KR101238944B1 - A Aluminum Casting Alloy and A Manufacturing Method therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알루미늄 주조합금 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 알루미늄 주조합금의 구성은, 1.5 내지 5.0 중량%의 Si와, 3.0 내지 12.5중량%의 Mg와, 0.1 내지 1.0중량%의 Zr와, 0.1 내지 1중량%의 Mn과, 0.05 내지 0.3중량%의 Ti와, 0 내지 3.0중량%의 Cu와, 0 내지 5.0중량%의 Ni와, 나머지의 Al를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 알루미늄 주조합금 제조방법은, 상술한 조성비로 혼합하는 제 1단계와, 상기 제 1단계로 조성된 조성물을 750℃ 이상에서 용해하는 제 2단계와, 상기 용해된 조성물을 초음파처리하는 제 3단계를 포함하여 구성될 수 있다. The present invention relates to an aluminum main alloy and a method for manufacturing the aluminum main alloy, the composition of the aluminum main alloy, 1.5 to 5.0% by weight of Si, 3.0 to 12.5% by weight of Mg, 0.1 to 1.0% by weight of Zr, 0.1 to It may comprise 1% by weight of Mn, 0.05 to 0.3% by weight of Ti, 0 to 3.0% by weight of Cu, 0 to 5.0% by weight of Ni, and the remaining Al. In addition, a method for manufacturing an aluminum main alloy includes: a first step of mixing at the above-described composition ratio, a second step of dissolving the composition formed in the first step at 750 ° C. or higher, and a third of sonicating the dissolved composition It may comprise a step.
Description
본 발명은 알루미늄 주조합금 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차, 철도차량 등의 수송기기 구동부품에 사용되는 피스톤, 커넥팅로드, 실린더 블록, 실린더 헤드 등에 적합한 주조성이 우수하고 고온특성이 우수한 알루미늄 주조합금 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an aluminum main alloy and a manufacturing method thereof, and more particularly, excellent castability and high temperature characteristics suitable for pistons, connecting rods, cylinder blocks, cylinder heads, etc. used in the drive parts of transportation equipment such as automobiles and railway vehicles. A superior aluminum main alloy and a method for producing the same.
최근 내연기관의 연소효율 향상과 더불어 내연기관의 폭발압이 증가함에 따라 구동부품의 사용온도는 점차 증가하는 추세에 있으며, 여기에 사용되는 소재는 250이상에서의 고온 강도가 요구되어 있다. In recent years, as the combustion efficiency of internal combustion engines increases and the explosion pressure of internal combustion engines increases, the operating temperature of driving components is gradually increasing, and the materials used here require high temperature strength of 250 or more.
Si을 7%이상 함유한 Al-Si계 합금(A356합금 등)은 미세조직이 초정 알루미늄과 공정 Si조직으로 구성된 합금으로, 주조성이 우수하고 상온 강도가 우수하여 자동차의 구동부품에 사용되어 있다. 이 합금은 시효처리시 Mg2Si 등의 시효 석출에 따라 강도가 유지되는 합금으로 상온강도는 우수하지만 150이상에서 기계적 특성이 급격히 감소하는 문제가 있다. Al-Si alloy (A356 alloy, etc.) containing 7% or more of Si is an alloy composed of primary aluminum and eutectic Si structure with fine structure. It has excellent castability and high strength at room temperature. . This alloy is an alloy whose strength is maintained by aging precipitation such as Mg 2 Si during aging treatment, and has excellent room temperature strength, but has a problem of sharply decreasing mechanical properties at 150 or more.
이를 해결하기 위하여 Al-Si계 합금에 다량의 Cu, Fe, Ni 등을 첨가하는 경우 200까지의 고온 강도는 우수하지만 A356등의 합금에 비하여 주조성이 현저히 저하되고, 미세조직 내부에 조대한 금속간화합물이 생성되어 합금의 취성을 유발하는 문제가 있다. In order to solve this problem, when a large amount of Cu, Fe, Ni, etc. is added to the Al-Si-based alloy, the high temperature strength up to 200 is excellent, but castability is remarkably lowered compared to alloys such as A356. There is a problem that the liver compound is generated to cause brittleness of the alloy.
