KR20010102456A - ＡｌＭｇＳｉ 타입 알루미늄 합금으로 제조된 제품 - Google Patents
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Abstract
소성변형에 의해 운동에너지를 흡수하는 능력이 큰 구조부재 제조용 알루미늄 합금(AlMgSi형)은 0.45-0.85 중량% 실리콘, 0.35-1.0중량% 마그네슘, 0.05-0.30 중량% 구리, 0.05-0.25중량% 철, 최대 0.25 중량% 바나듐, 최대 0.10 중량% 망간, 합금 제조와 관련된 최대 0.05 중량% 불순물(총 최대 0.15 중량%), 나머지 알루미늄을 함유한다. 상기 합금으로 된 구조부재는 압연된 스트립 또는 쉬이트 형태로 제조된다. 이 합금은 차량의 본네트, 도어 및 트렁크 뚜껑과 같은 2편 쉬이트 구조물 제조용으로 균열을 형성하거나 오렌지 피일 효과를 보이지 않으면서 높은 굽힘성을 갖는 차체 부재제조에 적합하다. 구조 부재 및 차체 부재는 쉽게 재생될 수 있다.
Description
충동 양태는 차량 제조시 중요한 측면이나 이것은 도로 및 철로 차량에 둘다 적용된다. 도로 및 철로 차량 제작자는 충돌시 가능한 많은 에너지가 흡수되어서 승객의 상해 위험을 감소시키도록 하는 차량의 특수성분 및 구조 단위를 선호한다. 소위 충돌 요소의 디자인은 물론이고 재료 및 조인트의 기계적 성질이 대단히 중요하다. 목적은 파열이 일어나기 전에 최대한의 에너지를 흡수하는 것이다. 이것은 파열 강도에 대한 낮은 항복강도 비율에 의해 달성된다. 또한 고신장률이 중요한 재료특성이다. 구조적 견지에서 특정 강도 수준, 최소 신장률, 내식성 또는 기타 필수 특성이 특정될 수 있다.
에너지 절감을 목적으로 더욱 가벼운 자동차를 제조하려는 시도는 자동차 분야용으로 수많은 알루미늄 합금을 개발시켰다. 이상적으로는 자동차의 다양한 부분에 사용될 수 있는 단지 하나의 단일한 합금이 있어야 한다. 특히 자동차의 공간 프레임 구조물을 재생시키거나 스크랩을 가공할 목적으로 동일한 합금으로 차체 쉬이트 및 구조 성분을 제조하고 압출될 섹션으로 프레임을 제조할 수 있다면 바람직할 것이다. 그러나 자동차에서 상이한 성분은 상이한 성질을 필요로 한다. 예컨대 차체 외부 쉬이트용 알루미늄 합금은 인발, 딥 드로우잉 및 굽힘을 위해서 성형성이 높아야 하며 동시에 도장 후 고강도를 보여야 한다. 특히 본네트, 도어 및 트렁크 뚜껑과 같은 2편 쉬이트 구조물 제조용 쉬이트는 이들 성분이 종종 플랜지 연결되므로 균열을 형성하거나 오렌지 피일 효과를 보이지 않고 굽힘성이 커야 한다.
EP-A-0805219 는 차량 제조용으로 AlMgSi 합금으로 제조된 구조물을 발표한다. 이 구조물은 압출에 의해 종래의 방식으로 제조된다.
본 발명은 소성 변형에 의해 운동 에너지를 흡수하는 성질이 큰 구조재 제조용 AlMgSi 형 알루미늄 합금에 관계한다. 본 발명은 또한 승용차의 본네트, 도어 및 트렁크 뚜껑과 같은 2편 쉬이트 구조물 형태에서 균열이 형성되거나 오렌지 피일 효과를 보이지 않고 굽힘성이 좋은 차량 차체 부재를 포함한다.
본 발명의 목적은 압출된 구조물에 의해 달성되는 충돌 양태 조건을 충족시키는 구조물을 제공하는 것이다. 추가로 구조물용 합금이 차체 제조에 사용될 수 있어야 한다.
이러한 목적은 다음을 함유한 합금에 의해 달성된다.
