KR100570905B1 - A method for increasing the ductility of magnesium alloy through texture control - Google Patents

Abstract

본 발명은 육방최밀격자구조로부터 기인하는 취성때문에 연성이 낮아 상온에서의 가공성이 불량한 마그네슘 합금의 연성을 증가시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for increasing the ductility of a magnesium alloy having low ductility due to brittleness resulting from a hexagonal close lattice structure and poor workability at room temperature.

본 발명은 마그네슘 합금의 연성을 증가시키는 방법으로서, 마그네슘 합금 재료 및 다이를 가열하는 단계 I, 예열된 마그네슘 합금 재료에 대하여 ECAP 가공을 실시하는 단계 II 및 ECAP 가공된 마그네슘 합금 재료를 20분이상 280℃ 내지 350℃의온도 범위에서 유지하는 단계 III을 포함하고,The present invention provides a method of increasing the ductility of a magnesium alloy, the method comprising heating a magnesium alloy material and a die, step II of performing an ECAP process on a preheated magnesium alloy material, and an ECAP processed magnesium alloy material for at least 20 minutes. Comprising step III maintaining in a temperature range of < RTI ID = 0.0 >

상기 단계 I 과 상기 단계 II를 연속하여 순서대로 1회 이상 반복한 후 단계 III 을 행하는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The step I and the step II is characterized in that it consists of a process of performing step III after repeating one or more times in sequence.

본 발명에 의하면, 통상 경량재로 사용되는 알루미늄 합금보다 우수한 연성을 가짐으로써 복잡한 부품 등으로의 가공에도 적합한 마그네슘 합금을 제조할 수 있다.According to the present invention, magnesium alloys suitable for processing into complicated parts and the like can be produced by having ductility superior to aluminum alloys that are usually used as lightweight materials.

마그네슘 합금, ECAP가공, 어닐링, 연성, 집합조직Magnesium alloy, ECAP processing, annealing, ductility, texture

Description

집합조직 제어를 통한 마그네슘 합금의 연성 증가 방법{A METHOD FOR INCREASING THE DUCTILITY OF MAGNESIUM ALLOY THROUGH TEXTURE CONTROL}A METHOD FOR INCREASING THE DUCTILITY OF MAGNESIUM ALLOY THROUGH TEXTURE CONTROL}

도 1은 마그네슘 합금을 ECAP 가공하는 장치의 측면도이다.1 is a side view of an apparatus for ECAP processing magnesium alloy.

도 2는 마그네슘 합금을 ECAP 가공하는 장치의 평면도이다.2 is a plan view of an apparatus for ECAP processing magnesium alloy.

도 3은 마그네슘 합금을 ECAP 가공하는 장치의 정면도이다.3 is a front view of an apparatus for ECAP processing magnesium alloy.

도 4는 본 발명에 따른 처리를 하였을 경우의 균일연신율, 최대연신율, 항복강도 등을 비교재 들과 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the result of comparing the uniform elongation, maximum elongation, yield strength and the like when the treatment according to the present invention with the comparative materials.

도 5는 각 재료의 인장시험시 변형률 거동을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the strain behavior during the tensile test of each material.

도 6은 본 발명에 따른 처리를 하였을 때 처리횟수에 따른 인장시험시 변형률 거동을 비교한 그래프이다.Figure 6 is a graph comparing the strain behavior during the tensile test according to the number of treatment when treated according to the present invention.

도 7은 본 발명에 의하여 제조된 마그네슘 합금의 항복강도 및 연성과 비교하기 위한 알루미늄재료의 인장시험시 변형률 거동을 나타낸 그래프이다.Figure 7 is a graph showing the strain behavior during the tensile test of the aluminum material to compare the yield strength and ductility of the magnesium alloy prepared by the present invention.

도 8은 본 발명의 청구항 5에 따라서 마그네슘 합금 판재를 가공한 후의 연성증가정도를 가공하지 않은 재료와 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing a result of comparing the degree of ductility increase after processing the magnesium alloy sheet according to claim 5 with the raw material.

(부호의 설명)(Explanation of the sign)

1 : 입구 2 : 원호각(곡률각)1: entrance 2: arc angle (curvature angle)

3 : 사잇각 4 : 시료3: square angle 4: sample

5 : 가압 피스톤 6 : 출구5: pressurized piston 6: outlet

본 발명은 상온에서 취성이 높은 마그네슘 합금의 연성을 증가시키는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ECAP(Equal Channel Angular Process)가공방법을 이용하여 마그네슘 합금의 집합조직을 발달시켜서 마그네슘 합금의 상온가공성을 증대시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for increasing the ductility of a highly brittle magnesium alloy at room temperature, and more particularly, to develop a magnesium alloy aggregate structure by using an ECAP (Equal Channel Angular Process) processing method. It is about how to increase.

마그네슘 합금은 플라스틱 수준의 경량소재로서 전자파 차단효과가 있으며 기존의 플라스틱 재료에 비해 재활용이 용이하므로 환경친화적인 소재로 활용될 수 있어, 그 활용가치가 높다.Magnesium alloy is a lightweight material of plastic level, has the effect of blocking electromagnetic waves and can be used as an environmentally friendly material because it is easier to recycle than conventional plastic materials, and its utilization value is high.

