식 용체화처리로(爐)의 하나의 예를 나타낸 개략도이다.2 is a schematic view showing one example of a fluidized bed solution treatment furnace used in the present invention.
도 3은 실시예 1에서 이용한 차량용 알루미늄휠(aluminium wheel)을 나타낸 사시도이다.FIG. 3 is a perspective view illustrating an aluminum wheel for a vehicle used in Example 1. FIG.
도 4는 실시예 1에 있어서의 열처리 스케쥴을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing a heat treatment schedule in Example 1. FIG.
도 5는 실시예 1에 있어서의 인장시험결과를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the tensile test results in Example 1.
도 6은 실시예 1에 있어서의 충격 및 경도 시험결과를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the impact and hardness test results in Example 1. FIG.
도 7은 공정조직의 평균면적과 용체화처리 시간의 관계를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the relationship between the average area of the process structure and the solution treatment time.
도 8은 실시예 2의 회전굽힘 피로시험에 이용한 테스트피스(test piece)의 형상 및 치수를 나타낸 설명도이다.FIG. 8 is an explanatory view showing the shape and dimensions of a test piece used in the rotation bending fatigue test of Example 2. FIG.
도 9는 실시예 2 및 비교예 2에 있어서의 피로강도(내측림:inner rim)를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the fatigue strength (inner rim) in Example 2 and Comparative Example 2. FIG.
도 10은 실시예 2 및 비교예 2에 있어서의 피로강도(외측림:outer rim)를 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing the fatigue strength (outer rim) in Example 2 and Comparative Example 2. FIG.
도 11은 실시예 3 및 비교예 1에 있어서의 인장시험(인장강도, 0.2% 내력, 신율)의 결과를 나타낸 그래프이다.11 is a graph showing the results of tensile tests (tensile strength, 0.2% yield strength and elongation) in Example 3 and Comparative Example 1. FIG.
도 12는 용체화처리에 있어서 Si 및/또는 Mg가 α상중에서 고용할 때에 방출하는 흡수에너지를 측정한 시차(示差)열량 분석결과를 나타낸 그래프이다.Fig. 12 is a graph showing the results of differential calorimetry analysis of absorbed energy released when Si and / or Mg is dissolved in the α phase in the solution treatment.
도 13은 실시예 4에 있어서의 열처리 스케쥴을 나타낸 그래프이다13 is a graph showing the heat treatment schedule in Example 4;
도 14는 실시예 4 및 비교예 5, 6에 있어서의 인장시험결과를 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing the tensile test results in Example 4 and Comparative Examples 5 and 6. FIG.
도 15는 실시예 4에 있어서의 충격 및 경도 시험결과를 나타낸 그래프이다.15 is a graph showing the impact and hardness test results in Example 4. FIG.
도 16은 비교예 3에 있어서의 인장시험결과를 나타낸 그래프이다.16 is a graph showing the tensile test results in Comparative Example 3.
도 17은 차량용 알루미늄휠의 다른 예를 나타낸 평면도이다.17 is a plan view showing another example of a vehicle aluminum wheel.
도 18은 비교예 3에 있어서의 열처리 스케쥴을 나타낸 그래프이다.18 is a graph showing the heat treatment schedule in Comparative Example 3. FIG.
본 발명에 의해, 석출경화형의 Al합금으로서, 그 Al합금에 존재하는 공정조직의 평균면적이 4 ㎛2 미만인것을 특징으로 하는 석출경화형 Al합금을 제공한다.According to the present invention, there is provided a precipitation hardening Al alloy, wherein an average area of the process structure present in the Al alloy is less than 4 µm 2 .
이 석출경화형 Al합금에 있어서는, 성분으로 Si 6.5∼7.5 질량%, Mg 0.36 질량% 이하를 함유하는 것이 바람직하며, 또 Sr 20∼70 ppm을 함유하는 것이 더 바람직하다. 또, 본 발명의 석출경화형 Al합금은 차량용 휠에 매우 적합하게 이용된다.In this precipitation hardening type Al alloy, it is preferable to contain Si 6.5-7.5 mass%, Mg 0.36 mass% or less as a component, and it is more preferable to contain Sr 20-70 ppm. Further, the precipitation hardening Al alloy of the present invention is suitably used for a vehicle wheel.
또, 본 발명에 의하면, 석출경화형 Al합금으로 이루어지는 가공품(workpiece)을 용체화처리하고, 이어서 시효처리를 실시함으로써, 그 가공품의 기계적 특성을 향상시키는 석출경화형 Al합금의 열처리방법에 있어서, 상기 가공품을 유동층중에 존재시켜 상기 용체화처리를 실시하는 동시에, 상기 용체화처리에 있어서, Si 및/또는 Mg의 α상(相) 중에서의 고용율을 60% 이상으로 하고, 또한 상기 시효처리를 150℃ 이상 200℃ 미만에서 실시하는 것을 특징으로 하는 석출경화형 Al합금의 열처리방법이 제공된다. In addition, according to the present invention, in the heat treatment method of the precipitation hardening Al alloy which improves the mechanical properties of the workpiece by performing solution treatment of a workpiece made of the precipitation hardening Al alloy and then performing an aging treatment, Is present in the fluidized bed to perform the solution treatment, and in the solution treatment, the solid solution ratio of Si and / or Mg in the α phase is 60% or more, and the aging treatment is 150 ° C. or more. Provided is a heat treatment method of a precipitation hardening Al alloy, which is carried out at less than 200 ° C.
본 발명에 있어서는, 용체화 처리온도까지의 승온을 30분 이내에 실시하는 동시에, 용체화 처리온도에서의 유지시간을 25분∼3시간으로 하도록, 승온속도를 빠르게 하는 것이 바람직하다. 또, 용체화 처리온도는 540∼550℃인 것이 바람직하다. 또, 본 발명에서 유동층은, 열풍을 직접 불어넣음으로써 형성되는것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable to increase the temperature increase rate so that the temperature rise up to the solution treatment temperature is performed within 30 minutes and the holding time at the solution treatment temperature is 25 minutes to 3 hours. Moreover, it is preferable that the solution treatment temperature is 540-550 degreeC. In the present invention, the fluidized bed is preferably formed by blowing hot air directly.
아래에서, 본 발명을 상세하게 설명한다.In the following, the present invention is described in detail.
