KR101685926B1

KR101685926B1 - 강도와 압출성이 우수한 7000계 알루미늄합금 압출재

Info

Publication number: KR101685926B1
Application number: KR1020150100890A
Authority: KR
Inventors: 박상우; 박진우; 김성헌; 신경식
Original assignee: (주)알루코
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2016-12-14

Abstract

본 발명은 Al-Zn-Mg-(Cu)계 열처리형 알루미늄합금인 7000계 알루미늄합금에 관한 것으로, 특히 항복강도와 압출성이 종래의 7000계 알루미늄합금에 비하여 크게 향상되어 스마트폰 등의 이동통신단말기나 디지털 카메라와 같은 전자기기의 프레임 등으로 제작이 될 때 압출 생산성이 향상되고 변형이나 흠집이 쉽게 발생하지 않게 되는 강도와 압출성이 우수한 7000계 알루미늄합금에 관한 것이다. 본 발명은, Si 0.2wt% 이하, Fe 0.4wt% 이하, Cu 0.3∼1.2wt%, Mg 1.0∼2.0wt%, Zn 5.1∼6.1wt%, Cr 0.19∼0.25wt%, Ti 0.02wt 이하, Zr 0.14∼0.25wt%, 잔부는 Al으로 이루어진 알루미늄합금 빌렛을 455(±15)∼485(±15)℃의 온도로 예열하여 압출하였을 때 4mm/sec 이상의 압출 속도를 나타내고, 상기 압출한 알루미늄합금 빌렛을 100℃에서 5시간 유지하였다가 30분간 승온과정을 거쳐 150℃에서 8시간 유지시킨 후 냉각시키는 열처리를 하였을 때 457MPa 이상의 항복강도를 갖게 되는 강도와 압출성이 우수한 7000계 알루미늄합금 압출재를 제공한다.

Description

강도와 압출성이 우수한 7000계 알루미늄합금 압출재{7xxx aluminium alloy extruded material having enhanced strength and extrusion formability}

본 발명은 Al-Zn-Mg-(Cu)계 열처리형 알루미늄합금인 7000계 알루미늄합금의 압출재에 관한 것으로, 특히 항복강도와 압출성이 종래의 7000계 알루미늄합금 압출재에 비하여 크게 향상되어 스마트폰과 같은 IT기기나 디지털 카메라 등 전자기기의 프레임 등으로 제작이 될 때 압출 생산성이 향상되고 변형이나 흠집이 쉽게 발생하지 않게 되는 강도와 압출성이 우수한 7000계 알루미늄합금재에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 알루미늄합금은 중량이 가볍고 내식성과 가공성이 우수하여 자동차, 항공기, 건축, 기계, 전자 등 거의 모든 산업 분야에 걸쳐 널리 사용되고 있는 합금이다. 특히, 알루미늄합금 분류상 Al-Zn-Mg-(Cu)계 열처리형 알루미늄합금인 7000계열의 알루미늄합금은, 알루미늄합금 중 가장 높은 강도를 갖는 Al-Zn-Mg-Cu계 합금과 Cu를 포함하지 않는 중강도의 Al-Zn-Mg계 합금으로 분류되기도 한다.

이러한 7000계 알루미늄합금은 다른 알루미늄합금에 비하여 60% 정도 강도가 높기 때문에, 최근에 스마트폰과 같은 이동통신단말기와 디지털 카메라 등 전자기기의 프레임을 제작하는 소재로 사용하기에 이르고 있다. 즉, 미국의 애플사(Apple Inc.)에서는 차기 스마트폰의 바디 프레임을 제작하는 데에 고강도의 7000계 알루미늄합금을 채택하기로 결정한 바 있다.

한편, 현재 개발되어 있는 7000계 알루미늄합금으로는 하기 선행기술문헌들에 공개되어 있는 특허문헌 1∼특허문헌 6 등의 것들이 알려져 있다. 이 가운데는 특허문헌 5의 경우는 앞서 언급한 애플사의 차기 스마트폰에 적용이 되는 것으로 예상이 되고 있다.

