KR20090129784A - Mg-based alloy exhibiting high strength and large elongation and method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 아연을 포함하는 마그네슘 합금 및 상기 합금의 제조방법, 더욱 구체적으로, 아연을 최대한 고용한 고강도 및 고연성의 마그네슘 합금 및 상기 합금의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a magnesium alloy containing zinc and a method for producing the alloy, and more particularly, to a high-strength and high-ductility magnesium alloy in the maximum solution of zinc and a method for producing the alloy.
일반적으로 마그네슘 합금은 육방조밀 충진(HCP)구조를 가지므로 상온에서 판재로의 성형성이 떨어지므로, 통상적으로 열간 압연의 방법으로 판재를 가공한다. 그런데, 최근의 휴대폰 케이스 등의 휴대용 전자제품의 케이스나 자동차 부품 등의 소재는 특별히 경량성, 고강도, 고인성 및 고성형성이 요구되고 있으나 종래의 마그네슘 합금은 이러한 요구에 충족하기 위한 기계적 특성에 한계가 있다. In general, magnesium alloy has a hexagonal dense filling (HCP) structure, so the formability to the plate at room temperature is inferior, and usually the plate is processed by hot rolling. However, in recent years, materials such as portable electronic products such as mobile phone cases and automobile parts are required to be particularly lightweight, high strength, high toughness and high formability, but the conventional magnesium alloy is limited in mechanical properties to meet these requirements. There is.
한편, 종래의 마그네슘 합금이 기계적 특성이 나쁘다는 문제점을 해결하기 위하여 본원 출원인은 한국특허공개 제2002-78936호에서 고강도 및 고인성을 갖고 열간성형성이 우수한 Mg-Zn-Y계 마그네슘 합금을 제안한 바 있다. 상기 특허에 따 른 마그네슘 합금은 준결정상과 고용체의 이상영역(2-phase region)이 형성되고, 성형과정을 통하여 준결정상이 작은 입자로 분리되어 기지금속 내에 분산된다. 상기 특허에 따른 마그네슘 합금은 그로 인한 강화효과에 의하여 열간 성형성이 우수하고 강도와 연신율이 높은 특성을 갖는다.On the other hand, in order to solve the problem that the conventional magnesium alloy is bad in the present applicant, the present applicant proposes a Mg-Zn-Y-based magnesium alloy having high strength and high toughness and excellent hot formability in Korea Patent Publication No. 2002-78936 There is a bar. Magnesium alloy according to the patent is a two-phase region of the quasi-crystalline phase and the solid solution is formed, the quasi-crystalline phase is separated into small particles through the forming process is dispersed in the base metal. The magnesium alloy according to the patent has excellent hot formability and high strength and elongation due to the reinforcing effect.
상기 특허에 따른 Mg-Zn-Y계 마그네슘 합금은 아연과 이트륨을 동시에 첨가하여 준결정상의 분율을 증가시킨 것으로서 준결정상의 특성을 최대한 활용한 합금이다. 그러나, 상기 마그네슘 합금은 많은 양의 아연과 이트륨이 필요로 하며 준결정상의 분율이 높아지면 증가하지만 연성은 감소한다는 단점이 있다. 반대로, 아연과 이트륨 양을 감소시키면 준결정상을 포함한 마그네슘 합금은 상대적으로 낮은 강도를 갖게 되므로 공업적 이용에 한계가 있다. Mg-Zn-Y-based magnesium alloy according to the patent is an alloy that maximizes the properties of the quasi-crystalline phase by increasing the fraction of the quasi-crystalline phase by adding zinc and yttrium at the same time. However, the magnesium alloy requires a large amount of zinc and yttrium and increases as the fraction of the quasi-crystalline phase increases but ductility decreases. On the contrary, if the amount of zinc and yttrium is reduced, the magnesium alloy including the quasi-crystalline phase has a relatively low strength, thereby limiting its industrial use.
