KR20130061133A - 내충격 부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경량, 고강도이며 충격 에너지의 흡수성이 우수한 내충격 부재를 제공한다. 이 내충격 부재는, Al을 7.3 질량% 초과 12 질량% 이하 함유하는 마그네슘 합금으로 구성되어 있다. 이 내충격 부재로 직사각형의 시험판 피스를 제작하고, 이 시험판 피스의 양단부를 지지대(21, 22)로 유지한 상태에서, 시험판 피스의 중앙부를 향해 질량 225 g의 철구(30)를 자유 낙하시키고, 철구(30)를 낙하시키는 지점으로부터 시험판 피스까지의 거리를 낙하 높이로 하여, 철구(30)에 의해 시험판 피스에 함몰이 생기지 않는 낙하 높이 H를 측정했을 때, 이 내충격 부재는 낙하 높이 H가 340 ㎜를 초과한다. 본 발명 내충격 부재는, 이와 같이 함몰이 생기지 않는 낙하 높이가 커서, 충격을 받더라도 함몰되지 않거나 또는 함몰되기 어려워, 내충격성이 매우 우수하다.

Description

내충격 부재{IMPACT-RESISTANT MEMBER}

본 발명은, 충돌시의 충격 에너지의 완화에 기여하는 내충격 부재에 관한 것이다. 특히, 경량, 고강도이며, 충격 에너지의 흡수성이 우수한 내충격 부재에 관한 것이다.

여러 구조 부재에 요구되는 특성의 하나로서, 동적인 하중의 충격 에너지를 완화할 수 있는 것, 즉 내충격성이 우수한 것을 들 수 있다. 이러한 내충격성이 요구되는 부재(내충격 부재)로서, 예컨대 범퍼 모듈 등의 자동차 부품을 들 수 있다.

일반적으로, 자동차의 차체의 전방부나 후방부에는, 자동차가 다른 물체 등에 충돌했을 때의 충격 에너지를 완화하여, 자동차 내의 탑승자를 보호하기 위한 범퍼 모듈이 마련되어 있다. 범퍼 모듈은, 차체의 폭방향에 걸쳐 배치되는 리인포스먼트(대표적으로는 강판의 프레스재나 알루미늄의 압출재)와, 리인포스먼트에 지지되며 충돌시에 변형하여 충돌에너지를 흡수하는 흡수 부재(대표적으로는 발포 스티롤)와, 리인포스먼트 및 흡수 부재를 덮어 모듈의 외관을 구성하는 범퍼 페이스(대표적으로는 합성 수지)를 구비한다.

한편, 경량이며 비강도, 비강성이 우수한 마그네슘 합금이 여러 분야의 소재에 이용되어 왔다. 예컨대, 자동차 부품에서는, 휠 커버나 패들 시프트 등을 들 수 있다. 마그네슘 합금은, 일반적으로 실온에서의 소성 가공성이 떨어지기 때문에, 마그네슘 합금으로 이루어진 부재는, 다이캐스트법이나 틱소몰드법에 의한 주조재(ASTM 규격의 AZ91 합금으로 이루어진 것)가 주류를 이루며, 상기 자동차 부품도 다이캐스트재 등의 주조재이다. 최근, 휴대용 전기ㆍ전자 기기류의 케이스와 같은 소형 부재에, ASTM 규격의 AZ31 합금으로 대표되는 전신(展伸)용 마그네슘 합금으로 이루어진 판재에 프레스 가공을 한 부재가 사용되고 있다. 특허문헌 1은, ASTM 규격의 AZ91 합금 상당의 합금으로 이루어지고, 프레스 가공성이 우수한 마그네슘 합금판을 제안하고 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2007-098470호 공보

내충격 부재의 내충격성을 더욱 향상시키는 것이 요구된다.

예컨대, 상기 범퍼 모듈에서는, 탑승자 보호의 확실성 및 안전성의 향상을 도모하기 위해, 충격 에너지의 흡수량이 보다 크고, 내충격성이 더욱 우수한 것이 요구된다. 또한, 자동차 부품은, 연비를 향상시키기 위해 경량인 것도 바람직하다.

상기 요구 때문에, 구조용 금속 중에서도, 경량이며 고강도인 마그네슘 합금은, 내충격 부재의 구성 재료에 적합하다고 고려된다. 그러나, 본 발명자들이 조사한 바, AZ91 합금의 주조재나 AZ31 합금의 압연재에서는, 내충격성을 충분히 갖는다고는 할 수 없었다.

따라서, 본 발명의 목적의 하나는, 마그네슘 합금으로 이루어지고, 내충격성이 우수한 내충격 부재를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 내충격 부재는, Al을 7.3 질량% 초과 12 질량% 이하 함유하는 마그네슘 합금으로 이루어지고, 내충격 시험을 행하여 이하의 낙하 높이를 측정했을 때 함몰이 생기지 않는 낙하 높이가 340 ㎜를 초과한다.

(내충격 시험)

내충격 부재로부터 두께 0.6 ㎜×길이 100 ㎜×폭 70 ㎜의 시험판 피스를 제작하고, 이 시험판 피스의 양단부를 유지한 상태에서, 상기 시험판 피스의 중앙부를 향해 질량 225 g의 철구를 자유 낙하시킨다. 철구를 낙하시키는 지점으로부터 시험판 피스까지의 거리를 낙하 높이(㎜)로 하여, 철구에 의해 시험판 피스에 함몰이 생기지 않는 낙하 높이를 측정한다.

본 발명에서는, 내충격성을 정량적으로 규정하는 지표로서, 전술한 바와 같이 특정한 크기의 두께가 얇은 시험판 피스를 제작하고, 이 시험판 피스에 대하여 상기 특정한 내충격 시험을 행했을 때의 낙하 높이를 제안한다. 그리고, 상기 시험판 피스에 함몰이 생기지 않는 낙하 높이가 높은 경우, 구체적으로는 340 ㎜를 초과하는 경우를 내충격성이 우수하다고 평가한다.

본 발명자들은, 후술하는 시험예에 나타낸 바와 같이 여러 재질의 금속판으로부터 상기 특정한 크기의 시험판 피스를 제작하고, 시험판 피스를 향해 여러 높이로부터 특정한 질량의 철구를 자유 낙하시킨 바, 시험판 피스에 함몰이 생기지 않는 낙하 높이가 상이했다. 특히, 특정량의 Al을 함유하는 마그네슘 합금의 판재로 제작한 시험판 피스는, 상기 낙하 높이가 매우 높았다. 따라서, 내충격성의 평가의 지표로서 상기 낙하 높이를 이용한다.

본 발명 내충격 부재는, 전술한 바와 같이 두께가 얇은 시험판 피스에 동적 하중의 충격(상기 철구의 자유 낙하)을 준 경우에도 함몰되지 않거나, 또는 함몰이 생기기 어렵다. 또한, 후술하는 시험예에 나타낸 바와 같이 함몰되기 어려울 뿐만 아니라, 충격에 의해 파단되기도 어렵다. 이와 같이 본 발명 내충격 부재는 내충격성이 매우 우수하다. 상기 낙하 높이가 340 ㎜ 이하이면, 내충격성을 충분히 갖지 않아, 큰 충격에 견디기 어렵다고 고려된다. 낙하 높이가 높을수록 충격 에너지의 흡수성이 우수하고, 내충격성이 높다고 할 수 있기 때문에, 상기 함몰이 생기지 않는 낙하 높이의 상한은 설정하지 않는다.