최근, Al-Si계 합금에 비하여 주조성이 우수하고 고온 특성이 개선된 합금계에 대한 보고가 이루어지고 있다. Al에 다량의 Mg과 Si을 첨가하고 여기에 Sc을 미량 첨가할 경우 주조성이 우수하며 고온 특성이 현저히 개선되는 것을 보고하고 있다.(O. Barabash et al. ;Material science Forum Vol. 396-402, 2002, 729-734). 하지만 Sc은 상당히 고가의 원소로 자동차 부품 등으로의 사용에 제한이 따른다.Recently, reports have been made on an alloy system having excellent castability and improved high temperature characteristics compared to an Al-Si alloy. It is reported that the addition of a large amount of Mg and Si to Al and a small amount of Sc adds excellent castability and significantly improves high temperature characteristics (O. Barabash et al .; Material Science Forum Vol. 396-402). , 2002, 729-734). However, Sc is a very expensive element and has limitations on its use in automobile parts.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 합금의 응고시에 정출되는 미세조직을 제어할 수 있는 주조성과 고온 특성이 향상된 알루미늄 주조합금과 이의 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, to provide an aluminum main alloy with improved castability and high temperature properties that can control the microstructure is determined during the solidification of the alloy and its manufacturing method.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명인 알루미늄 주조합금은, 1.5 내지 5.0 중량%의 Si와, 3.0 내지 12.5중량%의 Mg와, 0.1 내지 1.0중량%의 Zr와, 0.1 내지 1중량%의 Mn와, 0.05 내지 0.3중량%의 Ti와, 나머지의 Al를 포함하여 구성되고, 상기 Mg와 Si의 중량비는 Mg/Si=1.98 내지 2.5인 것을 특징으로 할 수 있다.Aluminum main alloy of the present invention for achieving the above object is 1.5 to 5.0% by weight of Si, 3.0 to 12.5% by weight of Mg, 0.1 to 1.0% by weight of Zr, 0.1 to 1% by weight of Mn, 0.05 to 0.3% by weight of Ti and the remainder of Al, and the weight ratio of the Mg and Si may be characterized in that Mg / Si = 1.98 to 2.5.
본 발명인 알루미늄 주조합금 제조방법은, 상술한 조성비로 혼합하는 제 1단계와, 상기 제 1단계로 조성된 조성물을 750℃ 이상에서 용해하는 제 2단계와, 상기 용해된 조성물을 초음파처리하는 제 3단계를 포함하여 구성될 수 있다. The present invention, the aluminum main alloy manufacturing method, the first step of mixing at the above-mentioned composition ratio, the second step of dissolving the composition of the first step at 750 ℃ or more, and the third sonicating the dissolved composition It may comprise a step.
본 발명인 알루미늄 주조합금 및 이의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다. Aluminum main alloy of the present invention and its manufacturing method has the following effects.
본 발명에 의한 알루미늄 주조합금은 주조성이 우수하며, 250℃에서의 고온강도가 우수하고, 그 온도에서 장시간 유지시에도 특성의 열화가 없어, 자동차, 철도차량 등의 수송기기 구동부품에 사용되는 피스톤, 커넥팅로드, 실린더 블록, 실린더 헤드 등에 적합한 특성이 확보되는 이점이 있다.Aluminum main alloy according to the present invention is excellent in castability, high temperature strength at 250 ℃, there is no deterioration of characteristics even when kept at that temperature for a long time, it is used in the drive parts of automobiles, railway vehicles, etc. There is an advantage that the characteristics suitable for the piston, connecting rod, cylinder block, cylinder head and the like is secured.
또한, 종래소재는 용체와(530℃에서 4시간)를 실시한 후 시효처리(155℃에서 8시간)를 하여 강도를 향상시키지만, 본 발명의 소재는 용체화처리를 실시할 필요가 없이 간단하게 다이캐스팅에 적용할 수 있어, 제작비용이 감소되는 이점이 있다. In addition, while the conventional material is subjected to aging treatment (4 hours at 530 ℃) and then aged (8 hours at 155 ℃) to improve the strength, the material of the present invention is simply die-casting without the need for solution treatment It can be applied to, there is an advantage that the manufacturing cost is reduced.
도 1은 본 발명에 의한 알루미늄 주조합금의 주조성을 보인 예시도.
도 2는 도 1의 알루미늄 주조합금의 초음파 처리 전후를 보인 예시도.
도 3은 도 1의 알루미늄 주조합금의 온도에 따른 압축강도의 변화를 보인 그래프.
도 4는 도 1의 알루미늄 주조합금을 250℃에서 유지시 경도 조사를 보인 그래프.