또한, 이트륨의 함량을 줄이거나 유지한 채, 아연의 함량만 높이는 경우(종래의 방법에 따른 마그네슘 합금의 제조방법의 경우 아연/이트륨 비가 4.5:1 내지 7:1을 초과하는 경우) 금속간 화합물인 Mg7Zn3상이 생성되는 단점이 있으므로, 아연의 함량을 높이기 위해서는 동시에 이트륨의 함량도 높여야 하는데, 이트륨은 마그네슘 및 아연에 비하여 고가의 금속으로서 이트륨을 많이 사용할 경우 제품의 원가를 크게 증가시킨다는 단점이 있다. In addition, when reducing or maintaining the content of yttrium, only increasing the content of zinc (in the case of the method of producing magnesium alloy according to the conventional method when the zinc / yttrium ratio exceeds 4.5: 1 to 7: 1) intermetallic compound Phosphorus Mg 7 Zn 3 phase is disadvantageous, so to increase the zinc content, yttrium content must be increased at the same time. There is this.
또한, 이러한 단점을 해결하기 위하여 Mg-Zn-Y 합금에 제4의 원소를 첨가하여 제3의 상을 형성할 경우 이상영역(2-phase region)이 형성된 합금에 비해 양호한 압연 합금을 얻을 수 없고 낮은 연성을 가진다. In addition, in order to solve these disadvantages, when a third phase is formed by adding a fourth element to the Mg-Zn-Y alloy, a better rolled alloy cannot be obtained than an alloy in which a two-phase region is formed. Low ductility
따라서, 본 발명은 이러한 종래의 Mg-Zn-Y계 마그네슘 합금이 갖는 문제점을 해결하여, 준결정상과 금속 고용체가 이상영역을 이루는 미세조직을 가지며 열간 성형성이 우수한 Mg-Zn-Y계 마그네슘 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention solves the problems of the conventional Mg-Zn-Y-based magnesium alloy, Mg-Zn-Y-based magnesium alloy having a microstructure in which the quasi-crystalline phase and the metal solid solution forms an ideal region and excellent hot formability The purpose is to provide.
또한, 본 발명은 고가인 이트륨의 함량을 최대한 줄이고 저가인 아연을 최대한 첨가하면서도, 동시에 상온에서 우수한 기계적 특성을 가지는 마그네슘 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a magnesium alloy having excellent mechanical properties at room temperature while at the same time reducing the content of expensive yttrium as much as possible and adding low cost zinc.
또한, 본 발명은 고강도와 고연성의 Mg-Zn-Y계 마그네슘 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.Moreover, an object of this invention is to provide the Mg-Zn-Y type magnesium alloy of high strength and high ductility.
또한, 본 발명은 상기 설명한 특성을 갖는 Mg-Zn-Y계 마그네슘 합금의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Moreover, an object of this invention is to provide the manufacturing method of Mg-Zn-Y type magnesium alloy which has the above-mentioned characteristic.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마그네슘 합금은: Magnesium alloy according to the present invention for achieving the above object is:
3중량% 내지 22중량%의 Zn과, 0.6중량% 내지 4중량%의 Y과 잔부인 Mg을 포함하고, 3 wt% to 22 wt% Zn, 0.6 wt% to 4 wt% Y, and the balance Mg,
상기 Zn과 Y은 중량비로 7:1 내지 12:1의 함량으로 포함하고,Zn and Y are contained in a weight ratio of 7: 1 to 12: 1,
또한, 상기 금속합금은 Mg7Zn3 상이 포함되지 않는 것을 특징으로 하는 마그 네슘 고용체인 기지상과 준결정상의 이상영역으로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the metal alloy is characterized by consisting of an abnormal region of a matrix phase and a quasi-crystalline phase of magnesium solid solution characterized in that the Mg 7 Zn 3 phase is not included.
또한, 상기 마그네슘 고용체는 α-마그네슘이 초정으로 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the magnesium solid solution is characterized in that the α-magnesium is formed by primary.
또한, 상기 금속합금은 첨가물로서 Al, Nd, Zr, Mn 및 Gd 중 적어도 하나를 0.5중량% 이하로 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the metal alloy preferably further contains at least one of Al, Nd, Zr, Mn and Gd in an amount of 0.5 wt% or less as an additive.
또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법은:In addition, the method for producing a magnesium alloy according to the present invention is:
Mg, Zn 및 Y을 포함하는 금속 용탕을 급냉하는 단계(Ⅰ);Quenching the molten metal including Mg, Zn and Y (I);
용체화 처리한 후 급냉하는 단계(Ⅱ);Quenching after solution treatment (II);
압출 열간 압연하는 단계(Ⅲ); 및Extrusion hot rolling (III); And
어닐링 후 급냉하는 단계(Ⅳ)Rapid cooling after annealing (IV)
를 포함하는 것을 특징으로 한다.Characterized in that it comprises a.