그러나, 순수한 마그네슘 또는 소량의 용질원소가 첨가된 마그네슘 합금은 그 결정구조가 육방최밀격자(HCP)로서 상온에서 취약한(Brittle) 성질(취성)을 가진다. 그러므로 마그네슘 합금의 가공은 마그네슘 합금의 결정구조적인 원인에 기인한 낮은 연성으로 인하여 곤란한 점이 많다. However, pure magnesium or a magnesium alloy to which a small amount of solute element is added has a brittle characteristic at room temperature as a hexagonal close lattice (HCP). Therefore, processing of magnesium alloy is difficult because of low ductility due to the crystal structural cause of magnesium alloy.

그러므로 마그네슘 합금을 원하는 형상으로 제조하기 위해서는 종래에는 주조법 중 하나인 다이캐스팅법이 사용되었다. 다이캐스팅법은 다이 주조라고도 하는 방법인데, 필요한 주조형상에 완전히 일치하도록 정확하게 기계가공된 강제(鋼製)의 금형에 용융금속을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀주조법을 말하며, 그 제품을 다이캐스트 주물이라고 한다. Therefore, in order to manufacture a magnesium alloy in a desired shape, a die casting method, which is one of casting methods, has been conventionally used. Die casting is also called die casting. It is a precision casting method in which molten metal is injected into a mold made of steel machined to be exactly matched to the required casting shape to obtain the same casting as the mold. It is called a fetish.

그런데 다이 캐스팅법으로 마그네슘 합금을 제조할 경우에는 두께가 0.6mm 이하의 소재는 제조되기 곤란하고, 표면이 미려하지 않다. 더욱이, 복잡한 형상의 부품을 제조하기 어렵다는 문제점이 있었다. 따라서 연성을 증가시켜서 마그네슘 합금을 소성 성형을 하는 방법이 필요하게 되었다.By the way, when magnesium alloy is manufactured by the die casting method, it is difficult to produce a material having a thickness of 0.6 mm or less, and the surface is not beautiful. Moreover, there is a problem that it is difficult to manufacture a component having a complicated shape. Therefore, there is a need for a method of plastically forming magnesium alloys by increasing ductility.

종래, 마그네슘 합금의 연성을 증가시키기 위해서는 마그네슘 합금을 고온에서 압출이나 압연열처리가공법 등을 이용하여 가공하여 마그네슘 합금의 결정립 크기를 미세하게 하면, 연성이 증가된 마그네슘 합금을 얻을 수 있었다.Conventionally, in order to increase the ductility of the magnesium alloy, when the magnesium alloy is processed at high temperature using extrusion or rolling heat treatment, etc., the grain size of the magnesium alloy may be finely obtained, thereby obtaining a magnesium alloy with increased ductility.

그러나, 결정립 미세화의 효과만으로는 변형도가 높은 가공을 실시할 경우에 마그네슘 합금 재료의 연성이 충분하지 않아 알루미늄과 같은 재료를 대체하기에는 곤란한 점이 있었다.However, the effect of grain refinement alone is difficult to replace a material such as aluminum because the ductility of the magnesium alloy material is not sufficient when performing a high degree of deformation.

본 발명의 목적은 마그네슘 합금에 집합조직을 발달시켜 연성이 우수한 마그네슘 합금을 제조하기 위한 마그네슘 합금의 가공방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a method for processing a magnesium alloy for producing a magnesium alloy excellent in ductility by developing an aggregate structure in the magnesium alloy.

본 발명의 또다른 목적은 마그네슘 합금 주괴와 같이 내부 결정립 크기가 조대한 재료에 대해서도 최소한의 가공을 통하여 연성이 우수한 마그네슘 합금을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for producing a magnesium alloy having excellent ductility through minimal processing even for a material having a coarse grain size, such as a magnesium alloy ingot.

본 발명은 청구항 1에 기재된 바와 같이,
마그네슘 합금의 연성를 증가시키는 방법으로서,The present invention, as described in claim 1,
As a method of increasing the ductility of magnesium alloys,

마그네슘 합금 재료 및 다이를 가열하는 단계 I,Heating the magnesium alloy material and the die I,

예열된 마그네슘 합금 재료에 대하여 ECAP 가공을 실시하는 단계 II 및Step II of carrying out the ECAP process on the preheated magnesium alloy material and

ECAP 가공된 마그네슘 합금 재료재료를 20분이상 280℃ 내지 350℃에서 유지하는 단계 III을 포함하고,Holding ECAP processed magnesium alloy material at 280 ° C. to 350 ° C. for at least 20 minutes;

상기 단계 I과 상기 단계 II를 연속하여 순서대로 1회 이상 반복한 후 단계 III을 실시하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.And repeating step I and step II one or more times in succession in sequence, and performing step III.

본 발명의 구성의 특징적인 부분을 이하에서 설명하기로 한다.The characteristic part of the structure of this invention is demonstrated below.