도 5는 도 1의 알루미늄 주조합금을 250℃에서 유지시 고온 인장 특성을 보인 그래프.1 is an exemplary view showing the castability of the aluminum main alloy according to the present invention.
Figure 2 is an exemplary view showing before and after ultrasonic treatment of the aluminum main alloy of Figure 1;
3 is a graph showing a change in compressive strength with temperature of the aluminum main alloy of FIG.
Figure 4 is a graph showing the hardness irradiation when the aluminum main alloy of FIG.
FIG. 5 is a graph showing high temperature tensile characteristics when the aluminum main alloy of FIG. 1 is maintained at 250 ° C. FIG.
이러한, 본 발명에 의한 알루미늄 주조합금 및 이의 제조방법의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. Such a preferred embodiment of the aluminum main alloy according to the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 의한 알루미늄 주조합금은, 1.5 내지 5.0 중량%의 Si와, 3.0 내지 12.5중량%의 Mg와, 0.1 내지 1.0중량%의 Zr과, 0.1 내지 1중량%의 Mn과, 0.05 내지 0.3중량%의 Ti와, 0 내지 3.0중량%의 Cu와, 0 내지 5.0중량%의 Ni와 나머지의 Al를 포함하여 구성될 수 있다. Aluminum main alloy according to the present invention, 1.5 to 5.0% by weight of Si, 3.0 to 12.5% by weight of Mg, 0.1 to 1.0% by weight of Zr, 0.1 to 1% by weight of Mn, 0.05 to 0.3% by weight Ti, 0 to 3.0% by weight of Cu, 0 to 5.0% by weight of Ni and the remaining Al.
먼저, 본 발명의 소재의 주재인 Al에 Mg와 Si가 혼합된다. 이는 Al에 Mg와 Si를 다량 첨가할 경우, Al-Mg2Si의 준이원계 합금이 생성되기 때문이다. 준이원계합금은 주조성이 우수한 것으로 알려져 있으며 공정온도가 Al-Si에 비하여 높기 때문에 기존의 Al-Si합금에 비하여 우수한 고온 특성을 발현할 수 있다. First, Mg and Si are mixed with Al which is the main material of the present invention. This is because when a large amount of Mg and Si is added to Al, a quasi- binary alloy of Al-Mg 2 Si is produced. Semi-binary alloys are known to have excellent castability, and because the process temperature is higher than that of Al-Si, they can exhibit excellent high temperature characteristics compared to conventional Al-Si alloys.
여기서, 상기 Mg/Si의 중량비를 아래의 표 1에 도시된 바와 같이, 1.98 내지 2.5로 하는 것이 바람직하다. 이때, Mg/Si의 비율이 1.98 내지 2.5를 벗어나는 경우, Mg2Si 이외에 Si, Al3Mg2 등이 생성되는 준삼원계 조성이 되기 때문에 특성을 저하시키는 요인이 되기 때문이다. Here, as shown in Table 1 below, the weight ratio of Mg / Si is preferably 1.98 to 2.5. In this case, when the ratio of Mg / Si deviates from 1.98 to 2.5, since it becomes a quaternary composition in which Si, Al 3 Mg 2, etc., in addition to Mg 2 Si are produced, it is a factor that lowers the characteristics.
또한, Al-Mg2Si의 준이원계(Pseudo-binary) 조성에서도 Mg와 Si의 함량이 제한조성보다 적은 경우에는 합금 제조시 주조성이 저하되며, Mg와 Si의 함량이 제한조성보다 많은 경우에는 미세조직 내부에 초정의 Mg2Si상이 생성되어, 합금의 특성을 저하시키는 요인이 되기 때문이다.In addition, in the Pseudo-binary composition of Al-Mg 2 Si, if the content of Mg and Si is less than the limiting composition, castability is lowered during alloy production, and if the content of Mg and Si is higher than the limiting composition, This is because the primary Mg 2 Si phase is generated inside the microstructure, which causes deterioration of the alloy properties.