특허문헌 1에 공개된 알루미늄합금은 Al-Zn-Mg계 성분에 0.01∼1중량%의 스칸듐(Sc)을 첨가하고, 여기에 선택적으로 하프늄(Hf)과 지르코늄(Zr)을 첨가함으로써, 경도와 탄성계수 및 인장강도를 향상시키고 있다.

특허문헌 2에 공개된 알루미늄합금은 Al-Zn-Mg계 성분에 대해 Fe,Si 및 Ti를 이용하여 금속간 화합물을 제어함으로써 인성을 증가시키고, Zr과 Cr를 이용하여 결정립 조직을 변화시킴으로써 우수한 기계적 특성과 압출성을 동시에 확보하고 있다.

특허문헌 3에 공개된 알루미늄합금은 자동차의 범퍼 백 빔의 용도로 사용하기 위해 종래 7003 알루미늄합금의 성분조성을 재조정한 것인데, Cr을 배제하고 Mg와 Zn의 성분비를 적절히 조절함으로써, 인장강도 항복강도를 높여 고강도를 확보와 동시에 기존 소재 대비 연신율을 높인 것이다.

특허문헌 4에 공개된 알루미늄합금은 5.0∼6.0 중량%의 Zn, 1.0∼2.0 중량%의 Cu, 2.0∼3.0 중량 %의 Mg을 함유하고 있으며, 적절한 후속 가공 열처리 공정을 통하여 판재의 기계적 특성과 가공성을 향상시키고 있다.

특허문헌 5에 공개된 알루미늄합금은 알루미늄 이외의 우세한 합금화 원소로서 Zn을 2.0∼22중량% 포함하고 있는데, Zn의 함량범위가 지나치게 넓게 제시되어 있어 합금화 원소로서의 첨가 효과가 불분명하며, 제2원소, 제3원소, 기타 포함되는 원소들과의 조합에 따른 개선된 특성의 실현 여부가 명확하지 않다.

특허문헌 6에 공개된 알루미늄합금은 Zn 3.0∼8.0중량％, Mg 0.5∼4.0중량％를 포함하고, Cu 0.05∼0.6중량％, Ag 0.01∼0.15중량％ 중 1종 또는 2종을 더 포함하거나, Mn 0.05∼0.3중량％, Cr 0.03∼0.2중량％, Zr 0.03∼0.3중량％ 중 1종 또는 2종 이상을 더 포함하고 있으며, 평균 결정립경과 소경사각 입계의 평균 비율 및 대경사각 입계의 평균 비율을 한정함으로써, 인공 시효 처리 후의 0.2％ 내력이 350㎫ 이상인 강도와 내SCC성을 확보하고 있다.

대한민국 특허공개번호 제10-2001-0016472호(2001.03.05 공개) 대한민국 특허공개번호 제10-2009-0045981호(2009.05.11 공개) 대한민국 특허공개번호 제10-2009-0063518호(2009.06.18 공개) 대한민국 특허공개번호 제10-2015-0042099호(2015.04.20 공개) 대한민국 특허공개번호 제10-2013-0108338호(2013.10.02 공개) 대한민국 특허공개번호 제10-2015-0038678호(2015.04.08 공개)