ECAP(Equal Channel Angular Pressing)가공방법이라 함은 도 1 내지 도 3에서 나타낸 것처럼 입구(1), 출구(6) 및 굴곡부위를 가지고 있으며, 입구(1)와 출구(2) 및 임의의 지점에서의 가공되는 축에 수직인 단면형상이 가공되는 재료의 단면형상과 동일하고, 중간에 굴곡진 부분이 있는 형태의 채널을 통하여 재료를 통과시키는 방법을 말한다. ECAP 가공을 하면 가공되는 재료는 굴곡부위에서 극심한 전단변형을 받게 된다.ECAP (Equal Channel Angular Pressing) processing method has an inlet (1), outlet (6) and the bent portion, as shown in Figures 1-3, at the inlet (1) and outlet (2) and any point The cross-sectional shape perpendicular to the axis to be processed is the same as the cross-sectional shape of the material to be processed, and means a method of passing the material through a channel having a curved portion in the middle. ECAP processing causes the material to be subjected to extreme shear deformation at the bend.

우선 ECAP가공방법을 알루미늄과 같은 통상의 재료에 적용할 경우에는 결정립 미세화 효과로 인하여 강도는 증가하나 연성은 현격히 감소하는 효과가 있어 연성 증가용으로는 사용하지 못하였다.First, when the ECAP processing method is applied to a conventional material such as aluminum, the strength is increased due to the grain refinement effect, but the ductility is significantly reduced, and thus it was not used to increase the ductility.

그러나 본 발명의 발명자들은 마그네슘 합금의 경우에는 ECAP 가공을 하면 강도는 증가하지 않거나 오히려 저하하는 반면에 연성은 현저히 증가한다는 것을 발견하였다. 따라서, ECAP 가공방법을 마그네슘 합금에 적용할 경우에는 연성증가 효과를 얻을 수 있다. 그 이유는 마그네슘 합금의 소성변형은 기저면(basal plane) 혹은 프리즘 면 슬립에 의해서 일어나는데, 압연재나 압출재에 대하여 ECAP가공을 실시하면 표 1에 나타낸 것처럼 이들면이 순수전단변형 과정중에 회전하여 다수의 슬립면에서 슬립이 일어나기 쉬운 상태로의 텍스츄어 변환이 일어나서 가공경화능이 대폭 향상되기 때문이다. 도 4에 나타나 있듯이, 8회 정도 ECAP가공한 경우, 마그네슘 합금의 인장 연성이 일반적인 알루미늄 합금, 예를 들면 도 7의 통칭 Al 6061 합금이라 칭하는 합금의 연성과 비슷할 정도로 증가한다.However, the inventors of the present invention have found that, in the case of magnesium alloy, the strength is not increased or decreased, but the ductility is significantly increased. Therefore, when the ECAP processing method is applied to magnesium alloy, the ductility increase effect can be obtained. The reason is that plastic deformation of magnesium alloy is caused by basal plane or prism face slip. When ECAP is applied to rolled or extruded materials, these surfaces rotate during pure shear deformation process as shown in Table 1. This is because texture conversion to a state where slip is likely to occur in the slip surface greatly increases the work hardening performance. As shown in FIG. 4, when the ECAP process is performed about eight times, the tensile ductility of the magnesium alloy is increased to be similar to that of a general aluminum alloy, for example, an alloy called Al 6061 alloy of FIG. 7.

ECAP 가공 횟수 ECAP machining count 집합조직 Organization 슈미트 팩터 Schmidt Factor 기저면 Basal plane 프리즘 면 Prism face 0 0 (처리전압출방향) [10-10] (Processing voltage output direction) [10-10] 0;0;0 0; 0; 0 0;0.43;0.43 0; 0.43; 0.43 2 2 (10-14)[-2021] (10-14) [-2021] 0;0.33;0.33 0; 0.33; 0.33 0;0.36;0.36 0; 0.36; 0.36 3 3 (10-12)[-2201] + (10-11)[-12-10) (10-12) [-2201] + (10-11) [-12-10) 0;0.33;0.33 0;0;0 0; 0.33; 0.33 0; 0; 0 0;0.36;0.36 0;0.43;0.43 0; 0.36; 0.36 0; 0.43; 0.43 4 4 (10-11)[0-221] + (10-12)[0-221] (10-11) [0-221] + (10-12) [0-221] 0;0.33;0.33 0;0.33;0.33 0; 0.33; 0.33 0; 0.33; 0.33 0;0.36;0.36 0;0.36;0.36 0; 0.36; 0.36 0; 0.36; 0.36 8 8 (10-11)[0-111] + (10-12)[-12-10] (10-11) [0-111] + (10-12) [-12-10] 0;0.44;0.44 0;0;0 0; 0.44; 0.44 0; 0; 0 0;0.23;0.23 0;0.43;0.43 0; 0.23; 0.23 0; 0.43; 0.43

그러나 상기하였듯이, 통상의 재료와는 달리 마그네슘 합금은 상온에서 가공할 경우 취약한 성질로 인하여 파괴되기 쉬우므로, 이를 방지하기 위하여 각 ECAP 가공 전에는 단계 I과 같은 예열단계가 필요하게 된다.However, as mentioned above, unlike conventional materials, magnesium alloys are susceptible to breakage due to their fragile properties when processed at room temperature, and thus preheating steps like step I are required before each ECAP process to prevent them.

