KR20050081168A

KR20050081168A - 알루미늄합금의 주물

Info

Publication number: KR20050081168A
Application number: KR1020050005296A
Authority: KR
Inventors: 코흐후버트; 프란케뤼디거
Original assignee: 알루미늄 라인펠덴 게엠베하
Priority date: 2004-02-11
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2005-08-18
Also published as: JP2005226161A; NO20050682D0; US20050173032A1; MXPA05001576A; EP1564308B1; ES2270403T3; BRPI0500277A; DE502005000072D1; CA2496140A1; EP1564308A1; NO20050682L; CN1654694A; ATE338149T1

Abstract

다음 성분의 합금으로 구성된 양호한 내열성을 갖는 주물.

2-4 중량%의 마그네슘,

0.9-1.5 중량%의 규소,

0.1-0.4 중량%의 망간,

0.1-0.4 중량%의 크롬,

최대 0.2 중량%의 철,

최대 0.1 중량%의 구리,

최대 0.2 중량%의 아연,

최대 0.2 중량%의 티타늄,

최대 0.3 중량%의 지르코늄,

최대 0.008 중량%의 베릴륨,

최대 0.5 중량%의 바나듐, 및

각각이 최대 0.02 중량%을 이루지만 전체가 0.2 중량%를 넘지않은 기타 성분과 생산유발불순물, 및 나머지의 알루미늄.

Description

알루미늄합금의 주물 {CASTING OF AN ALUMINIUM ALLOY}

본 발명은 양호한 내열성을 갖는 알루미늄합금의 주물에 관한 것이다.

오늘날 열적 응력을 받는 부품에 대해서는 통상적으로 AlSi 합금이 사용되며, 이러한 합금에 Cu를 첨가함으로써 내열성을 얻는다. 그러나 구리는 열크랙 성향을 증가시키고 주조성에 대하여 좋지 않은 영향을 준다. 특히 내열성이 요구되는 분야로는 자동차의 실린더 헤드분야가 있다. 예로서, F.J.Feikus, "Optimisation of Aluminium Silicon Casting Alloys for Cylinder Heads". Giesserei-Praxis 1999, Vol.2, pages 50-57를 참조하기 바란다.

특허문헌 WO-A-0043560에는 다이캐스팅, 스퀴즈(squeeze) 캐스팅, 틱소포밍(thixoforming) 및 틱소포징(thixoforging) 공정으로 안전부품을 생산하기 위한 알루미늄합금으로서, 2.5-7.0 중량%의 Mg, 1.0-3.0 중량%의 Si, 0.3-0.49 중량%의 Mn, 0.1-0.3 중량%의 Cr, 최대 0.15 중량%의 Fe, 최대 0.00005 중량%의 Ca, 최대 0.00005 중량%의 Na, 최대 0.0002 중량%의 P, 및 각각이 최대 0.02 중량%를 갖는 기타 성분의 불순물과 나머지는 알루미늄으로 이루어진 알루미늄합금이 기술되어 있다.

본 발명은 열적응력을 받는 부품의 제조에 적합한 것으로, 양호한 내열성을 갖는 알루미늄합금을 제공하는데 그 목적이 있다. 이 합금은 특히 중력다이캐스팅, 저압칠드캐스팅 및 샌드캐스팅에 적합하다.

상기 합금으로 주조되는 부품은 높은 연성과 관련하여 고강도를 가져야 한다. 이러한 부품의 바람직한 기계적인 특성은 다음과 같이 정의된다.

항복강도 Rp0.2 > 170MPa

인장강도 Rm > 230MPa

파단 연신율 A5 > 6%

이러한 합금이 사용되는 분야의 특수성 때문에, 이 합금은 부식성이 가능한 한 낮게 유지되어야 하며, 양호한 피로강도를 가져야 한다. 합금의 주조성은 현재 이용되고 있는 AlSiCu 주조합금보다 양호하여야 하고 열 크랙(heat cracks)이 발생되지 않아야 한다.