또한, 상기 단계(Ⅱ)에서 용체화 처리는 약 300℃ 내지 450℃에서 12시간 내지 24시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the solution treatment in the step (II) is preferably performed for about 12 to 24 hours at about 300 ℃ to 450 ℃.
또한, 상기 단계(Ⅲ)에서 열간 압출 압연은 융점의 약 1/2의 온도에서 압출하는 단계와, 약 300℃ 내지 450℃의 노에서 합금을 예열하는 단계와, 약 100℃로 예열된 압연롤에서 압연하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.Further, the hot extrusion rolling in the step (III) is a step of extruding at a temperature of about 1/2 of the melting point, preheating the alloy in a furnace of about 300 ℃ to 450 ℃, and rolling roll preheated to about 100 ℃ It is preferable to include the step of rolling in.
또한, 상기 단계(Ⅳ)에서 어닐링은 300℃ 내지 450℃의 온도에서 30분 내지 60분 동안 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the annealing in the step (IV) is preferably performed for 30 to 60 minutes at a temperature of 300 ℃ to 450 ℃.
또한, 상기 Mg, Zn 및 Y을 포함하는 금속 용탕은 3중량% 내지 22중량%의 Zn 과, 0.6중량% 내지 4중량%의 Y과 잔부인 Mg을 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the molten metal containing Mg, Zn and Y preferably comprises 3% by weight to 22% by weight of Zn, 0.6% by weight to 4% by weight of Y and the balance of Mg.
이 경우, 상기 Zn과 Y은 중량비로 7:1 내지 12:1의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다.In this case, Zn and Y are preferably included in a content of 7: 1 to 12: 1 by weight.
또한, 상기 금속 용탕은 Al, Nd, Zr, Mn 및 Gd 중 적어도 하나를 0.5중량% 이하의 함량으로 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the molten metal preferably further contains at least one of Al, Nd, Zr, Mn and Gd in an amount of 0.5 wt% or less.
또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금은 상기 마그네슘 합금의 제조방법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the magnesium alloy according to the present invention is characterized by being formed by the method for producing the magnesium alloy.
본 발명에 따른 마그네슘 합금은 Mg-Zn-Y 3원계 합금으로써 준결정상과 금속 고용체의 이상영역이 존재하며, 주조 방법에 의한 응고에 의하여 마그네슘기 고용체(알파 마그네슘)가 초정으로 형성되어 기지조직을 이루고, 준결정상이 제2상으로 마그네슘기 고용체와 공정상을 형성하고, 기지 내에 준결정 입자상이 강화 상으로 형성되고 열간 성형성이 우수하다. Magnesium alloy according to the present invention is an Mg-Zn-Y ternary alloy has an abnormal region of the quasi-crystalline phase and the metal solid solution, and the magnesium-based solid solution (alpha magnesium) is formed as a primary by solidification by the casting method to form a matrix structure. The quasi-crystalline phase forms a process phase with a magnesium-based solid solution as the second phase, and the quasi-crystalline particle phase is formed in the matrix as a reinforcement phase and is excellent in hot formability.
또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금은 3중량% 내지 22중량%의 Zn과, 0.6중량% 내지 4중량%의 Y과 잔부인 Mg으로 구성된다. In addition, the magnesium alloy according to the present invention is composed of 3% by weight to 22% by weight of Zn, 0.6% by weight to 4% by weight of Y and the balance of Mg.
상기 마그네슘 합금의 조성을 3중량% 내지 22중량%로 한정한 이유는, Zn의 함량을 3중량% 미만으로 하는 경우 Zn의 양이 적어 마그네슘 기지 안에 고용되어 준결정상을 형성할 수 없으며, 22중량%를 초과하는 경우에는 Zn의 양이 지나치게 많아져 오히려 준결정상이 생성될 수 있는 영역을 벗어나 금속간화합물인 Mg7Zn3상이 생성되기 때문이다.The reason for limiting the composition of the magnesium alloy to 3% by weight to 22% by weight is that when the Zn content is less than 3% by weight, the amount of Zn is small so that it cannot be dissolved in the magnesium matrix to form a quasi-crystalline phase. This is because when the amount of Zn is excessively large, the Mg 7 Zn 3 phase, which is an intermetallic compound, is formed outside the region where the quasi-crystalline phase can be formed.