본 발명의 일 형태로서, 상기 마그네슘 합금 중에 Al 및 Mg 중의 하나 이상을 포함하는 금속간 화합물의 입자가 분산되어 존재하고, 상기 금속간 화합물의 입자의 평균 입경이 0.5 ㎛ 이하이며, 상기 내충격 부재의 단면에 있어서, 상기 금속간 화합물의 입자의 합계 면적의 비율이 0% 초과 11% 이하인 형태를 들 수 있다.

본 발명자들은, Al을 특정량 함유하고 특정한 조직을 갖는 마그네슘 합금은, 내충격성이 매우 우수하다는 지견을 얻었다. 상기 형태는, 미세한 금속간 화합물의 입자가 분산되어 존재함으로써, 상기 입자의 분산 강화에 의해 마그네슘 합금으로 이루어진 내충격 부재 자체의 강성을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 전술한 바와 같이 두께가 얇은 시험판 피스라 하더라도 강성이 우수하여, 함몰되기 어렵다. 또한, 상기 형태는, Al을 많이 함유하며, 상기 금속간 화합물이 특정한 범위(면적 비율)로 존재함으로써, 매트릭스상 중에도 Al이 충분히 고용된 상태를 유지할 수 있기 때문에, Al의 고용(固溶) 강화에 의한 고강도화를 도모할 수 있다. 또한, 상기 형태는, 충돌시에 균열의 기점이 되는 조대한 금속간 화합물이 실질적으로 존재하지 않는다. 따라서, 상기 형태의 본 발명 내충격 부재는, 충격을 받더라도 함몰되기 어려울 뿐만 아니라 균열되기 어려워, 강성이나 내충격성이 매우 우수하다.

또한, 상기 특정한 조직을 갖는 마그네슘 합금으로 이루어진 상기 형태의 내충격 부재는, 마그네슘 합금의 모재(매트릭스상)보다 내식성이 우수한 금속간 화합물로 이루어진 미세한 입자가 본 발명 내충격 부재의 적어도 표면 영역(내충격 부재의 두께 방향으로 상기 내충격 부재의 표면으로부터 두께의 30%까지의 영역. 예컨대, 내충격 부재가 판재에 소성 가공을 하여 성형된 성형 부재인 경우, 상기 판재의 두께 방향으로 상기 판재의 표면으로부터 판두께의 30%까지의 영역)에 존재함으로써 내식성이 우수하다. 특히, 상기 금속간 화합물이 특정한 범위(면적 비율)로 존재함으로써, 매트릭스상 중에도 Al이 충분히 고용된 상태로 할 수 있기 때문에, Al이 금속간 화합물이 된 것에 의한 상기 매트릭스상 자체의 내식성의 열화를 억제할 수 있다. 이 점에서도 상기 형태의 내충격 부재는 내식성이 우수하다.

상기 특정한 조직을 갖는 본 발명 내충격 부재의 대표적인 형태로서, 그 표면의 실질적으로 전면(全面)에 걸쳐 균일한 두께의 산화막이 형성된 형태를 들 수 있다. 이러한 산화막을 갖는 형태에서는, 대기나 물 등의 부식 요인이 마그네슘 합금 자체에 접촉하는 것을 효과적으로 억제할 수 있기 때문에, 내식성이 우수하다. 따라서, 이 형태는, 일반적으로 내식성이 떨어진다고 하는 마그네슘 합금으로 구성되어 있으면서도 내식성이 우수하기 때문에, 자동차 부품의 외장 부재 등과 같이 비바람 등의 부식 환경에 노출되는 경우에도 충분히 사용할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 이 형태는, 부식에 의한 내충격성의 열화를 저감할 수 있기 때문에, 우수한 내충격성을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있을 것으로 기대된다.

상기 특정한 조직을 갖는 형태에서, 상기 내충격 부재의 단면을 취했을 때, 상기 금속간 화합물의 입자의 개수가 0.1 개/㎛²이상인 형태를 들 수 있다.

상기 형태에서는, 전술한 미세한 금속간 화합물의 입자가 다수 존재하여, 매트릭스상 중에 균일하게 분산되어 있어, 상기 입자의 분산 강화에 의해 더욱 우수한 내충격성을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 내식성의 향상도 기대할 수 있다. 상기 개수는 0.3 개/㎛²이상이 보다 바람직하다. 단, 큰 금속간 화합물의 입자가 지나치게 많으면, 전술한 바와 같이 매트릭스상의 Al 농도가 저하되어 강도나 내식성의 저하를 초래하므로, 전술한 바와 같이 금속간 화합물의 입자는 작은 것이 바람직하다.

본 발명의 일 형태로서, 상기 내충격 부재가 상기 마그네슘 합금으로 이루어진 판재에 소성 가공을 하여 성형된 성형 부재이며, 수축 변형을 수반하지 않는 평탄한 부분을 갖는 형태를 들 수 있다. 이 형태에서는, 상기 시험판 피스는 상기 평탄한 부분으로부터 잘라내어 제작한다.

상기 형태는, 프레스 가공과 같은 소성 가공에 의해 성형 가능하므로, 대량 생산에 적합하다. 특히, 상기 판재가 전술한 미세한 금속간 화합물이 분산된 특정한 조직을 갖는 마그네슘 합금으로 구성되어 있는 경우, 프레스 가공과 같은 소성 가공성도 매우 우수하다는 지견을 얻었다. 따라서, 이러한 판재에 프레스 가공과 같은 소성 가공을 행함으로써, 경량이고 고강도이며 내충격성이 우수한 내충격 부재를 높은 수율로 제조할 수 있을 것으로 기대된다.

또한, 수축 변형을 수반하지 않는 평탄한 부분이란, 상기 시험판 피스를 채취할 수 있는 면적을 갖는 부분을 내충격 부재로부터 잘라내어 절출편을 제작하여 수평대에 배치하고, 상기 절출편에 있어서 수평대에 접촉시킨 면 중, 수평대로부터 가장 떨어진 개소와 수평대까지의 수직 방향의 거리를 측정했을 때, 상기 거리가 1 ㎜ 이하인 부분으로 한다. 상기 시험판 피스를 이 평탄한 부분으로 제작함으로써, 상기 시험판 피스도 동일하게 평탄하다(상기 거리가 1 ㎜ 이하를 만족함). 또한, 내충격 부재가 상기 평탄한 부분을 갖는 경우, 상기 금속간 화합물의 입자의 면적 및 개수의 측정, 후술하는 블로우홀의 최대 직경의 측정은, 상기 평탄한 부분의 단면을 취하여 하는 것으로 한다.

본 발명의 일 형태로서, 상기 내충격 부재의 단면에 있어서, 블로우홀의 최대 직경이 5 ㎛ 이하인 형태를 들 수 있다.