상기와 같은 ECAP가공만으로도 마그네슘 합금의 연성을 증가시킬 수 있지만 처리되는 공정이 심한 변형을 요하는 공정일 경우에는 추가적인 연성 증가가 필요하게 된다. 따라서 단계 III은 마그네슘 합금의 추가적인 연성확보를 하기 위해서는 필수적인 공정이다.The ECAP process alone can increase the ductility of the magnesium alloy, but in the case of a process requiring severe deformation, additional ductility needs to be increased. Therefore, step III is an essential process for further ductility of the magnesium alloy.

ECAP 가공된 마그네슘 합금에 추가적인 연성의 증가가 필요한 경우에는 일정온도 범위내에서 일정시간동안 마그네슘 합금을 유지하여 마그네슘 합금의 결정립의 크기를 증가시키는 공정이 유효하다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 발명자들은 금속재료는 통상적으로는 결정립이 미세하여야 연성이 증가되나 본 발명의 경우처럼 ECAP 가공등에 의하여 순수전단 가공을 받은 마그네슘 합금은 결정립이 조대화 될 경우에 오히려 연성이 증가한다는 사실을 발견하였다. 그 이유는, 표 1에 나타낸 바와 같이 순수전단 가공 받은 마그네슘 합금은 내부결정립이 미세화 되면서 집합조직이 발달되게 되는데 이러한 마그네슘 합금을 재결정이 일어나지 않는 온도에 장시간 유지할 경우에는 집합조직은 그대로 유지되면서 결정립이 조대화 되어, 결정립 내부의 전위밀도가 낮아지고 강소성 가공 중 내부의 축적된 응력상태가 완화되면서, 보다 내부슬립이 더욱 용이해 지면서 가공경화가 커지는 상태로 바뀌기 때문이다.If additional ductility increases are required for ECAP-processed magnesium alloys, a process of increasing the size of the grains of magnesium alloys by maintaining the magnesium alloy for a certain time within a certain temperature range is effective. As can be seen in Figure 5, the inventors of the present invention, the metal material is usually a fine grain grain ductility is increased, but the magnesium alloy subjected to pure shear processing by ECAP processing, such as in the case of the present invention will be coarse grains Rather, it was found that ductility increases. The reason is that, as shown in Table 1, the magnesium alloy subjected to the pure shear processing is developed as the internal grains become finer, and when the magnesium alloy is maintained at a temperature at which recrystallization does not occur for a long time, the grain structure remains as it is, This is because the coarsening decreases the dislocation density inside the grain and the stress state accumulated during the sintering process is alleviated, thereby making the inner slip easier and changing the work hardening.

또한 본 발명은 판재에도 적용가능한데, 이 경우 ECAR (Equal Channel Angular Rolling)가공방법과 2속압연법을 적용할 수 있다. ECAR의 경우는 ECAP가공방법과 달리 봉재나 각재가 아닌 판재에 적용한다는 점에서 근본적으로 다를 뿐이이므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 2속 압연을 이용하는 경우, 이때의 본 발명은 In addition, the present invention can be applied to a plate, in which case ECAR (Equal Channel Angular Rolling) processing method and two-speed rolling method can be applied. In the case of ECAR, unlike the ECAP processing method, it is fundamentally different in that it is applied to a plate rather than a bar or a bar, so the description thereof will be omitted. In the case of using the second rolling, the present invention at this time

I. 마그네슘 합금 주괴를 예열하는 단계,I. preheating the magnesium alloy ingot,

II. 예열된 마그네슘 합금 주괴를 2속 압연하는 단계,II. Second-rolling the preheated magnesium alloy ingot,

III. 압연된 마그네슘 합금 재료를 20분이상 280℃ 내지 350℃에서 유지하는 단계로 구성된다.III. And maintaining the rolled magnesium alloy material at 280 ° C to 350 ° C for at least 20 minutes.

다른 과정은 상기 청구항 1에 제공된 발명의 구성과 동일하므로, 이에 대한 설명을 생략하기로 하고, 단계 II의 2속 압연에 대해서만 설명하기로 한다.Since other processes are the same as those of the invention provided in claim 1, the description thereof will be omitted and only the second rolling of step II will be described.

2속 압연이라 함은 판재를 압연하기 위하여 판재에 응력을 제공하는 상하의 압연롤의 속도를 다르게 하여 판재에 대하여 전단응력을 부여하는 방법을 말한다. 2속 압연을 받은 판재는 상하의 가공속도가 달라지므로 전단응력이 발생하게 되고 이에 따라 내부에 집합조직이 발달하게 된다. Second-speed rolling refers to a method of imparting shear stress to a plate by varying the speed of the upper and lower rolling rolls that provide stress to the plate to roll the plate. The plate subjected to the second-speed rolling has a shear stress because the processing speed of the upper and lower sides is different, and thus, the aggregate structure is developed.