그리고, 본 발명의 알루미늄 주조합금에는 Zr이 포함된다. 상기 Zr은 합금 제조시에 알루미늄에 고용된 후 열처리시에 안정한 Al3Zr을 형성하여 고온특성을 향상시킨다. 열처리시에 생성되는 Al3Zr은 알루미늄 기지와 정합을 이루며 고온 안정성이 우수한데, 고온 안정성은 Sc다음으로 우수한 것으로 알려져 있다(K. E. knipling et al; Z. Metalled 97(2006) 246-265).In addition, Zr is included in the aluminum main alloy of the present invention. The Zr forms Al 3 Zr stable during heat treatment after being dissolved in aluminum at the time of alloy production to improve high temperature characteristics. Al 3 Zr produced during the heat treatment matches the aluminum matrix and has excellent high temperature stability. The high temperature stability is known to be superior to Sc (KE knipling et al; Z. Metalled 97 (2006) 246-265).
여기서 상기 Zr을 0.1중량% 미만 첨가시에는 고온 특성 향상에 큰 효과가 없으며, 1중량% 이상 첨가시 조대한 Al3Zr의 정출상이 생성되어 효과가 반감되기 때문에, 상기 Zr은 0.1 내지 1.0중량%로 하는 것이 바람직하다. In this case, when Zr is added in an amount less than 0.1% by weight, there is no significant effect in improving the high temperature characteristics, and when Zn is added in an amount of 1% by weight or more, coarse crystallized phases of Al 3 Zr are generated, and thus the effect is halved. It is preferable to set it as.
또한, 상기 Zr은 V로 대체할 수 있다. 상기 V는 상기 Zr의 거동과 효과가 유사하여 상기 Zr을 대체하여 사용할 수도 있다. 즉, 상기 V를 0.1 내지 1.0중량%를 조성하여, 상기 알루미늄 주조합금의 조성물의 조성비를 1.5 내지 5.0 중량%의 Si와, 3.0 내지 12.5중량%의 Mg와, 0.1 내지 1.0중량%의 V와, 0.1 내지 1중량%의 Mn과, 0.05 내지 0.3중량%의 Ti와, 0 내지 3.0중량%의 Cu와, 0 내지 5.0중량%의 Ni와, 나머지의 Al을 포함하여 구성되도록 할 수 있다. In addition, Zr may be replaced with V. V may be used in place of Zr because the effect is similar to that of Zr. That is, the V is 0.1 to 1.0% by weight, the composition ratio of the composition of the aluminum main alloy is 1.5 to 5.0% by weight of Si, 3.0 to 12.5% by weight of Mg, 0.1 to 1.0% by weight of V, 0.1 to 1% by weight of Mn, 0.05 to 0.3% by weight of Ti, 0 to 3.0% by weight of Cu, 0 to 5.0% by weight of Ni, and the remaining Al.
한편, 본 발명인 알루미늄 합금 중에 Fe 불순물이 존재하면 침상 형태의 Al3Fe 화합물이 형성되며 기계적 성질에 나쁜 영향을 미치므로 Mn을 첨가하여 침상의 화합물을 구상 형태로 만들어 기계적 성질을 향상시킬 수 있다. On the other hand, the presence of Fe impurities in the aluminum alloy of the present invention is a needle-shaped Al 3 Fe compound is formed and has a bad effect on the mechanical properties, so by adding Mn to form a spherical compound in the spherical shape can be improved mechanical properties.
그러나, 상기 Mn이 과다 첨가될 경우, 입계에 Cu2Mn3Al20와 같은 화합물이 형성되어 기계적 성질에 나쁜 영향을 미치며, Mn을 1중량% 이하로 첨가시키면 Cu2Mn3Al20 화합물이 생성되지 않고 알루미늄 기지 내에 고용되므로 기계적 성질에 악영향이 없다. 따라서, 상기 Mn은 0.1 내지 1중량%로 하는 것이 바람직하다.However, when Mn is excessively added, compounds such as Cu 2 Mn 3 Al 20 are formed at grain boundaries, which adversely affects mechanical properties, and when Mn is added in an amount of 1 wt% or less, Cu 2 Mn 3 Al 20 compounds are formed. It is not dissolved in the aluminum base, so there is no adverse effect on the mechanical properties. Therefore, it is preferable to make Mn into 0.1 to 1 weight%.
그리고, 본 발명인 알루미늄 주조합금에는 Ti가 포함된다. 상기 Ti은 주조용 알루미늄 합금에서 응고시 생성되는 초정 알루미늄의 결정립을 미세화시키는 역할을 하는데, TiAl3의 금속간 화합물을 형성하여 응고시 초정 알루미늄의 불균일 핵생성 위치로 작용하므로 결정립을 미세화시켜 강도 및 연성을 증가시킨다. In addition, Ti is contained in the aluminum main alloy of this invention. The Ti serves to refine the crystal grains of primary aluminum produced during solidification in the cast aluminum alloy, and forms an intermetallic compound of TiAl 3 to act as a non-uniform nucleation site of the primary aluminum during solidification, thereby minimizing the crystal grains for strength and Increase ductility.