본 발명에서 "주물"이라 함은 주조로서만 제조되는 순수 주물과, 예비성형된 주물, 및 냉간이나 열간 성형으로 최종 칫수로 성형된 제품을 포함한다.

순수 주물의 예로서는 샌드캐스팅, 중력다이캐스팅, 저압칠드캐스팅, 다이캐스팅, 틱소캐스팅 또는 스퀴즈캐스팅으로 제조되는 것이 있다.

세이핑(shaping)에 의하여 예비성형된 주물에서 수행되는 성형작업으로는 단조와 반용융단조가 있다.

본 발명에 따른 목적은 다음의 조성을 갖는 알루미늄합금에 의하여 달성된다.

2-4 중량%의 마그네슘,

0.9-1.5 중량%의 규소,

0.1-0.4 중량%의 망간,

0.1-0.4 중량%의 크롬,

최대 0.2 중량%의 철,

최대 0.1 중량%의 구리,

최대 0.2 중량%의 아연,

최대 0.2 중량%의 티타늄,

최대 0.3 중량%의 지르코늄,

최대 0.008 중량%의 베릴륨,

최대 0.5 중량%의 바나듐,

각각이 최대 0.02 중량%를 이루지만 전체가 0.2 중량%을 넘지않은 기타 성분과 생산유발불순물, 및 나머지의 알루미늄.

각 합금원소는 다음의 조성범위를 갖는 것이 바람직하다.

Mg 2.5-3.5 중량%, 특히 2.7-3.3 중량%,

Si 0.9-1.3 중량%,

Mn 0.15-0.3 중량%,

Cr 0.15-0.3 중량%,

Ti 0.05-0.15 중량%,

Fe 최대 0.15 중량%,

Cu 최대 0.05 중량%,

Be 0.002-0.005 중량%,

V 0.01-0.1 중량%, 및

Zr 0.1-0.2 중량%.

합금원소의 효과는 다음과 같다.

마그네슘과 결합된 규소는 특히, 열경화가 요구되는 경우에 경화가 이루어질 수 있도록 한다. 예를 들어, T6 상태로 열처리 하는 경우, 즉 550℃에서 12시간 어 닐링을 행하고 160-170℃에서 8 내지 10시간 동안 인공시효를 행할 경우에 적합하다.

망간과 크롬의 조합은 180℃까지의 지속온도에서 양호한 내열성을 갖게 한다.

티타늄과 지르코늄은 미립화(grain refining)를 위하여 사용된다. 양호한 미립화는 실질적으로 주조성의 개선에 기여한다.

바나듐과 함께 베릴륨은 드로스(dross)의 형성을 줄여준다.

본 발명에 따른 주물의 응용분야는 열적인 응력을 받는 부품, 특히 압력용기, 콤프레샤 하우징, 및 자동차의 실린더 헤드와 같은 엔진부품 등이 포함된다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

아래의 표1에 나타낸 조성을 갖도록 한 본 발명의 합금 AlMg3SiMnCr과 이에 비교되는 비교합금으로서 F.J.Feikus, "Optimisation of Aluminium Silicon Casting Alloys for Cylinder Heads". Giesserei-Praxis 1999, Vol.2, pages 50-57에 소개된 합금 AlSi7MgCu1을 지속적인 온도부하에서 온도에 따라 비교하였다.

표 1 : 합금의 화학조성(중량%)

합금	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti	Be	V	Zr
AlSi7MgCu1	6.97	0.11	0.94	0.005	0.38		0.008	0.03
AlMg3SiMnCr	1.10	0.07	0.001	0.20	3.2	0.21	0.002	0.12	0.003	0.03	0.0005

본 발명에 따른 합금을 Deiz의 시험환봉몰드에서 직경이 16 mm 인 환봉으로 주조하였다. 500 시간동안의 지속적인 온도부하에서의 다양한 온도에서, T6(165℃/6시간) 상태에서 시험환봉에 대한 항복강도(Rp0.2), 인장강도(Rm) 및 연신율(A5)이 측정되었다. 이에 상응하는 비교합금에 대한 값은 상기한 F.J.Feikus의 논문으로부터 얻었다. 그 결과를 도 1에 나타내었다.

