KR20240021996A - High strength and high thermal conductivity FeCu alloy and manufacturing method thereof by continuous HIP procedure - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 Fe Cu 상태도에서 FCC(Cu 상(phase))-BCC(Fe 상(phase)) 상 영역의 온도와 FeCu 합금의 항복 응력 이상의 압력으로 FeCu 합금 소재 분말을 연속적으로 HIP(Hot Isostatic press procedure) 처리하여 고강도 고열전도성의 FeCu 합금 및 연속 HIP 처리에 의한 그 제조 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention is to continuously HIP (HIP) FeCu alloy material powder at a temperature of the FCC (Cu phase)-BCC (Fe phase) phase region in the FeCu phase diagram and a pressure higher than the yield stress of the FeCu alloy. Provides a high-strength, high-thermal conductivity FeCu alloy and a manufacturing method using continuous HIP processing.
Description
본 발명은 FeCu 합금 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 고강도 고열전도성 FeCu 합금 및 연속 HIP 처리에 의한 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a FeCu alloy and a method for manufacturing the same, and relates to a high-strength, high-thermal conductivity FeCu alloy and a method for manufacturing the same by continuous HIP treatment.
일반적으로, 베릴륨-동(BeCu) 합금은 고강도와 고열전도성 등을 가지는 실용 합금으로서, 이는 주조용 금형소재 등으로 유용하다. BeCu 합금은, 대부분은 베릴륨(Be)과 구리(Cu)를 용해 주조한 후에 열간이나 냉간에 의한 소성 가공과 소둔 처리를 반복하는 방법으로 얻어지며, 기계적 물성의 향상을 위한 코발트(Co)가 첨가되고 있다.In general, beryllium-copper (BeCu) alloy is a practical alloy with high strength and high thermal conductivity, and is useful as a casting mold material. Most BeCu alloys are obtained by melting and casting beryllium (Be) and copper (Cu) and then repeating hot or cold plastic processing and annealing, and cobalt (Co) is added to improve mechanical properties. It is becoming.
그러나 BeCu 합금은 연속 주조가 어렵고, 베릴륨(Be)과 구리(Cu)의 원료 자체의 가격이 높아 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.However, BeCu alloy has problems in that continuous casting is difficult and the raw materials themselves of beryllium (Be) and copper (Cu) are expensive, making economic feasibility difficult.
또한, BeCu 합금은 고가(高價)로 인해 고급 제품에 제한적으로 사용되어 범용성이 떨어지는 문제점이 있다.In addition, BeCu alloy has a problem in that it is used limitedly in high-end products due to its high price, making it less versatile.
이에 따라, BeCu 합금을 대체하기 위한 것으로서 철 구리(FeCu) 합금에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Accordingly, research on iron copper (FeCu) alloy is being actively conducted as a replacement for BeCu alloy.
상기 FeCu 합금은 Fe의 강도와 Cu의 열, 전기전도율 특성을 모두 일정 이상 만족하는 소재로 고강도/고열전도성이 모두 필요한 금형, 열교환기 등 고부가가치 부품에 적용될 수 있다.The FeCu alloy is a material that satisfies both the strength of Fe and the thermal and electrical conductivity characteristics of Cu to a certain level, and can be applied to high value-added parts such as molds and heat exchangers that require both high strength and high thermal conductivity.
특히, 기존 고강도/고열전도성 특성이 요구되던 대부분의 부품에 적용되던 BeCu 합금이 Be의 인체 유해성과 가격상승 이슈로 인하여 최근 FeCu 합금으로의 대체 필요성이 더욱 높아지고 있다.In particular, BeCu alloy, which was previously applied to most parts that required high strength/high thermal conductivity characteristics, has recently become increasingly necessary to be replaced with FeCu alloy due to issues of Be's toxicity to the human body and rising prices.