(보충 실시예)(Supplementary Example)

본 발명은 크게 보면 집합조직 형성과정과 고온에서 재료를 유지하는 과정(어닐링 과정)이 유기적으로 결합되어 있으며 각 과정은 마그네슘 합금의 연성을 증가시키기 위하여 필수적인 과정이다.In the present invention, the process of forming the texture and maintaining the material at high temperature (annealing process) are organically combined, and each process is an essential process for increasing the ductility of the magnesium alloy.

우선 본 발명의 방법 중 단계 I 과 단계 II를 연속하여 실시하는 집합조직 형성가공의 효과를 알아보기 위하여 다음과 같은 보충 실험을 행하였다. First of all, the following supplementary experiment was conducted to investigate the effect of aggregated tissue forming process in which step I and step II were performed successively.

본 실시예에서는 알루미늄, 아연 및 마그네슘이 각각 6:1:93의 중량비율로 함유된 AZ61 합금을 사용하였다.In this example, an AZ61 alloy containing aluminum, zinc and magnesium in a weight ratio of 6: 1: 93 was used.

본 실시예에서는 마그네슘 합금의 저온취성을 감소시키기 위하여 마그네슘 합금과 다이를 예열한 온도는 280℃였는데, 이 예열온도범위는 마그네슘 합금과 다이에 대하여 각각 200℃ 내지 350℃인 것이 적당하며, 이러한 예열온도범위의 하한을 하회하는 온도에서는 상기한 바와 같이 마그네슘 합금의 취성에 의하여 재료의 파괴가 발생하게 되고, 이 예열온도범위의 상한을 초과하는 온도에서는 재결정이 일어나 마그네슘 합금의 결정립이 조대화되거나, 집합조직이 발달하기 어렵다.In this embodiment, the preheating temperature of the magnesium alloy and the die was 280 ° C. in order to reduce the low temperature embrittlement of the magnesium alloy. The preheating temperature range is suitably 200 ° C. to 350 ° C. for the magnesium alloy and the die, respectively. At a temperature below the lower limit of the temperature range, as described above, fracture of the material occurs due to brittleness of the magnesium alloy, and at a temperature exceeding the upper limit of the preheating temperature range, recrystallization occurs to coarsen grains of the magnesium alloy, Aggregation is difficult to develop.

ECAP 가공시 다이의 입구(1)의 중심을 통과하는 축선(이하 입구축선)과 출구(6)의 중심을 통과하는 축선(이하 출구축선)의 각도, 즉 사잇각(3)이 좁아질수록 재료에 작용하는 전단응력이 커지게 되므로 효과적인 가공이 되나, 너무 좁아질 경우에는 재료(4)를 다이에 통과시키기가 어렵고 특히 본 발명의 대상인 마그네슘 합금과 같은 경우에는 마그네슘 합금의 취성으로 인하여 재료의 파손이 일어날 우려가 있다. 본 발명의 발명자들은 상기 각도가 90° 내지 135°정도가 적당하다는 것을 발견하였으며, 이에 따라 본 실시예에서는 상기 각도를 90°로 정하여서 실험을 행하였다.The narrower the angle between the axis passing through the center of the inlet 1 of the die (hereinafter referred to as the inlet axis) and the axis passing through the center of the outlet 6 (hereinafter referred to as the exit axis), i. It is effective processing because the shear stress acting becomes large, but when too narrow, it is difficult to pass the material (4) to the die, especially in the case of the magnesium alloy of the present invention, the material damage due to the brittleness of magnesium alloy There is a risk of happening. The inventors of the present invention found that the angle is about 90 ° to 135 °, and accordingly, in this embodiment, the experiment was performed by setting the angle to 90 °.

또한 도면에서 채널의 바깥부분(도면상 왼쪽)의 곡면부의 원호각(곡률각)(2)은 큰 제약을 받지는 않으나 통상 90°이하가 되어야 재료가 원활하게 빠져나올 수 있으며, 본 실시예에서는 이를 90°로 정하여 실험을 행하였다.In addition, in the drawing, the arc angle (curvature angle) 2 of the curved portion of the outer portion of the channel (left side in the drawing) is not significantly limited, but is usually less than or equal to 90 ° to smoothly escape the material. The experiment was conducted by setting this to 90 °.

단계 I 및 단계 II를 연속하여 실시하는 과정(이하 집합조직 형성가공)의 횟수는 내부에 슬립이 용이한 집합조직을 발달시키고 미세조직을 미세화시키기 위해서 4회 이상이 적당한데 본 실시예에서는 8회 실시하였다. 또한 마그네슘 합금 집합조직을 유지한 상태에서 내부의 결정립을 조대화시키기 위해서 필요한 온도는 200℃ 에서 350℃ 사이인데 본 실시예에서는 300℃에서 실험을 실시하였다.The number of times to perform step I and step II (hereinafter, referred to as "assembly processing") is appropriate for at least four times in order to develop an easy-slip aggregate inside and to refine the microstructure. Was carried out. In addition, the temperature required to coarse the internal grains in the state of maintaining the magnesium alloy texture is 200 ℃ to 350 ℃ in this example, the experiment was carried out at 300 ℃.