그러나, 상기 Ti를 과다 첨가하는 경우 입계편석에 의한 개재물 형성에 의해 기계적 특성, 특히 연성에 나쁜 영향을 미친다. 따라서, 상기 Ti는 0.05 내지 0.3중량%로 하는 것이 바람직하다. However, when the Ti is excessively added, inclusions due to grain boundary segregation adversely affect mechanical properties, particularly ductility. Therefore, it is preferable to make said Ti into 0.05 to 0.3 weight%.
그리고, 본 발명인 알루미늄 주조합금에는 Cu가 포함된다. 상기 Cu는 알루미늄에서 고용강화 효과를 유발하여 상온 및 고온 강도를 증가시키는 원소이다. 하지만, Cu가 첨가되면 주조성이 저하되는데, 첨가량이 3.0중량%까지는 주조성의 저하기 크지 않기 때문에 첨가량을 3.0중량%이하로 하는 것이 바람직하다. In addition, Cu is contained in the aluminum main alloy of this invention. The Cu is an element that causes a solid solution effect in aluminum to increase the room temperature and high temperature strength. However, when Cu is added, castability deteriorates, but the addition amount is preferably not more than 3.0% by weight because the amount of castability is not significantly reduced up to 3.0% by weight.
그리고, 본 발명인 알루미늄 주조합금에는 Ni가 포함된다. 상기 Ni은 알루미늄에서 Al3Ni 등의 금속간화합물을 형성하여 고온 특성을 향상시키며, 주조성도 향상시킨다. 하지만 상기 Ni의 양을 5.0중량% 이상으로 첨가하면 조대한 Al3Ni 금속간화합물을 생성하여 합금의 취성을 증가시키기 때문에 첨가량을 5.0중량%이하로 한정하는 것이 바람직하다. In addition, Ni is contained in the aluminum main alloy of this invention. The Ni forms an intermetallic compound such as Al 3 Ni in aluminum to improve high temperature characteristics and to improve castability. However, when the amount of Ni is added in an amount of 5.0 wt% or more, it is preferable to limit the addition amount to 5.0 wt% or less because coarse Al 3 Ni intermetallic compounds are formed to increase the brittleness of the alloy.
상술한 조성비로 혼합되는 알루미늄 합금 조성물을 이용하여 본 발명에 의한 알루미늄 주조합금을 제조하는 과정을 이하 상세하게 설명한다. The process for producing the aluminum main alloy according to the present invention using the aluminum alloy composition mixed in the above-described composition ratio will be described in detail below.
먼저, 상술한 조성비로 혼합되는 조성물을 용해로 장입하여 750 이상에서 합금원소를 완전히 용해한다. 그리고, 용해된 조성물이 캐스팅되기 전에 초음파 처리를 한다. First, the composition mixed in the above composition ratio is charged into the dissolution to completely dissolve the alloying element at 750 or more. And sonication is performed before the dissolved composition is cast.
상기 초음파 처리는 일정시간동안 상기 용탕에서 이루어짐이 바람직하다. 여기서 초음파 처리를 실시하는 이유는 다음과 같다. The ultrasonic treatment is preferably performed in the molten metal for a predetermined time. The reason for performing the ultrasonic treatment is as follows.
알루미늄합금의 용해시에 대기중에 존재하는 수분 등이 알루미늄에 침투하여 알루미늄 내부에는 다량의 수소 가스가 잔존하게 된다. 용탕 내부에 존재하는 수소 가스는 주조후에 기공(porosity)등의 결함으로 잔존하여 기계적 특성을 저하시킨다. When the aluminum alloy is dissolved, moisture or the like present in the air penetrates the aluminum, and a large amount of hydrogen gas remains inside the aluminum. Hydrogen gas present in the molten metal remains as defects such as porosity after casting, thereby deteriorating mechanical properties.
알루미늄 용탕 내부의 수소 농도는 용탕의 온도가 증가함에 따라 급격히 증가하는데, Zr이 0.1중량% 이상 첨가된 본 발명의 조성에서는 Zr을 알루미늄 용탕에 완전히 고용시키기 위하여 용탕 온도를 750℃ 이상으로 유지해야만 효과가 있다. 이로 인해 수소가스 제거를 위해 초음파처리를 실시하게 된다.
