KR102709479B1 - High-strength 6xxx aluminium alloy for extrusion and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘(Si): 1.0 ~ 1.35wt%, 마그네슘(Mg): 0.68 ~ 0.92wt%, 망간(Mn): 0.5 ~ 0.8wt%, 구리(Cu): 0.30 ~ 0.56wt%, 지르코늄(Zr): 0.1 ~ 0.2wt%, 크롬(Cr): 0.05 ~ 0.25wt%, 아연(Zn): 0.10wt% 이하, 티타늄(Ti): 0.02wt% 이하, 바나듐(V): 0.03wt% 이하, 철(Fe): 0.25wt% 이하 및 잔량의 불가피한 불순물 및 알루미늄(Al)을 포함하는, 알루미늄 합금을 제공한다. The present invention provides an aluminum alloy including silicon (Si): 1.0 to 1.35 wt%, magnesium (Mg): 0.68 to 0.92 wt%, manganese (Mn): 0.5 to 0.8 wt%, copper (Cu): 0.30 to 0.56 wt%, zirconium (Zr): 0.1 to 0.2 wt%, chromium (Cr): 0.05 to 0.25 wt%, zinc (Zn): 0.10 wt% or less, titanium (Ti): 0.02 wt% or less, vanadium (V): 0.03 wt% or less, iron (Fe): 0.25 wt% or less, and the remainder being unavoidable impurities and aluminum (Al).
Description
본 발명은 압출용 고강도 6XXX 알루미늄 합금 및 압출재 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 고강성이 요구되는 전기차용 배터리 케이스 등 자동차 부재 및 산업용 부재로 사용될 수 있는 압출용 고강도 6XXX 알루미늄 합금 및 이를 이용한 압출재 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a high-strength 6XXX aluminum alloy for extrusion and a method for manufacturing an extruded material. More specifically, the present invention relates to a high-strength 6XXX aluminum alloy for extrusion that can be used as automotive parts such as battery cases for electric vehicles requiring high strength and industrial parts, and a method for manufacturing an extruded material using the same.
최근 자동차 시장에서 전기차가 주목받고 있으며, 전기차용 배터리는 셀(Cell), 모듈(module), 팩(Pack)으로 이루어지며, 팩용 하우징은 셀을 보호하기 위한 핵심 부품이다. Recently, electric vehicles have been attracting attention in the automobile market, and batteries for electric vehicles are composed of cells, modules, and packs, and the pack housing is a key component for protecting the cells.
배터리 팩 및 케이스용 압출소재는 셀 온도가 과열되지 않도록 열 방출이 용이하고, 열전도율이 높은 알루미늄 합금 압출 부재가 주로 이용되고 있다. 소정의 공정으로 생산된 알루미늄 합금 압출 부재는 절단, 절삭, 벤딩, 펀칭 등과 같은 기계적 가공뿐만 아니라 조립을 위한 용접 및 열처리 등과 같은 접합과정을 거쳐 배터리 모듈로 조립되게 되고, 최종적으로 전기차에 적용되고 있다. 그러나 낮은 연료 소비와 CO2 배출량을 특징으로 하는 친환경 전기 자동차 제조를 위해서는 기존 알루미늄 합금을 고강도, 고연성의 부품으로 교체하여 차량 무게를 줄임으로써 달성할 수 있다. Extruded materials for battery packs and cases are mainly made of aluminum alloy extruded members that are easy to dissipate heat to prevent the cell temperature from overheating and have high thermal conductivity. Aluminum alloy extruded members produced through a certain process are assembled into battery modules through mechanical processing such as cutting, milling, bending, and punching, as well as joining processes such as welding and heat treatment for assembly, and are ultimately applied to electric vehicles. However, in order to manufacture eco-friendly electric vehicles characterized by low fuel consumption and CO2 emissions, it can be achieved by reducing the weight of the vehicle by replacing existing aluminum alloys with high-strength, high-ductility parts.
이를 위해서 종래 전기차용 배터리 케이스로 주로 사용되는 6000계(Al-Mg-Si) 합금 중 대표적인 A6N01, A6082 등이 갖고 있는 연성을 동등 이상으로 유지하면서 항복강도 및 인장강도를 상당히 개선할 필요가 있다. 또한 일반적으로 고강도 알루미늄 합금의 경우, 난 압출특성을 가지고 있어 실용화에 많은 제약이 있다. To this end, it is necessary to significantly improve the yield strength and tensile strength while maintaining the ductility equivalent to or higher than that of representative A6N01 and A6082 among the 6000 series (Al-Mg-Si) alloys mainly used for battery cases for electric vehicles. In addition, high-strength aluminum alloys generally have difficult extrusion characteristics, which poses many limitations to their practical use.
따라서 기존 대표적 고강도 압출용 알루미늄 합금인 A6082의 연성을 동등 이상으로 유지하면서 항복강도 및 인장강도를 상당히 개선하고, 동시에 압출 생산성 즉, 압출속도가 높은 압출용 알루미늄 합금의 개발이 요구된다. Therefore, there is a need to develop an extrusion aluminum alloy that significantly improves the yield strength and tensile strength while maintaining the ductility of A6082, a representative high-strength extrusion aluminum alloy, at the same time as high extrusion productivity, that is, high extrusion speed.
대한민국 공개특허공보 제 10-2021-0035366호는 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작 방법 및 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임을 개시하나 고연성, 고강도 및 고압출성을 나타내는 알루미늄 합금의 조성은 개시되지 않는다. Korean Patent Publication No. 10-2021-0035366 discloses a method for manufacturing an aluminum alloy battery housing frame for an electric vehicle and an aluminum alloy battery housing frame, but does not disclose the composition of an aluminum alloy exhibiting high ductility, high strength, and high ejection pressure.
본 발명의 목적은 종래 A6082 압출재 대비 연성으로 유지하면서도, 항복강도 및 인장강도가 개선되고, 압출속도가 증가되어 압출생산성을 증가시킬 수 있는 알루미늄 합금을 제공하는 것이다. The purpose of the present invention is to provide an aluminum alloy which maintains ductility compared to conventional A6082 extruded material, while improving yield strength and tensile strength, and increasing extrusion speed to increase extrusion productivity.
본 발명의 다른 목적은 열간 압출 성형 후에도 고연성, 고강도를 나타내며, 절삭가공이 용이하고 우수한 용접 특성을 가져서 배터리 팩 및 배터리 케이스와 같은 차량용 부재 제작이 용이한 알루미늄 합금의 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an aluminum alloy that exhibits high ductility and high strength even after hot extrusion molding, is easy to cut, and has excellent welding properties, making it easy to manufacture vehicle parts such as battery packs and battery cases.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can all be achieved by the present invention described below.
1. 본 발명의 하나의 관점은 알루미늄 합금에 관한 것이다. 1. One aspect of the present invention relates to an aluminum alloy.
상기 알루미늄 합금은 실리콘(Si): 1.0 ~ 1.35wt%, 마그네슘(Mg): 0.68 ~ 0.92wt%, 망간(Mn): 0.5 ~ 0.8wt%, 구리(Cu): 0.30 ~ 0.56wt%, 지르코늄(Zr): 0.1 ~ 0.2wt%, 크롬(Cr): 0.05 ~ 0.25wt%, 아연(Zn): 0.10wt% 이하, 티타늄(Ti): 0.02wt% 이하, 바나듐(V): 0.03wt% 이하, 철(Fe): 0.25wt% 이하 및 잔량의 불가피한 불순물 및 알루미늄(Al)을 포함한다. The above aluminum alloy contains silicon (Si): 1.0 to 1.35 wt%, magnesium (Mg): 0.68 to 0.92 wt%, manganese (Mn): 0.5 to 0.8 wt%, copper (Cu): 0.30 to 0.56 wt%, zirconium (Zr): 0.1 to 0.2 wt%, chromium (Cr): 0.05 to 0.25 wt%, zinc (Zn): 0.10 wt% or less, titanium (Ti): 0.02 wt% or less, vanadium (V): 0.03 wt% or less, iron (Fe): 0.25 wt% or less, and the remainder of unavoidable impurities and aluminum (Al).
2. 상기 1 구체예에서, 상기 실리콘(Si) 및 마그네슘(Mg)의 함량비는 하기 수학식 1에 따라 결정될 수 있다. 2. In the above specific example 1, the content ratio of silicon (Si) and magnesium (Mg) can be determined according to the following mathematical formula 1.
[수학식 1][Mathematical Formula 1]
1.4 ≤ a /b ≤1.71.4 ≤ a /b ≤1.7
여기서, a는 실리콘, b는 마그네슘 함량(wt%)이다. Here, a is silicon and b is magnesium content (wt%).
3. 상기 1 또는 2구체예에서, 상기 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 및 구리(Cu))의 함량은 하기 수학식 2에 따라 결정될 수 있다. 3. In the above specific examples 1 or 2, the content of silicon (Si), magnesium (Mg) and copper (Cu) can be determined according to the following mathematical formula 2.
[수학식 2][Mathematical formula 2]
2.0 ≤ (a + b + c ) ≤ 2.82.0 ≤ (a + b + c ) ≤ 2.8
여기서, a는 실리콘, b는 마그네슘, 및 c는 구리의 함량(wt%)이다. Here, a is the content of silicon, b is the content of magnesium, and c is the content of copper (in wt%).
4. 상기 1 내지 3 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 지르코늄(Zr)의 함량은 하기 수학식 3에 따라 결정될 수 있다. 4. In any one of the specific examples 1 to 3 above, the content of manganese (Mn), chromium (Cr), and zirconium (Zr) can be determined according to the following mathematical formula 3.
[수학식 3][Mathematical Formula 3]
0.65 ≤ (d + e + f ) ≤ 1.250.65 ≤ (d + e + f ) ≤ 1.25
여기서, d는 망간, e는 크롬, 및 c는 지르코늄의 함량(wt%)이다. Here, d is the content of manganese, e is the content of chromium, and c is the content of zirconium (in wt%).