또한, Y의 함량이 0.3중량% 이하이면 Y이 마그네슘 기지 안에 고용되어 준결정상을 형성할 수 없으며, 4.0중량%를 초과하는 경우에는 준결정상이 생성될 수 있는 영역을 벗어나 금속간화합물인 W-phase 상이 생성되고 재료의 취성이 증가하며 양호한 합금판재로 얻을 수 없는 문제가 있다.In addition, when the content of Y is 0.3% by weight or less, Y may not be dissolved in the magnesium matrix to form a semicrystalline phase. When the content of Y exceeds 4.0% by weight, the intermetallic compound W- There is a problem that a phase phase is generated, the brittleness of the material is increased, and a good alloy sheet cannot be obtained.
또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 형성방법은 아연/이트륨 비를 12 이하로 한정하였다. 아연/이트륨 비를 12를 초과하면 Mg7Zn3상이 형성되기 때문이다. In addition, the magnesium alloy forming method according to the invention limited the zinc / yttrium ratio to 12 or less. This is because if the zinc / yttrium ratio exceeds 12, a Mg 7 Zn 3 phase is formed.
또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 형성방법에 따르면, 마그네슘기 고용체에 아연 함량을 늘리기 위하여 마그네슘 합금 용탕이 들어있는 철강 몰드를 급냉시킨다. In addition, according to the magnesium alloy forming method according to the present invention, in order to increase the zinc content in the magnesium-based solid solution to quench the steel mold containing the molten magnesium alloy.
또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 형성방법에 따르면, Mg7Zn3상이 형성되는 것을 방지하기 위하여 400℃도에서 용체화 처리한 후, 그리고, 압출 열간 압연 후 각각 급냉한다.In addition, according to the magnesium alloy forming method according to the invention, in order to prevent the formation of the Mg 7 Zn 3 phase is subjected to a solution treatment at 400 ° C, and then quenched after extrusion hot rolling.
본 발명에 따른 마그네슘 합금은 종래의 Mg-Zn-Y계 마그네슘 합금이 갖는 문제점을 해결하여, 준결정상과 금속 고용체가 이상영역을 이루는 미세조직을 가지면서도, 동시에 열간 성형성이 우수하다.The magnesium alloy according to the present invention solves the problems of the conventional Mg-Zn-Y-based magnesium alloy, has a microstructure in which the quasi-crystalline phase and the metal solid solution form an abnormal region, and at the same time excellent in hot formability.
또한, 본 발명에 따르면 고강도와 고연성을 동시에 구현한 마그네슘 합금이 제공된다. In addition, the present invention provides a magnesium alloy that implements high strength and high ductility at the same time.
또한, 상대적으로 고가인 이트륨의 함량을 최대한 줄이면서도 저가의 아연을 최대한 사용함으로써 경제적으로 활용도 높은 마그네슘 합금을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a magnesium alloy that is economically useful by using zinc at a low cost while maximally reducing the content of relatively high yttrium.
또한, 본 발명에 따르면 상기 특성을 갖는 Mg-Zn-Y계 마그네슘 합금의 제조방법이 제공된다.In addition, according to the present invention there is provided a method for producing an Mg-Zn-Y-based magnesium alloy having the above characteristics.
다음으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네슘 합금 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 참고로 이하에서 상세하게 설명한다.Next, a magnesium alloy according to a preferred embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 합금의 제조방법은 다음과 같다.Method for producing an alloy according to a preferred embodiment of the present invention is as follows.
먼저, 주조 합금을 형성하는 단계로서, Mg-Zn-Y 합금의 조성을 표 1과 같이 구성하여 용탕을 준비한 후, 용탕을 철강 몰드에 투입하고, 여기에 물을 투입하여 급냉시켜 주조 합금을 제조하였다.First, as a step of forming a cast alloy, the composition of the Mg-Zn-Y alloy was configured as shown in Table 1 to prepare a molten metal, the molten metal was added to a steel mold, and water was added thereto, followed by quenching to prepare a cast alloy. .
이어서, 용체화 처리 단계로서, 형성된 잉고트를 300℃ 내지 450℃의 온도에서 12시간 내지 24시간 동안 용체화처리하고, 물을 이용하여 급냉시켰다.Subsequently, as a solution treatment step, the formed ingot was solution treated at a temperature of 300 ° C. to 450 ° C. for 12 to 24 hours and quenched with water.