그리고, 상기 초음파 처리는 합금을 용해한 후 응고시킬 때 첨가된 Zr, Ni 등의 원소가 Al3Zr, Al3Ni 등의 금속간화합물을 정출시키는데, 이들은 통상적인 경우 조대한 침상으로 존재하게 된다. 응고속도를 증가시켜도 이들의 형상은 크게 달라지지 않고 침상으로 존재하여 기계적 특성을 저하시키게 된다. 이를 해결하기 위하여 초음파처리를 실시하는데, 용탕에서 초음파처리를 실시하면 Al3Zr, Al3Ni등의 금속간화합물을 구상화시킬 수 있다. The concentration of hydrogen in the aluminum molten metal rapidly increases as the temperature of the molten metal increases. In the composition of the present invention in which Zr is added by 0.1 wt% or more, the effect of the molten metal must be maintained at 750 ° C or higher in order to completely solidify Zr in the aluminum molten metal. There is. As a result, ultrasonic treatment is performed to remove hydrogen gas.
In the sonication, Zr, Ni, and other elements added during solidification after dissolving the alloy crystallize an intermetallic compound, such as Al 3 Zr, Al 3 Ni, which are usually present as coarse needles. Even if the solidification rate is increased, their shape does not change significantly, and they are present as needles, thereby degrading mechanical properties. In order to solve this problem, an ultrasonic treatment is performed. When ultrasonic treatment is performed in a molten metal, intermetallic compounds such as Al 3 Zr and Al 3 Ni may be spheroidized.
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본 발명에 의해 제조된 알루미늄 주조합금의 특성을 살펴보면 다음과 같다. 표 1에 나타낸 조성의 합금을 800에서 완전히 용해한 후 초음파처리장치를 용탕에 주입하여 상술한 바와 같이 3분간 초음파처리를 실시하였다. Looking at the characteristics of the aluminum main alloy produced by the present invention. After completely dissolving the alloy of the composition shown in Table 1 at 800, the ultrasonic treatment device was injected into the molten metal and subjected to ultrasonic treatment for 3 minutes as described above.
초음파처리가 완료되면 용탕에서 초음파처리장치를 제거하고, 용탕을 250로 예열한 금형에 주입하여 알루미늄 합금 주괴로 주조하였다. 또한, 합금의 주조성을 평가하기 위하여 금형의 Spiral mold에도 용턍을 주입하고 주입거리를 측정하였다. After the sonication was completed, the sonication apparatus was removed from the molten metal, the molten metal was injected into a mold preheated to 250, and cast into an aluminum alloy ingot. In addition, in order to evaluate the castability of the alloy, the molten metal was injected into the spiral mold of the mold and the injection distance was measured.
비교를 위하여 통상적인 알루미늄 주조법으로 제조한 시편도 제작하였다. 이 경우에는 표 1의 조성에 대하여 800에서 합금을 완전히 용해한 후 알루미늄 용탕에 GBF(Gas Bubbling Filtration)장치를 이용하여 Ar가스를 주입하여 탈가스 처리를 실시한 후 용탕을 250로 예열한 금형에 주입하여 알루미늄 합금 주괴로 주조하였다. 본 발명에 의한 실시예와 비교예의 경우 주조한 시편을 270에서 6시간 열처리한 후 특성을 평가하였다. For comparison, specimens prepared by conventional aluminum casting were also manufactured. In this case, after completely dissolving the alloy at 800 for the composition shown in Table 1, Ar gas was injected into the aluminum molten metal by using a gas bubbling filtration (GBF) apparatus, followed by degassing treatment. Cast to aluminum alloy ingot. In the case of Examples and Comparative Examples according to the present invention, the cast specimens were heat-treated at 270 hours for 6 hours to evaluate their properties.
또한, 비교를 위하여 상용 Al-Si-Mg합금인 A356합금(종래예)도 제조하였다. 이 경우에는 표 1의 조성에 대하여 720에서 합금을 용해한 후 알루미늄 용탕에 GBF장치를 이용하여 Ar가스를 주입하여 탈가스 처리를 실시한 후 용탕을 250로 예열한 금형에 주입하여 알루미늄 합금 주괴로 주조하였다. 주조한 시편을 통상적인 방법으로 용체화 및 시효처리를 실시한 후 특성을 평가하였다.