5. 상기 1 내지 4 중 어느 하나의 구체예에서, 석출경화 원소 및 분산질 형성 원소의 함량비는 하기 수학식 4에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금:5. An aluminum alloy, characterized in that the content ratio of the precipitation hardening element and the dispersion-forming element in any one of the above 1 to 4 specific examples is determined by the following mathematical formula 4:
[수학식 4][Mathematical formula 4]
0.33 ≤ (분산질 형성 원소 총함량) / (석출경화 원소 총함량 ) ≤ 0.440.33 ≤ (Total content of dispersed elements) / (Total content of precipitation hardening elements) ≤ 0.44
여기서, 분산질 형성원소는 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 지르코늄(Zr)이고, 석출경화 원소는 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 및 구리(Cu)이다. Here, the dispersive elements are manganese (Mn), chromium (Cr), and zirconium (Zr), and the precipitation hardening elements are silicon (Si), magnesium (Mg), and copper (Cu).
6. 상기 1 내지 5 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 알루미늄 합금은 인장강도가 392 내지 454Mpa이고, 항복강도는 363 내지 427Mpa이고, 연신율이 12% 이상일 수 있다. 6. In any one of the specific examples 1 to 5 above, the aluminum alloy may have a tensile strength of 392 to 454 MPa, a yield strength of 363 to 427 MPa, and an elongation of 12% or more.
7. 본 발명의 다른 관점은 알루미늄 합금을 이용한 압출재 제조방법에 관한 것이다.7. Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing an extruded material using an aluminum alloy.
상기 알루미늄 합금 제조방법은 (a) 실리콘(Si): 1.0 ~ 1.35wt%, 마그네슘(Mg): 0.68 ~ 0.92wt%, 망간(Mn): 0.5 ~ 0.8wt%, 구리(Cu): 0.30 ~ 0.56wt%, 지르코늄(Zr): 0.1 ~ 0.2wt%, 크롬(Cr): 0.05 ~ 0.25wt%, 아연(Zn): 0.10wt% 이하, 티타늄(Ti): 0.02wt% 이하, 바나듐(V): 0.03wt% 이하, 철(Fe): 0.25wt% 이하 및 잔량의 불가피한 불순물 및 알루미늄(Al)을 포함하는 조성물로 빌렛을 제조하는 단계;The above aluminum alloy manufacturing method comprises: (a) a step of manufacturing a billet with a composition including silicon (Si): 1.0 to 1.35 wt%, magnesium (Mg): 0.68 to 0.92 wt%, manganese (Mn): 0.5 to 0.8 wt%, copper (Cu): 0.30 to 0.56 wt%, zirconium (Zr): 0.1 to 0.2 wt%, chromium (Cr): 0.05 to 0.25 wt%, zinc (Zn): 0.10 wt% or less, titanium (Ti): 0.02 wt% or less, vanadium (V): 0.03 wt% or less, iron (Fe): 0.25 wt% or less, and the remainder of unavoidable impurities and aluminum (Al);
(b) 상기 빌렛을 열처리 후 냉각하는 단계;(b) a step of cooling the billet after heat treatment;
(c) 냉각된 상기 빌렛을 예열하는 단계; 및 (c) a step of preheating the cooled billet; and
(d) 예열된 상기 빌렛을 압출하는 단계를 포함한다. (d) a step of extruding the preheated billet.
8. 상기 7 구체예에서, 상기 실리콘(Si) 및 마그네슘(Mg)의 함량비는 하기 수학식 1에 따라 결정될 수 있다. 8. In the above 7 specific examples, the content ratio of silicon (Si) and magnesium (Mg) can be determined according to the following mathematical formula 1.
[수학식 1][Mathematical Formula 1]
1.4 ≤ a /b ≤ 1.71.4 ≤ a /b ≤ 1.7
여기서, a는 실리콘, b는 마그네슘 함량(wt%)이다. Here, a is silicon and b is magnesium content (wt%).
9. 상기 7 또는 8구체예에서, 상기 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 및 구리(Cu))의 함량은 하기 수학식 2에 따라 결정될 수 있다. 9. In the above 7 or 8 specific examples, the content of silicon (Si), magnesium (Mg) and copper (Cu) can be determined according to the following mathematical formula 2.
[수학식 2][Mathematical formula 2]
2.0 ≤ (a + b + c ) ≤ 2.82.0 ≤ (a + b + c ) ≤ 2.8
여기서, a는 실리콘, b는 마그네슘, 및 c는 구리의 함량(wt%)이다. Here, a is the content of silicon, b is the content of magnesium, and c is the content of copper (in wt%).
10. 상기 7내지 9 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 지르코늄(Zr)의 함량은 하기 수학식 3에 따라 결정될 수 있다. 10. In any one of the specific examples 7 to 9 above, the contents of manganese (Mn), chromium (Cr), and zirconium (Zr) can be determined according to the following mathematical formula 3.
[수학식 3][Mathematical Formula 3]
0.65 ≤ (d + e + f ) ≤ 1.250.65 ≤ (d + e + f ) ≤ 1.25
여기서, d는 망간, e는 크롬, 및 c는 지르코늄의 함량(wt%)이다. Here, d is the content of manganese, e is the content of chromium, and c is the content of zirconium (in wt%).
11. 상기 7 내지 10 중 어느 하나의 구체예에서, 석출경화 원소 및 분산질 형성 원소의 함량비는 하기 수학식 4에 의해 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다. 11. In any one of the specific examples 7 to 10 above, the content ratio of the precipitation hardening element and the dispersion-forming element may be determined by the following mathematical formula 4.
[수학식 4][Mathematical formula 4]
0.33 ≤ (분산질 형성 원소 총함량) / (석출경화 원소 총함량 ) ≤ 0.440.33 ≤ (Total content of dispersed elements) / (Total content of precipitation hardening elements) ≤ 0.44
여기서, 분산질 형성원소는 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 지르코늄(Zr)이고, 석출경화 원소는 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 및 구리(Cu)이다. Here, the dispersive elements are manganese (Mn), chromium (Cr), and zirconium (Zr), and the precipitation hardening elements are silicon (Si), magnesium (Mg), and copper (Cu).
12. 상기 7 내지 11 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 (b) 단계의 열처리는 500 내지 580℃ 승온하고, 4 내지 24시간 동안 열처리할 수 있다. 12. In any one of the specific examples of 7 to 11 above, the heat treatment in step (b) may be performed at a temperature of 500 to 580°C for 4 to 24 hours.
13. 상기 7 내지 12 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 (b) 단계의 냉각은 상온까지 50 내지 250℃/시간의 냉각속도로 상온까지 냉각할 수 있다. 13. In any one of the specific examples 7 to 12 above, the cooling in step (b) can be performed at a cooling rate of 50 to 250°C/hour to room temperature.
14. 상기 7 내지 13 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 (c) 단계의 예열은 400 내지 530℃까지 예열할 수 있다. 14. In any one of the specific examples 7 to 13 above, the preheating in step (c) can be performed to a temperature of 400 to 530°C.
15. 상기 7 내지 14 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 (d) 단계의 압출은 직접식 압출기를 이용하여 압출하되, 초압이 200 내지 300kg/cm2이고 종압이 110 내지 230kg/cm2이며, 램속도는 1.6 내지 2.0 mm/s 일 수 있다. 15. In any one of the specific examples of 7 to 14 above, the extrusion in step (d) may be performed using a direct extruder, at an initial pressure of 200 to 300 kg/cm 2 , an ultimate pressure of 110 to 230 kg/cm 2 , and a ram speed of 1.6 to 2.0 mm/s.
16. 상기 7 내지 13 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 (d) 단계 압출 이후에, 50℃ 이하의 냉각수로 급랭하고, 150 내지 120℃에서 4 내지 24시간 동안 인공 시효하는 단계를 더 포함할 수 있다. 16. In any one of the specific examples of 7 to 13 above, after the extrusion in step (d), a step of rapidly cooling with cooling water of 50° C. or lower and artificially aging at 150 to 120° C. for 4 to 24 hours may be further included.
17. 본 발명의 또 다른 관점은, 상기 알루미늄 합금 압출재 제조방법으로 제조된 압출재를 포함하는 전기차용 배터리 팩을 제공한다.17. Another aspect of the present invention provides a battery pack for an electric vehicle including an extruded material manufactured by the method for manufacturing an aluminum alloy extruded material.
본 발명에 따른 알루미늄 합금은 종래 6XXX 알루미늄 합금 중 대표적 합금인 A6082 압출재 대비 압출속도를 유지하면서도 연신율 12% 이상, 인장강도 390Mpa 이상의 고강도를 나타낼 수 있다. The aluminum alloy according to the present invention can exhibit high strength of 390 MPa or more and an elongation of 12% or more and a tensile strength of 390 MPa or more while maintaining the extrusion speed compared to the A6082 extruded material, which is a representative alloy among conventional 6XXX aluminum alloys.
또한 본 발명에 따른 알루미늄 합금은 석출경화 원소 및 분산질 형성 원소의 함량비를 제어하여 연성이면서 고강도, 고압출생산이 가능한 압출재를 제조할 수 있다. In addition, the aluminum alloy according to the present invention can manufacture an extruded material that is ductile, high-strength, and capable of high-pressure extrusion production by controlling the content ratio of precipitation hardening elements and dispersion-forming elements.
본 발명에 따른 알루미늄 합금은 경량화가 가능하여 전기차의 배터리 케이스뿐만 아니라, 자동차 부품의 크로스 멤버, 사이드 씰 등과 같은 다양한 용도의 산업소재로 활용될 수 있다. The aluminum alloy according to the present invention can be made lightweight and can be used as an industrial material for various purposes, such as not only a battery case for an electric vehicle, but also a cross member and side seal for automobile parts.
도 1은 본 발명의 다른 관점에 따른 알루미늄 합금 압출재 제조방법의 공정흐름도이다. Figure 1 is a process flow diagram of a method for manufacturing an aluminum alloy extrusion material according to another aspect of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 도면은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 하기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. However, the drawings are provided only to help understand the present invention, and the present invention is not limited by the drawings. In addition, the shapes, sizes, ratios, angles, numbers, etc. disclosed in the drawings are exemplary, and the present invention is not limited to the matters illustrated.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. Throughout the specification, the same reference numerals refer to the same components. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description is omitted.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.In the case where 'includes', 'has', 'consists of', etc. are used in this specification, other parts may be added unless 'only' is used. In the case where a component is expressed in the singular, it includes cases where the plural is included unless there is a special explicit description.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.When interpreting a component, it is interpreted as including the error range even if there is no separate explicit description.