그러나 일반 주조 공정을 통해서 제조된 FeCu 합금은 Cu가 Fe에 고용되는 양이 소량이어서(약 2%), BeCu 합금에 비해서 열전도성이 낮아 완벽하게 BeCu 합금을 대체하지 못하는 문제점을 가진다.However, FeCu alloy manufactured through a general casting process has a problem in that it cannot completely replace BeCu alloy because the amount of Cu dissolved in Fe is small (about 2%) and its thermal conductivity is lower than that of BeCu alloy.
따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, Fe Cu 상태도에서 FCC(Cu 상(phase))-BCC(Fe 상(phase)) 상 영역의 온도와 FeCu 합금의 항복 응력 이상의 압력으로 FeCu 합금 소재 분말을 연속적으로 HIP(Hot Isostatic press procedure) 처리하여 고강도 고열전도성의 FeCu 합금 및 연속 HIP 처리에 의한 그 제조 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.Therefore, an embodiment of the present invention to solve the problems of the prior art described above is the temperature of the FCC (Cu phase) - BCC (Fe phase) phase region in the FeCu phase diagram and the yield stress of the FeCu alloy. The technical problem to be solved is to provide a high-strength, high-thermal conductivity FeCu alloy and a manufacturing method thereof by continuous HIP (Hot Isostatic press procedure) processing of FeCu alloy material powder at a pressure of above or above.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, FeCu 합금 소재 분말을 캔(can)에 장입하여 캐닝(Canning)을 수행하는 FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계; 상기 FeCu 합금 소재 분말이 장입된 캔을 HIP(Hot Isostatic Pressure) 고온 가압로에 장입한 후 가열 가압하여 소결하는 것에 의해 FeCu 합금을 제조하는 1차 HIP 처리 단계; 상기 1차 HIP 처리 단계에 의해 제조된 FeCu 합금을 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 FeCu 합금을 상기 1차 HIP 처리 단계와 동일 조건으로 2차 HIP 처리를 수행하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 HIP 처리에 의한 FeCu 합금 제조 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention for achieving the above-described object of the present invention includes a FeCu alloy material powder canning step of charging FeCu alloy material powder into a can and performing canning; A first HIP processing step of producing an FeCu alloy by charging the can loaded with the FeCu alloy material powder into a HIP (Hot Isostatic Pressure) high-temperature pressurizing furnace and then heating and pressing and sintering; Cooling the FeCu alloy produced by the first HIP treatment step; and performing a second HIP treatment on the cooled FeCu alloy under the same conditions as the first HIP treatment step.
상기 FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계의 상기 FeCu 합금 소재 분말은 FeCu 합금 분말 또는 Fe 분말과 Cu 분말의 혼합 분말 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The FeCu alloy material powder in the FeCu alloy material powder canning step may include at least one of FeCu alloy powder or a mixed powder of Fe powder and Cu powder.
상기 FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계의 상기 FeCu 합금 소재 분말은 상기 FeCu 합금 분말 또는 Fe 분말과 Cu 분말의 혼합 분말 중 어느 하나 이상에 더하여 전체 FeCu 합금 소재 분말의 10 중량% 이하의 첨가원소를 더 포함할 수 있다.The FeCu alloy material powder in the FeCu alloy material powder canning step may further include an additive element of 10% by weight or less of the total FeCu alloy material powder in addition to one or more of the FeCu alloy powder or a mixed powder of Fe powder and Cu powder. You can.
상기 FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계의 상기 첨가원소는 C, Ni, Al, Cr, Si, Mn, B, Ti, Nd, V일 수 있다.The added elements in the FeCu alloy material powder canning step may be C, Ni, Al, Cr, Si, Mn, B, Ti, Nd, and V.
상기 FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계의 상기 FeCu 합금 소재 분말은 D50=500㎛ 이하의 입도를 가질 수 있다.The FeCu alloy material powder in the FeCu alloy material powder canning step may have a particle size of D50 = 500 ㎛ or less.
상기 FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계의 상기 캔의 소재는 금속, 세라믹 및 이들의 복합체로 이루어지는 군에서는 선택되는 1종일 수 있다.The material of the can in the FeCu alloy material powder canning step may be one selected from the group consisting of metals, ceramics, and composites thereof.