실리콘 0.45 ∼ 0.85 중량%
마그네슘 0.35 ∼ 1.0 중량%
구리 0.05 ∼ 0.30 중량%
철 0.05 ∼ 0.25 중량%
바나듐 최대 0.25 중량%
망간 0.10 중량%
합금 제조와 관련된 불순물 : 최대 0.05 중량% (총 최대 0.15 중량%)
나머지 알루미늄
구조물은 압연판으로 제조된다.
다음 조성이 더욱 선호된다.
실리콘 0.50 ∼ 0.8 중량%
마그네슘 0.40 ∼ 0.65 중량%
구리 0.05 ∼ 0.20 중량%
철 0.05 ∼ 0.20 중량%
바나듐 최대 0.20 중량%
본 발명에 따른 구조물은 쉬이트로 형성되며 튜브형 부재 또는 중공체에 연결된 부재이다. 튜브형 부재는 직사각형 단면을 가지는 것이 선호되지만 원칙적으로 임의의 단면형상을 가질 수 있다. 복잡한 성분의 경우에 하이드로포밍(hydroforming)을 적용하여 튜브형 부재의 형상이 형성된다.
튜브형 부재에 쉬이트를 연결시키는 것은 용접, 접착제 결합, 리벳팅 또는 나사연결에 의해 이루어질 수 있다.
구조 부재에 사용되는 합금은 본네트, 도어 및 트렁크 뚜껑과 같은 차체 부재 제조에 사용되어서 구조부재 또는 차체 쉬이트의 재생이나 스크랩 가공을 단순화시킨다.
본 발명에 따른 구조 부재는 특히 자동차 제조시 안전 부재로서 적합하다.
본 발명에 따른 합금은 압출, 스트립 구조, 열간/냉간 압연에 의해 쉬이트 또는 스트립으로 가공된다. 충돌 양태 및 굽힘성 측면에서 최적의 성질을 달성하기 위해서 520∼580℃의 연속 스트립 처리로에서 용액처리가 수행되고 켄칭이 수행된다. 켄칭은 쉬이트 두께에 따라 물이나 공기를 사용한다. 용액 처리시 Si 및 Mg2Si 와 같은 모든 가용성 성분이 고체 용액속에 들어가고 냉각시 과포화 상태로 존재하도록 주의가 필요하다. 냉각속도는 기계적 성질에 큰 영향을 미치는데, 냉각속도가 너무 느리면 그레인 경계에서 Si 및 Mg2Si 가 석출되어서 충돌 및 굽힘 양태에 나쁜 영향을 미친다. 또한 시효 경화성 및 내식성이 손상된다.
구조 부재와 차체 부재는 인공적으로 시효 경화된 상태에서, 특히 열처리된 상태(T6)에서 사용된다. 차체 부재의 경우에 이와 같은 열처리 상태는 도장 융착 싸이클동안 생성된다.
본 발명에 따른 구조 부재 및 차체 부재 제조에 사용되는 스트립 또는 쉬이트는 0.8∼4 ㎜ 두께이다.
또한 스트립 및 쉬이트가 최종 가공전에 화학적 또는 전기화학적 예비처리되거나 건조 윤활제로 코팅된다.
실시예 1
다음 조성의 합금과 자동차용 표준 합금 AA 6016 이 연속 주조, 열간 및 냉간 압연가공되어서 1.2 ㎜ 두께의 쉬이트가 된다. 540℃에서 용액처리가 수행되고수냉된다.
0.82 중량% Si
0.57 중량% Mg
0.22 중량% Fe
0.07 중량% Cu
0.005 중량% V
0.08 중량% Mn
본 발명의 합금으로 제조된 쉬이트 샘플과 비교용 합금으로 제조된 쉬이트에 대해 T4 열처리 상태에서 측정된 기계적 성질과 성형성이 표 1 에 비교된다.
| RmMPa | Rp0.2MPa | A10% | n5% | r | f=ri/t | |
| 본 발명 | 261 | 146 | 26.8 | 0.29 | 0.61 | ＜0.1 |
| AA 6016 | 254 | 138 | 28.5 | 0.29 | 0.59 | 0.3 |
표 1 의 결과는 본 발명의 합금이 AA 6016 합금 보다 굽힘성이 양호함을 보여준다.