본 명세서에서, 수치범위를 나타내는 "a 내지 b"는 "≥a이고 ≤b"으로 정의한다.In this specification, “a to b” indicating a numerical range is defined as “≥a and ≤b”.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금에 대하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, an aluminum alloy according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
상기 알루미늄 합금은 상기 알루미늄 합금은 실리콘(Si): 1.0 ~ 1.35wt%, 마그네슘(Mg): 0.68 ~ 0.92wt%, 망간(Mn): 0.5 ~ 0.8wt%, 구리(Cu): 0.30 ~ 0.56wt%, 지르코늄(Zr): 0.1 ~ 0.2wt%, 크롬(Cr): 0.05 ~ 0.25wt%, 아연(Zn): 0.10wt% 이하, 티타늄(Ti): 0.02wt% 이하, 바나듐(V): 0.03wt% 이하, 철(Fe): 0.25wt% 이하 및 잔량의 불가피한 불순물 및 알루미늄(Al)을 포함한다. The above aluminum alloy contains silicon (Si): 1.0 to 1.35 wt%, magnesium (Mg): 0.68 to 0.92 wt%, manganese (Mn): 0.5 to 0.8 wt%, copper (Cu): 0.30 to 0.56 wt%, zirconium (Zr): 0.1 to 0.2 wt%, chromium (Cr): 0.05 to 0.25 wt%, zinc (Zn): 0.10 wt% or less, titanium (Ti): 0.02 wt% or less, vanadium (V): 0.03 wt% or less, iron (Fe): 0.25 wt% or less, and the remainder of unavoidable impurities and aluminum (Al).
실리콘(Si)Silicon (Si)
실리콘(Si)은 알루미늄 합금의 강도 및 주조 시 압출성에 영향을 미치는 원소이다. Silicon (Si) is an element that affects the strength of aluminum alloys and extrudability during casting.
상기 실리콘은 마그네슘 및 구리와 함께 석출경화를 강화시켜 인장강도를 증가시킬 수 있다. The above silicon can increase tensile strength by strengthening precipitation hardening together with magnesium and copper.
상기 실리콘은 상기 마그네슘과 함께 알루미늄 합금을 구성하는 기본 원소이며, 시효 처리 시 마그네슘과 결합하여 Mg2Si입자를 형성하며, 합금의 강도를 향상시킬 수 있다. The above silicon is a basic element that constitutes an aluminum alloy together with the above magnesium, and when aged, combines with magnesium to form Mg2Si particles, which can improve the strength of the alloy.
구체적으로 실리콘은 1.0 ~ 1.35wt%로 포함되며, 더 바람직하게는 1.1 ~ 1.15wt% 로 포함된다. 상기 범위 미만인 경우에는 강도 향상 효과가 없으며, 상기 범위를 초과하는 경우 알루미늄 합금 표면에 악영향을 미치며, 압출성이 감소되는 문제가 있다. Specifically, silicon is included at 1.0 to 1.35 wt%, more preferably at 1.1 to 1.15 wt%. If it is less than the above range, there is no effect of improving strength, and if it exceeds the above range, there is a problem of adversely affecting the surface of the aluminum alloy and reducing extrudability.
마그네슘(Mg)Magnesium (Mg)
상기 마그네슘은 알루미늄 합금의 강도를 증가시킬 수 있는 원소이다. The above magnesium is an element that can increase the strength of aluminum alloy.
상기 마그네슘은 실리콘 및 구리와 함께 석출경화를 강화시켜 인장강도를 증가시킬 수 있다. The above magnesium can increase tensile strength by strengthening precipitation hardening together with silicon and copper.
상기 마그네슘은 압출재의 시효 처리 시 상기 실리콘과 결합하여 금속간 화합물인 Mg2Si 입자를 석출 분산시켜 합금의 강도를 증가시킨다. The above magnesium combines with the silicon during the aging treatment of the extruded material to precipitate and disperse Mg2Si particles, which are intermetallic compounds, thereby increasing the strength of the alloy.
구체적으로 상기 마그네슘은 0.68 ~ 0.92wt%로 포함되며, 더 바람직하게는 0.8 ~0.9wt%로 포함된다. 상기 범위에 미치지 못하는 경우 실리콘과 결합하여 강도 향상에 필요한 금속간 화합물을 충분하게 형성할 수 없으며, 상기 범위를 초과하는 경우 압출속도를 저하시켜 압출재를 통한 알루미늄 합금 제조 시 압출생산성을 감소시키기는 문제가 있다. Specifically, the magnesium is contained in an amount of 0.68 to 0.92 wt%, more preferably 0.8 to 0.9 wt%. If it is less than the above range, it cannot sufficiently form an intermetallic compound necessary for improving strength by combining with silicon, and if it exceeds the above range, there is a problem in that the extrusion speed is lowered, thereby reducing the extrusion productivity when manufacturing an aluminum alloy through an extruded material.
한 구체예에서 상기 실리콘과 마그네슘과의 결합비율(Si/Mg)을 1.4 ~ 1.7로 조절할 수 있으며, 보다 바람직하게는 1.47로 조절할 수 있다.In one specific example, the bonding ratio of silicon and magnesium (Si/Mg) can be adjusted to 1.4 to 1.7, and more preferably to 1.47.
상기 결합비율을 가지는 경우 압출성을 향상시켜 압출생산성에 영향을 미치지 않으면서, 금속간 화합물을 형성할 수 있기 때문에 알루미늄 합금의 강도를 효과적으로 증가시킬 수 있다. When the above combination ratio is present, the strength of the aluminum alloy can be effectively increased because an intermetallic compound can be formed without affecting the extrusion productivity by improving the extrudability.
망간(Mn)Manganese (Mn)
상기 망간은 알루미늄과 결합하여 Al6Mn, Al12Mn등과 같은 분산상을 형성하고, 상기 분산상은 알루미늄 합금의 강도를 증가시킬 수 있다. 또한 상기 망간은 알루미늄, 철, 실리콘과 금속간 화합물을 형성할 수 있는 천이원소로 알루미늄 합금에 첨가되어 결정립이 조대화 되는 것을 방지할 수 있다. The manganese above combines with aluminum to form a dispersed phase such as Al 16 Mn, Al 12 Mn, etc., and the dispersed phase can increase the strength of the aluminum alloy. In addition, the manganese is a transition element that can form an intermetallic compound with aluminum, iron, and silicon, and can be added to the aluminum alloy to prevent the grains from becoming coarser.
상기 분산상은 압출 후 시효처리전 기지(Matrix) 안에 0.05 ~ 0.5㎛크기의 미세한 상으로 균일하게 분산되어 압출제품에 요구되는 기계적 특성을 향상시킨다. The above-mentioned dispersed phase is uniformly dispersed in a fine phase of 0.05 to 0.5 μm in size in the matrix before aging treatment after extrusion, thereby improving the mechanical properties required for the extruded product.
한 구체예에서, 상기 알루미늄 합금을 시효처리 하면 Mn(망간)계 분산상들은 합금조직 내에 미세하고 균일한 Mg2Si를 안정상인α-Al(Fe,Mn)Si 화합물의 위치에 석출 분산시켜 고속 압출 시 3원 공정 융해에 의한 픽업(압출재의 파단현상)을 억제시키고 불안정상태의 α-AlFeSi상을 안정상인 α상으로의 변태를 촉진시켜 크랙팁(Crack tip)에 집중되는 응력을 완화시킬 수 있다. In one specific example, when the aluminum alloy is aged, the Mn (manganese)-based dispersed phases precipitate and disperse fine and uniform Mg 2 Si at positions of the stable phase α-Al(Fe,Mn)Si compound within the alloy structure, thereby suppressing pick-up (fracture of the extruded material) due to ternary process melting during high-speed extrusion, and promoting transformation of the unstable α-AlFeSi phase into the stable α phase, thereby alleviating stress concentrated at the crack tip.
상기 망간은 0.5 ~ 0.8wt%로 포함된다. 바람직하게는 0.5 ~ 0.6wt%로 포함된다. The manganese is contained in an amount of 0.5 to 0.8 wt%. Preferably, it is contained in an amount of 0.5 to 0.6 wt%.
0.5wt% 미만일 경우 합금조직의 미세화 효과가 낮아 강도향상의 효과가 낮고, 0.8wt%를 초과할 경우에는 강도향상의 효과가 크지 않고, 파단 신율이 감소되어 절삭성이 오히려 감소될 수 있다. When it is less than 0.5 wt%, the effect of refining the alloy structure is low, so the effect of improving strength is low. When it exceeds 0.8 wt%, the effect of improving strength is not significant, and the elongation at break decreases, so the machinability may actually decrease.
상기 망간은 크롬 및 지르코늄과 함께 분산질 형성 원소(dispersoid element)로 첨가될 수 있으며, 재결정을 조절하여 조대 결정립이 형성되지 않도록 할 수 있다.The above manganese can be added as a dispersoid element together with chromium and zirconium, and can control recrystallization to prevent coarse grains from being formed.
구리(Cu)Copper (Cu)
상기 구리(Cu)는 알루미늄과 반응하여 Al2Cu 화합물을 형성하고 미세 등축정의 결정립을 형성하여 결정립계에 존재하는 공정상이 증가함으로써 강도를 향상시킬 수 있으며, 절삭가공성을 증가시킨다. The above copper (Cu) reacts with aluminum to form an Al2Cu compound and forms fine equiaxed crystal grains, thereby increasing the eutectic phase present at the grain boundary, thereby improving strength and increasing machinability.
상기 구리는 0.30 ~ 0.56wt%로 포함되며, 더 바람직하게는 0.30 ~ 0.4wt%로 첨가된다. 상기 범위를 초과하는 경우에는 압출성이 감소되어 마찰이 증가되므로 조대 결정립이 형성되는 문제가 있다. The above copper is included at 0.30 to 0.56 wt%, more preferably at 0.30 to 0.4 wt%. If the above range is exceeded, extrudability decreases and friction increases, resulting in the problem of coarse grains being formed.