상기 1차 HIP 처리 단계 및 2차 HIP 처리 단계는, Fe Cu 상태도 상에서 Cu가 FCC 상이고 Fe가 BCC 상으로 존재하는 FCC-BCC 상 영역의 온도에서 수행될 수 있다.The first HIP treatment step and the second HIP treatment step may be performed at a temperature in the FCC-BCC phase region where Cu is in the FCC phase and Fe is in the BCC phase on the FeCu phase diagram.
상기 1차 HIP 처리 단계 및 2차 HIP 처리 단계, 850℃ 이하의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.The first HIP treatment step and the second HIP treatment step may be performed at a temperature of 850°C or lower.
상기 1차 HIP 처리 단계 및 2차 HIP 처리 단계는 FeCu 합금의 항복 응력 이상의 압력으로 수행되는 것일 수 있다.The first HIP treatment step and the second HIP treatment step may be performed at a pressure higher than the yield stress of the FeCu alloy.
상기 항복 응력은 Fe, Cu 및 첨가원소의 조성에 따라 가변될 수 있다.The yield stress may vary depending on the composition of Fe, Cu, and additional elements.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 상기 연속 HIP 처리에 의한 FeCu 합금 제조 방법에 의해 제조된 FeCu 합금을 제공한다.Another embodiment of the present invention for achieving the above-described object of the present invention provides an FeCu alloy manufactured by the method for manufacturing FeCu alloy by continuous HIP treatment.
본 발명의 일 실시예는, BeCu 합금을 대체할 수 있는 고강도 및 고열전도성을 가지는 FeCu 합금을 제조할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.One embodiment of the present invention provides the effect of manufacturing a FeCu alloy having high strength and high thermal conductivity that can replace BeCu alloy.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 연속 HIP 처리를 이용한 고강도 고열전도성 FeCu 합금 제조 방법의 처리 과정을 나타내는 순서도이다.
도 2는 FeCu 합금의 함량 및 온도별 상 변화를 나타내는 Fe Cu 상태도 그래프이다.Figure 1 is a flowchart showing the processing process of a method for manufacturing a high-strength, high-thermal conductivity FeCu alloy using continuous HIP processing according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a FeCu phase diagram graph showing phase changes by content and temperature of FeCu alloy.
이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. Additionally, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
본 발명의 일 실시예의 FeCu 합금은 연속 HIP 처리를 수행하여 로크웰 경도(HRA) 66.4 내지 80이고, 열전도도가 80 내지 270 W/mㆍK일 수 있다.The FeCu alloy of one embodiment of the present invention may have a Rockwell hardness (HRA) of 66.4 to 80 and a thermal conductivity of 80 to 270 W/m·K by performing continuous HIP treatment.
상기 FeCu 합금은, 상기 FeCu 합금 전체 중량의 10 중량% 이하의 첨가원소를 더 포함하여 구성될 수 있다.The FeCu alloy may further include 10% by weight or less of additional elements based on the total weight of the FeCu alloy.
상기 FeCu 합금은, D50 -500㎛ 이하의 FeCu 합금 분말 또는 Fe 분말과 Cu 분말의 혼합 분말 중 어느 하나 이상을 포함하는 FeCu 합금 소재 분말을, Fe Cu 상태도 상에서 Cu가 FCC 상이고 Fe가 BCC 상으로 존재하는 FCC-BCC 상 영역의 온도와 상기 FeCu 합금의 항복 응력 이상의 압력으로 소결을 위한 1차 HIP 처리를 수행한 후 냉각하고, 상기 1차 HIP 처리 조건으로 후 열처리를 위한 2차 HIP 처리를 수행하는 것에 의해 제조될 수 있다.The FeCu alloy is an FeCu alloy material powder containing at least one of FeCu alloy powder with a D50 -500㎛ or less or a mixed powder of Fe powder and Cu powder. On the FeCu phase diagram, Cu is in the FCC phase and Fe is in the BCC phase. The first HIP treatment for sintering is performed at the temperature of the existing FCC-BCC phase region and the pressure above the yield stress of the FeCu alloy, then cooled, and the second HIP treatment for post heat treatment is performed under the first HIP treatment conditions. It can be manufactured by:
도 1은 본 발명의 일 실시예의 연속 HIP 처리를 이용한 고강도 고열전도성 FeCu 합금 제조 방법의 처리 과정을 나타내는 순서도이다.Figure 1 is a flowchart showing the processing process of a method for manufacturing a high-strength, high-thermal conductivity FeCu alloy using continuous HIP processing according to an embodiment of the present invention.