본 발명에 따른 합금 AlMg3SiMnCr은 항복강도와 인장강도에 있어서는 비교합금 AlSi7MgCu1의 최고값에 이르지는 않았으나, 그 온도특성에 있어서는 "적은 변성"을 보였다. 이러한 변성은 온도에 있어서 가벼운 변화라 할지라도 기계적인 특성에는 큰 변화를 나타내기 때문에 작업에 있어서 파열결과를 초래한다. 본 발명에 따른 합금의 항복강도는 180℃ 부근까지는 거의 동일한 레벨로 유지되고 200℃까지는 점진적으로 하강하였다가 200℃ 이상에서는 연속적으로 감소하기 시작하였다. 이러한 연속적인 감소는 그 기울기가 합금 AlSi7MgCu1 보다는 작았다.

파단 연신율에 있어서, 본 발명에 따른 합금은 180℃ 까지는 거의 일정한 값을 갖는다. 높은 값의 연신율은 양호한 파단/파괴특성을 제공한다. 가시적인 변형이 부품의 파단에 앞서 먼저 나타난다. 180℃ 이상에서는 연신율이 연속적으로 증가하였다. 비교합금 AlSi7MgCu1에 있어서는 분명한 경화효과를 보였다. 낮은 값의 연신율은 파단성에 바람직하지 않다. 즉, 부품이 약간만 변형되거나 전혀 변형되지 않기 때문에 최대값의 부하에서는 징후없이 부품이 파단되어 버린다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 합금과 종래기술의 합금을 비교하기 위하여, 각각 500시간의 지속된 온도부하에서의 시간에 따른 인장강도, 항복강도 및 연신율을 보인 그래프이다.

Claims

다음의 성분을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 양호한 내열성을 갖는 알루미늄합금의 주물.

2-4 중량%의 마그네슘,

0.9-1.5 중량%의 규소,

0.1-0.4 중량%의 망간,

0.1-0.4 중량%의 크롬,

최대 0.2 중량%의 철,

최대 0.1 중량%의 구리,

최대 0.2 중량%의 아연,

최대 0.2 중량%의 티타늄,

최대 0.3 중량%의 지르코늄,

최대 0.008 중량%의 베릴륨,

최대 0.5 중량%의 바나듐,

각각이 최대 0.02 중량%를 이루지만 전체가 0.2 중량%를 넘지않은 기타 성분과 생산유발불순물, 및 나머지의 알루미늄.
제1항에 있어서, 합금이 2.5-3.5 중량%의 Mg, 특히 2.7-3.3 중량%의 Mg를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 주물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 합금이 0.9-1.3 중량%의 Si를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 주물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 합금이 0.15-0.3 중량%의 Mn을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 주물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 합금이 0.15-0.3 중량%의 Cr을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 주물.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 합금이 0.05-0.15 중량%의 Ti를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 주물.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 합금이 최대 0.15 중량%의 Fe를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 주물.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 합금이 최대 0.05 중량%의 Cu를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 주물.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 합금이 0.002-0.005 중량%의 Be를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 주물.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 합금이 0.01-0.1 중량%의 V를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 주물.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 합금이 0.1-0.2 중량%의 Zr를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 주물.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 샌드(sand) 캐스팅 또는 칠드(chilled) 캐스팅 공정으로 생산된 것을 특징으로 하는 주물.
압력용기, 콤프레샤 하우징, 및 자동차의 실린더 헤드와 같은 엔진부품을 위한 청구항 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 주물의 이용.