In addition, an A356 alloy (a conventional example), which is a commercial Al-Si-Mg alloy, was also prepared for comparison. In this case, after dissolving the alloy at 720 for the composition shown in Table 1, Ar gas was injected into the aluminum melt using a GBF apparatus, followed by degassing treatment, followed by injection into a mold preheated with 250 to form an aluminum alloy ingot. . The cast specimens were subjected to solution treatment and aging treatment in a conventional manner and evaluated for properties.
Remarks
발명예
Honor
Comparative Example
(A356합금)Conventional example
(A356 alloy)
도 1은 합금별 주조성을 관찰한 것으로, 종래에 우수한 주조성을 보인 종래예(A356합금)에 비하여 본 발명의 합금이 현저히 우수한 주조성을 가짐을 알 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 현재 주조성이 제일 좋은 것으로 평가되는 종래예 9의 경우, 유동거리가 60cm 인 것으로 나타나지만, 본원발명의 발명예인 실시예 1 내지 실시예 6의 경우, 73cm 에서 130cm 까지로 1.5배 내지 2배 가까이 유동거리가 길어 주조성이 더욱 우수한 것으로 나타난다. 1 is an observation of castability of each alloy, it can be seen that the alloy of the present invention has a remarkably excellent castability compared to the prior art example (A356 alloy) showing excellent castability in the prior art. More specifically, in the case of the conventional example 9, which is currently evaluated as the best castability, the flow distance appears to be 60 cm, but in the case of Examples 1 to 6 of the invention of the present invention, from 1.5 to 73 cm to 130 cm It has a long flow distance close to 2 to 2 times, which shows better castability.
그리고, 도 2는 주조후의 미세조직을 관찰한 것으로, 미세조직은 초정 알루미늄과 Mg2Si의 공정조직으로 이루어져 있으며, Cu와 Ni이 첨가된 합금에서는 Al3Ni 등의 금속간화합물도 관찰된다. 통상적인 방법으로 주조한 시편에서는 조대한 금속간화합물이 존재하였지만 초음파처리를 실시한 시편에서는 금속간화합물이 미세해지고 구상화되었으며, 셀크기도 미세해지는 것을 확인할 수 있다. In addition, FIG. 2 illustrates the microstructure after casting. The microstructure includes a process structure of primary aluminum and Mg 2 Si, and an intermetallic compound such as Al 3 Ni is also observed in an alloy to which Cu and Ni are added. Coarse intermetallic compounds existed in the specimen cast by the conventional method, but the intermetallic compound became fine and spheroidized in the sonicated specimen, and the cell size was also fine.
도 3은 표 1의 조성의 합금에 대하여 상온 및 300까지의 고온에서 고온압축 시험을 실시하여 압축강도를 측정한 결과로, 종래의 소재(No.9, A356합금)에 비하여 우수한 상온 및 고온강도를 가짐을 알 수 있었다. 3 is a result of measuring the compressive strength by performing a high temperature compression test at room temperature and high temperature up to 300 for the alloy of the composition of Table 1, superior room temperature and high temperature strength compared to the conventional materials (No. 9, A356 alloy) It can be seen that.
도 4는 250에서 장시간 노출후의 경도를 측정한 것이다. 종래의 소재(No.9, A356합금)는 250에서 24시간 노출한 후에 경도가 급격히 저하되었다. 하지만 발명합금의 경우 240시간을 노출하여도 경도의 저하는 없음을 알 수 있다. Cu가 3.0중량% 이상 첨가된 조성(No.7, 비교예)에서는 Cu가 3.0중량%이하 첨가된 합금과 유사한 특성을 보이고 있기 때문에 그 이상의 첨가는 의미가 없는 것으로 보인다. Figure 4 measures the hardness after a long exposure at 250. In the conventional materials (No. 9 and A356 alloy), the hardness rapidly decreased after exposure at 250 to 24 hours. However, it can be seen that the hardness of the invention alloy is not reduced even when exposed to 240 hours. In the composition in which more than 3.0 wt% of Cu was added (No. 7, Comparative Example), since the Cu exhibited similar characteristics to the alloy in which less than 3.0 wt% was added, further addition does not seem meaningful.