항복강도 450MPa 이상의 상용 알루미늄합금은 Al-Zn-Mg-Cu계 열처리형 알루미늄합금인 7000계열의 알루미늄합금인데, 이러한 종래의 7000계 알루미늄합금들은 높은 강도를 얻을 수 있는 반면에 압출성이 떨어지는 문제가 있다. 즉, 상태도 상에서 고상선 온도(solidus temperature)가 500℃ 이하로 낮기 때문에 압출시 출구 온도를 고상선 온도 이하로 압출해야 하며, 압출시 마찰열에 의한 온도 상승으로 인해 압출 속도가 저하된다. 또한, 압출시 빌렛의 예열 온도를 감소시킬 필요가 있으나 그럴 경우 플로우 스트레스(flow stress)가 증가됨에 따라 압출 하중이 상승하여 압출성이 떨어지게 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 개선하기 위해 개발된 것으로서, 항복강도 457MPa 이상의 고강도를 확보함과 아울러 압출성이 향상되고 양호한 표면상태와 내식성 및 경도값을 갖게 되는 강도와 압출성이 우수한 7000계 알루미늄합금 압출재를 제공하는 데에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, Si 0.2wt% 이하, Fe 0.4wt% 이하, Cu 0.3∼1.2wt%, Mg 1.0∼2.0wt%, Zn 5.1∼6.1wt%, Cr 0.19∼0.25wt%, Ti 0.02wt 이하, Zr 0.14∼0.25wt%, 잔부는 Al으로 이루어진 알루미늄합금 빌렛을 455(±15)∼485(±15)℃의 온도로 예열하여 압출하였을 때 4mm/sec 이상의 압출 속도를 나타내고, 상기 압출한 알루미늄합금 빌렛을 100℃에서 5시간 유지하였다가 30분간 승온과정을 거쳐 150℃에서 8시간 유지시킨 후 냉각시키는 열처리를 하였을 때 457MPa 이상의 항복강도를 갖게 되는 강도와 압출성이 우수한 7000계 알루미늄합금 압출재를 제공한다.

위와 같이 구성된 본 발명은, 항복강도 457MPa 이상의 고강도를 확보할 수 있음과 아울러 압출성과 표면상태, 내식성 및 경도값이 우수한 압출재를 얻을 수 있으므로, 스마트폰과 같은 IT기기나 디지털 카메라 등 전자기기의 프레임 등으로 제작이 될 때 생산성이 향상되는 효과를 기대할 수 있고, 변형이나 흠집이 쉽게 발생하지 않는 우수한 품질의 제품을 제작할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 Cu의 함량별로 알루미늄합금 압출재 시편에 대한 염수분무시험 결과를 나타낸 사진이다.
도 2는 동일 Mg 함량(1.5wt%)에서 Zn 함량 변화에 따른 기계적 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 동일 Mg 함량(1.5wt%)에서 Zn 함량 변화에 따른 압출 압력 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 알루미늄합금에서 Zn 함량 변화에 따른 강도를 나타낸 그림이다.
도 5는 Si 함량 변화에 따른 7000계 알루미늄합금에서의 강도 변화를 나타낸 그림이다.
도 6은 본 발명의 성분과 조성이 적용된 알루미늄합금 빌렛을 440℃의 온도로 예열하여 압출하였을 때 압출재의 표면을 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 성분과 조성이 적용된 알루미늄합금 빌렛을 430℃ 미만의 온도로 예열하여 압출하였을 때 압출재를 촬영한 사진이다.
도 8은 도 6의 알루미늄합금 압출재에 열처리 방법을 예시한 도면이다.
도 9는 도 6의 알루미늄합금 압출재에 다른 열처리 방법을 예시한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 기재사항은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 내용에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 구현하고자 하는 강도와 압출성이 우수한 7000계 알루미늄합금 압출재는 Cu와 Mg, Zn, Cr, Zr의 함량 조절과 열처리 조건을 통해 강도와 압출성이 향상됨으로써, 스마트폰이나 디지털 카메라와 같은 IT기기 등 각종 전자기기의 프레임 등으로 제작이 되기에 적합한 특성을 갖추게 된다.

본 발명의 알루미늄합금 압출재는 다음과 같은 성분과 조성으로 한정된다. 즉, Si 0.2wt% 이하, Fe 0.4wt% 이하, Cu 0.3∼1.2wt%, Mg 1.0∼2.0wt%, Zn 5.1∼6.1wt%, Cr 0.19∼0.25wt%, Ti 0.02wt 이하, Zr 0.14∼0.25wt%, 잔부는 Al으로 이루어진다. 여기서 본 발명의 목적을 달성하기 위해 적극적으로 함유되는 성분별 합금의 영향과 조성 범위에 대한 한정 이유는 다음과 같다.