다이캐스트재 등의 주조재에서는, 블로우홀(포어)이라고 불리는 주조 결함이 존재하기 쉽다. 상기 블로우홀을 갖는 주조재에 압연 등의 소성 가공을 행함으로써, 상기 블로우홀을 소멸시키거나 작게 하거나 할 수 있지만, 주조재의 상태에서는 블로우홀이 소멸되거나 하지 않고 존재한다. 최대 직경이 5 ㎛를 초과하는 조대한 블로우홀이 존재하고, 특히 마그네슘 합금 부재(내충격 부재)의 표면에 노출되어 있는 경우, 균열의 기점이 되어, 충격 에너지의 흡수를 충분히 행하는 것이 어렵다. 또한, 상기 조대한 블로우홀은, 부식의 기점이 되기 쉬워 내식성의 저하를 초래한다. 이에 비해, 상기 형태는, 상기 조대한 블로우홀이 적거나 또는 실질적으로 존재하지 않아, 상기 조대한 블로우홀의 존재에 의한 균열이 생기기 어렵기 때문에 내충격성이 우수하다. 또한, 상기 형태는, 상기 조대한 블로우홀에 의한 내식성의 저하도 생기기 어려워 내식성이 우수하다. 블로우홀은 작을수록 바람직하고, 존재하지 않는 것이 가장 바람직하기 때문에, 블로우홀의 개수 및 최대 직경의 하한은 설정하지 않는다. 이러한 조대한 블로우홀이 적거나 또는 실질적으로 존재하지 않는 내충격 부재는, 예컨대 후술하는 바와 같이 주조판(바람직하게는 연속 주조판)에 압연을 실시한 압연판을 소재로 이용함으로써 얻어진다.

본 발명의 일 형태로서, 상기 마그네슘 합금은, Al을 8.3 질량% 이상 9.5 질량% 이하, Zn을 0.5 질량% 이상 1.5 질량% 이하 함유하는 형태를 들 수 있다.

Al을 8.3 질량%∼9.5 질량%, Zn을 0.5 질량%∼1.5 질량% 함유하는 Mg-Al계 합금은, 특히 강도가 우수하기 때문에, 고강도인 것이 요구되는 내충격 부재의 재질에 바람직하다. 상기 Mg-Al계 합금의 대표적인 조성으로서, ASTM 규격의 AZ91 합금을 들 수 있다.

본 발명의 일 형태로서, 상기 내충격 부재가 범퍼 부재인 형태를 들 수 있다.

본 발명 내충격 부재는, 충격 에너지를 충분히 완화할 수 있기 때문에, 내충격성이 특히 요구되는 자동차의 범퍼 부재, 구체적으로는 리인포스먼트나 범퍼 페이스 등에 바람직하게 이용할 수 있다.

본 발명 내충격 부재는 내충격성이 우수하다.

도 1의 (Ⅰ)은, 내충격 시험의 시험 방법을 설명하는 설명도이고, 도 1의 (Ⅱ)는, 파단 시험에 이용한 시험판 피스의 평면도이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

[내충격 부재]

(조성)

본 발명 내충격 부재를 구성하는 마그네슘 합금은, Mg에 첨가 원소를 함유한 여러 조성의 것(Mg : 50 질량% 이상과 첨가 원소와 잔부 : 불순물)을 들 수 있다. 특히, 본 발명에서는, 첨가 원소에 적어도 Al을 7.3 질량% 초과 12 질량% 이하 함유하는 Mg-Al계 합금으로 한다. Al의 함유량이 많을수록, 강도, 내소성 변형성(강성)과 같은 기계적 특성이 우수할 뿐만 아니라, 내식성도 우수한 경향이 있다. 단, Al의 함유량이 12 질량%를 초과하면 소성 가공성의 저하를 초래하기 때문에, 상한은 12 질량%가 바람직하고, 11 질량%가 더 바람직하다.

Al 이외의 첨가 원소는, Zn, Mn, Si, Ca, Sr, Y, Cu, Ag, Zr, Ce, Be, Sn, Li, Ni, Au 및 희토류 원소(Y, Ce를 제외함)에서 선택된 1종 이상의 원소를 들 수 있다. 이들 원소를 포함하는 경우, 그 함유량은, 합계로 바람직하게는 10 질량% 이하, 보다 바람직하게는 5 질량% 이하, 각 원소의 함유량은 바람직하게는 0.01 질량% 이상 10 질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.1 질량% 이상 5 질량% 이하를 들 수 있다. 보다 구체적인 Mg-Al계 합금은, 예컨대 ASTM 규격에서의 AZ계 합금(Mg-Al-Zn계 합금, Zn : 0.2 질량%∼1.5 질량%), AM계 합금(Mg-Al-Mn계 합금, Mn : 0.15 질량%∼0.5 질량%), Mg-Al-RE(희토류 원소)계 합금, AX계 합금(Mg-Al-Ca계 합금, Ca : 0.2 질량%∼6.0 질량%), AJ계 합금(Mg-Al-Sr계 합금, Sr : 0.2 질량%∼7.0 질량%) 등을 들 수 있다. 불순물은, 예컨대 Fe 등을 들 수 있다. 그 밖에, Y, Ce, Ca 및 희토류 원소(Y, Ce를 제외함)에서 선택되는 1종 이상의 원소를 합계 0.001 질량% 이상, 바람직하게는 합계 0.1 질량% 이상 5 질량% 이하 함유하면, 내열성, 난연성이 우수하다.

(조직)

≪조성≫

본 발명 내충격 부재를 구성하는 마그네슘 합금의 대표적인 조직으로서, 매트릭스상 중에 미세한 석출물의 입자가 특정한 범위로 분산된 조직을 들 수 있다. 석출물은, 주로 금속간 화합물을 들 수 있다. 금속간 화합물은, 예컨대 Mg₁₇Al₁₂와 같은 Mg 및 Al을 함유하는 화합물, Al(MnFe)와 같은 Al을 함유하는 화합물을 들 수 있다.

≪평균 입경, 면적 비율≫

상기 「미세」란, 평균 입경이 0.5 ㎛ 이하를 만족하는 것을 말하고, 「분산된 조직」이란, 본 발명 내충격 부재의 단면을 100 면적%로 할 때, 상기 금속간 화합물의 입자가 합계로 11 면적% 이하 존재하는 것을 말한다. 상기 면적 비율이 0 면적%를 초과함으로써, 마그네슘 합금 중에 상기 금속간 화합물이 충분히 존재하고, 평균 입경이 0.5 ㎛ 이하인 것에 의해, 미세한 금속간 화합물이 분산되어 있는 것에 의한 분산 강화의 효과를 충분히 얻을 수 있다. 상기 평균 입경이 지나치게 크거나, 상기 면적 비율이 지나치게 크면, 마그네슘 합금 중에 금속간 화합물이 과잉으로 존재하거나, 5 ㎛ 이상과 같은 조대한 입자가 존재함으로써, 매트릭스상 중의 Al의 고용량(Al 농도)이 저감되어 강도의 저하를 초래한다. 또한, 전술한 바와 같이 조대한 입자는, 충돌시 등에 균열 등의 기점이 되어 내충격성의 저하를 초래한다. 게다가, 금속간 화합물의 입자가 조대한 입자이며, 매트릭스상 중에 드문드문 존재하고 있으면, 상기 조대한 입자와 매트릭스상 사이에서 국부 전지를 형성하여, 공식(孔蝕) 등의 부식이 생기기 쉬워진다. 따라서, 금속간 화합물은 가능한 한 작은 입자이며, 이 작은 입자가 균일하게 분산되어 있는 것이 바람직하고, 상기 평균 입경은 0.3 ㎛ 이하가 보다 바람직하다. 상기 면적 비율은, 8 면적% 이하가 보다 바람직하다고 고려된다.