도 5는 250에서 30분간 유지한 후 그 온도에서 고온 인장을 실시한 그림으로, 종래의 소재(No.9, A356합금: 인장강도 167MPa, 연신율 3%)에 비하여 발명재의 고온강도 및 연신율이 훨씬 더 우수함을 알 수 있다(No1, 인장강도 294MPa, 연신율 3.4%, No3, 인장강도 284MPa, 연신율 2.1%). FIG. 5 is a diagram in which high-temperature tensioning is performed at 250 ° C. for 30 minutes, and the high temperature strength and elongation of the inventive material are much higher than those of conventional materials (No. 9 and A356 alloy: tensile strength of 167 MPa and elongation of 3%). It can be seen that it is excellent (No1, tensile strength 294MPa, elongation 3.4%, No3, tensile strength 284MPa, elongation 2.1%).
또한, 발명재의 경우 초음파처리를 하지 않는 경우(No1, no ultrasonic, 인장강도 181MPa, 연신율 1.3%)에 비하여 초음파처리를 하면 강도 및 연신율이 현저히 증가되는데, 이는 조직의 미세화에 기인하는 것으로 판단된다. In addition, in the case of the invention material, when compared with the ultrasonic treatment (No1, no ultrasonic, tensile strength 181MPa, elongation 1.3%), the ultrasonication significantly increases the strength and elongation, which is believed to be due to the refinement of the tissue.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiment, but is capable of many modifications and variations within the scope of the appended claims. It is self-evident.
Claims (6)
3.0 내지 12.5중량%의 Mg;
0.1 내지 1.0중량%의 Zr;
0.1 내지 1중량%의 Mn;
0.05 내지 0.3중량%의 Ti; 그리고,
나머지의 Al;를 포함하여 구성되고
상기 Mg와 Si의 중량비는 Mg/Si=1.98 내지 2.5인 것을 특징으로 하는 알루미늄 주조합금.1.5 to 5.0 wt.% Si;
3.0 to 12.5 weight percent Mg;
0.1 to 1.0 wt.% Zr;
0.1 to 1% Mn;
0.05 to 0.3 wt.% Ti; And,
Consisting of Al;
The weight ratio of Mg and Si is Mg / Si = 1.98 to 2.5, the main aluminum alloy.
0중량%를 초과하고 3.0중량% 이하의 Cu와,
0중량%를 초과하고 5.0중량% 이하의 Ni을 더 포함하여 구성되는 알루미늄 주조합금.The method of claim 1,
More than 0% by weight and no more than 3.0% by weight of Cu,
An aluminum main alloy comprising more than 0 wt% and no more than 5.0 wt% Ni.
3.0 내지 12.5중량%의 Mg;
0.1 내지 1.0중량%의 Zr;
0.1 내지 1중량%의 Mn;
0.05 내지 0.3중량%의 Ti; 그리고,
나머지의 Al;를 포함하여 구성되고 조성비로 혼합하는 제 1단계;
상기 제 1단계로 조성된 조성물을 750 이상에서 용해하는 제 2단계;를 포함하여 구성되는 알루미늄 주조합금 제조방법.1.5 to 5.0 wt.% Si;
3.0 to 12.5 weight percent Mg;
0.1 to 1.0 wt.% Zr;
0.1 to 1% Mn;
0.05 to 0.3 wt.% Ti; And,
A first step comprising the remaining Al; and mixing at a composition ratio;
Comprising a second step of dissolving the composition prepared in the first step at 750 or more; aluminum main alloy manufacturing method comprising a.
0중량%를 초과하고 3.0중량% 이하의 Cu와,
0중량%를 초과하고 5.0중량% 이하의 Ni을 더 포함하여 구성되는 알루미늄 주조합금 제조방법.The method of claim 3, wherein
More than 0% by weight and no more than 3.0% by weight of Cu,
A method for producing an aluminum main alloy comprising more than 0 wt% and no more than 5.0 wt% Ni.
상기 제 2단계의 용해된 조성물을 초음파처리하여 Al3Zr를 미세화시키고 구상화시키는 제 3단계;를 포함하여 구성되는 알루미늄 주조합금 제조방법.The method according to claim 3 or 4,
And a third step of refining and spheroidizing Al 3 Zr by sonicating the dissolved composition of the second step.
상기 Mg와 Si의 중량비는 Mg/Si=1.98 내지 2.5인 것을 특징으로 하는 알루미늄 주조합금 제조방법.
The method of claim 3, wherein
The weight ratio of Mg and Si is Mg / Si = 1.98 to 2.5, the aluminum main alloy manufacturing method.
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