KR101466395B1 - 알루미늄 합금 - Google Patents

Abstract

본 발명은 망간 및 크롬 외에 다른 중요한 첨가제로서 하나 이상의 희토류 금속을 포함하는 AlMgSi 형태의 알루미늄 합금에 관한 것이다. 상기 합금은 바람직한 강도 특성을 가지며, 다이 캐스팅 및 유사한 방법에 사용하기 위해 제공된다.

희토류 금속, 알루미늄 합금, 다이 캐스팅, 망간, 크롬

Description

알루미늄 합금{ALUMINIUM ALLOY}

본 발명은 알루미늄 합금, 특히 알루미늄 외에 마그네슘 및 실리콘을 주 합금 구성 성분으로서 포함하고 다이 캐스팅 및 유사한 방법에 사용하기 위해 제공되는 알루미늄 합금에 관한 것이다.

알루미늄 다이 캐스팅 부재는 특히 자동차 기술에서 특별한 의미를 지닌다. 무엇보다 중량의 이유로 강철 부품을 알루미늄 합금으로 이루어진 부품으로 대체함으로 인해 자동차 기술에서의 알루미늄 다이 캐스팅 부재에 대한 기계 역학적 요구가 높아지는 문제는 특수 AlSiMg 또는 AlMgSi 다이 캐스팅 합금 및 캐스팅 공정에 후속하는 열처리의 사용을 통해 대처되고 있다.

AT 407 533호에는 예컨대 3.0 내지 7.0 중량%의 마그네슘, 1.0 내지 3.0 중량%의 실리콘, 0.3 내지 0.49 중량%의 망간, 0.1 내지 0.3 중량%의 크롬, 0 내지 0.15 중량%의 티타늄, 최대 0.15 중량%의 철 및 각각 최대 0.00005 중량%의 칼슘 및 나트륨과, 최대 0.0002 중량%의 인을 포함하는 알루미늄 합금이 공지되어 있다.

EP-B-0 792 380호에는 3.0 내지 6.0, 바람직하게는 4.6 내지 5.8 중량%의 마그네슘, 1.4 내지 3.5, 바람직하게는 2.0 내지 2.8 중량%의 실리콘, 0.5 내지 2.0, 바람직하게는 0.6 내지 1.5 중량%의 망간, 최대 0.2, 바람직하게는 0.1 내지 0.2 중량%의 티타늄 및 최대 0.15, 바람직하게는 0.1 중량%의 철을 포함하며, 이미 반응고(rheo) 구조 상태로 존재하는 합금이 공지되어 있다.

상기 공지된 AlMgSi 합금은 다이 캐스팅 방법 및 그와 유사한 방법에 사용하기 위해 제공된다. 상기 합금들은 이미 주조 상태에서 ("T6"라 지칭되는) 완전 경화 상태에서의, 예컨대 AlSi7Mg0.3 형태의 합금으로 공지된 AlSiMg 합금과 유사한 강도 및 팽창값을 갖는다. 그러나 상기 AlMgSi 합금 형태의 중요한 단점은 -AlSiMg 합금과 비교하여- 더 낮은 0.2% 크리프 한계이다.

0.2% 크리프 한계는 성형 부재의 탄성적 변형에서 가소성 변형으로의 전환 및 특히 자동차 기술에서 충돌에 관련된 구조 부재와 관련한 적합성을 특성화한다.

상기 문헌에서는 0.2% 크리프 한계의 상승을 위해 짧은, 최대 2시간 지속되는 열처리 가능성에 대해 기술하고 있다.

그러나 상기 인용된 AlMgSi 합금으로 형성된 다이 캐스팅 부재의 열처리는 수많은 단점을 야기한다. 먼저 이러한 유형의 합금에 의해 달성될 수 있는 비용의 장점이 사라진다. 열처리의 또 다른 중요한 단점은, 형태 변형과 같은 다이 캐스팅 부재에서의 전형적인 결함 및 무엇보다 봉입된 이형제의 열적 파괴에 의해 생기며 "블리스터(blister)"라는 용어로 공지된 수포이다. 형태 변형은 다이 캐스팅 부재의 공정의 장점, 즉 최종 치수에 근접한 제작을 무효화한다.

특히 0.2% 크리프 한계의 상승을 위한 열처리를 거치지 않은 다이 캐스팅 부재의 경우, 특히 하중을 받는 다이 캐스팅 부재에서 높은 강도 특성이 요구되기 때문에, 비교적 낮은 0.2% 크리프 한계의 결과로서 전술한 알루미늄 합금의 사용 영역이 제한된다. 이러한 합금으로 제작된 다이 캐스팅 부재의 사용 영역의 제한은 벽 두께의 확장에 의해서만 극복될 수 있다. 그러나 벽 두께의 확장은 알루미늄의 사용에 의해 달성될 수 있는 중량의 장점을 감소시키거나 무력화한다.