본 발명은 Mg2Si의 중간상에 의한 석출경화나 Al2Cu의 중간상에 의한 석출경화에 의해 강도를 향상시켜 이루어지는 석출경화형 Al합금에 관한 것으로, 구체적으로는, Al합금중에 존재하는 공정조직(eutectic structures)의 평균면적이 4 ㎛2미만의 Al합금이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a precipitation hardening Al alloy formed by improving the strength by precipitation hardening by an intermediate phase of Mg 2 Si or precipitation hardening by an intermediate phase of Al 2 Cu, and specifically, a eutectic structure present in an Al alloy. The average area of the structures is Al alloys of less than 4 μm 2 .
본 발명에 의한 석출경화형 Al합금은 합금조직중에 존재하는 공정조직의 평균면적이 4 ㎛2미만, 바람직하게는 1∼3 ㎛2, 특히 비람직하게는 1.2∼3 ㎛2의 것이다. 이같은 조직을 가지는 Al합금은 인장강도, 내력, 및 신율의 세가지 기계적 특성을 균형있게 가지는 것으로, 예를 들어, 인장강도가 310 MPa 이상, 바람직하게는 320 MPa 이상, 0.2% 내력이 240 MPa 이상, 바람직하게는 269 MPa 이상, 또 신율이 10% 이상, 바람직하게는 12% 이상을 나타낸다.The precipitation hardening Al alloy according to the present invention has an average area of less than 4 μm 2 , preferably 1 to 3 μm 2 , and particularly preferably 1.2 to 3 μm 2 of the process structure present in the alloy structure. Al alloy having such a structure has a balance of three mechanical properties of tensile strength, strength, and elongation, for example, tensile strength of 310 MPa or more, preferably 320 MPa or more, 0.2% yield strength of 240 MPa, Preferably it is 269 MPa or more, and elongation is 10% or more, Preferably it is 12% or more.
여기서, Al합금의 인장강도, 0.2% 내력, 및 신율의 기계적 특성은 JIS Z2241에서 규정되어 있는 시험방법에 따라 측정한 것이다.Here, the mechanical properties of the tensile strength, 0.2% yield strength, and elongation of the Al alloy are measured according to the test method specified in JIS Z2241.
상기와 같은 소정치 이상의 기계적 특성을 가지는 본 발명의 Al합금은 그 조직으로서, Al을 기본으로 하여, Si 6.5∼7.5 질량%, Mg 0.36 질량% 이하를 함유한 것이 바람직하며, 또한 Sr 20∼70 ppm을 더 함유한 것이 바람직하다. 즉, Si 함유량 6.5∼7.5 질량%의 범위에 있어서는, Al합금의 주조성이 향상하므로 바람직하며, 6.8∼7.2 질량%의 범위가 더 바람직하다,Al alloy of the present invention having a mechanical property of the above-described predetermined value or more as the structure, preferably containing 6.5 to 7.5% by mass of Si, 0.36% by mass or less of Mg based on Al, and further Sr 20 to 70 It is preferable to further contain ppm. That is, in the range of 6.5-7.5 mass% of Si content, since the castability of an Al alloy improves, it is preferable, and the range of 6.8-7.2 mass% is more preferable,
Mg의 함유량에 대하여는 0.36 질량% 이하가 바람직하다. Mg은 Si와 함께, 열처리에 의해서 Mg2Si라는 중간상을 석출하며, 이 석출에 의해 현저한 시효경화가 발생한다. 그러나, Mg 함유량이 0.36 질량%를 초과하여 함유하면, 인장강도 등은 커지나, 역으로 신율이 떨어지는 문제가 발생한다.As for content of Mg, 0.36 mass% or less is preferable. Mg, together with Si, precipitates an intermediate phase called Mg 2 Si by heat treatment, whereby significant aging hardening occurs. However, when Mg content exceeds 0.36 mass%, tensile strength etc. become large, but the problem of elongation falling on the contrary arises.
또, Sr은 Al합금의 공정조직의 미세화제로서 작용하는 것으로, Sr의 함유량은 20∼70 ppm을 함유하는 것이 바람직하며, 30∼60 ppm의 범위가 더 바람직하다.Moreover, Sr acts as a refiner of the process structure of Al alloy, It is preferable that content of Sr contains 20-70 ppm, and the range of 30-60 ppm is more preferable.
따라서, 본 발명의 Al합금은 AC4C, AC4CH를 베이스로 한 합금을 그 대상으로 한다.Therefore, the Al alloy of this invention makes the object the alloy based on AC4C and AC4CH.
본 발명의 Al합금은 인장강도, 0.2% 내력, 및 신율의 기계적 특성이 소정치 이상으로 우수하며 또 세가지 특성을 균형있게 가지고 있기 때문에, 자동차 등의 차량용 휠로서 매우 유효하게 이용할 수 있다.The Al alloy of the present invention has excellent mechanical properties such as tensile strength, 0.2% yield strength, and elongation above a predetermined value, and has a balance of three characteristics, so that it can be effectively used as a vehicle wheel for automobiles and the like.
그 다음, 상기의 미소한 공정조직을 가지는 본 발명의 석출경화형 Al합금은, 예를 들어, 하기와 같은 열처리방법에 의해 제조할 수 있다.Then, the precipitation hardening Al alloy of the present invention having the above minute process structure can be produced, for example, by the following heat treatment method.
우선, 통상의 제법으로 주조된 Al합금의 주물(워크피스)에 대하여, 용체화처리를 실시한 후 일반적으로는 급랭하고, 이어서 시효처리를 실시한다. 주물에 대하여 이들의 처리를 실시함으로써, 차량용 휠 등의 바람직한 용도에 적용할 수 있게, Al합금의 기계적 특성을 향상시킬 수가 있다.First, the casting (workpiece) of Al alloy cast by the usual manufacturing method is generally subjected to a solution treatment, followed by quenching, and then an aging treatment. By performing these treatments on the castings, the mechanical properties of the Al alloy can be improved so that they can be applied to desirable applications such as vehicle wheels.
본 발명에서는, 용체화처리 공정에 있어서, 540∼550℃의 용체화처리온도에 있어서 처리시간(승온시간을 포함한다)을 바람직하게는 4시간(240분) 이내, 더 바람직하게는 3시간 30분(210분) 이내로 함으로써, 상기한 바와 같은 공정조직의 평균면적이 4 ㎛2미만의 작은 석출경화형 Al합금을 얻을 수가 있다.In the present invention, in the solution treatment step, the treatment time (including the elevated temperature time) is preferably within 4 hours (240 minutes) at a solution treatment temperature of 540 to 550 ° C., more preferably 3 hours and 30 hours. Within minutes (210 minutes), a small precipitation hardening Al alloy having an average area of the above described process structure of less than 4 µm 2 can be obtained.