상기 구리는 실리콘 및 마그네슘과 함께 석출경화를 강화시켜 인장강도를 증가시킬 수 있다. The above copper can increase tensile strength by enhancing precipitation hardening together with silicon and magnesium.
한 구체예에서, 종래 A6082-T6 알루미늄 소재보다 구리의 함량이 증가되어 인장 강도를 향상시킴과 동시에 파단 신율이 조절되어 알루미늄 합금이 압출재로 제조되는 경우 가공성 및 사용성이 증대될 수 있다. In one specific example, the copper content is increased compared to conventional A6082-T6 aluminum material, thereby improving the tensile strength and controlling the elongation at break, so that when the aluminum alloy is manufactured as an extruded material, the processability and usability can be improved.
지르코늄(Zr)Zirconium (Zr)
상기 지르코늄은 결정립 미세화 효과를 나타내며, 압출성을 증가시킬 수 있다. The above zirconium exhibits a grain refinement effect and can increase extrudability.
상기 지르코늄은 0.1 ~ 0.2wt%로 포함되며, 상기 범위 내에서 압출성을 증가시킬 수 있으며, 압출 시 크랙을 방지할 수 있다. The above zirconium is included in an amount of 0.1 to 0.2 wt%, and can increase extrudability within the above range and prevent cracks during extrusion.
상기 지르코늄이 상기 범위로 포함되는 경우 연신율을 12% 이상으로 제어하 알루미늄 합금의 가공성이 증가될 수 있다. When the above zirconium is included in the above range, the workability of the aluminum alloy can be increased by controlling the elongation to 12% or more.
한편, 상기 지르코늄은 크롬 및 망간과 함께 분산질 형성 원소(dispersoid element)로 첨가될 수 있으며, 재결정을 조절하여 조대 결정립이 형성되지 않도록 할 수 있다.Meanwhile, the zirconium can be added as a dispersoid element together with chromium and manganese to control recrystallization and prevent coarse grains from being formed.
크롬(Cr)Chromium (Cr)
상기 크롬은 결정립을 미세화 하여 알루미늄 합금의 강도를 증가시키고, 표면의 광택을 증가시킬 수 있다. 상기 크롬은 0.05 ~ 0.25wt%로 첨가되며, 바람직하게는 0.1 ~ 0.2wt%로 첨가된다. 상기 범위 내로 첨가되는 경우 연신율을 12% 이상으로 제어할 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 연신율이 감소되고, 압출성 또한 감소되는 문제가 발생될 수 있다. The above chromium can increase the strength of the aluminum alloy by refining the crystal grains and increase the gloss of the surface. The above chromium is added in an amount of 0.05 to 0.25 wt%, and preferably 0.1 to 0.2 wt%. When added within the above range, the elongation can be controlled to 12% or more, and when exceeding the above range, the elongation decreases and the extrudability also decreases, which may cause problems.
상기 크롬은 망간 및 지르코늄과 함께 분산질 형성 원소(dispersoid element)로 첨가될 수 있으며, 재결정을 조절하여 조대한 입자가 형성되지 않도록 할 수 있다.The above chromium can be added as a dispersoid element together with manganese and zirconium, and can control recrystallization to prevent coarse particles from being formed.
아연(Zn)Zinc (Zn)
상기 아연은 철(Fe)과 같이 강도 향상에 기여한다. The above zinc, like iron (Fe), contributes to improving strength.
상기 아연을0.1wt% 이하(0초과)로 첨가되며, 더 바람직하게는 0.03wt% 이하(0초과)로 첨가하는 것이 열처리 공정에 더 적합하다. 상기 범위 내로 첨가되는 경우에는 열처리 공정의 효율을 증가되어 공정을 간소화할 수 있고, 압출성을 증가시킬 수 있으며, 연신율을 12% 이상으로 제어하여 알루미늄 합금의 사용성이 증가될 수 있다. The above zinc is added in an amount of 0.1 wt% or less (exceeding 0), more preferably 0.03 wt% or less (exceeding 0), which is more suitable for the heat treatment process. When added within the above range, the efficiency of the heat treatment process can be increased, thereby simplifying the process, increasing extrudability, and controlling the elongation to 12% or more, thereby increasing the usability of the aluminum alloy.
티타늄(Ti)Titanium (Ti)
상기 티타늄은 결정립 미세화제로 입자를 미세화 시킬 수 있으며, 알루미늄 합금에 첨가되어 합금의 경도를 증가시킬 수 있고, 내식성 또한 향상시킬 수 있다. 상기 티타늄은 0.02wt% 이하(0초과)로 첨가되며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 직접 열간 압출에 있어서 압출성이 감소되는 문제가 발생된다. The titanium described above can be used as a grain refiner to refine particles, and can be added to aluminum alloys to increase the hardness of the alloy and also improve corrosion resistance. The titanium described above is added in an amount of 0.02 wt% or less (exceeding 0), and if it exceeds the above range, there is a problem of reduced extrudability in direct hot extrusion.
바나듐(V)Vanadium (V)
상기 바나듐은 티타늄과 함께 알루미늄 합금의 강도를 증가시킬 수 있는 원소이다. 상기 바나듐은 0.03wt% 이하(0 초과)로 첨가되는 경우 알루미늄 합금의 강도를 증가시키면서도 압출성을 감소시키지 않는다. The above vanadium is an element that can increase the strength of an aluminum alloy together with titanium. When the above vanadium is added in an amount of 0.03 wt% or less (more than 0), it increases the strength of an aluminum alloy without reducing extrudability.
철(Fe)Iron (Fe)
상기 철은 알루미늄 합금의 불순물로 함유되어, 재결정입자의 조대화를 막아준다. The above iron is contained as an impurity in the aluminum alloy and prevents coarsening of recrystallized grains.
상기 철은 0.25wt% 이하(0 초과)로 포함된다. 0.25 wt% 이하로 첨가될 때에는 결정립 크기를 감소시켜 약간의 강도증가와 온도의 증가에 따른 더 좋은 크립(Creep) 특성을 제공하지만, 0.25wt%를 초과하는 경우에는 연성을 감소시키고, 직접 압출의 효율을 떨어뜨리므로 0.25wt% 이하(0초과 )로 첨가되는 것이 바람직하다. The above iron is included at 0.25 wt% or less (exceeding 0). When added at 0.25 wt% or less, it reduces the crystal grain size, providing a slight increase in strength and better creep characteristics according to an increase in temperature, but when added at more than 0.25 wt%, it reduces ductility and lowers the efficiency of direct extrusion, so it is preferable to add at 0.25 wt% or less (exceeding 0).
알루미늄 합금Aluminum alloy
본 발명의 구체예에 따른 알루미늄 합금은 석출경화를 강화시켜 강도가 증가된 것이며, 보다 구체적으로 실리콘, 마그네슘 및 구리를 용체화 처리하고 시효처리하여 석출경화된 것이다. An aluminum alloy according to a specific example of the present invention has increased strength by strengthening precipitation hardening, and more specifically, is precipitation hardened by solution treatment of silicon, magnesium and copper and aging treatment.
한 구체예에서, 상기 실리콘(Si) 및 마그네슘(Mg)의 함량은 하기 수학식 1에 따라 결정될 수 있다. In one specific example, the content of silicon (Si) and magnesium (Mg) can be determined according to the following mathematical formula 1.
[수학식 1][Mathematical Formula 1]
1.4 ≤ a /b ≤1.71.4 ≤ a /b ≤1.7
여기서, a는 실리콘, b는 마그네슘 함량(wt%)이다. Here, a is silicon and b is magnesium content (wt%).
한 구체예에서, 상기 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 및 구리(Cu)의 함량은 하기 수학식 2에 따라 결정될 수 있다. In one specific example, the contents of silicon (Si), magnesium (Mg), and copper (Cu) can be determined according to the following mathematical formula 2.
[수학식 2][Mathematical formula 2]
2.0 ≤ (a + b + c ) ≤ 2.82.0 ≤ (a + b + c ) ≤ 2.8
여기서, a는 실리콘, b는 마그네슘, 및 c는 구리의 함량(wt%)이다. Here, a is the content of silicon, b is the content of magnesium, and c is the content of copper (in wt%).
상기 범위 내로 함량을 조절하여 상기 알루미늄 합금은 압출재로 형성되어 인장강도는 392 내지 454Mpa이고, 항복강도는 363 내지 427Mpa의 범위 내로 조절될 수 있다.By controlling the content within the above range, the aluminum alloy can be formed into an extruded material, and the tensile strength can be controlled within the range of 392 to 454 MPa, and the yield strength can be controlled within the range of 363 to 427 MPa.
한 구체예에서, 상기 알루미늄 합금은 분산질 형성 원소인 상기 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 지르코늄(Zr)의 함량을 조절하여 재결정을 제한하는 방법으로 조대 결정립이 형성되는 것을 방지하여 압출성을 증가시킬 수 있다. In one specific example, the aluminum alloy can increase extrudability by preventing the formation of coarse grains by controlling the content of manganese (Mn), chromium (Cr), and zirconium (Zr), which are dispersoid-forming elements, to limit recrystallization.
상기 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 지르코늄(Zr)의 함량은 하기 수학식 2에 따라 결정될 수 있다. The contents of manganese (Mn), chromium (Cr), and zirconium (Zr) can be determined according to the following mathematical formula 2.
[수학식 3][Mathematical Formula 3]
0.65 ≤ (d + e + f ) ≤ 1.250.65 ≤ (d + e + f ) ≤ 1.25
여기서, d는 망간, e는 크롬, 및 c는 지르코늄의 함량(wt%)이다. Here, d is the content of manganese, e is the content of chromium, and c is the content of zirconium (in wt%).
상기 범위 내에서 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 지르코늄(Zr)의 함량을 조절하여 재결정을 제한하여 조대 결정립의 형성을 방지할 수 있다. By controlling the contents of manganese (Mn), chromium (Cr), and zirconium (Zr) within the above range, recrystallization can be restricted and the formation of coarse grains can be prevented.