(산화막)

마그네슘 합금은 활성이므로, 일반적으로 방식 처리나 도장을 하지 않으면, 그 표면에 산화막이 형성된다. 다이캐스트재 등의 주조재에서는, 상기 산화막이 불균일한 두께로 생성되어 있고, 이러한 주조재는 내식성이 떨어진다. 이에 비해, 본 발명에서 표면의 실질적으로 전면에 걸쳐 균일한 두께의 산화막을 구비하는 형태에서는, 내식성도 우수하다. 표면의 실질적으로 전면이란, 검사 장치의 측정 한계 등에 의해 산화막을 정밀하게 확인할 수 없는 개소를 제외한 영역이며, 표면적의 90% 이상, 특히 95% 이상을 말한다. 또한, 산화막은, 실질적으로 마그네슘 산화물로 형성되지만(90 질량% 이상), Al 등의 불순물을 포함하는 것을 허용한다.

(두께)

본 발명 내충격 부재가 소재판(대표적으로는 압연이 실시된 판재)에 프레스 가공과 같은 소성 가공이 실시되어, 소정의 형상으로 성형된 성형 부재인 경우, 대표적으로는 소재판의 두께가 실질적으로 유지되기 때문에, 내충격 부재의 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 두께이다. 내충격 부재의 두께가 두꺼울수록, 충격 에너지의 흡수량이 증대될 수 있지만 경량화가 저해되고, 지나치게 얇으면 충격 에너지의 흡수를 충분히 할 수 없다. 이 때문에, 내충격 부재의 평균 두께는, 0.6 ㎜ 이상 3.0 ㎜ 이하가 바람직하다. 평균 두께는, 내충격 부재의 임의의 5개소의 두께의 평균으로 한다. 본 발명 내충격 부재는, 전술한 바와 같이 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 두께인 형태 외에, 리브나 관통 구멍을 가져 국소적으로 두께가 상이한 개소를 갖는 형태를 허용한다.

(표면 처리)

본 발명의 일 형태로서, 내충격 부재의 표리면(예컨대, 판재에 소성 가공이 실시된 성형 부재의 경우, 판재의 양면)의 쌍방에 방식 처리가 실시되지 않은 형태로 할 수 있다. 이 형태는, 종래 필수로 여겨졌던 방식 처리를 삭감할 수 있어, 내충격 부재의 생산성을 높일 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태로서, 내충격 부재의 표리면의 쌍방에 방식 처리가 실시되지 않고, 상기 표리면 중 어느 한쪽 면에만 도장층을 구비하는 형태로 할 수 있다. 이 형태는, 한쪽 면에 도장층을 구비함으로써, 내충격 부재의 내식성을 보강할 수 있을 뿐만 아니라, 착색이나 모양의 부여 등이 가능해지기 때문에, 장식성이나 상품 가치도 높일 수 있다.

그 밖에, 본 발명의 일 형태로서, 내충격 부재의 표리면의 쌍방에 화성 처리나 양극 산화와 같은 방식 처리가 실시된 형태(방식층을 구비하는 형태), 그리고 방식층에 더하여 도장층을 구비하는 형태로 할 수 있다. 이러한 형태는, 내충격 부재를 구성하는 마그네슘 합금 자체의 내식성에 더하여, 방식 처리에 의해 내식성을 높일 수 있어, 내식성이 매우 우수한 내충격 부재가 된다.

[제조방법]

본 발명 내충격 부재를, 판재에 소성 가공을 한 성형 부재로 하는 경우, 예컨대 이하의 주조 공정, 용체화 공정, 압연 공정 및 프레스 공정을 구비하는 제조방법으로 제조할 수 있다.

주조 공정 : Al을 7.3 질량% 초과 12 질량% 이하 함유하는 마그네슘 합금으로 이루어진 주조판을 연속 주조법으로 제조하는 공정.

용체화 공정 : 상기 주조판에 350℃ 이상의 온도로 용체화 처리를 하여 고용판을 제조하는 공정.

압연 공정 : 상기 고용판에 온간 압연을 하여 압연판을 제조하는 공정.

프레스 공정 : 상기 압연판에 프레스 가공을 하여 내충격 부재를 제조하는 공정.

특히, 용체화 공정 이후의 제조 공정에 있어서, 가공 대상인 소재판(대표적으로는 압연판)을 150℃ 이상 300℃ 이하의 온도 영역으로 유지하는 총합계 시간을 0.5 시간 이상 12 시간 이내로 하고, 300℃를 초과하는 온도로 가열하지 않도록 상기 소재판의 열이력을 제어한다.

상기 제조방법은, 상기 압연판에 교정을 하는 교정 공정을 더 구비할 수 있다. 이 교정은, 예컨대 상기 압연판을 100℃ 이상 300℃ 이하로 가열한 상태로 교정을 행하는 온간 교정을 들 수 있다. 상기 온간 교정을 행하는 경우, 이 교정 공정에서의 압연판을 150℃ 이상 300℃ 이하의 온도 영역으로 유지하는 시간이, 상기 총합계 시간에 포함되도록 한다. 그 밖에, 상기 제조방법은, 상기 압연판 또는 상기 교정 공정을 거친 교정판에 연마를 하는 연삭 공정을 더 구비할 수 있다.

전술한 바와 같이, 주조 이후, 특히 용체화 처리 이후, 최종 제품이 되기까지의 제조 공정에 있어서, 마그네슘 합금으로 이루어진 소재를, 금속간 화합물이 석출되기 쉬운 온도 영역(150℃∼300℃)으로 유지하는 시간을 특정한 범위내로 하고, 상기 소재를 용체화 처리 이후에 300℃를 초과하는 온도로 가열하지 않음으로써, 금속간 화합물 등의 석출물을 석출시키면서, 그 양을 특정한 범위내로 할 수 있다. 또한, 상기 특정한 온도 영역으로 유지하는 시간을 제어함으로써, 금속간 화합물 등의 석출물의 과도한 성장을 억제하여, 미세한 석출물이 분산된 조직으로 할 수 있다.

이하, 공정별로 보다 상세히 설명한다.

(주조 공정)

상기 주조판은, 쌍롤법과 같은 연속 주조법, 특히 WO/2006/003899에 기재된 주조 방법으로 제조한 주조판을 이용하는 것이 바람직하다. 연속 주조법은, 급냉 응고가 가능하므로, 산화물이나 편석 등을 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 균열의 기점이 될 수 있는 10 ㎛를 초과하는 조대한 정석출물이 생성되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 압연 가공성이 우수한 주조판을 얻을 수 있다. 주조판의 두께는 특별하게 문제되지 않지만, 지나치게 두꺼우면 편석이 생기기 쉽고, 이 편석이 압연시 등에 균열의 원인이 되기 때문에, 10 ㎜ 이하, 특히 5 ㎜ 이하가 바람직하다. 주조판의 폭은 적절하게 선택할 수 있다.