먼저, Cu는 알루미늄합금에서 열처리 효과를 극대화하는 원소인데, 첨가량이 증가함에 따라 미세한 등축정의 결정립을 형성하여 결정립계에 존재하는 공정상이 증가함으로써 강도를 향상시키게 된다. 따라서 7000계 알루미늄합금에서 고강도 합금의 경우 Cu를 첨가하여 강도를 향상시키고 있으나, Cu로 인해 표면 내식성이 저하되는 문제가 발생한다. 특히, Cu가 첨가된 알루미늄합금을 부품의 외장재로 사용할 경우, 표면 부식에 의한 황변이 발생하기 쉬우며, 발청 또한 Cu가 미포함된 알루미늄합금과 대비할 때 발생 시간이 단축되는 문제가 있다. 게다가, Cu가 2.1wt% 이상 함유될 경우에는 원소재 제작시 크랙 발생이 빈번하여 생산성이 저하되는 문제가 있다. 본 발명에서 Cu를 0.3wt% 미만으로 첨가했을 때는 압출재의 항복강도가 457MPa을 만족하지 못하게 되고, Cu가 1.2wt%를 초과하는 경우에는 내식성이 떨어지게 된다. 도 1은 Cu의 함량별로 알루미늄합금 압출재 시편에 대한 염수분무시험 결과를 보여주고 있는데, 좌상측 그림부터 시계 방향으로 각각 Cu가 0.3wt%, 1.2wt%, 1.4wt%, 1.6wt% 첨가된 것이다. 도 1을 통해 Cu가 1.2wt%를 초과하여 1.4wt% 및 1.6wt% 첨가된 시편에서 발청 및 변색이 심화되어 내식성이 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 457MPa 이상의 항복강도를 만족할 수 있는 0.3wt% 이상의 Cu를 함유하되, 내식성의 저하를 방지하기 위해 1.2wt%로 Cu의 최대 함량을 제한하게 된다.

다음으로, Zn은 7000계 알루미늄합금의 주요 합금으로서, 성형 후 열처리를 통하여 MgZn2 상을 형성함으로써 강도를 향상시키게 된다. Mg와 결합하고 남은 잉여 Zn은 입계에 집중되기 때문에 입계 내식성을 감소시켜 응력부식균열에 취약성을 나타내므로, 합금 설계시 Mg와 Zn의 비율이 중요하다. Zn의 함량이 5.1wt% 미만일 경우 동일 Mg 함량에서 MgZn2의 공정상이 줄어들기 때문에 강도가 저하되는 문제가 있다. 따라서, 상용 7000계 알루미늄합금 소재에서도 5wt% 이상을 포함하여 고강도의 강성을 확보하고 있다. 그러나, Zn의 함량이 6.1wt%를 초과할 경우에는 잉여 Zn이 입계에 집중되어 있기 때문에 압출 성형시 전위의 이동을 방해하기 때문에 압출성이 떨어지게 된다. 따라서, 동일 Mg 함량에서 Zn의 함량이 6.1wt%를 초과할 경우에는 동일 압출 조건에서 압출 압력이 증가하기 때문에 압출성이 떨어지는 문제가 있다. 이에, 본 발명에서는 457MPa 이상의 항복강도를 만족하면서 압출성의 향상을 위하여 Zn의 함량 범위를 5.1∼6.1wt%로 한정한다. 도 2는 동일 Mg 함량(1.5wt%)에서 Zn 함량 변화에 따른 기계적 특성 변화를 보여주고 있으며, 도 3은 동일 Mg 함량(1.5wt%)에서 Zn 함량 변화에 따른 압출 압력 변화를 보여주고 있다. 그리고, 도 4는 알루미늄합금에서 Zn 함량 변화에 따른 강도를 나타낸 것으로서, 잉여 Zn의 함량이 증가되어도 강도는 크게 향상되지 않는 것을 알 수 있다.