최종 처리후에 본 실시예에 의하여 ECAP 가공된 마그네슘 합금, ECAP가공을 하지 않은 동일한 조성의 마그네슘 합금(이하 비교재 1) 및 마그네슘 합금과 비슷한 용도로 사용되는 ECAP 가공된 알루미늄(이하 비교재 2)의 인장시편을 채취하여 인장시험을 행하였다.After the final treatment of the magnesium alloy, ECAP processed according to this embodiment, magnesium alloy of the same composition without ECAP processing (hereinafter referred to as Comparative Material 1) and ECAP processed aluminum (hereinafter referred to as Comparative Material 2) used for similar purposes as magnesium alloy Tensile specimens were taken and subjected to a tensile test.

도 6 및 도 7은 본 실시예에 의하여 가공된 마그네슘 합금을 비교재 1 및 비교재 2와 비교한 결과이다.6 and 7 show the results of comparing the magnesium alloy processed according to the present example with Comparative Material 1 and Comparative Material 2.

도 6에 나타낸 것처럼, 본 실시예에 의하여 가공된 마그네슘 합금의 최대 연신율은 집합조직 형성가공을 8회 실시한 후에 얻어졌는데, 가공을 하지 않은 마그네슘 합금(도면상 처리횟수가 0인 경우)에 비하여 1.7배 정도 높은 수준을 나타내었고, ECAP 가공하지 않은 알루미늄 재료(도 7의 처리횟수가 0인 경우)와 비교했을 때 그 값이 비슷하다는 것을 알 수 있다. 도 6은 또한 알루미늄 재료와 비교할 때 최대 연신율은 비슷하지만 균일 연신율, 즉 네킹이 일어나기 전까지의 변형률 (응력-변형률 곡선에서 응력이 최대치를 보이는 곳까지의 변형률)은 ECAP 가공한 마그네슘 합금이 1.5배 이상 더 크다는 것을 나타내고 있다. 소성 변형을 이용한 생산 가공에서는 최대연신율보다 균일연신율이 더 중요한데, 이는 제품의 두께가 균일해야 하기 때문이다. 이러한 이유로 ECAP 가공한 마그네슘 합금이 알루미늄 재료보다 더 우수한 소성 변형 거동을 보일 것이라고 기대할 수 있다.As shown in Fig. 6, the maximum elongation of the magnesium alloy processed according to the present embodiment was obtained after eight times of texture formation processing, compared to 1.7 (not shown) when the magnesium alloy was not processed. It is about twice as high, and the value is similar when compared with the ECAP-free aluminum material (when the number of treatments of FIG. 7 is 0). Figure 6 also shows that the maximum elongation is comparable compared to aluminum material, but the uniform elongation, i.e., strain until the necking occurs (strain up to the point where stress is shown in the stress-strain curve) is at least 1.5 times that of the magnesium alloy treated with ECAP. It is larger. In production processing using plastic deformation, uniform elongation is more important than maximum elongation, because the thickness of the product must be uniform. For this reason, it can be expected that the magnesium alloy processed by ECAP will exhibit better plastic deformation behavior than aluminum materials.

그러나 도 5에서 보듯이 각 재료의 항복강도를 비교한 결과 본 실시예에 의하여 가공된 마그네슘 합금은 가공을 하지 않은 마그네슘 합금에 비하여 26% 만큼 낮은 항복강도를 나타내고는 있지만, 통상 구조재로서 널리 사용되고 있는 알루미늄의 항복강도보다는 높은 값을 나타내고 있으므로 구조재로서 사용될 수 있다. 또한 가공경화능이 매우 커서 성형 후에는 강도가 대폭 상승하는 효과가 있으므로 성형 후의 강도는 300 MPa 정도까지 올라 갈 수 있다. However, as shown in FIG. 5, the yield strength of each material is compared. As a result, the magnesium alloy processed according to the present embodiment shows a yield strength as low as 26% compared to the unprocessed magnesium alloy, but is widely used as a structural material. Since it shows a higher value than the yield strength of aluminum, it can be used as a structural material. In addition, since the work hardening ability is so large that the strength is greatly increased after molding, the strength after molding can be increased to about 300 MPa.

(실시예 1)(Example 1)

ECAP 가공 처리된 마그네슘 합금의 연성을 추가적으로 증가시키기 위하여 다음과 같은 실험을 행하였다. In order to further increase the ductility of the ECAP-treated magnesium alloy, the following experiment was conducted.

본 실시예에서는 알루미늄, 아연 및 마그네슘이 각각 3:1:96의 중량비율로 함유된 AZ31이라 불리우는 마그네슘합금을 사용하였다. 상기 보충 실시예와 유사하게 다이와 재료를 250℃로 가열한 다음 6 패스(pass)까지 ECAP 가공한 후, 300℃에서 20분, 80분 어닐링 하였다. In this example, a magnesium alloy called AZ31 containing aluminum, zinc and magnesium in a weight ratio of 3: 1: 96 was used. Similar to the supplemental example above, the die and material were heated to 250 ° C. and then ECAP processed to 6 passes, followed by annealing at 300 ° C. for 20 minutes and 80 minutes.