한 구체예에서, 상기 알루미늄 합금은 석출경화 원소 및 분산질 형성 원소를 포함하며, 상기 석출경화 원소 및 분산질 형성 원소의 함량비를 제어하여 인장강도를 증가시키면서 파단 신율을 증가시킬 수 있다. In one specific example, the aluminum alloy includes a precipitation hardening element and a dispersion phase forming element, and the tensile strength can be increased while the elongation at break can be increased by controlling the content ratio of the precipitation hardening element and the dispersion phase forming element.
상기 석출경화 원소 및 분산질 형성 원소의 함량비는 하기 수학식 4에 의해 결정될 수 있다. The content ratio of the above precipitation hardening element and dispersion-forming element can be determined by the following mathematical formula 4.
[수학식 4][Mathematical formula 4]
0.33 ≤ (분산질 형성 원소 총함량) / (석출경화 원소 총함량 ) ≤ 0.440.33 ≤ (Total content of dispersed elements) / (Total content of precipitation hardening elements) ≤ 0.44
여기서, 분산질 형성원소는 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 지르코늄(Zr)이고, 석출경화 원소는 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 및 구리(Cu)이다. Here, the dispersive elements are manganese (Mn), chromium (Cr), and zirconium (Zr), and the precipitation hardening elements are silicon (Si), magnesium (Mg), and copper (Cu).
상기 수학식 4에 따라 석출경화 원소 및 분산질 형성 원소의 함량비가 결정되는 경우 압출재의 인장강도를 증가시키면서도, 알루미늄 합금 제조공정에서 압출 시 압출성을 증가시켜 마찰에 의한 결정립 조대화를 방지할 수 있으며, 인장강도 및 파단 신율을 증가시켜 알루미늄 합금의 가공성을 증가시킬 수 있기 때문에 자동차용 배터리 팩 및 케이스뿐만 아니라, 자동차용 크로스 멤버, 씰 등 다양한 자동차용 부재로 사용이 가능하다. When the content ratio of the precipitation hardening element and the dispersoid-forming element is determined according to the above mathematical expression 4, the tensile strength of the extruded material can be increased, while the extrudability can be increased during extrusion in the aluminum alloy manufacturing process, thereby preventing coarsening of grains due to friction, and the tensile strength and elongation at break can be increased, thereby increasing the processability of the aluminum alloy. Therefore, it can be used as various automotive parts such as automotive cross members and seals as well as automotive battery packs and cases.
한 구체예에서, 상기 알루미늄 합금은 압출재로 형성되어, 인장강도가 392 내지 454 Mpa이고, 항복강도는 363 내지 427 Mpa이고, 연신율이 12% 이상, 구체적으로 13% 내지 18%일 수 있다. In one specific example, the aluminum alloy may be formed into an extruded material and have a tensile strength of 392 to 454 MPa, a yield strength of 363 to 427 MPa, and an elongation of 12% or more, specifically 13 to 18%.
구체적으로 상기 알루미늄 합금은 배터리 팩에 주로 사용되는 A6082-T6 알루미늄 합금 대비 인장강도가 26% 이상, 항복점이 26% 이상, 연신율은 41% 이상 향상될 수 있다. Specifically, the above aluminum alloy can have a tensile strength improved by 26% or more, a yield point improved by 26% or more, and an elongation improved by 41% or more compared to the A6082-T6 aluminum alloy mainly used in battery packs.
따라서 본 발명에 따른 알루미늄 합금은 압출생산성을 증가시키기 위하여 강력한 석출경화형 원소인 구리의 함량을 증가시킴과 동시에 분산질은 지르코늄의 함량을 조절하고, 동시에 실리콘과 마그네슘의 비율을 조절한 상태에서 석출경화형 합금원소의 함량에 대한 분산질 생성원소의 함량의 비를 최적화하여 압출속도를 유지하여 압출생산성을 증가시킬 수 있으며, 연신율 12% 이상이고 인장강도 390 MPa 이상인 고강도 알루미늄 합금을 제공한다.Therefore, the aluminum alloy according to the present invention increases the content of copper, a strong precipitation hardening element, while simultaneously controlling the content of zirconium as a dispersant and, at the same time, controlling the ratio of silicon and magnesium, thereby optimizing the ratio of the content of the dispersant-forming element to the content of the precipitation hardening alloy element, thereby maintaining the extrusion speed and increasing the extrusion productivity, and provides a high-strength aluminum alloy having an elongation of 12% or more and a tensile strength of 390 MPa or more.
또한 본 발명에 따른 알루미늄 합금은 직접 열간 압출 시 결정립의 조대화를 방지하며, 열처리를 통하여 인장강도, 항복강도 및 연신율이 종래 배터리 팩용 알루미늄 합금 보다 증가되며, 압출속도를 유지할 수 있는 최적의 Al-Zn-Mg-Cu계 알루미늄 합금 조성을 제공할 수 있다. In addition, the aluminum alloy according to the present invention prevents coarsening of crystal grains during direct hot extrusion, and through heat treatment, the tensile strength, yield strength, and elongation are increased compared to conventional aluminum alloys for battery packs, and an optimal Al-Zn-Mg-Cu aluminum alloy composition capable of maintaining an extrusion speed can be provided.
본 발명의 다른 관점은 알루미늄 합금 압출재 제조방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing an aluminum alloy extrusion.
도 1은 본 발명의 다른 관점에 따른 알루미늄 합금 압출재 제조방법의 공정흐름도이다. Figure 1 is a process flow diagram of a method for manufacturing an aluminum alloy extrusion material according to another aspect of the present invention.
도 1을 참조하면, 상기 알루미늄 합금 제조방법은 (a) 실리콘(Si): 1.0 ~ 1.35wt%, 마그네슘(Mg): 0.68 ~ 0.92wt%, 망간(Mn): 0.5 ~ 0.8wt%, 구리(Cu): 0.30 ~ 0.56wt%, 지르코늄(Zr): 0.1 ~ 0.2wt%, 크롬(Cr): 0.05 ~ 0.25wt%, 아연(Zn): 0.10wt% 이하, 티타늄(Ti): 0.02wt% 이하, 바나듐(V): 0.03wt% 이하, 철(Fe): 0.25wt% 이하 및 잔량의 불가피한 불순물 및 알루미늄(Al)을 포함하는 조성물로 빌렛을 제조하는 단계;Referring to FIG. 1, the method for manufacturing the aluminum alloy comprises the steps of: (a) manufacturing a billet with a composition including silicon (Si): 1.0 to 1.35 wt%, magnesium (Mg): 0.68 to 0.92 wt%, manganese (Mn): 0.5 to 0.8 wt%, copper (Cu): 0.30 to 0.56 wt%, zirconium (Zr): 0.1 to 0.2 wt%, chromium (Cr): 0.05 to 0.25 wt%, zinc (Zn): 0.10 wt% or less, titanium (Ti): 0.02 wt% or less, vanadium (V): 0.03 wt% or less, iron (Fe): 0.25 wt% or less, and the remainder of unavoidable impurities and aluminum (Al);
(b) 상기 빌렛을 열처리 후 냉각하는 단계;(b) a step of cooling the billet after heat treatment;
(c) 냉각된 상기 빌렛을 예열하는 단계; 및 (c) a step of preheating the cooled billet; and
(d) 예열된 상기 빌렛을 압출하는 단계;를 포함한다. (d) a step of extruding the preheated billet;
상기 알루미늄 합금의 제조방법은 우선 실리콘(Si): 1.0 ~ 1.35wt%, 마그네슘(Mg): 0.68 ~ 0.92wt%, 망간(Mn): 0.5 ~ 0.8wt%, 구리(Cu): 0.30 ~ 0.56wt%, 지르코늄(Zr): 0.1 ~ 0.2wt%, 크롬(Cr): 0.05 ~ 0.25wt%, 아연(Zn): 0.10wt% 이하 , 티타늄(Ti): 0.02wt% 이하, 바나듐(V): 0.03wt% 이하, 철(Fe): 0.25wt% 이하 및 잔량의 불가피한 불순물 및 알루미늄(Al)을 포함하는 조성물로 빌렛을 제조한다(S100). The method for manufacturing the above aluminum alloy first manufactures a billet with a composition including silicon (Si): 1.0 to 1.35 wt%, magnesium (Mg): 0.68 to 0.92 wt%, manganese (Mn): 0.5 to 0.8 wt%, copper (Cu): 0.30 to 0.56 wt%, zirconium (Zr): 0.1 to 0.2 wt%, chromium (Cr): 0.05 to 0.25 wt%, zinc (Zn): 0.10 wt% or less, titanium (Ti): 0.02 wt% or less, vanadium (V): 0.03 wt% or less, iron (Fe): 0.25 wt% or less, and the remainder of unavoidable impurities and aluminum (Al) (S100).
상기 빌렛의 제조는 용해주조장치와 주형을 사용하는 연주공정으로 당업자에게 공지된 방법에 의해 실시될 수 있다. The production of the above billet can be carried out by a casting process using a melting casting device and a mold, by a method known to those skilled in the art.
상기 조성물은 구리의 함량을 증가시켜 알루미늄 합금의 강도를 증가시키면서도 내식성을 증가시킬 수 있으며, 크롬, 티타늄 및 지르코늄의 첨가량을 제안하여, 압출속도를 1.6 ~ 2.0 mm/s으로 유지하면서도 압출생산성을 증가시키면서도 압출재의 인장강도를 증가시킬 수 있으며, 직접 열간 압출 시 결정립의 조대화가 방지되어 고연성을 나타낼 수 있는 것이다. The above composition can increase the strength of aluminum alloy by increasing the content of copper and at the same time increase the corrosion resistance, and by suggesting the addition amount of chromium, titanium and zirconium, it can increase the tensile strength of extruded material while increasing the extrusion productivity while maintaining the extrusion speed at 1.6 to 2.0 mm/s, and can prevent coarsening of crystal grains during direct hot extrusion, thereby exhibiting high ductility.
한 구체예에서, 상기 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 및 구리(Cu)의 함량은 하기 수학식 1 및 수학식 2에 따라 결정될 수 있다. In one specific example, the contents of silicon (Si), magnesium (Mg), and copper (Cu) can be determined according to the following mathematical expressions 1 and 2.