실시예 2
다음 조성의 합금과 표준 합금 AA 6016 이 연속 주조, 열간 및 냉간 압연에 의해 105 ㎜ 두께의 쉬이트로 가공된다. 540 ℃에서 용액처리가 수행되고 이후에 수냉된다.
0.59 중량% Si
0.55 중량% Mg
0.15 중량% Fe
0.07 중량% Cu
0.10 중량% V
0.08 중량% Mn
| 상태 | RmMPa | Rp0.2MPa | A10% | n5% | r | f=ri/t | 충돌양태 | |
| 본 발명 | T4 | 222 | 113 | 25.8 | 0.30 | 0.57 | ＜0.1 | 3 |
| 본 발명 | T6 | 263 | 229 | 11.5 | - | - | 0.25 | 3 |
| AA 6016 | T4 | 254 | 138 | 28.5 | 0.29 | 0.59 | 0.30 | 3 |
| AA 6016 | T6 | 295 | 258 | 14.2 | - | - | 0.60 | 1 |
표 2 의 결과는 본 발명에 따른 합금이 특히 인공적으로 시효경화된 상태에서 AA 6016 합금에 비해서 충돌 양태가 양호함을 보여준다.
실시예 3
다음 조성의 합금과 표준 합금 AA 6016이 연속주조, 열간 및 냉간 압연에 의해 1.5 ㎜ 두께의 쉬이트로 가공된다. 560 ℃에서 용액처리가 수행된 후 수냉이 수행된다.
0.60 중량% Si
0.53 중량% Mg
0.20 중량% Fe
0.14 중량% Cu
0.15 중량% V
0.07 중량% Mn
| 상태 | RmMPa | Rp0.2MPa | A10% | n5% | r | f=ri/t | 충돌양태 | |
| 본 발명 | T4 | 212 | 112 | 26.4 | 0.28 | 0.52 | 0.15 | 3 |
| 본 발명 | T6 | 243 | 199 | 13.8 | - | - | 0.25 | 3 |
| AA 6016 | T4 | 232 | 124 | 27.6 | 0.29 | 0.61 | 0.40 | 3 |
| AA 6016 | T6 | 283 | 211 | 17.9 | - | - | 0.65 | 1 |
실시예 4
다음 조성의 합금과 비교용 표준 합금 AA 6016 이 연속주조, 열간 및 냉간 압연에 의해 2.0 ㎜ 두께의 쉬이트로 가공된다. 560 ℃에서 용액처리가 수행된 후 수냉된다.
0.57 중량% Si
0.53 중량% Mg
0.18 중량% Fe
0.07 중량% Cu
0.006 중량% V
0.07 중량% Mn
| 상태 | RmMPa | Rp0.2MPa | A10% | n5% | r | f=ri/t | 충돌양태 | |
| 본 발명 | T4 | 191 | 120 | 24.4 | 0.22 | 0.50 | 0.10 | 3 |
| 본 발명 | T6 | 257 | 226 | 11.5 | - | - | 0.30 | 3 |
| AA 6016 | T4 | 215 | 131 | 24.8 | 0.24 | 0.58 | 0.40 | 2 |
| AA 6016 | T6 | 297 | 223 | 12.8 | - | - | 0.70 | 1 |
표 4 의 결과는 특히 인공적으로 시효경과된 상태에서 본 발명의 합금이 AA 6016 합금보다 양호한 충돌 양태를 가짐을 보여준다.
실시예 1∼ 4에서
T4 = 열처리 상태 : 용액처리 및 켄칭
T6 = 열처리 상태 : 용액처리, 켄칭, 210 ℃에서 30분간 인공적 시효경화(T6 상태는 도장 융착 싸이클동안 달성된다)
Rm: 인장강도
R0.2: 항복강도
A10: 신장률
n5%: 5% 신장에서 가공경화 계수
r : r-값 (평균 수직 이방성)
f = ri/t : 굽힘 인자(ri: 최소반경, t :쉬이트 두께)
반-정적 압축 테스트에서 충돌 양태는 1∼3으로 표시되는데, 3 이 최상의 값이다. 반-정적 압축 테스트는 에너지 흡수 성분을 평가한다. 필요한 양태는 균열 형성없이 균일하게 접히는 것이다. 압축 샘플의 외양은 다음 수치로 평가된다 :
3(균열 형성 없음, 균일한 접힘)
2(거침, 약간 균열이 형성됨)
1(균열이 형성됨)
Claims (18)
- 압연된 쉬이트 또는 스트립으로 제조되며 성형되고 연결되어서 차량 제조시 안전 성분으로서 소성변형에 의해 운동에너지를 흡수하는 능력이 큰 파이프형 부재 또는 중공체를 생성하며 다음 조성을 가지는 AlSiMg 형 알루미늄 합금.실리콘 0.45 ∼0.85 중량%마그네슘 0.35 ∼ 1.0 중량%구리 0.05 ∼ 0.30 중량%철 0.05 ∼ 0.25 중량%바나듐 최대 0.25 중량%망간 최대 0.10 중량%합금 제조와 관련된 불순물 최대 0.05 중량%(총 최대 0.15중량%) 나머지 알루미늄.