그 결과를 도 5에 도시하였다. 도 5에서 알 수 있듯이, 항복강도는 어닐링 시간이 길어짐에 따라 저하되나 인장연신율은 증가하는 것을 알 수 있다. 항복강도가 어닐링 시간에 따라 감소하는 이유는 어닐링 온도에서 집합조직 변화가 없으므로 결정립크기의 증가 때문이며, 연성이 증가하는 이유는 결정립 내부의 전위밀도가 낮아지고 강소성 가공 중 내부의 축적된 응력상태가 완화되면서, 내부슬립이 더욱 용이해 지면서 가공경화가 커지는 상태로 바뀌기 때문이다. 이러한 어닐링 온도는 280℃내지 350℃범위에 있는 것이 적당하다. 300℃에서 80분 어닐링 처리한 경우 항복강도는 90 MPa 수준으로 낮아졌으나, 인장 연신율 및 균일 연신율은 일반 알루미늄 재료보다 50% 정도 향상된다는 것을 알 수 있다. 항복강도가 90 MPa로 낮은 것은 구조재료로 문제가 될 수 있으나, 마그네슘 합금의 경우에는 가공경화가 매우 커서 추후 본 실시예에 의하여 제조된 마그네슘 합금을 원하는 형상으로 가공할 경우 성형 후에는 220 MPa 이상으로 증가할 수 있으므로 최종 제품에서의 강도는 충분하다고 할 수 있다. 초기 항복강도가 낮은 것은 오히려 가공에 필요한 힘이 적게 들어 생산성 향상에 기여할 수 있다는 장점으로 작용할 수도 있다.The results are shown in FIG. As can be seen in Figure 5, the yield strength decreases as the annealing time increases, but it can be seen that the tensile elongation increases. The yield strength decreases with annealing time due to the increase in grain size because there is no change in the texture at the annealing temperature, and the reason for the increase in ductility is that the dislocation density inside the grain is lowered and the accumulated stress state inside the sintering process is alleviated. This is because the inner slip becomes easier and the work hardening changes. Such annealing temperature is suitably in the range of 280 ° C to 350 ° C. Yield strength was lowered to 90 MPa level after annealing at 300 ° C. for 80 minutes, but the tensile elongation and uniform elongation were improved by 50% compared to the general aluminum material. The low yield strength of 90 MPa may be a problem as a structural material. However, in the case of magnesium alloy, the work hardening is very large, and when the magnesium alloy manufactured according to the present embodiment is processed into a desired shape later than 220 MPa after molding The strength in the final product can be said to be sufficient. The low initial yield strength may also be an advantage in that less force is required for processing, which can contribute to productivity gains.

(실시예 2)(Example 2)

본 발명의 또 하나의 구성인 마그네슘 합금 판재를 가공하는 방법에 대한 실시예를 설명한다.An embodiment of a method of processing a magnesium alloy sheet material which is another configuration of the present invention will be described.

본 실시예 2는 전술한 대로 실시예 1과는 예열 단계(단계 I), 고온 유지단계(단계 III) 가 동일하므로 이들에 대한 설명은 제외하고 2속압연을 실시하는 단계에 대해서만 상세히 기술하고자 한다. 본 실시예에서는 알루미늄, 아연 및 마그네슘이 각각 3:1:96의 중량비율로 함유된 AZ31 합금을 사용하였다. As described above, the second embodiment has the same preheating step (step I) and high temperature holding step (step III) as in the first embodiment, and thus, only the step of performing the second speed rolling will be described in detail except for the description thereof. . In this example, an AZ31 alloy containing aluminum, zinc and magnesium in a weight ratio of 3: 1: 96 was used.

2속 압연시 상부의 압연롤의 주속은 8 m/min로, 하부의 압연롤의 주속은 1 m/min로 설정하였으며 압연되는 마그네슘 합금 주괴의 크기는 가로 5 cm 세로 5 cm 높이 2 mm 의 것을 두께가 0.8 mm 로 압하될 때까지 300℃에서 2번에 걸쳐 압연을 실시하였다. In the second rolling, the circumferential speed of the upper rolling roll was set to 8 m / min, and the circumferential speed of the lower rolling roll was set to 1 m / min. Rolling was performed twice at 300 ° C. until the thickness was reduced to 0.8 mm.

처리된 재료는 중심부분에서 시편을 채취하여 상기 실시예 1과 마찬가지로 인장시험을 행하였다. 도 8에 본 실시예의 시편의 인장실험 결과를 비교하였다. 도 8에 나타낸 것처럼, 본 실시예의 시편은 ECAP 가공을 하지 않은 동일한 조성의 마그네슘 합금보다 높은 인장연신율을 보인다는 것을 알 수 있다. 그리고 2속압연의 상부와 하부롤의 속도차이 및 압연 변형량을 늘리면 더욱 ECAP 가공에서와 마찬가지로 더욱 높은 인장연신율을 얻을 수 있을 것으로 기대된다. The treated material was subjected to a tensile test in the same manner as in Example 1 by taking a specimen from the central portion. In FIG. 8, the tensile test results of the specimens of this example were compared. As shown in Figure 8, it can be seen that the specimen of this embodiment shows a higher tensile elongation than the magnesium alloy of the same composition without the ECAP process. Increasing the speed difference between the upper and lower rolls of the second speed rolling and the amount of rolling deformation is expected to achieve higher tensile elongation as in the ECAP process.