[수학식 1][Mathematical formula 1]
1.4 ≤ a /b ≤1.71.4 ≤ a /b ≤1.7
여기서, a는 실리콘, b는 마그네슘 함량(wt%)이다. Here, a is silicon and b is magnesium content (wt%).
[수학식 2][Mathematical formula 2]
2.0 ≤ (a + b + c ) ≤ 2.82.0 ≤ (a + b + c ) ≤ 2.8
여기서, a는 실리콘, b는 마그네슘, 및 c는 구리의 함량(wt%)이다. Here, a is the content of silicon, b is the content of magnesium, and c is the content of copper (in wt%).
한 구체예에서, 상기 알루미늄 합금은 분산질 형성 원소인 상기 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 지르코늄(Zr)의 함량을 조절하여 재결정을 제한하고, 조대 결정입이 형성되는 것을 방지하여 압출성을 증가시킬 수 있다. In one specific example, the aluminum alloy can increase extrudability by controlling the content of manganese (Mn), chromium (Cr), and zirconium (Zr), which are dispersoid-forming elements, to limit recrystallization and prevent the formation of coarse grains.
상기 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 지르코늄(Zr)의 함량은 하기 수학식 3에 따라 결정될 수 있다. The contents of manganese (Mn), chromium (Cr), and zirconium (Zr) can be determined according to the following mathematical formula 3.
[수학식 3][Mathematical Formula 3]
0.65 ≤ (d + e + f ) ≤ 1.250.65 ≤ (d + e + f ) ≤ 1.25
여기서, d는 망간, e는 크롬, 및 c는 지르코늄의 함량(wt%)이다. Here, d is the content of manganese, e is the content of chromium, and c is the content of zirconium (in wt%).
상기 범위 내에서 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 지르코늄(Zr)의 함량을 조절하여 재결정을 제한하여 조대 결정립의 형성을 방지할 수 있다. By controlling the contents of manganese (Mn), chromium (Cr), and zirconium (Zr) within the above range, recrystallization can be restricted and the formation of coarse grains can be prevented.
상기 알루미늄 합금은 석출경화 원소 및 분산질 형성 원소를 포함하며, 상기 석출경화 원소 및 분산질 형성 원소의 함량비를 제어하여 인장강도를 증가시키면서 파단신율을 증가시킬 수 있다. The above aluminum alloy contains a precipitation hardening element and a dispersion phase forming element, and by controlling the content ratio of the precipitation hardening element and the dispersion phase forming element, the tensile strength can be increased while the elongation at break can be increased.
상기 석출경화 원소 및 분산질 형성 원소의 함량비는 하기 수학식 4에 의해 결정될 수 있다. The content ratio of the above precipitation hardening element and dispersion-forming element can be determined by the following mathematical formula 4.
[수학식 4][Mathematical formula 4]
0.33 ≤ (분산질 형성 원소 총함량) / (석출경화 원소 총함량 ) ≤ 0.440.33 ≤ (Total content of dispersed elements) / (Total content of precipitation hardening elements) ≤ 0.44
여기서, 분산질 형성원소는 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 지르코늄(Zr)이고, 석출경화 원소는 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 및 구리(Cu)이다. Here, the dispersive elements are manganese (Mn), chromium (Cr), and zirconium (Zr), and the precipitation hardening elements are silicon (Si), magnesium (Mg), and copper (Cu).
상기 빌렛을 열처리 후 냉각한다(S200).The above billet is cooled after heat treatment (S200).
상기 S200의 열처리는 500내지 580℃ 승온하고, 4 내지 24시간 동안 처리할 수 있다. The heat treatment of the above S200 can be performed by raising the temperature to 500 to 580°C and performing the treatment for 4 to 24 hours.
상기 범위에서 열처리를 통하여 균질 열처리가 가능하기 때문에 표면이 양호한 알루미늄 합금을 제조할 수 있고, 빌렛의 내부 응력에 의한 크랙이 방지할 수 있다. Since homogeneous heat treatment is possible through heat treatment in the above range, an aluminum alloy with a good surface can be manufactured, and cracks caused by internal stress of the billet can be prevented.
상기 S200의 냉각은 상온까지 50 내지 250℃/시간의 냉각속도로 상온까지 냉각할 수 있으며, 구체적으로 강제 공냉 혹은 수냉할 수 있다.The cooling of the above S200 can be performed at a cooling rate of 50 to 250°C/hour to room temperature, and specifically, forced air cooling or water cooling can be performed.
상기 범위 내에서 냉각하는 경우 압출 하중이 증가되지 않으며, 합금 표면에서 크랙이 발생되는 것을 방지하고, 압출 속도가 감소되는 것을 방지할 수 있다. When cooling within the above range, the extrusion load does not increase, cracks are prevented from occurring on the alloy surface, and the extrusion speed is prevented from decreasing.
냉각된 상기 빌렛을 예열한다(S300).Preheat the cooled billet (S300).
상기 S300의 예열은 400 내지 530℃까지 예열할 수 있다. The above S300 can be preheated to 400 to 530°C.
상기 예열은 직접 열간 압출 시 내부조직을 제어하여 압출 공정의 저항을 크게 감소시킬 수 있다. 상기 범위 내에서 예열하는 경우 에너지 소모를 감소시킬 수 있으며, 압출 하중을 유지할 수 있고, 표면의 크랙의 발생을 방지할 수 있다. The above preheating can control the internal structure during direct hot extrusion, thereby greatly reducing the resistance of the extrusion process. When preheating within the above range, energy consumption can be reduced, the extrusion load can be maintained, and the occurrence of surface cracks can be prevented.
상기 예열된 상기 빌렛을 압출한다(S400).The above preheated billet is extruded (S400).
상기 S400의 압출은 직접식 압출기를 이용하여 압출하되, 초압이 200 내지 300kg/cm2이고 종압이 110 내지 230kg/cm2이며, 램속도는 1.6 내지 2.0 mm/s일 수 있다. The extrusion of the above S400 is performed using a direct extruder at an initial pressure of 200 to 300 kg/cm 2 , an ultimate pressure of 110 to 230 kg/cm 2 , and a ram speed of 1.6 to 2.0 mm/s.
상기 범위 내에서 직접 압출 하는 경우에는 알루미늄 합금 압출재의 물성을 향상시킬 수 있으며, 합금 압출재 성형 시 압출 다이에 잔류물이 형성되지 않을 수 있다. 상기 범위를 초과하는 경우 압출성이 낮아지고, 램에 빌렛의 잔류물이 증가되는 문제가 발생될 수 있다. When directly extruded within the above range, the properties of the aluminum alloy extrusion material can be improved, and no residue can be formed in the extrusion die when molding the alloy extrusion material. When the above range is exceeded, the extrudability may be reduced, and problems such as an increase in residue of the billet in the ram may occur.
한 구체예에서, 상기 S400 이후에, 50℃ 이하의 냉각수로 급랭하고, 120 내지 150℃에서 4 내지 24시간 동안 인공 시효하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one specific example, after the S400, a step of rapidly cooling with cooling water of 50° C. or lower and artificially aging at 120 to 150° C. for 4 to 24 hours may be further included.
상기 범위에서 시효처리하여 합금 조직 내에 Mg2Si가 석출을 유도하여 조직 내에서 집중되는 응력을 완화시킬 수 있다. Aging treatment in the above range can induce precipitation of Mg 2 Si within the alloy structure, thereby alleviating the stress concentrated within the structure.
본 발명에 따른 알루미늄 합금 압출재 제조방법은 고연성, 고강도를 나타낼 뿐만 아니라 고압출성을 나타내여 압출 생산성이 크게 증가될 수 있다.The method for manufacturing an aluminum alloy extrusion material according to the present invention not only exhibits high ductility and high strength, but also high extrusion properties, so that extrusion productivity can be greatly increased.
본 발명의 또 다른 관점은, 상기 알루미늄 합금 압출재로 제조된 전기차용 배터리 팩을 제공한다. Another aspect of the present invention provides a battery pack for an electric vehicle manufactured from the aluminum alloy extrusion material.
상기 알루미늄 합금 압출재는 고강도, 고연성이면서 기계적 가공성이 우수하여 전기차용 배터리 케이스뿐만 아니라 자동차 부품 크로스 멤버, 사이드씰 및 다양한 산업용 소재에 다양하게 활용이 가능하다.The above aluminum alloy extrusion material has high strength, high ductility, and excellent mechanical processability, and can be used in a variety of applications, including battery cases for electric vehicles, as well as cross members for automobile parts, side seals, and various industrial materials.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are presented to help understand the present invention; however, the following examples are only intended to illustrate the present invention and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
실시예 1~3 및 비교예 1 ~8 알루미늄 합금 제조Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 8 Manufacturing of aluminum alloys
하기 표 1의 조성을 가지는 조성물을 용해주조장치 및 주형을 이용하여 외경 279 mm, 길이 500 mm 인 빌렛을 제작하였다. A billet having an outer diameter of 279 mm and a length of 500 mm was produced using a casting device and a mold having the composition shown in Table 1 below.
제작된 빌렛은 열처리로에 넣어 560℃로 승온한 후, 5시간 유지하여 균질 열처리를 하였고, 상온까지 강제 공냉 방식으로 냉각하였다. 제작된 빌렛은 열간 압출 성형을 하기 위한 적절한 온도범위로 예열하기 위하여 가스가열방식의 예열로로 490℃로 예열하여 상업용으로 많이 사용하고 있는 4000톤의 직접식 압출기에 장입하고, 압출금형을 통하여 압출하여 알루미늄 합금을 제조하였다. The manufactured billet was placed in a heat treatment furnace, heated to 560℃, maintained for 5 hours to perform homogeneous heat treatment, and cooled to room temperature by forced air cooling. The manufactured billet was preheated to 490℃ in a gas-heated preheating furnace to an appropriate temperature range for hot extrusion molding, and then placed in a 4,000-ton direct extruder that is widely used for commercial purposes, and extruded through an extrusion mold to manufacture an aluminum alloy.