이 경우, 용체화처리 온도 540∼550℃ 까지 승온을 30분 이내의 급속승온으로 행하는 것이 공정조직의 구상화(球狀化)와 공정조직의 조대화를 방지하는 점에서 바람직하다.In this case, it is preferable to raise the temperature to the solution treatment temperature of 540 to 550 ° C. at a rapid temperature increase within 30 minutes in order to prevent spheroidization of the process structure and coarsening of the process structure.
용체화처리에 있어서는, 상기와 같이, 가공품(workpiece)을 단시간에 급속가열하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 차량용 휠의 경우, 3∼10분 정도로하여 540∼550℃ 까지 승온하는 것이 바람직하다. 이것은 특히 공정조직의 미세화의 관점에서 바람직하다In the solution treatment, as described above, it is preferable to rapidly heat the workpiece in a short time. For example, in the case of a vehicle wheel, it is preferable to heat up to 540-550 degreeC in about 3 to 10 minutes. This is particularly preferable from the viewpoint of miniaturization of process structure.
용체화처리에 있어서는, 가공품을 급속가열할 수 있으면 충분하며, 그 방법에 대해서는 특히 제한은 없다. 즉, 그 분위기 온도를 제어하여 가공품을 급속가열할 수 있도록 하면 충분하며, 예를 들어, 고주파 가열이나 저주파 가열, 원적외선 가열 방식도 적용할수 있으나, 온도제어와 간편한 점에서, 유동층을 이용한 급속가열이 더 바람직하다.In the solution treatment, it is sufficient that the processed product can be rapidly heated, and the method is not particularly limited. That is, it is sufficient to control the atmosphere temperature so that the workpiece can be rapidly heated. For example, high frequency heating, low frequency heating, or far-infrared heating can also be applied. However, in view of temperature control and convenience, rapid heating using a fluidized bed More preferred.
가공품을 용체화처리를 한 후, 상온으로 급랭하고 이어서 시효처리를 실시한다. 이 시효처리의 구체적 방법에 대해서는 특히 제한은 없으며, 공기를 열매체로 사용하는 종래의 분위기로(터널로)를 사용할 수도 있으나, 용체화처리와 마찬가지로, 유동층을 이용하는 것이 바람직하다. 시효처리시간의 단축 이외에, 용체화처리에 유동층을 이용하는 경우에, 같은 유동층을 사용하는 것이 프로세스 전체의 제어상, 조작상의 관점에서 바람직하기 때문이다.After the processed product is subjected to the solution treatment, it is quenched to room temperature and then aged. There is no restriction | limiting in particular about the specific method of this aging treatment, Although it is also possible to use the conventional atmosphere furnace (tunnel furnace) which uses air as a heat medium, it is preferable to use a fluidized bed like a solution treatment. This is because, in addition to the shortening of the aging treatment time, when the fluidized bed is used for the solution treatment, it is preferable to use the same fluidized bed from the viewpoint of operation and control of the entire process.
그다음, Al합금의 주조재 이외에, Al합금의 전신재에도 적용가능한 본 발명의 열처리방법에 관하여 설명한다. Next, a description will be given of the heat treatment method of the present invention which is applicable to a whole material of Al alloy, in addition to the casting material of Al alloy.
우선, 통상의 제법으로 제조된 Al합금의 주조재 또는 전신재(가공품)에 대하여, 용체화처리를 실시하고, 이어서 시효처리를 실시한다. 주조재 또는 전신재에 대하여 이들의 처리를 실시함으로써, 차량용 휠 등의 바람직한 용도에 적용할 수 있게, Al합금의 인장강도 등의 기계적 특성을 향상시킬 수가 있으나, 용체화처리에 있어서, Si 및/또는 Mg의 α상중에서의 고용율을 60% 이상으로 하는 것이 특히 바람직하다. First, the casting material or the whole body material (processed product) of Al alloy manufactured by the normal manufacturing method is subjected to solution treatment, and then aging treatment. By performing these treatments on the cast or whole body material, the mechanical properties such as tensile strength of the Al alloy can be improved so that they can be applied to desirable applications such as vehicle wheels. However, in the solution treatment, Si and / or It is particularly preferable to make the solid solution rate in the α phase of Mg 60% or more.
이와같이 용체화처리로 Si, Mg의 고용율을 60% 이상으로 함으로써, 얻어지는Al합금의 공정조직을 조대화시키지 않고, 종래의 합금에 비해 Al합금의 강도와 함께 연성(신장 특성)이 더향상된다. Thus, by making the solid solution ratio of Si and Mg into 60% or more by the solution treatment, the ductility (elongation characteristic) is further improved with the strength of Al alloy compared with the conventional alloy, without coarsening the process structure of Al alloy obtained.
이 경우, 바람직하게는 용체화 처리온도까지의 승온을 30분 이내의 단시간에 급속 승온한다. 더 바람직하게는 20분 이내, 특히 바람직하게는 3∼10분의 단시간에 급속 승온한다. 또, 용체화 처리온도에 있어서의 유지시간을 25분∼3시간으로 하는 것이 바람직하며, 30분∼2시간으로 하는 것이 더 바람직하다.In this case, preferably, the temperature rise up to the solution treatment temperature is rapidly increased in a short time within 30 minutes. More preferably, the temperature is raised rapidly in 20 minutes, particularly preferably in a short time of 3 to 10 minutes. The holding time at the solution treatment temperature is preferably 25 minutes to 3 hours, more preferably 30 minutes to 2 hours.
상기와 같은 조건으로 용체화처리를 실시하는 것이, Si 및/또는 Mg의 α상중에서 고용율을 60% 이상으로 하기 위하여 바람직하다. 한편, 용체화처리 온도까지의 승온을 30분을 초과한 시간으로 실시하면, Al합금의 공정조직이 조대화한다. 또, 용체화 처리온도에서의 유지시간이 25분 미만으로 짧으면, 도 12에서 나타낸 바와 같이, Si 및/또는 Mg의 α상중에서의 고용율이 60% 미만으로 되어, 얻어지는Al합금의 기계적 성질이 떨어지고, 또 유지시간이 3시간을 초과하는 경우에는, Si, Mg의 고용율은 60% 을 초과하나, Al합금의 공정조직이 조대화하여, 마찬가지로 Al합금의 기계적 성질이 저하한다.It is preferable to perform solution treatment on the conditions mentioned above in order to make solid solution rate 60% or more in the (alpha) phase of Si and / or Mg. On the other hand, when the temperature rise to the solution treatment temperature is performed in more than 30 minutes, the process structure of Al alloy will coarsen. If the holding time at the solution treatment temperature is shorter than 25 minutes, as shown in Fig. 12, the solid solution ratio of Si and / or Mg in the α phase becomes less than 60%, resulting in poor mechanical properties of the resulting Al alloy. In addition, when the holding time exceeds 3 hours, the solid-solution ratio of Si and Mg exceeds 60%, but the process structure of the Al alloy is coarsened, and the mechanical properties of the Al alloy are similarly lowered.