다음으로, Mg은 알루미늄합금에서 고용 강화 효과로 널리 알려져 있는 원소로서, Mg 함량이 증가할수록 압출성이 감소되며, 7000계 알루미늄합금에서 Mg은 Zn과 결합하여 강도를 향상시킨다. Mg 함량이 2.0wt를 초과할 경우 압출성은, A6063 알루미늄합금의 압출성을 100으로 하였을 때, 53으로서 1/2 수준으로 감소하는 경향을 보이고 있다. Mg의 증가에 따른 압출 압력의 증가는 Al 기지 중의 Mg 고용 강화 및 Mg2Si 금속간화합물의 체적 증가에 따라 증가되는 것으로서, 7000계 알루미늄합금에서 불순물인 Si의 함량을 최소화하고 Zn 및 Mg의 비율에 따른 강도 및 압출성을 확보해야 한다. Zn/Mg의 비율이 높아질수록 응력부식균열 저항성이 감소하기 때문에, 적정의 비율을 유지하는 것이 유리한데, 이에 본 발명에서는 Zn/Mg의 비율을 2.5∼6으로 제한하여 잉여 Zn을 최소화하며, 이에 따른 내식성 감소 및 압출성을 향상시키고자 한다. Mg의 함량이 1.0wt% 미만일 경우 Zn/Mg 비율이 증가하여 잉여 Zn이 증가하고 MgZn2 석출상이 감소하기 때문에, 강도가 저하하고 응력부식균열 저항성이 감소하게 된다. 또, Mg의 함량이 2.0wt%를 초과할 경우에는 7000계 알루미늄합금에서 Mg의 고용 강화로 인한 강도는 상승하지만 압출성이 크게 감소한다. 따라서, 본 발명에서는 Mg의 함량 범위를 1.0∼2.0wt%로 제한한다.

다음으로, Cr과 Zr은 재결정 억제 효과를 발휘하는 합금원소로서, Cr은 0.19wt% 이상, Zr은 0.14wt% 이상으로 첨가되었을 때 재결정 효과를 기대할 수 있으나, Cr이 0.25wt%를 초과할 경우 소성변형시 석출물이 성장하여 강도 저하의 원인이 되고, Zr이 0.25wt%를 초과할 경우에도 Al₃Zr 분산상에 의한 재결정 억제 효과가 감소하여 강도 저하의 원인이 된다. 따라서, 본 발명에서 Cr은 0.19∼0.25wt%, Zr은 0.14∼0.25wt%로 함량 범위를 제한하도록 한다.

다음으로, Si은 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 함량 증가에 따라 Mg₂Si 공정상이 증가하여 강도가 저하되므로, 본 발명에서는 강도의 확보를 위해 Si의 함량을 0.2wt% 이하로 제한한다.

또, Fe는 Al-Fe-Si 금속간화합물을 형성하여 강도 저하의 원인이 되므로 0.4wt% 이하로 제한하며, Ti은 알루미늄합금 빌렛 제조시 미세화제의 역할을 하지만 과도한 첨가시 압출성을 저하시키게 되므로 본 발명에서는 0.02wt%로 제한한다.

이상과 같은 성분과 조성범위를 갖는 알루미늄합금 빌렛을 주조하기 위해서는, 일반적인 빌렛 주조 방법(Vertical Direct Chill & Air Slip Casting)을 사용할 수도 있고, 스프레이 포밍 공법(Spray Forming)을 사용할 수도 있다. 전자의 경우에는 주조 후 균질화 열처리(10시간 동안 480℃로 상승 후 14시간 유지)를 요하는데, 상승 시간 감소시 빌렛에 내부 응력에 의한 크랙이 발생할 수도 있다. 그리고, 후자의 경우에는 냉각 가스를 이용하여 용탕을 분무시키면서 주조를 행하는데, 균질화 열처리가 불필요하다는 장점이 있다.