압출 조건은 하기 표 2에 나타내었다. 압출 시 압출성은 램스피드로 평가되는 바, 본 발명의 실시예에 따른 램스피드는 1.7 mm/s 이상으로 조절하였다. The extrusion conditions are shown in Table 2 below. The extrudability during extrusion is evaluated by the ram speed, and the ram speed according to the embodiment of the present invention was adjusted to 1.7 mm/s or more.
실험예 1. 압출재 물성 확인Experimental Example 1. Verification of extruded material properties
(mm/s)Extrusion speed
(mm/s)
상기 표 2는 수학식 1 내지4의 값과 및 압출속도에 따른 압출재의 인장강도, 항복강도 및 연신율을 나타낸 것이다. Table 2 above shows the tensile strength, yield strength, and elongation of extruded materials according to the values of mathematical expressions 1 to 4 and the extrusion speed.
KS B0801-14B호 비례 인장시험편(판두께 3 ㎜ 초과, 6 ㎜ 이하 )의 시험 방법을 준용하여 인장시험을 수행하였으며, 시편 폭(W) 9.01 ± 0.05 mm, 표점거리(L) 50 mm의 치수를 가지는 시편을 제조하고, 만능인장시험기를 사용하여 0.05 mm/sec의 속도로 3회 반복 측정으로 인강강도, 항복강도, 및 연신율 값을 추출하였다. A tensile test was conducted by applying the test method of KS B0801-14B proportional tensile test specimen (plate thickness exceeding 3 mm and 6 mm or less). Specimens with dimensions of specimen width (W) 9.01 ± 0.05 mm and gauge length (L) 50 mm were manufactured, and the values of ultimate strength, yield strength, and elongation were extracted by repeating measurements three times at a speed of 0.05 mm/sec using a universal tensile testing machine.
표 1 및 표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 알루미늄 합금의 조성을 결정하는 경우 인장강도가 392MPa 이상, 항복강도가 363MPa이상으로 증가되고 특히 연신율이 12% 이상으로 증가되어 절삭성 및 가공성이 증가된 알루미늄 합금 압출재를 1.7 mm/s 이상의 높은 압출속도로 압출하여 수득할 수 있다.Referring to Table 1 and Table 2, when the composition of the aluminum alloy is determined according to an embodiment of the present invention, an aluminum alloy extruded material having increased tensile strength of 392 MPa or more, yield strength of 363 MPa or more, and particularly increased elongation of 12% or more, thereby increasing cuttability and processability can be obtained by extruding at a high extrusion speed of 1.7 mm/s or more.
보다 구체적으로 확인하면 실시예 1 내지 3은 합금 조성에 따른 조건식에서 수학식 1에 따른 Si/Mg비가 1.4~1.7을 만족하고, 수학식 2 내지 4에 따른 석출경화 원소의 총 함량 및 분산질 형성 원소의 총함량 및 이들의 함량비가 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 조성을 모두 만족하는 것이다. More specifically, Examples 1 to 3 satisfy the conditional expression according to the alloy composition in which the Si/Mg ratio according to mathematical expression 1 is 1.4 to 1.7, and the total content of precipitation hardening elements and the total content of dispersion-forming elements and the content ratio thereof according to mathematical expressions 2 to 4 all satisfy the composition of the aluminum alloy according to the present invention.
실시예 1 내지 3의 경우 압출속도를 1.7 ~2.0mm/s을 유지하면서도, 압출재의 인장물성에서 인장강도가 392MPa이상이고, 항복강도가 363MPa이상이며, 연신율이 12% 이상으로 목표로 하는 물성을 모두 달성할 수 있는 것을 확인하였다. In the case of Examples 1 to 3, it was confirmed that the target properties of the extruded material could be achieved by maintaining the extrusion speed at 1.7 to 2.0 mm/s, with a tensile strength of 392 MPa or more, a yield strength of 363 MPa or more, and an elongation of 12% or more.
한편, 각 성분의 함량 범위에 따른 압출재의 인장물성을 확인하였다. Meanwhile, the tensile properties of the extruded material were confirmed according to the content range of each component.
우선 실리콘의 함량에 따른 압출재 인장물성을 확인하기 위해, 실시예 4 내지 7과 비교예 1 및 2를 대비하면, 실시예 4 내지 7은 실리콘의 함량이 본 발명의 범위 내이고 나머지 조성의 함량이 실시예 1과 동일한 경우이다. First, in order to confirm the tensile properties of the extruded material according to the silicone content, comparing Examples 4 to 7 with Comparative Examples 1 and 2, Examples 4 to 7 are cases where the silicone content is within the range of the present invention and the contents of the remaining composition are the same as Example 1.
비교예 1은 실리콘이 하한 범위 보다 적고 나머지 함량은 실시에 1과 동일한 경우이며, 이 경우에는 항복강도가 372MPa로 목표치를 달성할 수 없으며, 비교예 2에서 상한 범위를 초과하는 경우 연신율이 11%로 목표로 하는 물성을 달성할 수 없는 것을 확인하였다. Comparative Example 1 is a case where the silicon content is less than the lower limit and the remaining content is the same as in Example 1. In this case, the yield strength is 372 MPa, which does not achieve the target value. In Comparative Example 2, it was confirmed that the elongation was 11% when the upper limit was exceeded, which does not achieve the target physical properties.
마그네슘의 함량에 따른 압출재의 인장물성을 확인하기 위해, 실시예 8, 9 및 비교예 3내 4를 대비하면, 비교예 3, 4는 마그네슘의 함량 범위가 하한 범위보다 적은 경우이며 Si/Mg비와 수학식 4을 만족시키지 못하는 경우에는 인장강도가 각각 365MPa, 388Mpa로 목표로 하는 인장강도를 달성할 수 없으며, 비교예 5에서 마그네슘의 함량이 1.00으로 실시예의 함량 범위 상한을 초과하는 경우에는 연신율이 9%로 압출재의 절삭성 및 가공성에 문제가 발생될 수 있는 것을 확인하였다.In order to confirm the tensile properties of the extruded material according to the magnesium content, when comparing Examples 8 and 9 and Comparative Examples 3 to 4, Comparative Examples 3 and 4 have a magnesium content range lower than the lower limit, and when the Si/Mg ratio and mathematical expression 4 are not satisfied, the tensile strengths are 365 MPa and 388 MPa, respectively, and the target tensile strength cannot be achieved. In addition, when the magnesium content in Comparative Example 5 is 1.00, exceeding the upper limit of the content range of the Examples, the elongation was 9%, which confirmed that problems may occur in the cutability and processability of the extruded material.
구리의 함량에 따른 압출재의 인장물성을 확인하여 보면, 실시예 10 및 11에서 구리의 함량 범위가 본 발명의 실시예의 범위 내에서 변화시키고, 나머지 조성이 실시예 1과 동일한 경우에는 인장강도가 440 MPa, 421MPa로 목표로 하는 물성을 만족하나, 비교예 6, 7의 경우 인장강도 또는 연신율이 목표로 하는 값을 달성할 수 없으며, 특히 비교예 7의 경우 인장강도가 과도하게 증가하여 압출속도가 1.1mm/s로 낮아져서 압출 생산성에 문제가 있으며, 연신율도 8%로 매우 낮은 것을 확인하였다. When examining the tensile properties of the extruded material according to the copper content, in Examples 10 and 11, when the copper content range is changed within the range of the examples of the present invention and the remaining composition is the same as in Example 1, the tensile strength is 440 MPa and 421 MPa, satisfying the target properties, but in the case of Comparative Examples 6 and 7, the tensile strength or elongation cannot achieve the target values, and in particular, in the case of Comparative Example 7, the tensile strength increases excessively, lowering the extrusion speed to 1.1 mm/s, causing a problem in extrusion productivity, and it was confirmed that the elongation was also very low at 8%.
망간의 함량에 따른 압출재의 인장물성을 확인하면, 실시예 12 및 13은 본 발명의 범위 내로 목표로 하는 물성을 달성할 수 있으나, 비교예 8의 경우 수학식 4의 범위를 초과하게 되고, 이 경우 인장강도가 감소되고, 비교예 9 및 10에서 망간의 함량의 과도하게 증가하는 경우에는 연신율이 10%로 감소되는 것을 알 수 있다. When examining the tensile properties of extruded materials according to the manganese content, Examples 12 and 13 can achieve the targeted properties within the scope of the present invention, but Comparative Example 8 exceeds the range of mathematical expression 4, and in this case, the tensile strength decreases, and in Comparative Examples 9 and 10, when the manganese content increases excessively, it can be seen that the elongation decreases to 10%.
크롬의 함량에 따른 압출재의 인장물성을 확인하면, 실시예 14 및 15에서 본 발명의 알루미늄 합금 조성의 범위를 만족하며, 401MPa, 446MPa로 인장강도가 크게 향상되면서도 연신율을 13%, 16%로 유지할 수 있는 것을 확인하였고, 비교예 11에서 크롬의 함량이 하한 범위에 미치지 못하는 경우 강도가 너무 낮고, 비교예 12에서는 크롬의 함량의 상한 범위를 초과하는 경우에는 연신율이 10%로 감소되어 목표로 하는 절삭성 및 가공성에 문제가 있는 것을 확인하였다. When the tensile properties of the extruded material according to the chromium content were confirmed, it was confirmed that the range of the aluminum alloy composition of the present invention was satisfied in Examples 14 and 15, and the tensile strength was greatly improved to 401 MPa and 446 MPa, while the elongation was maintained at 13% and 16%, and in Comparative Example 11, when the chromium content was below the lower limit range, the strength was too low, and in Comparative Example 12, when the chromium content exceeded the upper limit range, the elongation decreased to 10%, confirming that there were problems with the targeted cuttability and workability.