이 경우, Al합금의 용체화 처리온도는 530∼550℃의 범위이며, 540∼550℃의 범위가 더 바람직하다.In this case, the solution treatment temperature of Al alloy is the range of 530-550 degreeC, and the range of 540-550 degreeC is more preferable.
상기와 같이, 이 열처리방법에서는, 용체화 처리온도까지의 승온시간이 짧고, 또한 용체화 처리온도에서의 유지시간도 소정시간 내로 하고 있어, 결과적으로, 전체의 용체화 처리시간을 4시간(240분) 이내, 바람직하게는 3시간 30분(210분) 이내로 할 수가 있다.As described above, in this heat treatment method, the temperature increase time to the solution treatment temperature is short, and the holding time at the solution treatment temperature is also within a predetermined time, and as a result, the total solution treatment time is 4 hours (240). Minutes), preferably within 3 hours 30 minutes (210 minutes).
이어서 용체화처리 후, 일반적으로는 상온까지 급랭하고, 계속하여, 가공품을 시효처리한다. Subsequently, after the solution treatment, in general, the solution is quenched to room temperature, and then the processed product is aged.
시효처리는 수분동안에 150∼200℃ 미만까지 승온하여, 그 온도에서 30∼360분간 유지하는 것이 바람직하다. 시효처리 온도로는 170∼190℃가 더 바람직하다. 시효처리 온도가 200℃를 초과하는 경우에는, 얻어지는 Al합금의 연성이 저하된다. 시효처리를 150∼200℃ 미만에서 소정시간 실시함으로써, 연성(신장 특성) 및 강도 등의 기계적 특성을 향상시킬 수가 있다.It is preferable that the aging treatment is raised to 150 to less than 200 DEG C for a few minutes and held at that temperature for 30 to 360 minutes. As an aging treatment temperature, 170-190 degreeC is more preferable. If the aging treatment temperature exceeds 200 ° C., the ductility of the Al alloy to be obtained is lowered. By performing the aging treatment for less than 150 to 200 ° C. for a predetermined time, mechanical properties such as ductility (elongation characteristics) and strength can be improved.
본 발명에서 대상으로 하는 Al합금으로서는, 열처리에 의해 Mg2Si상 등의 중간상을 석출시키는 석출경화형의 Al합금이며, 그의 한도에 있어서 한정은 없다. 따라서, 통상의 제법으로 제조된 Al합금의 주조재 및 전신재의 어느 것에 대해서도 적용할 수가 있다.The Al alloy targeted in the present invention is a precipitation hardening Al alloy which precipitates an intermediate phase such as an Mg 2 Si phase by heat treatment, and there is no limitation in the limit thereof. Therefore, it can be applied to any of the cast material and the whole body material of Al alloy manufactured by the usual manufacturing method.
Al합금의 주조재에는 주물, 다이캐스트 등이 있으며, 전신재에는 판(plates), 박(foils), 형재(shape materials), 파이프, 로드, 와이어, 단조품(鍛造品) 등이 있다. 각각의 Al합금은, 여러가지의 원소를 가함으로써 강도 등의 성질을 개선하며 Al-Mg-Si계 합금, Al-Cu-Mg계 합금, Al-Cu-Si계 합금 등이 있다. 예를 들어, 주조재로는 JIS에서 규정되어 있는 AC4C나 AC4CH의 Al합금이 유효하게 적용될 수 있다. 또, 전신재로는, 두랄루민(duralumin)의 명칭으로 알려진 비교적 동을 많이 함유하여 강도를 향상시킨 2017 등의 2000계 합금, 기타 6000계, 7000 계 합금 등을 적용할 수가 있다.Castings of Al alloys include castings and die casts, and predecessors include plates, foils, shape materials, pipes, rods, wires, and forgings. Each Al alloy improves properties such as strength by adding various elements, and includes Al-Mg-Si-based alloys, Al-Cu-Mg-based alloys, and Al-Cu-Si-based alloys. For example, Al alloy of AC4C or AC4CH prescribed | regulated by JIS can be applied effectively as a casting material. Moreover, as a whole body material, 2000 type alloys, such as 2017, other 6000 type, 7000 type alloy, etc. which contained relatively much copper and which improved the strength, known by the name of duralumin, can be used.
용체화처리에 있어서는, 가공품을 급랭승온할 때, 유동층을 사용하는 것이 바람직하다. 유동층에 의한 급속가열은 가공품을 유동층중에 존재시켜 실시한다 .In the solution treatment, it is preferable to use a fluidized bed when rapidly processing a workpiece. Rapid heating by the fluidized bed is carried out with the workpiece in the fluidized bed.
유동층은 분립체(粉粒體) 등의 입상물(粒狀物)이 블로잉 가스(blowing gas)에 의해 가열되며, 또한 균일하게 혼합되어 형성되며, 유동층 내부의 온도가 사실상 균일해짐과 동시에 전열효율이 좋은 특징을 가지고 있다.The fluidized bed is formed by the granular material such as powder and the like being heated by a blowing gas and mixed uniformly, and the temperature inside the fluidized bed becomes substantially uniform and the heat transfer efficiency. It has this nice feature.
유동층을 가공품의 용체화처리에 활용함으로써, 유동층 내부의 온도 균일화(약 ±2∼3℃)가 달성될 수 있고, 더 높은 온도에서의 용체화처리를 할 수 있으며, 또 전열효율이 좋음으로, 용체화 처리온도까지의 승온시간을 단축할 수 있다. 이들의 특징은 종래의 공기를 열매체로 하는 분위기로에 대하여 큰 이점이 있다.By utilizing the fluidized bed for the solution treatment of the workpiece, temperature uniformity (about ± 2 to 3 ° C.) inside the fluidized bed can be achieved, solution treatment at a higher temperature can be achieved, and heat transfer efficiency is good. The temperature rise time to the solution treatment temperature can be shortened. These features have a great advantage over conventional air atmospheres.
시효처리에 대해서는 상기와 같은 유동층방식과, 또 종래부터 공지된 분위기로중 어느 것이라도 이용할수 있다.As for the aging treatment, any of the above fluidized bed systems and conventionally known atmosphere furnaces can be used.