이어서, 압출 열간 압연 단계로서, 상기 합금들을 금속 재료의 일반적인 성형온도인 융점의 1/2 정도의 온도에서 압출 - 본 실시예는 약 300℃에서 500 MPa로 지름 49 mm에 높이 100 mm인 원기둥 인고트를 가로 20 mm에 세로 10 mm인 사각형태로 압출-하고, 400℃의 노(furnace)에서 15분간 예열한 후 100℃로 예열된 압연롤(본 실시예는 지름; 15 cm, 속도; 20rpm)에 일반적인 재료의 압연공정에 준하여 압연을 행하였다. 즉, 예열 후 압하율을 10 %에서 30 %까지 점차적으로 증가시켜 판재 - 본 실시예는 두께가 1.0 ㎜인 판재 - 를 제조하였다.Subsequently, in the extrusion hot rolling step, the alloys were extruded at a temperature of about 1/2 of the melting point, which is a general forming temperature of the metal material-this embodiment is a cylindrical pulley having a diameter of 49 mm and a height of 100 mm at 500 MPa at about 300 ° C. The sheet was extruded into a rectangular shape having a width of 20 mm and a length of 10 mm, preheated in a furnace at 400 ° C. for 15 minutes, and then rolled at 100 ° C. (in this example, diameter; 15 cm, speed; 20 rpm). Rolling was carried out according to the rolling step of the general material. That is, after the preheating, the reduction ratio was gradually increased from 10% to 30% to prepare a plate material-a plate material having a thickness of 1.0 mm in this example.
마지막으로, 어닐링(Annealing) 단계로서, 앞에서 설명한 것과 같은 금속 재료의 일반적인 성형온도인 융점의 1/2 정도의 온도, 즉 본 실시예의 경우에는 30분 내지 60분 동안 약 300℃ 내지 450℃로 가열하고 다시 급냉시킴으로써 마그네슘 합금을 완성하였다.Finally, as an annealing step, a temperature of about 1/2 of the melting point, which is a general forming temperature of a metal material as described above, that is, in the present embodiment, heated to about 300 ° C. to 450 ° C. for 30 to 60 minutes. And quenched again to complete the magnesium alloy.
표 1의 합금의 1, 4, 7, 8 그리고 9 합금은 종래의 아연/이트륨비가 4.5 ~ 5를 유지하면서 준결정상의 분율를 증가시킨 합금들이고, 2~3번, 5~6번 및 10~11 합금들은 상기 각각의 마그네슘 합금에 대하여 아연함량을 증가시킨 합금들이다. 상기 방법에 의하여 상기 표1에 도시된 함량을 갖는 마그네슘 합금을 형성한 결과, 형성된 모든 합금은 초정이 마그네슘기 고용체(알파 마그네슘 기지)이며, 제 2상으로는 준결정상만 형성되고, 금속간화합물인 Mg7Zn3상 및/또는 W-phase 상은 형성되지 않았다. 즉, 모든 합금은 초정이 마그네슘기 고용체(알파 마그네슘 기지)이며 준결정상만이 제 2상으로 형성되었다. 따라서 응고조직으로 판단할 때 본 발명에서 얻고자 하는 준결정상만을 제 2상으로 한 마그네슘 합금을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.The
구체적으로, 표 1에서 1번 합금은 통상적인 아연과 이트륨을 포함하는 통상적인 Mg-Zn-Y 3원계 마그네슘 합금이고, 2번 및 3번 합금은 이트륨의 함량은 유지하면서 아연의 함량만 증가시킨 합금이다. Specifically, in Table 1, alloy 1 is a conventional Mg-Zn-Y ternary magnesium alloy containing conventional zinc and yttrium, and
이들 1번 내지 3번 합금을 용탕에서 급냉시킨 주조 합금 상태에서의 광학현미경 사진을 도 1에서 도시한다. 도 1에서 보듯이, 아연을 첨가할수록 초정의 마그네슘기 고용체 이외의 상분율은 1.23%에서 2.49%로 증가하였다. 또한, XRD와 DSC 분석결과 1번 내지 3번 합금은 초정 마그네슘기 고용체와 준결정상으로 이루어졌음을 확인하였다. 또한, 주조 합금의 정량적 분석 결과 초정의 마그네슘기 고용체의 아연 함량이 2.6중량%에서 5.0중량%Zn까지 증가됨을 관찰할 수 있었다. The optical micrograph in the cast alloy state which quenched these alloys 1-3 in the molten metal is shown in FIG. As shown in FIG. 1, as the zinc was added, the phase fraction other than the primary magnesium-based solid solution increased from 1.23% to 2.49%. In addition, XRD and DSC analysis showed that the alloys 1 to 3 were composed of a primary magnesium-based solid solution and a quasi-crystalline phase. In addition, as a result of the quantitative analysis of the cast alloy, it was observed that the zinc content of the primary magnesium-based solid solution increased from 2.6 wt% to 5.0 wt% Zn.