도 1과 같이, 본 발명의 일 실시예의 연속 HIP 처리를 이용한 고강도 고열전도성 FeCu 합금 제조 방법은, FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계(S10), 1차 HIP 처리 단계(S20), 냉각 단계(S30) 및 2차 HIP 처리 단계(S40)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown in Figure 1, the high-strength, high-thermal conductivity FeCu alloy manufacturing method using continuous HIP treatment of an embodiment of the present invention includes a FeCu alloy material powder canning step (S10), a first HIP treatment step (S20), a cooling step (S30), and It may be configured to include a secondary HIP processing step (S40).
상기 FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계(S10)는 FeCu 합금 소재 분말을 캔에 장입하여 캐닝을 수행하는 단계일 수 있다.The FeCu alloy material powder canning step (S10) may be a step of performing caning by charging the FeCu alloy material powder into a can.
상기 FeCu 합금 소재 분말은 FeCu 합금 제조를 위한 소재 분말을 의미한다.The FeCu alloy material powder refers to material powder for manufacturing FeCu alloy.
상기 FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계(S10)의 상기 FeCu 합금 소재 분말은 FeCu 합금 분말 또는 Fe 분말과 Cu 분말의 혼합 분말 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The FeCu alloy material powder in the FeCu alloy material powder canning step (S10) may include at least one of FeCu alloy powder or a mixed powder of Fe powder and Cu powder.
상기 FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계(S10)의 상기 FeCu 합금 소재 분말은 상기 FeCu 합금 분말 또는 Fe 분말과 Cu 분말의 혼합 분말 중 어느 하나 이상에 더하여 전체 FeCu 합금 소재 분말의 10 중량% 이하의 첨가원소를 더 포함할 수 있다.The FeCu alloy material powder in the FeCu alloy material powder canning step (S10) contains an additional element of 10% by weight or less of the total FeCu alloy material powder in addition to one or more of the FeCu alloy powder or a mixed powder of Fe powder and Cu powder. More may be included.
상기 FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계(S10)의 상기 첨가원소는 C, Ni, Al, Cr, Si, Mn, B, Ti, Nd, V일 수 있다.The added elements in the FeCu alloy material powder canning step (S10) may be C, Ni, Al, Cr, Si, Mn, B, Ti, Nd, and V.
상기 FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계(S10)의 상기 FeCu 합금 소재 분말은 D50=500㎛ 이하의 입도를 가질 수 있다.The FeCu alloy material powder in the FeCu alloy material powder canning step (S10) may have a particle size of D50 = 500 ㎛ or less.
상기 FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계(S10)의 상기 캔의 소재는 금속, 세라믹 및 이들의 복합체로 이루어지는 군에서는 선택되는 1종일 수 있다.The material of the can in the FeCu alloy material powder canning step (S10) may be a type selected from the group consisting of metals, ceramics, and composites thereof.
상기 1차 HIP 처리 단계(S20)는 상기 FeCu 합금 소재 분말이 장입된 캔을 HIP 고온 가압로에 장입한 후 가열 가압하여 소결하는 것에 의해 고강도 고열전도성 FeCu 합금을 제조하는 단계일 수 있다.The first HIP processing step (S20) may be a step of manufacturing a high-strength, high-thermal conductivity FeCu alloy by charging a can loaded with the FeCu alloy material powder into a HIP high-temperature pressurizing furnace and then heating and pressing and sintering.