유동층 방식으로는 일반적으로, 유동층 용기의 외부로부터 가열하는 용기가열 방식이나, 라디언트 튜브(radient tube)를 유동층 중에 내장하는 라디언트 튜브 방식 등의 간접가열 방식 이외에, 열풍의 직접 블로잉에 의한 직접가열 방식이 알려져 있어 어느 방식이라도 적용할 수 있으나, 열풍의 직접 블로잉에 의한 직접가열방식에 의해 유동층을 형성하는 것이, 유동층에서의 온도분포가 더바람직하게 달성할 수 있기 때문에 바람직하다.In general, the fluidized bed method is directly heated by direct blowing of hot air, in addition to an indirect heating method such as a vessel heating method for heating from the outside of a fluidized bed container or a radiant tube method for embedding a radiant tube in a fluidized bed. Although a method is known and any method can be applied, it is preferable to form a fluidized bed by a direct heating method by direct blowing of hot air because the temperature distribution in the fluidized bed can be more preferably achieved.
다음, 상기 열처리방법을 도면에 따라 더 상세하게 설명한다.Next, the heat treatment method will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은 열처리방법에 이용하는 열풍의 직접 블로잉 방식의 유동층의 한예를 나타낸 개략도이다. 도1에서, 10은 용기이며, 용기(10) 내에서, 분립체 등의 입상물(12)이 다공판(16) 상에 충전되고, 이 입상물(12)이 다공판(16)의 아래로부터 불어넣은 열풍(14)에 의해 유동화되고, 균일하게 혼합되어 유동층(18)이 형성된다. 1 is a schematic view showing an example of a fluidized bed of a direct blowing method of hot air used in a heat treatment method. In FIG. 1, 10 is a container, and in the container 10, granular material 12, such as powder, is filled on the porous plate 16, and this granular material 12 is placed below the porous plate 16. In FIG. It is fluidized by hot air 14 blown in from and uniformly mixed to form a fluidized bed 18.
도 2는 유동층식 용체화처리로의 한예를 나타낸 개략도이다. 도 2에서, 20은 열풍발생장치이며, 도시하지 않은 블로어(blower)에 의해 보내어지는 공기가 버너(22)로부터의 화염에 의해 700∼800℃의 열풍으로 데워진다. 이 열풍은 열풍온도 감시장치(24)를 거쳐, 유동층식 용체화처리로(26)에 불어넣는다. 유동층식 용체화처리로(26)에서, 열풍은 다공 파이프(28)로부터 유동층(30)중에 불어넣어져, 입상물(32)를 유동화시킴과 동시에 입상물(32)을 가열한다. 이같이 하여, 유동층(30) 내에는 540∼550℃로 가열되어, 노내 온도의 편차(deviation)는 약 6℃(±3℃)이고, 1점에서의 편차는 약 3℃인 노내온도의 균일성이 달성된다. 따라서, 유동층(30) 내에 존재하는 가공품(34)은 신속하게 가열된다. 또, 36은 입상물 배출용 밸브이며, 입상물(32)을 외부로 적합하게 배출한다.2 is a schematic view showing an example of a fluidized bed solution treatment furnace. In FIG. 2, 20 is a hot air generator, and the air sent by the blower which is not shown in figure is heated by hot air of 700-800 degreeC by the flame from the burner 22. As shown in FIG. This hot air is blown into the fluidized bed solution treatment furnace 26 via the hot air temperature monitoring device 24. In the fluidized bed solution treatment furnace 26, hot air is blown from the porous pipe 28 into the fluidized bed 30 to fluidize the granules 32 and simultaneously heat the granules 32. In this way, in the fluidized bed 30, it is heated to 540-550 degreeC, the furnace temperature deviation is about 6 degreeC (± 3 degreeC), and the deviation in one point is about 3 degreeC uniformity of the furnace temperature. This is achieved. Thus, the workpiece 34 present in the fluidized bed 30 is heated rapidly. In addition, 36 is a granule discharge valve and discharges the granular material 32 suitably outside.
도시하지는 않았으나, 시효처리에 대해서도, 도 1∼2에 나타낸 바와 같은 유동층을 이용할 수 있다. Although not shown, the fluidized bed as shown in Figs. 1 and 2 can also be used for the aging treatment.
아래에서, 본 발명을 실시예와, 비교예에 따라 더 구체적으로 설명한다.In the following, the present invention will be described in more detail according to Examples and Comparative Examples.
(실시예 1)(Example 1)
유동층식의 용체화처리로를 이용하고, 시효처리로는 분위기로를 이용하여, AC4CH의 Al합금제 휠의 주조물에 대하여 열처리방법을 실시하였다.The casting process of the Al alloy wheel of AC4CH was implemented using the fluidized bed type | mold solution furnace and the aging process the atmosphere furnace.
유동층식 용체화처리로는, 일변(side area)이 1500mm×1500mm의 각(角)탱크형상으로, 직동부(straight body part) 높이가 1800mm 이고, 하방이 사다리꼴 형상의 유동층 용기로 구성되어 있다. 또 시효처리로는 종래에 공지된 터널로(분위기로)를 이용하였다. 입상물로는, 평균 입자 직경이 50∼500㎛의 규사를 이용하였다.In the fluidized bed solution treatment, the side area is 1500 mm × 1500 mm in the shape of an angular tank, and the straight body part has a height of 1800 mm and a downward fluid trapezoidal fluidized bed container. As the aging treatment, a conventionally known tunnel furnace was used. As a granular material, the silica sand of 50-500 micrometers in average particle diameter was used.
열처리의 대상물로는, 도 3에 나타낸 주조된 차량용 알루미늄휠(14kg)을 이용하고, 테스트피스(test piece)의 채취위치는 아우터림 플랜지(outer rim flange), 이너림 플랜지(inner rim flange) 및 스포크(spoke)의 3개소로 하였다. 상기 AC4CH의 Al합금 제 알루미늄휠의 조성은 Si 7.0 질량%, Mg 0.33 질량%, Sr 40 ppm을 함유하며, 또 Cu 0.001 질량%, Fe 0.11 질량%를 함유하고, 나머지(balance)는 Al이었다.As the object of the heat treatment, the cast vehicle aluminum wheel (14 kg) shown in Fig. 3 was used, and the sampling position of the test piece was selected from an outer rim flange, an inner rim flange, It was set as three places of spokes. The aluminum alloy aluminum wheel of AC4CH contained 7.0 mass% of Si, 0.33 mass% of Mg, and 40 ppm of Sr, 0.001 mass% of Cu, and 0.11 mass% of Fe, and the balance was Al.