(용체화 공정)

상기 주조판에 용체화 처리를 하여 조성을 균질화하고, Al과 같은 첨가 원소를 고용시킨 고용판을 제조한다. 용체화 처리는, 유지 온도를 350℃ 이상, 특히 유지 온도 : 380℃∼420℃, 유지 시간 : 60분∼2400분(1시간∼40시간)으로 하는 것이 바람직하다. 유지 시간은, Al의 함유량이 많을수록 길게 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 유지 온도에서의 냉각 공정에서, 수냉이나 에어 블라스트와 같은 강제 냉각 등을 이용하여 냉각 속도를 빠르게 하면(예컨대 50℃/min 이상), 조대한 석출물의 석출을 억제할 수 있어 바람직하다. 전술한 바와 같이 용체화 처리를 행함으로써 마그네슘 합금 중에 Al을 충분히 고용시킬 수 있다.

(압연 공정)

상기 고용판에 압연을 함에 있어서, 소재(고용판이나 최종 압연이 실시되기까지의 압연 도중의 판)를 가열함으로써 소성 가공성(압연 가공성)을 높일 수 있다. 따라서, 1 패스 이상은 온간 압연으로 한다. 특히, 상기 소재를 300℃를 초과하여 가열하면 소성 가공성을 충분히 높일 수 있어 압연을 행하기 쉽다. 그러나, 전술한 바와 같이 금속간 화합물(석출물)의 과잉 생성이나 조대화에 의한 내충격성의 저하나 내식성의 저하를 초래하거나, 소재의 눌어붙음이 발생하거나, 소재의 결정립이 조대화하여 압연후에 얻어진 판재의 기계적 특성이 저하되거나 한다. 그 때문에, 압연 공정에서 소재의 가열 온도도 300℃ 이하로 한다. 특히, 소재의 가열 온도는 150℃ 이상 280℃ 이하가 바람직하다. 복수회(복수 패스)의 압연을 함으로써, 원하는 판두께(예컨대 0.6 ㎜∼3.0 ㎜)로 할 수 있고, 소재의 평균 결정 입경을 작게 하거나(예컨대, 10 ㎛ 이하, 바람직하게는 5 ㎛ 이하), 압연이나 프레스 가공과 같은 소성 가공성을 높일 수 있다. 압연은, 공지의 조건, 예컨대 소재뿐만 아니라 압연 롤도 가열하거나, 특허문헌 1에 개시되는 제어 압연 등을 조합하여 이용해도 좋다. 또한, 마무리 압연 등에서 압하율이 작은 압연을 행하는 경우, 냉간 압연으로 해도 좋다. 그 밖에, 압연시에 윤활제를 적절하게 이용하면, 압연시의 마찰 저항을 저감할 수 있고, 소재의 눌어붙음 등을 방지하여, 압연을 하기 쉽다.

복수 패스의 압연을 행하는 경우, 전술한 150℃∼300℃의 온도 영역의 유지 시간이 상기 총합계 시간에 포함되는 범위에서, 패스간에 중간 열처리를 행해도 좋다. 이 중간 열처리에 의해, 상기 중간 열처리까지의 소성 가공(주로 압연)에 의해 가공 대상인 소재에 도입된 왜곡이나 잔류 응력, 집합 조직 등을 제거, 경감할 수 있고, 상기 중간 열처리후의 압연에서 예상치 못한 균열이나 왜곡, 변형을 방지하여, 보다 원활하게 압연을 행할 수 있다. 중간 열처리를 행하는 경우도, 소재의 가열 온도를 300℃ 이하로 한다. 바람직한 가열 온도는 250℃ 이상 280℃ 이하이다.

(교정 공정)

상기 압연 공정에 의해 얻어진 압연판에, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이 최종 열처리(최종 소둔)를 해도 좋지만, 이 최종 열처리를 하지 않거나, 또는 최종 열처리후에 전술한 바와 같이 교정을 하면, 프레스 가공과 같은 소성 가공성이 우수하여 바람직하다. 교정은, WO/2009/001516에 기재된 바와 같은 복수의 롤이 지그재그로 배치된 롤 레벨러 등을 이용하여, 압연판을 100℃∼300℃, 바람직하게는 150℃ 이상 280℃ 이하로 가열하여 행하는 온간 압연을 들 수 있다. 이러한 온간 교정을 행한 교정판에 프레스 가공과 같은 소성 가공을 하면, 소성 가공시에 동적 재결정화가 생김으로써 소성 가공성이 우수하다. 또한, 온간 교정 가공을 하는 소재의 두께에 따라서도 달라지지만, 얇은 것에서는, 온간 교정 공정에서의 상기 온도 영역의 유지 시간을 수분 정도, 나아가 1분 이내로 매우 짧게 할 수 있다.

상기 최종 열처리를 행한 경우, 압연에 따르는 왜곡을 제거할 수 있다. 최종 열처리의 조건은, 예컨대 소재의 가열 온도 : 100℃ 이상 300℃이하, 가열 시간 : 5분 이상 60분 이하를 들 수 있다. 특허문헌 1에 기재된 바와 같이 가열 온도를 300℃∼340℃로 할 수도 있지만, 전술한 바와 같이 금속간 화합물의 성장을 가능한 한 억제하기 위해, 가열 온도를 높이는 경우에는 가열 시간을 짧게 하는 것, 예컨대 30분 미만으로 하는 것이 바람직하다.

(소재를 특정한 온도 영역으로 유지하는 총합계 시간)

전술한 바와 같이 금속간 화합물이 생성되기 쉽거나 성장하기 쉽거나 하는 상기 온도 영역(150℃∼300℃)의 유지 시간을 특정한 범위로 제어함으로써, 특정량의 미세한 금속간 화합물이 분산되어 존재하는 조직으로 할 수 있다.

상기 150℃∼300℃의 온도 영역으로 유지하는 총합계 시간이 0.5시간 미만이면, 금속간 화합물이 충분히 석출되지 않고, 12시간을 초과하거나, 소재를 300℃를 초과하여 가열하여 압연하거나 하면, 평균 입경이 1 ㎛ 이상인 조대한 금속간 화합물이 존재하는 조직이나 11 면적%를 초과하는 과잉의 금속간 화합물이 존재하는 조직을 얻을 수 있다. 바람직하게는, 온도 영역 : 150℃ 이상 280℃ 이하, 총합계 시간 : 1시간 이상 6시간 이하가 되도록, 압연 공정에서의 각 패스의 가공도나 압연 공정의 총가공도, 중간ㆍ최종 열처리시의 조건, 교정시의 조건 등을 제어한다. 또한, Al의 함유량이 많을수록 금속간 화합물이 석출되기 쉬우므로, 상기 총합계 시간은, Al의 함유량에 따라서도 조정하는 것이 바람직하다.

(프레스 공정)

상기 압연판이나, 상기 압연판에 상기 최종 열처리를 한 열처리판, 상기 압연판에 상기 교정을 한 교정판, 상기 압연판ㆍ열처리판ㆍ교정판 중의 어느 것에 연마(바람직하게는 습식 연마)를 한 연마판에 프레스 가공과 같은 소성 가공을 함으로써, 본 발명 내충격 부재(성형 부재)를 얻을 수 있다. 상기 소성 가공은, 200℃ 이상 300℃ 이하의 온간 가공으로 하면, 소재의 소성 가공성을 높일 수 있어 소성 가공을 행하기 쉽다. 또한, 이 소성 가공시에 소재를 200℃∼300℃로 유지하는 시간은 매우 짧고, 예컨대 프레스 가공에 따라서는 60초 이내인 경우가 있다. 따라서, 이 프레스 공정에서는, 전술한 바와 같은 금속간 화합물의 조대화 등의 문제점은 실질적으로 생기지 않는다고 고려된다.