위와 같이 위와 같이 주조된 알루미늄합금 빌렛을 455(±15)∼485(±15)℃의 온도로 예열하여 압출하였을 때 4mm/sec 이상의 압출 속도를 나타내는데, 도 6에 보이는 것처럼 매우 양호한 표면의 압출물을 얻을 수 있다. 반면에, 455(±15)℃ 미만의 온도로 알루미늄합금 빌렛을 예열하는 경우에는 저온에 이를수록 압출속도가 저하됨으로써 압출성이 떨어지게 된다. 특히, 상기 온도보다 낮은 저온 예열 후 압출시 압출 하중이 증가하고, 도 7에 보이는 것처럼 압출물의 표면에 크랙이 발생하며, 압출 속도는 1mm/sec 이하에 이르게 된다. 위에서 ±15℃의 온도 편차는 알루미늄합금 빌렛을 예열하는 가열로에서 실제 현장 작업시 발생하는 편차값이다.

한편, 알루미늄합금 빌렛을 열처리함으로써 기계적 특성을 향상시킨다. 열처리 방법으로는 두 가지를 수행하였다.

첫 번째 열처리 방법은, 도 8과 같이 175℃에서 12시간 유지 후 냉각시키는 원 스텝 조건으로 수행하였는데, 본 발명의 성분과 조성범위를 갖는 알루미늄합금 빌렛은 412∼507MPaMPa의 항복강도를 갖는 것으로 나타났다. 두 번째 열처리 방법으로, 도 9와 같이 100℃에서 5시간 유지하였다가 30분간 승온과정을 거쳐 150℃에서 8시간 유지시킨 후 냉각하는 투 스텝으로 수행하였는데, 이 방법을 적용한 결과 본 발명의 성분과 조성범위를 갖는 알루미늄합금 빌렛은 457∼531MPa의 항복강도를 갖는 것으로 나타났다. 따라서, 첫 번째 열처리 방법에 비해 두 번째 열처리 방법을 적용하면, 본 발명의 성분과 조성범위를 갖는 알루미늄합금 빌렛은 457MPa 이상의 항복강도를 만족하게 됨을 알 수 있다.

<실시예 및 비교예>

다음의 표 1은 본 발명의 성분과 조성범위를 갖는 실시예들과 이에 대응하여 본 발명의 조성범위를 벗어나는 비교예들에 대한 성분 및 조성을 나타낸 표이다. 그리고, 표 2는 이들 실시예와 비교예를 대상으로 항복강도와 압출압력, 압출속도, 표면상태, 내식성 등을 시험한 결과를 나타낸 것이다.

실시예들과 비교예들은 각각 전술한 것처럼 알루미늄합금 빌렛을 스프레이 포밍 공법에 의해 주조한 것으로서, 빌렛을 440℃의 온도로 예열한 후 2750톤급 압출기로 압출하였으며, 이것을 175℃에서 12시간 유지 후 냉각시키는 열처리(열처리1)를 하거나, 100℃에서 5시간 유지하였다가 30분간 승온과정을 거쳐 150℃에서 8시간 유지시킨 후 냉각시키는 열처리(열처리2)를 행하였다.

또, 표 3은 본 발명의 실시예1과 실시예2 및 실시예3에 대하여 빌렛의 예열온도를 달리했을 경우에 압출압력, 압출속도, 표면상태, 경도(HRB)를 시험한 결과를 나타낸 것이다.