처리조건으로는, 도 4에 나타낸 용체화처리 스케쥴로 각각의 유지시간을 변화시켜 실시하였다. 또한, 시효처리는 190℃에서 53분 유지하는 조건(승온시간을 포함한 전 시효처리시간은 85분)으로 실시하였다.As processing conditions, each holding time was changed by the solution treatment schedule shown in FIG. In addition, the aging treatment was performed under conditions which hold 53 minutes at 190 degreeC (all the aging treatment time including a temperature rising time is 85 minutes).
열처리된 차량용 알루미늄휠에서 테스트피스를 채취하여(n=4), 각각 인장시험(인장강도, 0.2% 내력, 신율), 충격시험 및 경도시험을 실시하였다. 얻어진 결과를 도 5 및 도 6에 나타낸다.Test pieces were taken from the heat-treated aluminum wheels for cars (n = 4) and subjected to tensile tests (tensile strength, 0.2% yield strength, elongation), impact tests, and hardness tests, respectively. The obtained results are shown in FIGS. 5 and 6.
또, 상기 충격시험에서는, JIS로 규정된 샤르피(charpy) 시험법을 이용하여 충격치를 측정하였다. 또, 경도시험에서는 JIS Z2245에 규정된 시험법을 이용하여, 로크웰(rockwell) 경도를 측정하였다.In addition, in the said impact test, the impact value was measured using the charpy test method prescribed | regulated to JIS. In the hardness test, rockwell hardness was measured using the test method specified in JIS Z2245.
또한, 이때의 공정조직 평균면적과 용체화 처리시간의 관계를 도 7에 나타낸다.In addition, the relationship between the mean area of the process structure and the solution treatment time at this time is shown in FIG. 7.
여기서, 공정조직 평균면적은 다음과 같이 하여 측정하였다.Here, the average area of the process structure was measured as follows.
테스트피스의 표면을 경면(鏡面)연마하고, 배율 1000배로 사진촬영하여, 면적 4768.716 ㎛2의 범위에 존재하는 공정조직의 개수 및 평균면적을 산출하여, 공정조직의 평균면적으로 하였다.The surface of the test piece was mirror polished and photographed at a magnification of 1000 times to calculate the number and average area of the process structures present in the area of 4768.716 µm 2 to obtain the average area of the process structure.
(실시예 2)(Example 2)
실시예 1과 같이 하여 얻은 차량용 알루미늄휠에서 테스트피스(도 8)를 채취하고, 회전굽힘 피로시험을 실시하여, 피로강도를 구하였다.The test piece (FIG. 8) was extract | collected from the vehicle aluminum wheel obtained by Example 1, the rotation bending fatigue test was done, and fatigue strength was calculated | required.
여기서, 회전굽힘 피로시험은, 오노식 회전굽힘 피로시험기를 이용하여, 실온에서, 그리고 대기중에서 테스트피스를 3600 rpm으로 회전시키면서 응력비-1로 응력을 주어, 파괴될 때의 응력과 반복수의 관계로부터 피로강도를 측정하였다. 그 결과를 도 9∼10에 나타낸다. Here, the rotational bending fatigue test is performed by using an ono-type rotational bending fatigue tester, stressed at a stress ratio -1 while rotating the test piece at 3600 rpm at room temperature and in the air, and the relationship between stress at breakage and the number of repetitions Fatigue strength was measured from. The results are shown in FIGS. 9 to 10.
(실시예 3)(Example 3)
실시예 1에 있어서, 용체화 처리온도 550℃에서 유지시간을 60분으로 하여 획득된 차량용 알루미늄휠에서 테스트피스를 채취하고, 실시예 1과 같이 하여 공정조직의 평균면적을 측정하였다.In Example 1, the test piece was extract | collected from the vehicle aluminum wheel acquired by holding time as 60 minutes at the solution treatment temperature of 550 degreeC, and the average area of the process structure was measured like Example 1.
결과를 표 1에 보인다. 또한, 이때의 인장시험(인장강도, 0.2% 내력, 신율)의 결과를 도 11에 나타낸다.The results are shown in Table 1. In addition, the result of the tensile test (tensile strength, 0.2% yield strength, and elongation) at this time is shown in FIG.
[표 1]TABLE 1
(비교예 1)(Comparative Example 1)
용체화처리로 및 시효처리로로서 종래의 터널로(분위기로)를 이용하여, 용체화 처리온도를 450℃로, 시효처리 온도를 155℃(전 시효처리시간은 174분)로 하고, 용체화 처리온도까지의 승온시간을 1시간 12분으로, 용체화 처리온도의 유지시간을 4시간으로 하여, 주조된 차량용 알루미늄휠에 열처리를 실시하였다. 기타의 조건은 실시예 1과 동일하다.Using the conventional tunnel furnace (atmosphere furnace) as a solution treatment furnace and an aging treatment furnace, the solution treatment temperature is 450 degreeC and the aging treatment temperature is 155 degreeC (all aging treatment time is 174 minutes), Heat-treatment was performed to the cast aluminum wheel for which the temperature increase time to the processing temperature was 1 hour and 12 minutes, and the holding time of the solution treatment temperature was 4 hours. Other conditions are the same as in Example 1.
열처리된 차량용 알루미늄휠에서 테스트피스를 채취하여(n=4), 각각 인장시험(인장강도, 0.2% 내력, 신율)을 실시하였다. 얻어진 결과를 도 11에 나타낸다.Test pieces were taken from the heat-treated aluminum wheels for cars (n = 4) and subjected to tensile tests (tensile strength, 0.2% yield strength, and elongation), respectively. The obtained result is shown in FIG.
(비교예 2)(Comparative Example 2)
비교예 1과 마찬가지로 하여 얻어진 차량용 알루미늄휠에서 테스트피스(도 8)를 채취하여, 회전굽힘 피로시험을 실시하여 피로강도를 구하였다. 그 결과를 도 9 ∼10에 나타낸다.A test piece (FIG. 8) was taken from the vehicle aluminum wheel obtained in the same manner as in Comparative Example 1, and subjected to a rotation bending fatigue test to obtain fatigue strength. The results are shown in FIGS. 9 to 10.
(검토)(Review)
실시예 1∼3 과 비교예 1∼2에서의 시험결과로부터 명백한 바와 같이, 공정조직의 평균면적이 4 ㎛2 미만으로 미세한 차량용 알루미늄휠은 인장강도, 0.2% 내력 및 신율이 소정치 이상으로 되어, 이들의 값은 인장시험의 확성치를 모두 만족시켜, 종래의 공정조직의 평균면적이 4 ㎛2를 초과한 것과 비하여 크게 개선된 것으로 판명되었다. 또, 피로강도도 종래의 것과 비교하여 크게 개선되었다.As is apparent from the test results in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, a fine aluminum wheel for a vehicle having an average surface area of less than 4 µm 2 has a tensile strength, 0.2% yield strength, and elongation greater than or equal to a predetermined value. These values satisfied all the adequacy values of the tensile test and proved to be greatly improved compared to the average area of the conventional process structure exceeding 4 µm 2 . In addition, fatigue strength was greatly improved as compared with the conventional one.