상기 소성 가공후에 열처리를 하여, 소성 가공에 의해 도입된 왜곡이나 잔류 응력의 제거, 기계적 특성의 향상을 도모할 수 있다. 이 열처리 조건은, 가열 온도 : 100℃∼300℃, 가열 시간 : 5분∼60분 정도를 들 수 있다. 단, 이 열처리에서도 150℃∼300℃의 온도 영역의 유지 시간이 상기 총합계 시간에 포함되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 소성 가공후, 방식 처리를 하거나, 내식성의 향상이나 기계적 보호, 장식(상품 가치의 향상) 등을 목적으로, 전술한 바와 같이 도장층을 형성하거나 할 수 있다.

(소재의 형태)

상기 성형 부재인 형태의 본 발명 내충격 부재를 제조함에 있어서, 그 소재에 코일재를 이용하면, 프레스 성형 장치에 소재를 연속적으로 공급할 수 있기 때문에, 대량 생산이 가능하고, 공업적인 의의가 크다. 이 코일재는, 예컨대 전술한 바와 같이 연속 주조법에 의해 연속적으로 제조한 길이가 긴 주조판을 코일형으로 권취하여 주조 코일재를 제작하고, 이 주조 코일재에 용체화 처리[배치(batch) 처리 또는 연속 처리]를 한 후, 다시 풀어서 압연이나 교정 등의 가공을 하고 권취함으로써 제조할 수 있다. 특히, 주조 코일재를 제조함에 있어서, 주조재에서의 권취 직전의 개소를 예컨대 150℃ 이상으로 가열한 상태로 권취함으로써, 권취 직경이 작은 경우에도 균열 등이 생기지 않고 권취할 수 있다. 권취 직경이 큰 경우는, 냉간으로 권취해도 좋다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시형태를 시험예에 기초하여 설명한다.

[시험예]

여러 금속판에 관해 내충격성 및 조직을 조사했다.

이 시험에서는, 이하와 같이 하여 제작한 마그네슘 합금으로 이루어진 판재(시료 No.1)와, 비교로서 시판 알루미늄 합금판(5052, 시료 No.100, 두께 0.6 ㎜), 시판 스테인리스 강판(SUS304, 시료 No.110, 두께 0.6 ㎜), 시판 전신판(AZ31 합금, 시료 No.120, 두께 0.6 ㎜), 시판 주조판(AZ91 합금)을 준비했다. 상기 주조판(AZ91 합금)에는, 시료 No.1에 실시한 후술하는 연마 처리와 동일한 조건으로 습식 연마를 하여 연마판을 제작하고, 이 연마판(두께 0.6 ㎜)을 시료 No.130으로 했다.

시료 No.1의 판재는 이하와 같이 제작했다. AZ91 합금 상당의 조성[9.0% Al-1.0% Zn-0.15%∼0.5% Mn(모두 질량%), 잔부 Mg]을 갖는 마그네슘 합금의 용탕을 이용하여, 쌍롤 연속 주조법에 의해 길이가 긴 주조판(두께 4 ㎜)을 제작하고 코일형으로 권취하여, 주조 코일재를 제작했다. 이 주조 코일재를 배치로(batch furnace)에 넣고 400℃×24시간의 용체화 처리를 했다. 얻어진 고용 코일재를 풀어서, 이하의 조건으로 복수 패스의 압연을 하고 권취하여, 두께 약 0.6 ㎜의 압연 코일재를 제작했다.

(압연 조건)

압하율 : 5%/패스∼40%/패스

소재의 가열 온도 : 250℃∼280℃

롤 온도 : 100℃∼250℃

얻어진 압연 코일재를 풀고, 소재판을 200℃로 가열한 상태로 온간 교정을 하여 권취하고, 교정 코일재를 제작했다. 온간 교정은, 소재판(압연판)을 가열할 수 있는 가열로와, 가열된 소재판에 연속적으로 굴곡(왜곡)을 부여하는 복수의 롤을 갖는 롤부를 구비하는 롤 레벨러 장치를 이용하여 행한다. 상기 롤부는, 상하로 대향하여 지그재그로 배치된 복수의 롤을 구비한다. 상기 롤 레벨러 장치에 의해, 소재판은, 상기 가열로 내에서 가열되면서 상기 롤부로 보내지고, 롤부의 상하의 롤 사이를 통과할 때마다, 이들 롤에 의해 순차적으로 굴곡이 부여된다.

얻어진 교정 코일재를 풀고, 소재(교정판)의 표면에, #600의 연마 벨트를 이용하여 습식 벨트식 연마를 실시하여 평활하게 만들고 권취하여, 연마 코일재를 제작했다(두께 0.6 ㎜). 이 연마 코일재를 시료 No.1로 한다. 또한, 시료 No.1은, 용체화 처리 이후의 제조 공정에서, 150℃∼300℃의 온도 영역으로 유지하는 총합계 시간을 0.5시간∼12시간으로 하고, 300℃를 초과하는 가열을 행하지 않도록 했다.

<내충격성>

[함몰 시험]

준비한 각 판재로부터 두께 0.6 ㎜×길이 l : 100 ㎜×폭 w : 70 ㎜의 직사각형의 시험판 피스를 제작하고, 이하의 내충격 시험을 행하여 내충격성을 평가했다.

시험판 피스는, 각 판재로부터 상기 직사각형의 소편(小片)을 잘라내어 제작했다. 절취한 소편의 양단부측에 각각 고정 구멍을 형성한다. 그리고, 떨어져 배치된 한 쌍의 지지대 사이에(간격 W : 76 ㎜), 양 지지대 사이에 걸쳐지도록 시험판 피스를 배치하고 고정 구멍에 볼트를 끼워 넣어 시험판 피스를 양 지지대에 고정하여, 시험판 피스의 양단부를 지지대로 유지한다. 이 상태에서, 시험판 피스의 중앙부에 철구가 접촉하도록, 시험판 피스의 표면에 대하여 수직 방향의 위쪽으로부터 철구(질량 : 225 g, 직경 D : 38 ㎜)를 자유 낙하시킨다. 상기 철구를 낙하시키는 지점으로부터 시험판 피스의 표면까지의 거리를 낙하 높이 H로 하여, 시험판 피스에 함몰이 생기지 않는 낙하 높이 H를 측정한다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 함몰의 유무는 육안으로 확인한다.

표 1에 나타낸 바와 같이, Al의 함유량이 고농도인 마그네슘 합금으로 이루어진 압연 코일재(압연판)를 이용하여 시험판 피스를 제작한 시료 No.1은, 상기 내충격 시험에서의 낙하 높이가 스테인리스 강판인 시료 No.110보다 높은 것을 알 수 있다. 또한, 시료 No.1은, 동일한 조성이라 하더라도 주조판으로 이루어진 시료 No.130보다 낙하 높이가 높은 것을 알 수 있다. 이와 같이 시료 No.1은, 다소의 충격으로는 함몰되지 않아, 내충격성이 매우 우수하다는 것을 알 수 있다.