상기 1차 HIP 처리 단계(S20)는, Fe Cu 상태도 상에서 Cu가 FCC 상이고 Fe가 BCC 상으로 존재하는 FCC-BCC 상 영역의 온도에서 수행될 수 있다.The first HIP treatment step (S20) may be performed at a temperature in the FCC-BCC phase region where Cu is in the FCC phase and Fe is in the BCC phase on the FeCu phase diagram.
상기 1차 HIP 처리 단계(S20)는 850℃ 이하의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.The first HIP treatment step (S20) may be performed at a temperature of 850°C or lower.
상기 1차 HIP 처리 단계 및 2차 HIP 처리 단계(S20, S40)는 FeCu 합금의 항복 응력 이상의 압력으로 수행되는 것일 수 있다. 이때, 상기 항복 응력은 Fe, Cu 및 첨가원소의 조성에 따라 가변될 수 있다.The first HIP treatment step and the second HIP treatment step (S20, S40) may be performed at a pressure higher than the yield stress of the FeCu alloy. At this time, the yield stress may vary depending on the composition of Fe, Cu, and additional elements.
상기 냉각 단계(S30)는 상기 1차 HIP 처리 단계(S20)가 수행되어 제조된 FeCu 합금이 내장된 캔을 냉각시키는 단계일 수 있다. 상기 냉각은 가열 가압로의 내부를 상온으로 냉각하는 단계일 수 있다. 상기 냉각은 상온으로 냉각된 FeCu 합금이 내장된 캔을 수냉, ??칭 등의 냉각 처리를 추가로 포함할 수도 있다.The cooling step (S30) may be a step of cooling the can containing the FeCu alloy manufactured by performing the first HIP treatment step (S20). The cooling may be a step of cooling the inside of the heating and pressurizing furnace to room temperature. The cooling may further include cooling treatment such as water cooling or quenching of the can containing the FeCu alloy cooled to room temperature.
상기 2차 HIP 처리 단계(S40)는 냉각된 상기 FeCu 합금이 내장된 캔을 다시 가열 가압로에 장입한 후 상기 1차 HIP 처리 단계(S10)의 온도와 압력 조건으로 HIP 처리를 수행하는 후열처리 단계일 수 있다.The second HIP treatment step (S40) is a post-heat treatment in which the can containing the cooled FeCu alloy is charged back into the heating and pressurizing furnace and then HIP treatment is performed under the temperature and pressure conditions of the first HIP treatment step (S10). It may be a step.
즉, 상기 1차 HIP 처리 단계(S20)와 2차 HIP 처리 단계(S40)를 통해 FeCu 합금의 FCC - BCC 상 영역의 온도에서 항복 응력 이상의 압력으로 1차 및 2차 HIP 처리를 수행하는 것에 의해 고강도 고열전도성 특성을 가지며, 2차 HIP 처리에 의해 1차 HIP 처리된 FeCu 합금보다 열전도도가 더욱 향상된 FeCu 합금을 제조할 수 있도록 한다.That is, by performing the first and second HIP treatments at a pressure higher than the yield stress at the temperature of the FCC-BCC phase region of the FeCu alloy through the first HIP treatment step (S20) and the second HIP treatment step (S40). It has high strength and high thermal conductivity characteristics, and secondary HIP treatment allows the production of FeCu alloy with more improved thermal conductivity than the primary HIP treated FeCu alloy.
제조된 상기 FeCu 합금은 로크웰 경도(HRA) 66.4 내지 80이고, 열전도도가 80 내지 270 W/mㆍK일 수 있다.The manufactured FeCu alloy may have a Rockwell hardness (HRA) of 66.4 to 80 and a thermal conductivity of 80 to 270 W/m·K.
상기 FeCu 합금의 FCC - BCC 상 영역 밖의 온도에서 항복 응력 이하의 압력으로 1차 및 2차 HIP 처리를 수행하는 경우 제조된 FeCu 합금의 강도 및 열전도도가 저하된다.When the primary and secondary HIP treatments are performed at a temperature outside the FCC-BCC phase region of the FeCu alloy and at a pressure below the yield stress, the strength and thermal conductivity of the produced FeCu alloy are reduced.