함량:wt%, 잔부는 Al

	Si	Fe	Cu	Mg	Zn	Cr	Ti	Zr
실시예1	0.20	0.40	0.30	1.00	5.10	0.19	0.02	0.14
실시예2	0.20	0.40	0.75	1.50	5.60	0.22	0.02	0.20
실시예3	0.20	0.40	1.20	2.00	6.10	0.25	0.02	0.25
비교예1	0.20	0.40	0.12	1.00	6.30	0.20	0.02	0.11
비교예2	0.20	0.40	1.20	2.20	6.10	0.19	0.02	0.14
비교예3	0.20	0.40	0.30	2.20	5.10	0.19	0.02	0.14
비교예4	0.20	0.40	0.30	0.80	5.10	0.19	0.02	0.14
비교예5	0.20	0.40	0.12	1.00	5.10	0.19	0.02	0.14
비교예6	0.20	0.40	1.40	1.00	5.10	0.19	0.02	0.14
비교예7	0.20	0.40	0.30	1.00	4.90	0.19	0.02	0.14

	항복강도(MPa)		압출압력 (bar)	압출속도 (mm/sec)	표면상태	내식성
	열처리1	열처리2	압출압력 (bar)	압출속도 (mm/sec)	표면상태	내식성
실시예1	412	457	170	4	○	10
실시예2	452	488	183	4	○	8
실시예3	507	531	195	4	○	6
비교예1	377	409	191	4	○	10
비교예2	515	542	213	2	○	4
비교예3	457	492	197	4	×	7
비교예4	400	431	165	4	○	10
비교예5	361	389	168	4	○	10
비교예6	441	476	185	4	○	1
비교예7	399	438	170	4	○	10

※표면상태 : ○는 양호, ×는 불량

※내식성 : 1-저하, 5-우수, 10-매우 우수

	빌렛예열온도 (±15℃)	압출압력 (bar)	압출속도 (mm/sec)	표면상태	경도 (HRB)
실시예1	425	187	4	○	81
	455	170	4	○	84
	485	163	4	○	85
	515	157	4	×	-
실시예2	425	207	3.5	○	-
	455	183	4	○	86
	485	173	4	○	87
	515	165	4	×	-
실시예3	425	210	3	○	-
	455	195	4	○	89
	485	189	4	○	89
	515	182	4	×	-

※표면상태 : ○는 양호, ×는 표면 뜯김(Hot Cracking)

상기 표 1 내지 표 3에 나타나 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1과 실시예2 및 실시예3은 각각 본 발명에서 한정하고 있는 성분과 조성범위 내에 속하는 알루미늄합금 빌렛의 시편들인데, 455(±15)∼485(±15)℃의 온도로 예열하여 압출하였을 때 압출압력이 163∼195bar를 나타내고, 4mm/sec의 압출속도를 나타냄으로써, 압출성이 매우 우수함을 알 수 있다. 또, 실시예1∼실시예3에 대하여 열처리2의 방법에 의해 열처리를 수행하였을 경우에는 457MPa 이상의 항복강도를 얻을 수 있으며, 표면상태와 내식성이 우수하고, 경도값이 HRB 84∼89로서 양호한 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

이에 비해, 실시예1∼실시예3에 대하여 빌렛의 예열온도를 본 발명이 제시하는 온도범위보다 낮은 425(±15)℃로 하였을 경우에는, 실시예1처럼 경도값이 떨어지거나(HRB 81), 실시예2와 실시예3처럼 압출속도가 3.5mm/sec 또는 3mm/sec로 낮고 압출압력이 207bar 또는 210bar로 증가하여 압출성이 저하되는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예1∼실시예3에 대하여 빌렛의 예열온도를 본 발명이 제시하는 온도범위보다 높은 515(±15)℃로 하였을 경우에는, 실시예1∼실시예3 모두에서 표면 뜯김(Hot Cracking)이 발생하여 표면상태에 불량이 발생하는 것을 알 수 있다.