또한, 도 8에 나타낸 것처럼 각 재료에 대하여 항복강도를 비교한 결과 본 실시예에 의한 처리를 겪은 마그네슘 합금은 처리를 하지 않은 비교재 1보다는 낮은 값을 가지고 있었으나 통상 구조재로 적합하게 사용되고 있는 알루미늄 재료 (도 7) 인 비교재 2 수준을 나타내고 있음을 알 수 있다.In addition, as shown in FIG. 8, the yield strength of each material was compared. As a result, the magnesium alloy which had undergone treatment according to the present embodiment had a lower value than that of Comparative Material 1, which was not treated, but is normally used as a structural material. (FIG. 7) It can be seen that the comparative material 2 level is shown.

그러므로 본 발명에 의하여 처리된 마그네슘 합금은 가공성이 좋은 경량소재로 적절하게 사용될 수 있다는 것이 확인되었다.Therefore, it was confirmed that the magnesium alloy treated by the present invention can be suitably used as a lightweight material having good workability.

본 발명은, 경량재로 그 용도는 높으나 가공성, 즉 연성이 불량하여 활용이 어려운 마그네슘 합금의 연성을 획기적으로 향상시켜서 통상 경량 구조재로 사용되는 알루미늄 합금보다 우수한 연성을 가지는 마그네슘 합금을 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 방법을 이용할 경우 통상의 용도인 구조재나 외장재 등의 분야에 활용가능한 것은 물론이고 형상이 복잡하여 가공이 어려운 부품 등에도 마그네슘 합금을 사용하여 효과적으로 가공할 수 있다.The present invention relates to a method for producing a magnesium alloy having superior ductility than an aluminum alloy commonly used as a lightweight structural material by dramatically improving the ductility of a magnesium alloy that is light in weight but has high use, but has poor workability. When the method according to the present invention is used, it can be effectively used in fields such as structural materials or exterior materials, which are common uses, and also can be effectively processed using magnesium alloy even for parts having a complicated shape.

Claims (7)

마그네슘 합금의 연성을 증가시키는 방법으로서,As a method of increasing the ductility of magnesium alloys, 마그네슘 합금재료 및 다이를 가열하는 단계 I,Heating the magnesium alloy material and the die I, 예열된 마그네슘 합금재료에 대하여 ECAP 가공을 실시하는 단계 II 및Step II of ECAP Processing on Preheated Magnesium Alloy Material ECAP 가공된 마그네슘 합금재료를 20분이상 280℃ 내지 350℃의 온도범위에서 유지하는 단계 III을 포함하고,A step III of maintaining the ECAP processed magnesium alloy material in a temperature range of 280 ° C to 350 ° C for at least 20 minutes; 상기 단계 I 과 상기 단계 II를 연속하여 순서대로 1회 이상 반복한 후 단계 III 을 행하는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금의 연성을 증가시키는 방법. And repeating step (I) and step (II) one or more times in sequence and performing step III. 제 1 항에 있어서, 마그네슘 합금 재료 및 다이를 가열하는 온도의 범위는 각각 200℃ 내지 350℃인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금의 연성을 증가시키는 방법The method of increasing the ductility of a magnesium alloy according to claim 1, wherein the temperature for heating the magnesium alloy material and the die is in the range of 200 ° C to 350 ° C, respectively. 제 1 항에 있어서, ECAP 가공시 다이의 입구의 중심을 통과하는 축선과 출구의 중심을 통과하는 축선 사이의 각도가 90°내지 135°사이이며, 곡률각이 0°내지 90°사이인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금의 연성을 증가시키는 방법The angle between the axis passing through the center of the inlet of the die and the axis passing through the center of the exit during ECAP processing is between 90 ° and 135 ° and the angle of curvature is between 0 ° and 90 °. To increase the ductility of magnesium alloy 삭제delete 연성이 불량한 마그네슘 합금의 연성을 증가시키는 방법으로서,As a method of increasing the ductility of a magnesium alloy having poor ductility, I. 마그네슘 합금 주괴를 예열하는 단계,I. preheating the magnesium alloy ingot, II. 예열된 마그네슘 합금 주괴를 2속 압연하는 단계,II. Second-rolling the preheated magnesium alloy ingot, III. 압연된 마그네슘 합금 재료를 20분이상 280℃ 내지 350의 온도범위에서 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 재료의 연성을 증가시키는 방법III. Maintaining the rolled magnesium alloy material at a temperature range of 280 ° C. to 350 for at least 20 minutes. 제 5 항에 있어서, 상기 단계 I의 가열온도의 범위는 200℃ 내지 350℃인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금의 연성을 증가시키는 방법6. The method of claim 5 wherein the heating temperature in step I ranges from 200 ° C to 350 ° C. 삭제delete

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