<실험예><Experimental example>
표 1의 조건으로 비교예로서 HIP 처리를 수행하지 않은 종래의 주조에 의해 FeCu 합금(비교예 1)을 제조하고, 본 발명의 실시예에 따라 700 ℃에서 항복 응력 이상의 압력으로 1차 HIP 처리에 의해 FeCu 합금(실험예 1)을 제조하고, 1차 HIP 처리에 의해 제조된 FeCu 합금을 냉각한 후, 1차 HIP 처리 조건과 동일한 조건으로 후 열처리를 수행하는 2차 HIP 처리를 수행하여 FeCu 합금(실험예 2)를 제조하였다.As a comparative example under the conditions in Table 1, an FeCu alloy (Comparative Example 1) was manufactured by conventional casting without HIP treatment, and subjected to primary HIP treatment at a pressure higher than the yield stress at 700 ° C. according to an embodiment of the present invention. After manufacturing the FeCu alloy (Experimental Example 1) by cooling the FeCu alloy prepared by the first HIP treatment, performing the second HIP treatment in which post heat treatment is performed under the same conditions as the first HIP treatment conditions, the FeCu alloy (Experimental Example 2) was prepared.
도 2는 FeCu 합금의 함량 및 온도별 상 변화를 나타내는 Fe Cu 상태도 그래프이다. 즉, 상기 실험예 1은 Fe Cu 상태도에서 FCC(Cu 상) -BCC(Fe 상) 상 영역의 온도(700℃)와 항복 응력 이상의 압력으로 1차 HIP 처리를 수행하여 제조되었다. 그리고 상기 실험예 2는 Fe Cu 상태도에서 FCC(Cu 상) -BCC(Fe 상) 상 영역의 온도(700℃)와 항복 응력 이상의 압력으로 1차 HIP 처리를 수행하고, 냉각한 후, 후열처리로서 1차 HIP 처리와 동일한 조건으로 2차 HIP 처리를 수행하여 제조되었다.Figure 2 is a FeCu phase diagram graph showing phase changes by content and temperature of FeCu alloy. That is, Experimental Example 1 was manufactured by performing the first HIP treatment at a temperature (700°C) of the FCC (Cu phase) -BCC (Fe phase) phase region in the FeCu phase diagram and a pressure higher than the yield stress. And in Experimental Example 2, the first HIP treatment was performed at a temperature (700°C) of the FCC (Cu phase) -BCC (Fe phase) phase region in the FeCu phase diagram and a pressure higher than the yield stress, cooled, and then subjected to post-heat treatment. It was manufactured by performing the second HIP treatment under the same conditions as the first HIP treatment.
제조된 비교예, 실험예 1 및 2의 FeCu 합금의 로크웰 경도(HRA) 및 열전도도를 측정하였다.Rockwell hardness (HRA) and thermal conductivity of the prepared FeCu alloys of Comparative Examples and Experimental Examples 1 and 2 were measured.
표 1과 같이, HIP 처리를 수행하지 않은 비교예, FCC(Cu 상)-BCC(Fe 상) 상 영역의 온도(700℃, FCC-BCC)와 FeCu 항복 응력 값 이상의 압력으로 1차 HIP 처리를 수행하여 제조된 실험예 1의 및 2차 HIP 처리를 수행한 실험예 2의 로크웰 경도(HRA)는 각각 48.8, 66.3 및 63.8로 측정되었다.As shown in Table 1, a comparative example in which HIP treatment was not performed, the first HIP treatment was performed at a temperature of the FCC (Cu phase)-BCC (Fe phase) phase region (700°C, FCC-BCC) and a pressure higher than the FeCu yield stress value. The Rockwell hardness (HRA) of Experimental Example 1 prepared by performing the second HIP treatment and Experimental Example 2 prepared by performing the secondary HIP treatment were measured to be 48.8, 66.3, and 63.8, respectively.