- 제 1 항에 있어서, 합금이 0.50∼0.80중량% 실리콘을 함유함을 특징으로 하는 구조부재.
- 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 합금이 0.40∼0.65 중량% 마그네슘을 함유함을 특징으로 하는 구조부재.
- 제 1 항 내지 3 항 중 한 항에 있어서, 합금이 0.05∼0.20 중량% 구리를 특징으로 하는 구조부재.
- 제 1 항 내지 4 항 중 한 항에 있어서, 합금이 0.05∼0.20중량% 철을 특징으로 하는 구조부재.
- 제 1 항 내지 5항 중 한 항에 있어서, 합금이 최대 0.20중량% 바나듐을 특징으로 하는 구조부재.
- 제 1 항 내지 6 항 중 한 항에 있어서, 쉬이트로 형성되어 튜브형 부재나 중공체에 연결됨을 특징으로 하는 구조부재.
- 제 7 항에 있어서, 하이드로포밍에 의해 모양이 형성됨을 특징으로 하는 구조부재.
- 제 1 항 내지 7 항 중 한 항에 있어서, 연속 잉곳 또는 스트림 주조, 열간/냉간 압연과 520∼580℃의 연속로에서 용액처리후 켄칭에 의해 스트립 또는 쉬이트가 제조됨을 특징으로 하는 합금.
- 차량 제조시 안전 부재로서 청구항 1 ∼9 항 중 한 항에 따른 구조부재.
- 차량의 본네트, 도어 및 트렁크 뚜껑과 같은 2편 쉬이트 구조물 형태로서 균열을 형성하거나 오렌지 피일 효과를 보이지 않고 높은 굽힘성을 보이며 다음을 함유한 AlSiMg 형 알루미늄 합금으로 제조된 차체.실리콘 0.45 ∼0.85 중량%마그네슘 0.35 ∼ 1.0 중량%구리 0.05 ∼ 0.30 중량%철 0.05 ∼ 0.25 중량%바나듐 최대 0.25 중량%망간 최대 0.10 중량%합금 제조와 관련된 불순물 최대 0.05 중량%(총 최대 0.15중량%) 나머지 알루미늄.
- 제 11 항에 있어서, 합금이 0.50∼0.80중량% 실리콘을 함유함을 특징으로 하는 합금.
- 제 11 항 또는 12 항에 있어서, 합금이 0.40∼0.65 중량% 마그네슘을 함유함을 특징으로 하는 합금.
- 제 11 항 내지 13 항 중 한 항에 있어서, 합금이 0.05∼0.20 중량% 구리를특징으로 하는 합금.
- 제 11 항 내지 14 항 중 한 항에 있어서, 합금이 0.05∼0.20중량% 철을 특징으로 하는 합금.
- 제 11 항 내지 15항 중 한 항에 있어서, 합금이 최대 0.20중량% 바나듐을 특징으로 하는 합금.
- 제 11 항 내지 16 항 중 한 항에 있어서, 연속 잉곳 또는 스트림 주조, 열간/냉간 압연과 520∼580℃의 연속로에서 용액처리후 켄칭에 의해 스트립 또는 쉬이트가 제조됨을 특징으로 하는 구조부재.
- 인공적으로 시효경화된 상태 T6에서 사용되는 청구항 1 내지 9 또는 청구항 11 내지 17 중 한 항에 따른 구조부재.
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