한편, 비교예1∼비교예7은 본 발명에서 첨가하고 있는 성분들 중 적극적으로 첨가되는 어느 한 성분 이상의 조성범위가 본 발명이 한정하는 범위를 벗어나는 알루미늄합금 빌렛의 시편들이다. 이 가운데, Cu의 함량이 부족하고 Zn의 함량이 본 발명의 범위를 초과하는 비교예1의 경우, 열처리1 및 열처리2의 방법에 의해 열처리를 하더라도 항복강도가 377MPa 및 409MPa로서 강도가 떨어지는 것을 알 수 있다. 또, Mg의 함량이 본 발명의 범위를 초과하는 비교예2과 비교예3에서, 비교예1과 같이 Cu와 Zn의 함량이 최대 허용치를 갖더라도 압출속도가 떨어지게 되고, 비교예3과 같이 Cu와 Zn의 함량이 최소 허용치를 갖는 경우 표면상태가 불량하게 됨을 알 수 있다. 또한, Mg의 함량이 본 발명의 범위 미만인 0.80wt% 첨가된 비교예4의 경우에는 열처리1 및 열처리2의 방법에 의해 열처리를 하였을 때 각각 400MPa과 431MPa의 항복강도를 나타냄으로써 강도가 저하되는 것을 알 수 있다. Cu의 함량이 본 발명의 함량 범위에 미달하는 0.12wt% 첨가된 비교예5에서도 열처리1 및 열처리2의 방법에 의해 열처리를 하였을 때 각각 361MPa과 389MPa의 항복강도를 나타냄으로써 강도가 저하되는 것을 알 수 있다. Cu의 함량이 본 발명의 함량 범위를 초과하는 1.40wt% 첨가된 비교예6에서는 열처리2의 방법에 의해 열처리를 하였을 때 476MPa의 항복강도를 갖지만 내식성이 매우 낮게 떨어지는 것을 확인할 수 있다. Zn의 함량이 본 발명의 함량 범위에 미달하는 4.90wt% 첨가된 비교예7의 경우에는 열처리1 및 열처리2의 방법에 의해 열처리를 하더라도 항복강도가 각각 399MPa 및 438MPa로서 강도가 저하되는 것을 알 수 있다.

위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명이 목적으로 하는 항복강도와 압출성, 표면상태, 내식성 및 경도값 등을 확보하기 위해서는, Si 0.2wt% 이하, Fe 0.4wt% 이하, Cu 0.3∼1.2wt%, Mg 1.0∼2.0wt%, Zn 5.1∼6.1wt%, Cr 0.19∼0.25wt%, Ti 0.02wt 이하, Zr 0.14∼0.25wt%, 잔부는 Al으로 이루어지도록 성분과 조성범위를 한정하되, 이러한 성분과 조성범위의 알루미늄합금 빌렛을 455(±15)∼485(±15)℃의 온도로 예열하여 압출하고, 압출한 알루미늄합금 빌렛을 100℃에서 5시간 유지하였다가 30분간 승온과정을 거쳐 150℃에서 8시간 유지시킨 후 냉각시키는 열처리(열처리2)를 하여야 함을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 알루미늄합금 압출재는 압출시 4mm/sec 이상의 압출 속도를 갖게 되고, 열처리2의 방법에 의한 열처리시 457MPa 이상의 항복강도를 가짐으로써, 강도와 압출성이 매우 우수한 결과를 나타내게 된다.

이상에서 기재된 본 발명은 상기 내용에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims

Si 0.2wt% 이하, Fe 0.4wt% 이하, Cu 0.3∼1.2wt%, Mg 1.0∼2.0wt%, Zn 5.1∼6.1wt%, Cr 0.19∼0.25wt%, Ti 0.02wt 이하, Zr 0.14∼0.25wt%, 잔부는 Al으로 이루어진 알루미늄합금 빌렛을 440∼500℃의 온도로 예열하여 압출하였을 때 4mm/sec 이상의 압출 속도를 나타내고, 상기 압출한 알루미늄합금 빌렛을 100℃에서 5시간 유지하였다가 30분간 승온과정을 거쳐 150℃에서 8시간 유지시킨 후 냉각시키는 열처리를 하였을 때 457MPa 이상의 항복강도를 갖게 되는 강도와 압출성이 우수한 7000계 알루미늄합금 압출재.