[파단 시험]

또한, 도 1의 (Ⅱ)에 나타내는 시험판 피스(10)를 제작하여 파단 시험을 행했다. 구체적으로는, 시험판 피스(10)는, 두께 0.6 ㎜×길이 l : 100 ㎜×폭 w : 70 ㎜의 직사각형이며, 각 긴변 가장자리(11)의 각각에 관해, 길이 방향의 중심부에 반원호형의 노치(12)(직경 d : 7.5 ㎜)를 형성한 것, 그리고 양단부측에 각각 고정 구멍(13)을 형성한 것을 준비했다. 그리고, 도 1의 (Ⅰ)에 나타낸 바와 같이 떨어져 배치된 한 쌍의 지지대(21, 22) 사이에(간격 W : 76 ㎜), 양 지지대(21, 22) 사이에 걸쳐지도록 시험판 피스(10)를 배치하고 고정 구멍(13)에 볼트(23)를 끼워 넣어 시험판 피스(10)를 양 지지대(21, 22)에 고정하며, 시험판 피스(10)의 양단부를 지지대(21, 22)로 유지했다. 이 상태에서, 상기 노치(12)가 형성된 시험판 피스(10)의 중앙부에 철구(30)가 접촉하도록, 시험판 피스(10)의 표면에 대하여 수직 방향의 위쪽으로부터 철구(30)(질량 : 225 g, 직경 D : 38 ㎜)를 자유 낙하시켰다. 그리고, 철구(30)의 충돌에 의해 시험판 피스(10)가 파단될 때의 낙하 높이 H[철구(30)를 낙하시키는 지점으로부터 시험판 피스(10)의 표면까지의 거리]를 측정했다. 그 결과, 낙하 높이 H가 900 ㎜일 때 시료 No.130은 파단되었지만, 시료 No.1은 균열되지 않았다. 이러한 점에서도, 시료 No.1은 내충격성이 매우 우수하다는 것을 알 수 있다.

<조직 관찰>

다음으로, 준비한 마그네슘 합금의 판재에 관해 조직 관찰을 행했다.

시료 No.1의 연마 코일재 및 비교 시료 No.130의 연마한 주조판에 관해, 각 판재의 표층 영역(판재의 표면으로부터 판두께 방향으로 판두께의 30%까지의 영역)의 단면을 임의로 취하고, 그 단면을 주사 전자 현미경 : SEM으로 관찰하여, 금속간 화합물의 입자의 평균 입경(㎛), 금속간 화합물의 입자의 합계 면적의 비율(%), 금속간 화합물의 입자의 개수(개/㎛²), 블로우홀의 최대 직경(㎛)을 측정했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 인접하는 금속간 화합물의 입자간 평균 간격(㎛), 금속간 화합물의 입자의 원형도 계수를 측정했다. 그 결과도 표 2에 나타낸다. 또한, 시료 No.1, No.130에 대하여 염수 부식 시험을 행하여, 상기 시험에 의한 부식 감량(㎍/㎠)을 측정했다. 그 결과도 표 2에 나타낸다.

금속간 화합물의 입자의 평균 입경은, 이하와 같이 하여 측정했다. 각 시료에 대하여 각각, 판두께 방향으로 5개의 단면(전술한 바와 같이 표층 영역의 단면)을 취하고, 각 단면의 관찰 이미지로부터 임의로 3개의 시야(여기서는 22.7 ㎛×17 ㎛의 영역)를 각각 취한다. 관찰 시야마다, 하나의 관찰 시야내에 존재하는 각 입자의 원상당 직경(각 입자의 면적의 등가 면적원의 직경)을 각각 구하여, 상기 원상당 직경의 총합을 하나의 관찰 시야내에 존재하는 입자수로 나눈 값 : (원상당 직경의 합계)/(입자의 합계수)를 상기 관찰 시야의 입자의 평균 입경으로 한다. 그리고, 각 시료의 각각에 관해, 15개의 관찰 시야의 입자의 평균 입경의 평균을 표 2에 나타낸다.

금속간 화합물의 입자의 합계 면적의 비율은, 이하와 같이 하여 측정했다. 전술한 바와 같이 관찰 시야를 취하고, 관찰 시야마다 하나의 관찰 시야내에 존재하는 모든 입자의 면적을 각각 조사하여 합계 면적을 산출하며, 이 합계 면적을 하나의 관찰 시야의 면적(여기서는 385.9 ㎛²)으로 나눈 값 : (입자의 합계 면적)/(관찰 시야의 면적)을 상기 관찰 시야의 입자의 면적 비율로 한다. 그리고, 각 시료의 각각에 관해, 15개의 관찰 시야의 입자의 면적 비율의 평균을 표 2에 나타낸다.

금속간 화합물의 입자의 개수는, 이하와 같이 하여 측정했다. 전술한 바와 같이 관찰 시야를 취하고, 관찰 시야마다 하나의 관찰 시야내에 존재하는 모든 입자의 개수를 각각 조사하여 합계수를 산출하여, 이 합계수를 하나의 관찰 시야의 면적(여기서는 385.9 ㎛²)으로 나눈 값 : (입자의 합계수)/(관찰 시야의 면적)을 상기 관찰 시야의 입자의 개수로 한다. 그리고, 각 시료의 각각에 관해, 15개의 관찰 시야의 입자의 개수의 평균을 표 2에 나타낸다.

금속간 화합물의 입자의 평균 간격은, 이하와 같이 측정했다. 전술한 바와 같이 관찰 시야를 취하고, 관찰 시야마다 하나의 관찰 시야내에 존재하는 모든 입자의 합계 면적 및 입자의 합계수로부터, 하나의 입자의 평균 면적 : (입자의 합계 면적)/(입자의 합계수)를 구하여, 모든 입자의 합계 면적을 상기 평균 면적으로 나눈 값을 상기 관찰 시야의 입자수로 한다. 이 관찰 시야의 입자수를 상기 관찰 시야의 면적(여기서는 385.9 ㎛²)으로 나누어 단위면적당 입자수를 구하고, 이 단위면적당 입자수의 평방근을 단위거리당 입자수로 하며, 단위거리당 입자수의 역수를 상기 관찰 시야의 입자의 평균 간격으로 한다. 그리고, 각 시료의 각각에 관해, 15개의 관찰 시야의 입자의 평균 간격의 평균을 표 2에 나타낸다.

금속간 화합물의 입자의 원형도 계수는, 이하와 같이 측정했다. 전술한 바와 같이 관찰 시야를 취하고, 관찰 시야마다 하나의 관찰 시야내에 존재하는 각 입자의 면적 및 주위 길이를 측정하며, 각 입자에 관해 원형도 계수=4π×면적/(주위 길이)²를 산출하여, 상기 입자의 원형도 계수로 하고, 모든 입자의 원형도 계수의 평균을 상기 관찰 시야의 입자의 원형도 계수로 한다. 그리고, 각 시료의 각각에 관해, 15개의 관찰 시야의 입자의 원형도 계수의 평균을 표 2에 나타낸다.

블로우홀의 최대 직경은, 이하와 같이 측정했다. 전술한 바와 같이 관찰 시야를 취하고, 관찰 시야마다 하나의 관찰 시야내에 존재하는 블로우홀을 육안으로 확인하며, 블로우홀이 존재하는 경우, 각 블로우홀의 최대 직경 길이(블로우홀의 임의의 2점을 연결하는 선분의 최대 길이)를 각각 구하고, 이들의 최대치를 상기 관찰 시야의 블로우홀의 최대 직경으로 한다. 그리고, 각 시료의 각각에 관해, 15개의 관찰 시야의 블로우홀의 최대 직경의 평균을 표 2에 나타낸다.