또한, FCC(Cu 상)-BCC(Fe 상) 상 영역의 온도(700℃)와 FeCu 항복 응력 값 이상의 압력으로 1차 HIP 처리를 수행하여 제조된 실험예 1의 및 2차 HIP 처리를 수행한 실험예 2의 열전도도는 각각 74.6W/mㆍK, 95.4W/mㆍK 및 124.8W/mㆍK로 측정되었다.In addition, the first HIP treatment was performed at a temperature (700°C) of the FCC (Cu phase)-BCC (Fe phase) phase region and a pressure higher than the FeCu yield stress value of Experimental Example 1 and the second HIP treatment was performed. The thermal conductivity of Experimental Example 2 was measured as 74.6W/m·K, 95.4W/m·K, and 124.8W/m·K, respectively.
Fe Cu 합금의 함량 및 온도별 상태도에서 FCC(Cu 상) -BCC(Fe 상) 상 영역의 온도와 항복 응력 이상의 압력으로 1차 HIP 처리를 수행하여 제조된 실험예 1의 경우 종래기술의 주조에 의해 제조된 비교예에 비해 강도 및 열전도도가 현저히 향상되는 것을 확인하였다.In the case of Experimental Example 1, which was manufactured by performing the first HIP treatment at the temperature of the FCC (Cu phase) -BCC (Fe phase) phase region and the pressure above the yield stress in the phase diagram according to the content and temperature of the Fe Cu alloy, the casting of the prior art was performed. It was confirmed that the strength and thermal conductivity were significantly improved compared to the comparative example prepared by.
또한, 2차 HIP 처리를 수행한 FeCu 합금인 실험예 1은 1차 HIP 처리에 의해 제조된 FeCu 합금에 비하여 열전도도가 더욱 현저히 향상되는 것을 확인하였다.In addition, it was confirmed that the thermal conductivity of Experimental Example 1, which was a FeCu alloy prepared by secondary HIP treatment, was significantly improved compared to the FeCu alloy prepared by primary HIP treatment.
본 발명의 실험 예의 합금은 Fe-10Cu이나 본 발명은 도 2의 Fe와 Cu의 상태도에서 FCC(Cu)+BCC(Fe) 영역의 Fe와 Cu의 조성을 가질 수 있다.The alloy in the experimental example of the present invention is Fe-10Cu, but the present invention may have a composition of Fe and Cu in the FCC (Cu) + BCC (Fe) region in the Fe and Cu phase diagram of FIG. 2.
상술한 본 발명의 실시예의 고강도 고열전도성 FeCu 합금 및 그 제조 방법은 고강도/고열전도성이 모두 필요한 금형, 열교환기, FeCu 합금 주조재, 3D 프린팅 소재, 분말 야금 등의 모든 방식으로 제조된 합금에 적용될 수 있다.The high-strength, high-thermal conductivity FeCu alloy and its manufacturing method of the embodiments of the present invention described above can be applied to alloys manufactured by all methods such as molds, heat exchangers, FeCu alloy castings, 3D printing materials, and powder metallurgy that require both high strength and high thermal conductivity. You can.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the technical idea of the present invention described above has been described in detail in preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for illustrative purposes only and are not intended for limitation. Additionally, those skilled in the art of the present invention will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached claims.
Claims (9)
상기 FeCu 합금 소재 분말이 장입된 캔을 HIP(Hot Isostatic Pressure) 고온 가압로에 장입한 후 가열 가압하여 소결하는 것에 의해 FeCu 합금을 제조하는 1차 HIP 처리 단계;
상기 1차 HIP 처리 단계에 의해 제조된 FeCu 합금을 냉각하는 단계; 및
상기 냉각된 FeCu 합금을 상기 1차 HIP 처리 단계와 동일 조건으로 2차 HIP 처리를 수행하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 HIP 처리에 의한 FeCu 합금 제조 방법.FeCu alloy material powder canning step of charging FeCu alloy material powder into a can and performing canning;
A first HIP processing step of producing an FeCu alloy by charging the can loaded with the FeCu alloy material powder into a HIP (Hot Isostatic Pressure) high-temperature pressurizing furnace and then heating and pressing and sintering;
Cooling the FeCu alloy produced by the first HIP treatment step; and
A method for producing an FeCu alloy by continuous HIP treatment, comprising the step of performing a second HIP treatment on the cooled FeCu alloy under the same conditions as the first HIP treatment step.