도 2는 아연/이트륨비가 가장 높은 Mg-7중량% Zn-0.6중량% Y 주조합금의 투과전자현미경 이미지와 회전 패턴, 즉, 도 1에서 볼 수 있었던 두 가지 형태의 제 2상에 대한 투과전자현미경 이미지로서, 도 2 (a)는 약 100 나노크기의 원형 상이며 (b)는 1.2 마이크로 미터의 공정상이다. 이 두 가지 형태의 회절 패턴을 보면 전형적인 준결정상의 5-fold와 2-fold 대칭을 관찰할 수 있다. 즉, 1번 내지 3번 합금들은 초정이 마그네슘기 고용체와 준결정상만을 제 2상으로 한 2상 미세구조임을 관찰할 수 있다.FIG. 2 is a transmission electron microscope image and rotation pattern of Mg-7 wt% Zn-0.6 wt% Y main alloy having the highest zinc / yttrium ratio, ie, the transmission electrons for the two types of second phases shown in FIG. As a microscopic image, Figure 2 (a) is a circular phase of about 100 nanoscales and (b) is a process phase of 1.2 micrometers. The two types of diffraction patterns show typical 5-fold and 2-fold symmetry of the quasi-crystalline phase. That is, it can be observed that the first to third alloys have a two-phase microstructure in which the primary crystal is a magnesium-based solid solution and only a quasi-crystalline phase as the second phase.
도 3은 상기 1 내지 3번, 즉 Mg-3~7중량% Zn-0.6중량% Y의 함량을 갖는 주조 합금을 위에서 설명한 방법으로 용체화 처리 및 압출 열간 압연한 후, 균질화를 위하여 400℃에서 30분 동안 어닐링 처리를 한 합금 판재의 광학현미경 사진으로서 준결정상이 압연공정에 의해 효과적으로 분산되어 있음을 확인할 수 있다. 또한, 아연 함량이 증가함에 따라 상분률이 증가됨에도 불구하고 결정립 크기는 아연 함량이 증가하면서 10.5μm에서 15.8μm로 급격하게 증가함을 볼 수 있는데, 이는 상기 합금들에서 준결정상이 결정립성장에 커다란 영향을 주지 못함을 보여준다. Figure 3 is a cast alloy having a content of 1 to 3 times, that is, Mg-3-7 wt% Zn-0.6 wt% Y by solution treatment and extrusion hot rolling by the method described above, and then at 400 ° C. for homogenization. As an optical micrograph of the alloy plate material subjected to the annealing treatment for 30 minutes, it can be confirmed that the quasi-crystalline phase is effectively dispersed by the rolling process. In addition, although the phase fraction increases with increasing zinc content, it can be seen that the grain size rapidly increases from 10.5 μm to 15.8 μm with increasing zinc content. Show no effect.
다음으로, 표 2는 상기 방법으로 형성된 표 1따른 조성을 갖는 합금 판재들을 게이지 길이 10㎜의 인장시험편을 만들어 인장시험기에서 테스트를 하여 항복강도, 최대 인장강도, 균일연신률 그리고 파단연신율을 측정한 결과를 표시한다.Next, Table 2 shows the results of measuring the yield strength, the maximum tensile strength, the uniform elongation and the elongation at break by testing the tensile strength test specimen of the alloy sheet having the composition according to Table 1 formed by the above method in the tensile tester. Display.
상기 표 2의 결과로부터 본 발명의 합금은 상온에서 기계적 성질 즉, 항복강도, 인장강도, 균일연신율 그리고 파단연신율이 우수함을 알 수 있다. It can be seen from the results of Table 2 that the alloy of the present invention has excellent mechanical properties, that is, yield strength, tensile strength, uniform elongation and elongation at break at room temperature.