또, 유동층식의 용체화처리로 및 시효처리로를 이용한 경우라도, 용체화 처리시간이 240분을 넘으면 공정조직의 조대화가 진행됨을 알 수 있다.In addition, even in the case of using a fluidized-bed solution treatment furnace and an aging treatment furnace, it can be seen that coarsening of the process structure proceeds when the solution treatment time exceeds 240 minutes.
또, 실시예 2와 비교예 2의 결과에서, 유동층을 이용한 열처리에 의하면, 종래의 터널로와 비교하여, 이너 림(inner rim), 아우터 림(outer rim)은 다같이 피로특성이 향상되었음을 알 수 있다.In the results of Example 2 and Comparative Example 2, the heat treatment using the fluidized bed showed that the inner rim and the outer rim improved the fatigue characteristics in comparison with the conventional tunnel furnace. Can be.
(실시예 4)(Example 4)
도 2에 나타낸 유동층식 용체화처리로를 이용하고, 시효처리로는 분위기로를 이용하여, 열처리방법을 실시하였다.The heat treatment method was performed using the fluidized bed solution treatment furnace shown in FIG. 2, and the atmosphere furnace as the aging treatment.
유동층식 용체화처리로는, 일변이 1500mm×1500mm의 각탱크 형상으로, 직동부 높이가 1800mm이고, 하방부가 사다리꼴 형상의 유동층 용기로 구성되어 있다. 또, 시효처리로는, 종래의 터널로(분위기로)를 이용하였다. 입상물로는 평균 입자직경이 50∼500㎛인 규사를 이용하였다.In the fluidized bed solution treatment, each side has a shape of a tank of 1500 mm x 1500 mm, a linear moving part height is 1800 mm, and a lower part is constituted by a trapezoidal fluid bed container. As the aging treatment, a conventional tunnel furnace (atmosphere furnace) was used. As the granular material, silica sand having an average particle diameter of 50 to 500 µm was used.
열처리의 대상물로는 도 17에 나타낸 주조된 차량용 알루미늄휠(13kg)을 이용하고, 테스트피스의 채취위치는 아우터 림 플랜지 및 스포크의 2개소로 하였다. 상기 알루미늄휠의 조성은 Si 7.0 질량%, Mg 0.34 질량%, Sr 50 ppm을 함유하고, 나머지가 Al이었다.As the object of heat treatment, the cast vehicle aluminum wheel (13 kg) shown in Fig. 17 was used, and the sampling position of the test piece was made into two places: an outer rim flange and a spoke. The aluminum wheel contained 7.0 mass% of Si, 0.34 mass% of Mg, and 50 ppm of Sr, with Al being the remainder.
열처리 조건으로는 용체화 처리온도를 540℃와 550℃, 시효처리 온도를 190℃와 220℃로 하고, 용체화 처리온도까지의 승온시간, 용체화 처리온도에서의 유지시간, 및 시효처리의 승온시간, 유지시간을 도 13에 나타낸 스케쥴(용체화 처리온도가 550℃의 경우)로 실시하였다.As the heat treatment conditions, the solution treatment temperature was 540 ° C and 550 ° C, the aging treatment temperature was 190 ° C and 220 ° C, and the temperature rise time to the solution treatment temperature, the holding time at the solution treatment temperature, and the temperature increase of the aging treatment The time and holding time were carried out according to the schedule shown in Fig. 13 (in the case where the solution treatment temperature was 550 占 폚).
도 12는 시차열량 분석결과를 나타내며, 용체화처리에 있어서, Si, Mg가 α상 중에서 고용할 때의 흡수 에너지를 측정한 것이다. 도 12에서 명백한 바와 같이, 용체화처리에 있어서, Si 및/또는 Mg의 α상 중에서의 고용율을 60% 이상으로 하는 것은, 용체화 처리온도가 540℃ 때 용체화 처리시간(승온시간 및 유지시간의 합계)이 18분 이상에 상당하고, 용체화 처리온도가 550℃ 일때는 용체화 처리시간이 7분 이상에 상당한다.Fig. 12 shows the results of differential calorimetry analysis, in which the absorption energy when the Si and Mg are dissolved in the α phase in the solution treatment is measured. As apparent from Fig. 12, in the solution treatment, the solid solution ratio of Si and / or Mg in the α phase is 60% or more. The solution treatment time (heating time and holding time when the solution treatment temperature is 540 ° C) is as follows. (The total) corresponds to 18 minutes or more, and when the solution treatment temperature is 550 ° C, the solution treatment time corresponds to 7 minutes or more.
또, 고용율이 100%로 되는 것은, 용체화 처리온도가 540℃ 일때 용체화 처리시간이 180분이며, 용체화 처라온도가 550℃ 일때는 용체화 처리시간이 60분임을 알 수 있다.In addition, the solid solution ratio of 100% indicates that the solution treatment time is 180 minutes when the solution treatment temperature is 540 ° C, and the solution treatment time is 60 minutes when the solution treatment temperature is 550 ° C.
상기와 같이 하여 열처리된 차량용 알루미늄휠에서 테스트피스를 채취하여(n=4), 각각 인장시험(인장강도, 0.2% 내력, 신율), 충격시험 및 경도시험을 실시하였다. 얻어진 결과를 도 14 와 도 15에 나타낸다.Test pieces were taken from the aluminum wheels for automobiles heat-treated as described above (n = 4) and subjected to tensile tests (tensile strength, 0.2% yield strength, elongation), impact tests, and hardness tests, respectively. The obtained result is shown to FIG. 14 and FIG.
(비교예 3)(Comparative Example 3)
용체화처리로 및 시효처리로는 종래의 터널로(분위기로)를 이용하고, 용체화처리온도를 540℃로, 시효처리온도를 155℃로 하여, 도 18에 나타낸 스케쥴로, 주조된 차량용 알루미늄휠에 열처리를 실시하였다. 그밖의 조건은 실시예 4와 동일하다.As the solution shown in FIG. 18, the solution-casting furnace and the aging treatment are conventional tunnel furnaces (atmosphere furnaces), and the solution treatment temperature is 540 ° C and the aging treatment temperature is 155 ° C. The wheel was subjected to heat treatment. Other conditions are the same as in Example 4.