지르코늄의 함량 범위에 따른 압출재의 물성을 확인하면 실시예 16 및 17에서 지르코늄의 상한과 하한은 모두 본 발명의 범위를 만족하고 나머지 조성이 실시예 1과 동일한 경우 인장강도가 412MPa 및 441MPa로 목표로 하는 강도를 나타내었으며, 연신율 또한 13% 이상인 것을 확인하였고, 비교예 13에서 지르코늄의 함량이 감소되는 경우 인강강도가 감소되고, 비교예 14에서 함량 범위를 초과하는 경우에는 연신율이 9%로 감소되는 것을 확인하였다. When the properties of the extruded material according to the range of the zirconium content were confirmed, in Examples 16 and 17, both the upper and lower limits of zirconium satisfied the range of the present invention, and when the remaining composition was the same as in Example 1, the tensile strength was 412 MPa and 441 MPa, which were the target strengths, and the elongation was also confirmed to be 13% or more. In Comparative Example 13, when the zirconium content decreased, the tensile strength decreased, and in Comparative Example 14, when the content range was exceeded, the elongation decreased to 9%.
비교예 15 내지 17은 상용 A6082, A6061과 유사한 조성으로 모두 본 발명의 실시예의 조성 중 분산질 형성 원소 함량을 만족하지 못하였으며, 이 경우 압출재의 인장강도 및 항복강도가 낮아서 목표로 하는 고강도 고압출성을 나타내기 어려운 것을 확인하였다. Comparative Examples 15 to 17 had compositions similar to those of commercial A6082 and A6061, and did not satisfy the content of dispersing elements in the composition of the examples of the present invention. In this case, it was confirmed that the tensile strength and yield strength of the extruded material were low, making it difficult to exhibit the targeted high strength and high extrusion properties.
따라서 본 발명에 따른 알루미늄 합금 압출재는 석출경화원소인 구리와 분산질 형성 원소인 지르코늄을 더 첨가하고, 실리콘과 마그네슘의 함량비(Si/Mg)를 1.4~1.7 범위로 조정하면서, 동시에 석출경화 합금원소로 실리콘, 마그네슘, 및 구리의 함량의 합과, 분산질 형성원소인 망간, 크롬, 및 지르코늄의 함량의 합의 비의 범위를 조절하여 390MPa 이상의 고강도이고, 연신율이 12% 이상으로 고연성으로 절삭성 및 가공성이 우수하며, 압출속도가 1.7mm/s 이상으로 압출생산속도가 증가되어 압출생산성을 현저하게 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따른 알루미늄 압출재는 종래 A6082계 알루미늄 합금보다 강도가 높고, 압출생산성이 월등하게 증가될 수 있다. Therefore, the aluminum alloy extruded material according to the present invention further adds copper as a precipitation hardening element and zirconium as a dispersoid forming element, and adjusts the content ratio of silicon and magnesium (Si/Mg) to a range of 1.4 to 1.7, while simultaneously adjusting the range of the ratio of the sum of the contents of silicon, magnesium, and copper as precipitation hardening alloy elements and the sum of the contents of manganese, chromium, and zirconium as dispersoid forming elements, so that it has a high strength of 390 MPa or more, an elongation of 12% or more, high ductility, excellent cuttability and processability, and an extrusion speed of 1.7 mm/s or more, thereby significantly improving extrusion productivity. The aluminum extruded material according to the present invention has higher strength than the conventional A6082 series aluminum alloy, and can significantly increase extrusion productivity.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to embodiments. Those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in modified forms without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a restrictive perspective. The scope of the present invention is indicated by the claims, not the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the present invention.
Claims (17)
상기 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 망간(Mn), 크롬(Cr) 및 지르코늄(Zr)의 함량은 하기 수학식 1 내지 3에 따라 결정되며,
[수학식 1]
1.4 ≤ a /b ≤ 1.7
[수학식 2]
2.0 ≤ (a + b + c ) ≤ 2.8
[수학식 3]
0.65 ≤ (d + e + f ) ≤ 1.25
여기서, a는 실리콘, b는 마그네슘, c는 구리, d는 망간, e는 크롬, 및 c는 지르코늄의 함량(wt%)이고,
석출경화 원소 및 분산질 형성 원소의 함량비는 하기 수학식 4에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금:
[수학식 4]
0.33 ≤ (분산질 형성 원소 총함량) / (석출경화 원소 총함량 ) ≤ 0.44
여기서, 분산질 형성원소는 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 지르코늄(Zr)이고, 석출경화 원소는 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 및 구리(Cu)임.
Silicon (Si): 1.0 to 1.35 wt%, magnesium (Mg): 0.68 to 0.92 wt%, manganese (Mn): 0.5 to 0.8 wt%, copper (Cu): 0.30 to 0.56 wt%, zirconium (Zr): 0.1 to 0.2 wt%, chromium (Cr): 0.05 to 0.25 wt%, zinc (Zn): more than 0 and 0.10 wt% or less, titanium (Ti): more than 0 and 0.02 wt% or less, vanadium (V): more than 0 and 0.03 wt% or less, iron (Fe): more than 0 and 0.25 wt% or less and the remainder including unavoidable impurities and aluminum (Al).
The contents of the above silicon (Si), magnesium (Mg), copper (Cu), manganese (Mn), chromium (Cr) and zirconium (Zr) are determined according to the following mathematical formulas 1 to 3:
[Mathematical Formula 1]
1.4 ≤ a /b ≤ 1.7
[Mathematical formula 2]
2.0 ≤ (a + b + c ) ≤ 2.8
[Mathematical Formula 3]
0.65 ≤ (d + e + f ) ≤ 1.25
Here, a is the content (in wt%) of silicon, b is magnesium, c is copper, d is manganese, e is chromium, and c is zirconium.
An aluminum alloy characterized in that the content ratio of precipitation hardening elements and dispersion-forming elements is determined by the following mathematical formula 4:
[Mathematical formula 4]
0.33 ≤ (Total content of dispersed elements) / (Total content of precipitation hardening elements) ≤ 0.44
Here, the dispersed phase forming elements are manganese (Mn), chromium (Cr), and zirconium (Zr), and the precipitation hardening elements are silicon (Si), magnesium (Mg), and copper (Cu).
In the first paragraph, the aluminum alloy has a tensile strength of 392 to 454 MPa, a yield strength of 363 to 427 MPa, and an elongation of 12% or more.
(b) 상기 빌렛을 열처리 후 냉각하는 단계;
(c) 냉각된 상기 빌렛을 예열하는 단계; 및
(d) 예열된 상기 빌렛을 압출하는 단계;를 포함하고,
상기 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 지르코늄(Zr)의 함량은 하기 수학식 1내지 3에 따라 결정되며,
[수학식 1]
1.4 ≤ a /b ≤ 1.7
[수학식 2]
2.0 ≤ (a + b + c ) ≤ 2.8
[수학식 3]
0.65 ≤ (d + e + f ) ≤ 1.25
여기서, a는 실리콘, b는 마그네슘, c는 구리, d는 망간, e는 크롬, 및 c는 지르코늄의 함량(wt%)이고,
석출경화 원소 및 분산질 형성 원소의 함량비는 하기 수학식 4에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 압출재 제조방법:
[수학식 4]
0.33 ≤ (분산질 형성 원소 총함량) / (석출경화 원소 총함량 ) ≤ 0.44
여기서, 분산질 형성원소는 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 지르코늄(Zr)이고, 석출경화 원소는 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 및 구리(Cu)임.
(a) a step of manufacturing a billet with a composition including silicon (Si): 1.0 to 1.35 wt%, magnesium (Mg): 0.68 to 0.92 wt%, manganese (Mn): 0.5 to 0.8 wt%, copper (Cu): 0.30 to 0.56 wt%, zirconium (Zr): 0.1 to 0.2 wt%, chromium (Cr): 0.05 to 0.25 wt%, zinc (Zn): more than 0 and 0.10 wt% or less, titanium (Ti): more than 0 and 0.02 wt% or less, vanadium (V): more than 0 and 0.03 wt% or less, iron (Fe): more than 0 and 0.25 wt% or less and the remainder being unavoidable impurities and aluminum (Al);
(b) a step of cooling the billet after heat treatment;
(c) a step of preheating the cooled billet; and
(d) a step of extruding the preheated billet;
The contents of the above silicon (Si), magnesium (Mg), copper (Cu), manganese (Mn), chromium (Cr), and zirconium (Zr) are determined according to the following mathematical formulas 1 to 3:
[Mathematical Formula 1]
1.4 ≤ a /b ≤ 1.7
[Mathematical formula 2]
2.0 ≤ (a + b + c ) ≤ 2.8
[Mathematical Formula 3]
0.65 ≤ (d + e + f ) ≤ 1.25
Here, a is the content (in wt%) of silicon, b is magnesium, c is copper, d is manganese, e is chromium, and c is zirconium.
A method for manufacturing an aluminum alloy extruded material, characterized in that the content ratio of precipitation hardening elements and dispersion-forming elements is determined by the following mathematical formula 4:
[Mathematical formula 4]
0.33 ≤ (Total content of dispersed elements) / (Total content of precipitation hardening elements) ≤ 0.44
Here, the dispersed phase forming elements are manganese (Mn), chromium (Cr), and zirconium (Zr), and the precipitation hardening elements are silicon (Si), magnesium (Mg), and copper (Cu).
A method for manufacturing an aluminum alloy extrusion material, characterized in that in the 7th paragraph, the heat treatment in step (b) is performed by raising the temperature to 500 to 580°C and performing the treatment for 4 to 24 hours.
A method for manufacturing an aluminum alloy extrusion material, characterized in that in the 7th paragraph, the cooling in step (b) is performed at a cooling rate of 50 to 250°C/hour to room temperature.
A method for manufacturing an aluminum alloy extrusion material, characterized in that in the 7th paragraph, the preheating in step (c) is performed to a temperature of 400 to 530°C.
A method for manufacturing an aluminum alloy extrusion material, characterized in that in the 7th paragraph, the extrusion in step (d) is performed using a direct extruder, the initial pressure is 200 to 300 kg/cm 2 , the final pressure is 110 to 230 kg/cm 2 , and the ram speed is 1.6 to 2.0 mm/s.
A method for manufacturing an aluminum alloy extrusion material, wherein, in claim 7, after the extrusion in step (d), the method further comprises a step of rapidly cooling with cooling water of 50°C or less and artificially aging at 120 to 150°C for 4 to 24 hours.
An electric vehicle battery pack comprising an extruded material manufactured by a manufacturing method according to any one of claims 7, 12, to 16.
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