다음으로, 도 4는 1 내지 3번 합금인 Mg-3~7중량% Zn-0.6중량% Y 합금판재들의 기계적 거동으로 도시하는 도면으로 아연을 함량을 높일수록 기계적 특성이 향상됨을 볼 수 있다. 즉, 기계적 거동은 결정립 크기에 큰 영향을 받으므로 결정립 크기가 증가하면서 기계적 특성도 향상된 것으로 판단된다.Next, Figure 4 is a view showing the mechanical behavior of the Mg-3 ~ 7 wt% Zn-0.6 wt% Y alloy plate material of the first to third alloys can be seen that the mechanical properties are improved as the zinc content is increased. That is, since mechanical behavior is greatly influenced by grain size, it is determined that the mechanical properties are also improved with increasing grain size.
다음으로, 도 5는 1 내지 3번 합금인 Mg-3~7중량% Zn-0.6중량% Y 합금판재들에서 결정립 크기에 따른 항복 강도와 균일연실율을 보여준다. 도 5에서 보듯이, 결정립 크기가 증가하면 항복강도는 작아진다. 또한 결정립 크기가 비슷함에도 불구하고 아연 함양이 증가할수록 고용체 강화로 인하여 항복강도가 향상되었다. 또한, 비슷한 결정립 크기를 가짐에도 불구하고 아연 함양이 증가할수록 균일 연신율도 향상되었다.Next, FIG. 5 shows the yield strength and the uniform burning rate according to the grain size in the Mg-3 to 7 wt% Zn-0.6 wt% Y alloy plates of the first to third alloys. As shown in Fig. 5, the yield strength decreases as the grain size increases. In addition, although the grain size was similar, yield strength was improved due to solid solution strengthening with increasing zinc content. In addition, despite having a similar grain size, the elongation of zinc also improved the uniform elongation.
다음으로, 도 6(a)와 6(b)는 각각 약 17μm의 비슷한 결정립 크기를 갖는 Mg-3중량% Zn-0.6중량% Y 합금 판재와 Mg-7중량% Zn- 0.6중량% Y 합금 판재를 8% 변형시킨 후의 미세구조를 도시한다. 도 6(a) 및 (b)에서 보듯이, 결정립 내에 쌍정을 관찰할 수 있으며, 특히, 아연 함량이 많은 도 6(b) 미세구조에서 더 많은 양의 쌍정을 관찰할 수 있다. 즉, 쌍정은 육방조밀 충진(HCP)구조를 가지는 마그네슘 합금에서는 상온에서 중요한 변형 거동으로 작용하며, 쌍정 계면은 결정립계처럼 기계적 성질을 향상시킬 수 있으므로, 아연의 함량을 증가시킴으로써 쌍정 형성도 용이하고, 그로 인해 연성이 향상됨을 관찰할 수 있다. 6 (a) and 6 (b) show Mg-3% by weight Zn-0.6% by weight Y alloy sheet and Mg-7% by weight Zn-0.6% by weight Y alloy sheet each having a similar grain size of about 17 μm, respectively. The microstructure after 8% strain is shown. As shown in Figs. 6 (a) and (b), twins can be observed in the grains, and in particular, a greater amount of twins can be observed in the microstructure of Fig. 6 (b) with high zinc content. In other words, twins act as an important deformation behavior at room temperature in magnesium alloys with hexagonal dense filling (HCP) structure, and twin interface can improve mechanical properties like grain boundary, so it is easy to form twins by increasing zinc content. Therefore, it can be observed that ductility improves.
이상에서 보듯이, 본 실시예에 따른 합금은 준결정상이 포함되어 있으며, 상기 준결정상이 기지 금속임 마그네슘 고용체와 안정한 계면을 이루고 있어서 강도를 증가시킨다. 또한, 마그네슘기 고용체의 아연 함량이 증가시켜서, 고용체 강화로 인한 강도를 증가시킬 수 있고, 또한 마그네슘기 기지의 변형 거동이 변화되어 즉, 기계적 쌍정이 더 잘 생성되므로 연성증가 효과도 동시에 구현할 수 있어 공업적 활용에 있어 더욱 효과적이다.As described above, the alloy according to the present embodiment contains a quasi-crystalline phase, the quasi-crystalline phase is a known metal forms a stable interface with magnesium solid solution to increase the strength. In addition, by increasing the zinc content of the magnesium-based solid solution, it is possible to increase the strength due to solid solution strengthening, and also the deformation behavior of the magnesium-based matrix is changed, that is, the mechanical twin is better generated, so that the ductile increase effect can be simultaneously realized. More effective in industrial use.