상기 FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계의 상기 FeCu 합금 소재 분말은 FeCu 합금 분말 또는 Fe 분말과 Cu 분말의 혼합 분말 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 HIP 처리에 의한 FeCu 합금 제조 방법.According to paragraph 1,
The FeCu alloy material powder in the FeCu alloy material powder canning step is a method for producing FeCu alloy by continuous HIP processing, characterized in that it contains at least one of FeCu alloy powder or a mixed powder of Fe powder and Cu powder.
상기 FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계의 상기 FeCu 합금 소재 분말은 상기 FeCu 합금 분말 또는 Fe 분말과 Cu 분말의 혼합 분말 중 어느 하나 이상에 더하여 전체 FeCu 합금 소재 분말의 10 중량% 이하의 첨가원소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 HIP 처리에 의한 FeCu 합금 제조 방법.According to paragraph 1,
The FeCu alloy material powder in the FeCu alloy material powder canning step further contains an additive element of 10% by weight or less of the total FeCu alloy material powder in addition to one or more of the FeCu alloy powder or a mixed powder of Fe powder and Cu powder. A method for manufacturing FeCu alloy by continuous HIP treatment, characterized in that.
상기 FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계의 상기 첨가원소는 C, Ni, Al, Cr, Si, Mn, B, Ti, Nd 및 V로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 연속 HIP 처리에 의한 FeCu 합금 제조 방법.According to paragraph 3,
FeCu by continuous HIP treatment, characterized in that the added element in the FeCu alloy material powder canning step is one or more selected from the group consisting of C, Ni, Al, Cr, Si, Mn, B, Ti, Nd, and V. Alloy manufacturing method.
상기 FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계의 상기 FeCu 합금 소재 분말은 D50=500㎛ 이하의 입도를 가지는 것을 특징으로 하는 연속 HIP 처리에 의한 FeCu 합금 제조 방법.According to paragraph 1,
A method for producing FeCu alloy by continuous HIP processing, characterized in that the FeCu alloy material powder in the FeCu alloy material powder canning step has a particle size of D50 = 500㎛ or less.
상기 FeCu 합금 소재 분말 캐닝 단계의 상기 캔의 소재는 금속, 세라믹 및 이들의 복합체로 이루어지는 군에서는 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 HIP 처리에 의한 FeCu 합금 제조 방법.According to paragraph 1,
A method for producing FeCu alloy by continuous HIP processing, characterized in that the material of the can in the FeCu alloy material powder canning step includes at least one selected from the group consisting of metals, ceramics, and composites thereof.
상기 1차 HIP 처리 단계 및 2차 HIP 처리 단계는, Fe Cu 상태도 상에서 Cu가 FCC 상이고 Fe가 BCC 상으로 존재하는 FCC-BCC 상 영역의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 연속 HIP 처리에 의한 FeCu 합금 제조 방법.According to paragraph 1,
The first HIP treatment step and the second HIP treatment step are performed at a temperature in the FCC-BCC phase region where Cu is in the FCC phase and Fe is in the BCC phase on the FeCu phase diagram. FeCu by continuous HIP treatment, characterized in that Alloy manufacturing method.
상기 1차 HIP 처리 단계 및 2차 HIP 처리 단계는 FeCu 합금의 항복 응력 이상의 압력으로 수행되는 것을 특징으로 하는 연속 HIP 처리에 의한 FeCu 합금 제조 방법.According to paragraph 1,
A method for manufacturing FeCu alloy by continuous HIP treatment, characterized in that the first HIP treatment step and the second HIP treatment step are performed at a pressure greater than the yield stress of the FeCu alloy.
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