이 비교예 3에서는 도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 용체화 처리시간이 312분으로 하여도, Si 및/또는 Mg의 α상 중에서의 고용율은 50% 정도였다.In this Comparative Example 3, as can be seen from FIG. 12, even when the solution treatment time was 312 minutes, the solid solution ratio of Si and / or Mg in the α phase was about 50%.
이상의 조건으로 열처리된 차량용 알루미늄휠에서 테스트피스를 채취하여(n=4), 각각 인장시험(인장강도, 0.2% 내력, 신율)을 실시하였다. 얻어진 결과를 도 16에 나타낸다.(비교예 4)Test pieces were taken from the aluminum wheels for automobiles heat-treated under the above conditions (n = 4), and tensile tests (tensile strength, 0.2% yield strength, and elongation) were respectively performed. The obtained result is shown in FIG. 16. (comparative example 4)
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시효처리 온도를 190℃로, 시효처리 시간을 85분으로 한 것 이외는 비교예 3과 동일 조건으로, 주조된 차량용 알루미늄휠에 열처리를 실시하였다. The cast aluminum wheels were heat-treated under the same conditions as in Comparative Example 3 except that the aging treatment temperature was 190 ° C. and the aging treatment time was 85 minutes.
얻어진 차량용 알루미늄휠에서 테스트피스를 채취하여(n=4), 인장시험(인장강도, 0.2% 내력, 신율)을 실시한 결과, 아우터 림 플랜지에 대하여, 그 인장강도는 305.7 MPa, 0.2% 내력은 244.4 MPa, 신율은 11.3%이었다.The test piece was taken from the obtained vehicle aluminum wheel (n = 4) and subjected to a tensile test (tensile strength, 0.2% yield strength, elongation). As for the outer rim flange, the tensile strength was 305.7 MPa, and the 0.2% yield strength was 244.4. MPa and elongation were 11.3%.
(비교예 5)(Comparative Example 5)
시효처리 온도를 220℃로, 시효처리 시간을 35분으로 한 것 이외는 비교예 3과 동일 조건으로, 주조된 차량용 알루미늄휠에 열처리를 실시하였다. The cast aluminum wheel for heat treatment was heat-treated on the conditions similar to the comparative example 3 except having made aging treatment temperature into 220 degreeC, and aging treatment time into 35 minutes.
얻어진 차량용 알루미늄휠에서 테스트피스를 채취하여(n=4), 각각 인장시험(인장강도, 0.2% 내력, 신율)을 실시하였다. 얻어진 결과를 도 14에 나타낸다.Test pieces were taken from the obtained vehicle aluminum wheels (n = 4), and tensile tests (tensile strength, 0.2% yield strength, and elongation) were respectively performed. The obtained result is shown in FIG.
(비교예 6)(Comparative Example 6)
용체화 처리온도를 550℃로 하고, Si 및/또는 Mg의 α상 중에서의 고용율은 50%로 하며, 시효처리 온도를 220℃로, 시효처리 시간을 35분으로 한 것 이외는 비교예 4과 동일 조건으로, 주조된 차량용 알루미늄휠에 열처리를 실시하였다. The solution treatment temperature was 550 ° C., the solid solution rate in the α phase of Si and / or Mg was 50%, the aging treatment temperature was 220 ° C., and the aging treatment time was 35 minutes. Under the same conditions, the cast vehicle aluminum wheel was subjected to heat treatment.
얻어진 차량용 알루미늄휠에서 테스트피스를 채취하여(n=4), 각각 인장시험(인장강도, 0.2% 내력, 신율)을 실시하였다. 얻어진 결과를 도 14에 나타낸다.Test pieces were taken from the obtained vehicle aluminum wheels (n = 4), and tensile tests (tensile strength, 0.2% yield strength, and elongation) were respectively performed. The obtained result is shown in FIG.
(검토)(Review)
실시예 4 및 비교예 3∼6에 있어서의 인장시험, 충격시험 및 경도시험의 결과에서 명백한 바와 같이, 실시예 4에 의해 얻어진 차량용 알루미늄휠은 아우터 림 플랜지에 대하여, 그 인장강도가 326.2 MPa 이상, 0.2% 내력이 261.3 MPa 이상, 신율이 12.9% 이상으로 되는 것을 알 수 있다.As apparent from the results of the tensile test, the impact test and the hardness test in Example 4 and Comparative Examples 3 to 6, the vehicle aluminum wheel obtained in Example 4 has a tensile strength of 326.2 MPa or more with respect to the outer rim flange. It can be seen that the 0.2% yield strength is 261.3 MPa or more and the elongation is 12.9% or more.
한편, 비교예 3에서 나타낸 종래의 터널로에서 얻어진 알루미늄휠은 인장강도, 내력 및 신율의 기계적 특성에 있어서, 실시예 4와 비교하여 떨어지고, 또 비교예 3∼4와 같이, 용체화처리에 있어서의 고용율이 50%로 낮은 경우에는 인장강도, 0.2% 내력 및 신율도 실시예와 비교하여 떨어짐을 알 수 있다.On the other hand, the aluminum wheel obtained in the conventional tunnel furnace shown in Comparative Example 3 is inferior in comparison with Example 4 in the mechanical properties of tensile strength, strength and elongation, and in the solution treatment as in Comparative Examples 3 to 4, When the solid solution ratio of 50% is low, it can be seen that the tensile strength, 0.2% yield strength and elongation also drop compared to the examples.
또한, 비교예 5∼6 에서와 같이, 시효처리 온도가 220℃로 높은 경우에는, 얻어진 알루미늄휠의 기계적 성질이 더 떨어지는 것을 알 수 있다.In addition, as in Comparative Examples 5 to 6, when the aging treatment temperature is high at 220 ° C., it can be seen that the mechanical properties of the obtained aluminum wheel are further inferior.
이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면, 인장강도, 내력 및 신율의 세가지의 기계적 특성을 균형있게 가지며, 또 피로강도도 뛰어난 Al합금을 제공할 수 있다. 또, 본 발명의 열처리 방법에 의하면, 유동층을 이용하여 용체화처리를 실시하여, Si, Mg의 고용율을 소정치 이상으로 높이고, 또한 시효처리 온도를 소정치이하로 하고 있으므로, 얻어진 석출경화형의 Al합금의 강도 및 신율을 향상시킬 수가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to provide an Al alloy having a balance of three mechanical properties of tensile strength, strength and elongation, and excellent fatigue strength. In addition, according to the heat treatment method of the present invention, since the solution treatment is performed using a fluidized bed, the solid-solution ratio of Si and Mg is increased to a predetermined value or more, and the aging treatment temperature is set to be a predetermined value or less. The strength and elongation of the alloy can be improved.
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2005
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