다음으로, 표 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네슘 합금에 알루미늄과 같은 원소를 추가한 경우를 표시한다. 본 실시예에 따른 마그네슘 합금에 Al, Zr, Nd, Mn, Gd 등을 첨가하는 경우 강도와 연성이 좋아지는 등 더욱 특성이 우수한 합금을 얻을 수 있다. Next, Table 3 shows the case of adding an element such as aluminum to the magnesium alloy according to a preferred embodiment of the present invention. When Al, Zr, Nd, Mn, Gd and the like are added to the magnesium alloy according to the present embodiment, it is possible to obtain an alloy having more excellent properties such as better strength and ductility.
표 4는 표 3에 도시된 조성을 갖는 마그네슘 합금의 기계적 성질을 나타낸다.Table 4 shows the mechanical properties of the magnesium alloy having the composition shown in Table 3.
표 4에서 보듯이, Al, Zr, Nd, Mn, Gd 등의 원소가 첨가된 경우, 상기 원소가 첨가되지 않은 동일한 조성의 마그네슘 합금(표 1에서 7번 합금)에 비하여, 항복강도, 최대인장강도, 균일연신율, 파단연신율과 같은 각종 기계적 특성이 더욱 우수해짐을 볼 수 있다. 즉, 상기 성분들을 소량(0.5중량% 이내) 첨가함으로써고용체 강화와 기지의 변형 거동의 변화에 따라 합금의 강도와 연성이 증가함을 볼 수 있다. 한편, 함량이 0.5중량%를 초과하는 경우에는 상기 성분들이 마그네슘 기지에 고용되지 못하고 또 다른 상이 생성되어 연신이 크게 줄어든다. As shown in Table 4, when elements such as Al, Zr, Nd, Mn, and Gd are added, yield strength and maximum tensile strength are higher than those of magnesium alloys (alloy No. 7 in Table 1) having the same composition without addition of the elements. It can be seen that various mechanical properties such as strength, uniform elongation, and elongation at break become more excellent. That is, by adding a small amount (within 0.5% by weight) of the components it can be seen that the strength and ductility of the alloy increases with the change in solid solution strengthening and matrix deformation behavior. On the other hand, if the content is more than 0.5% by weight, the components are not dissolved in the magnesium matrix and another phase is formed, which greatly reduces the stretching.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네슘 합금 및 마그네슘의 제조방법을 상세하게 설명하였다. 하지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 실시예의 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 오직 뒤에서 기재하는 특허청구범위에 의해서만 한정된다.The magnesium alloy and the method for producing magnesium according to the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above. However, those skilled in the art will understand that various changes and modifications of the present embodiment are possible. Therefore, the scope of the present invention is limited only by the claims set forth below.
도 1(a) 내지 (c)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주조 합금의 광학현미경 사진을 도시한다.1 (a) to (c) show optical micrographs of a cast alloy according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2(a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Mg-7중량%Zn-0.6중량%Y 주조 합금의 TEM 사진을 도시한다.2 (a) shows a TEM photograph of Mg-7 wt% Zn-0.6 wt% Y cast alloy according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2(b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Mg-7중량%Zn-0.6중량%Y 주조 합금의 SADP 사진을 도시한다.2 (b) shows a SADP photograph of Mg-7 wt% Zn-0.6 wt% Y cast alloy according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3(a) 내지 (c)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 형성된 마그네슘 합금의 광학 현미경 사진을 도시한다.3 (a)-(c) show optical micrographs of magnesium alloys formed in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
도 4는 도 3(a) 내지 (c)에 따른 성분을 갖는 합금의 기계적 거동을 도시하는 도면이다.FIG. 4 is a diagram showing the mechanical behavior of alloys with the components according to FIGS. 3 (a) to 3 (c).
도 5(a) 내지 (c)는 도 3(a) 내지 (c)에 따른 성분을 갖는 합금의 결정립 크기에 따른 항복 강도와 균일연실율을 도시한다. 5 (a) to (c) show the yield strength and the uniform burn rate according to the grain size of the alloy having the component according to FIGS. 3 (a) to (c).
도 6은 도 3(a) 내지 (c)에 따른 성분을 갖는 합금을 8% 변형시킨 후의 광학현미경 사진이다.6 is an optical micrograph after 8% deformation of the alloy having the component according to FIGS. 3 (a) to (c).
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