본 발명의 목적은, 다이 캐스팅에 사용하기에 적합하고, 배경 기술로부터 공지된 합금과 비교하여 필적할만한 강도 특성을 가지면서도 0.2% 크리프 한계에 있어 더 높은 값을 갖는, AlMgSi 형태의 알루미늄 합금을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 이미 다이 캐스팅 상태에서 요구된 강도 특성을 가짐으로써 다이 캐스팅 부재의 열처리 및 이에 관련된 단점이 방지되는 알루미늄 합금을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 예컨대 자동차 기술에서 알루미늄 부품의 사용 범위를 확대시키기 위해 특히 높은 기계 역학적 요구를 충족시켜야 하는, 자동차 구조 내 알루미늄 부품을 위해 사용될 수 있는 알루미늄 합금을 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라,

4.5 내지 6.5 중량%의 마그네슘과,

1.0 내지 3.0 중량%의 실리콘과,

0.02 내지 0.3 중량%의 크롬과,

0.02 내지 0.2 중량%의 티타늄과,

0.02 내지 0.2 중량%의 지르코늄과,

0.0050 내지 1.6 중량%의 하나 이상의 희토류 금속과,

최대 0.2 중량%의 철 및 나머지는 알루미늄으로 이루어진 합금에 의해 달성된다.

다른 실시예에서 본 발명에 따른 합금은,

5.5 내지 6.5 중량%의 마그네슘과,

2.4 내지 2.8 중량%의 실리콘과,

0.4 내지 0.6 중량%의 망간과,

0.05 내지 0.15 중량%의 크롬의 조성을 갖는다.

본 발명에 따른 합금의 바람직한 실시예에서는 0.05 내지 0.2 중량%의 지르코늄 함량이 제공된다.

희토류 금속으로서는 사마륨, 세륨 또는 란탄이 바람직하다. 이들은 단독으로 사용되거나, 또는 서로 임의의 조합으로 합금될 수 있다. 특히 사마륨과 세륨의 조합 또는 사마륨과 란탄의 조합이 유리하다. 특히 바람직한 합금은 희토류 금속으로서 0.0050 내지 0.8 중량%의 사마륨 및 0.0050 내지 0.8 중량%의 세륨을 포함한다.

사마륨 및 세륨의 첨가는 합금의 응고 시 경화 효과를 유발하는, 상이한 조성의 AlCe 및 AlSm 형태의 석출물이 생성되도록 한다.

또한 세륨의 첨가에 의해 다이 캐스팅 공구에서 합금의 접착 경향이 감소되는데, 이는 부가적으로 다이 캐스팅 부재의 품질에 유리하게 작용한다.

본 발명은 후술되는 합금들에 대해 검출된 기계 역학적 특성값을 토대로 더 상세히 설명된다. 기계 역학적 특성값은 DIN EN 10002에 따른 인장 테스트 시 다이 캐스팅에 의해 제작된 다단 플레이트에서 검출되었으며, 인장 테스트를 위해 2.7mm의 단이 사용되었다. 상기 벽 두께 범위는 바람직하게 용접 가능하고 경우에 따라서는 충돌에 관련되는 구조 부재의 제작을 위해 사용된다. 기계 역학적 특성값은 25회의 측정으로부터의 평균값이다.

실시된 인장 테스트의 결과는 [표 1]에 기재하였다. 표에 기재된 합금들 중 테스트 1 내지 4의 합금이 본 발명에 따른 합금이며, 기준 합금은 본 발명에 따른 합금의 조성에 상응하지만, 희토류 금속은 포함되지 않은 합금이다.

상기 표에 나타난 바와 같이, 세륨 및 사마륨의 첨가는 개질되지 않은 AlMg5Si2MnCr의 기본 합금과 비교하여 0.2% 크리프 한계의 두드러진 상승을 유도한다.

또한 본 발명에 따른 알루미늄 합금으로 달성될 수 있는 강도 값은, AlSiMgMn으로 형성된 단조 부재로써 T6상태에서, 즉 열처리 이후에 달성되는 레벨에 놓인다. 공지된 AlMgSi 형태의 알루미늄 합금에 반해 개선된, 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 0.2% 크리프 한계로 인해 본 발명에 따른 합금은 새로운 사용 영역, 특히 자동차 산업에서 관심이 증대되고 있는, 높은 하중을 받는 알루미늄 다이 캐스팅 부재의 제작을 위해 적합하다.

세륨이 부분적으로 또는 전체적으로 란탄으로 대체된 본 발명에 따른 합금에 의해서도 기계 역학적 강도 값을 고려한 유사한 결과가 얻어질 수 있다.

Claims (8)

1. 알루미늄 합금이며,

   4.5 내지 6.5 중량%의 마그네슘과,

   1.0 내지 3.0 중량%의 실리콘과,

   0.3 내지 1.0 중량%의 망간과,

   0.02 내지 0.3 중량%의 크롬과,

   0.02 내지 0.2 중량%의 티타늄과,

   0.02 내지 0.2 중량%의 지르코늄과,

   세륨과 란탄 중 적어도 하나와 사마륨으로 이루어진, 0.0050 내지 1.6 중량%의 희토류 금속과,

   최대 0.2 중량%의 철과,

   알루미늄으로 이루어진 잔여부를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
2. 제1항에 있어서, 알루미늄 합금은,

   5.5 내지 6.5 중량%의 마그네슘과,

   2.4 내지 2.8 중량%의 실리콘과,

   0.4 내지 0.6 중량%의 망간과,

   0.05 내지 0.15 중량%의 크롬을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 알루미늄 합금은 0.05 내지 0.2 중량%의 지르코늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 희토류 금속으로서 세륨 및 사마륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 희토류 금속으로서 란탄 및 사마륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 알루미늄 합금은

   0.0050 내지 0.8 중량%의 사마륨 및

   0.0050 내지 0.8 중량%의 세륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.
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