상기 평균 입경 등의 금속간 화합물의 입자에 관한 각 파라미터나 블로우홀의 최대 직경은, 시판 화상 처리 장치를 이용함으로써 용이하게 산출할 수 있다. 또한, 상기 입자는, EDS(에너지 분산형 X선 분석 장치 : Energy Dispersive X-ray Spectrometer)에 의해 조성을 조사할 수 있고, Mg₁₇Al₁₂나 Al(MnFe)과 같은 Al이나 Mg를 포함하는 금속간 화합물이었다. 상기 금속간 화합물의 존재는, X선 회절 등을 이용하여 조성 및 구조를 조사하는 것에 의해서도 판별할 수 있다. 또한, 시료의 단면에 대하여 EDS 분석 등을 이용함으로써, 마그네슘 합금판의 표면에 존재하는 물질의 조성을 조사할 수 있고, 시료 No.1, No.130은, 마그네슘 합금으로 이루어진 판재의 표면에 산화막이 존재하며, 이 산화막은 주로 마그네슘 산화물로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 시료 No.1의 산화막은 두께가 균일하였다.

부식 감량은, 염수 부식 시험으로서, JIS H 8502(1999)에 준거하여 염수 분무 시험을 행하여 이하와 같이 측정했다. 전술한 바와 같이 연마를 한 판재에 의해, 부식 시험용 시험편을 별도 제작하고, 이 시험편의 질량(초기값)을 측정한 후, 시험편에 있어서 미리 설정한 크기의 시험면이 노출되도록, 시험편의 불필요한 개소에 마스킹을 한다. 마스킹한 시험편을 부식 시험 장치 내에 넣고, 상기 장치 바닥면에 대하여 소정의 각도로 경사지도록 기대어 세워 배치한다(여기서는 장치 바닥면과 시험편이 이루는 각 : 70°∼80°). 시험액(5 질량%의 NaCl 수용액, 온도 : 35±2℃)을 미스트로 하여 시험편에 분무한 상태로 소정 시간 유지한다(여기서는 96시간). 소정 시간 경과후, 시험편을 부식 시험 장치로부터 잘라내어 마스킹을 제거한 후, JIS Z 2371(2000)의 참고표 1에 기재된 방법에 준거하여, 시험편에 생성된 부식 생성물을 크롬산 용해에 의해 제거한다. 부식 생성물을 제거한 후의 시험편의 질량을 측정하고, 이 질량과 상기 초기값의 차분을 시험편의 시험면의 면적으로 나눈 값을 부식 감량(㎍/㎠)으로 한다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 시료 No.1은, 둥그스름한 미세한 금속간 화합물의 입자가 분산된 조직을 갖고 있고, 주조판의 시료 No.130은, 이형이며 큰 입자가 드문드문 존재하고 있어, 전혀 다른 조직인 것을 알 수 있다. 또한, 시료 No.1은, 블로우홀이 실질적으로 관찰되지 않는데 비해, 주조판의 시료 No.130은 큰 블로우홀이 다수 존재했다.

이와 같이 Al을 특정한 범위로 고농도로 함유하고, 미세한 금속간 화합물이 균일하게 분산되며, 그 면적 비율이 11 면적% 이하인 조직을 갖는 마그네슘 합금으로 이루어진 판재는, 내충격성이 우수하다는 것을 알 수 있다. 또한, 이 특정한 조직을 갖는 상기 판재는, 내식성도 우수하다는 것을 알 수 있다.

또한, 시료 No.1의 연마 코일재에 온간 프레스 가공을 하여(소재의 가열 온도 : 250℃), 단면이 コ형인 프레스 부재(성형 부재)를 제작한 결과, 균열 등이 생기지 않고, 프레스 가공을 할 수 있었다. 이 프레스 부재에서 수축 변형을 수반하지 않는 평탄한 부분에 관해, 상기 연마 코일재와 동일하게 하여 조직 관찰을 행한 결과, 상기 연마 코일재를 구성하는 판재의 조직을 실질적으로 유지하고 있는 것을 확인했다. 즉, 이 프레스 부재는, 미세한 금속간 화합물이 균일하게 분산되어, 조대한 블로우홀이 존재하지 않는 조직으로 이루어진 마그네슘 합금으로 구성되어 있다. 또한, 얻어진 프레스 부재는, 소성 경화에 의해 판재보다 더욱 강도가 우수하다. 따라서, 이 프레스 부재의 상기 평탄한 부분으로 전술한 시험판 피스를 제작하여, 전술한 바와 같이 내충격 시험을 행하면, 함몰이 생기지 않는 낙하 높이 H가 보다 높아, 내충격성이 더욱 우수하다. 이와 같이 상기 특정한 조성 및 조직을 갖는 마그네슘 합금으로 이루어진 판재에 온간 프레스 가공을 하여 형성된 리인포스먼트나 범퍼 페이스와 같은 내충격 부재는 내충격성이 우수하여, 에너지 흡수량을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

또한, 전술한 실시형태는, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고 적절하게 변경하는 것이 가능하며, 전술한 구성에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 마그네슘 합금의 조성(특히 Al의 함유량), 소재가 되는 마그네슘 합금의 판재의 두께ㆍ크기, 제조 조건 등을 적절하게 변경할 수 있다.

산업상 이용가능성

본 발명 내충격 부재는, 내충격성이 요구되는 여러 분야의 구성 부재, 예컨대 범퍼 부재 등의 자동차 부품, 케이스나 커버 등의 외장 부재, 골격 부재, 가방이나 소화기 등의 사용시에 낙하가 예상되는 제품의 외장 부재 등에 바람직하게 이용할 수 있다.

10 : 시험판 피스 11 : 긴변 가장자리
12 : 노치 13 : 고정 구멍
21, 22 : 지지대 23 : 볼트
30 : 철구

Claims (7)

1. Al을 7.3 질량% 초과 12 질량% 이하 함유하는 마그네슘 합금을 포함하고,
   내충격 시험을 행하여 이하의 낙하 높이를 측정했을 때, 함몰이 생기지 않는 낙하 높이가 340 ㎜를 초과하는 것을 특징으로 하는 내충격 부재.
   (내충격 시험)
   내충격 부재로부터 두께 0.6 ㎜×길이 100 ㎜×폭 70 ㎜의 시험판 피스를 제작하고, 이 시험판 피스의 양단부를 유지한 상태에서, 상기 시험판 피스의 중앙부를 향해 질량 225 g의 철구를 자유 낙하시킨다. 철구를 낙하시키는 지점으로부터 시험판 피스까지의 거리를 낙하 높이(㎜)로 하여, 철구에 의해 시험판 피스에 함몰이 생기지 않는 낙하 높이를 측정한다.
2. 제1항에 있어서, 상기 마그네슘 합금 중에 Al 및 Mg 중의 하나 이상을 포함하는 금속간 화합물의 입자가 분산되어 존재하고,
   상기 금속간 화합물의 입자의 평균 입경이 0.5 ㎛ 이하이며,
   상기 내충격 부재의 단면에 있어서, 상기 금속간 화합물의 입자의 합계 면적의 비율이 0% 초과 11% 이하인 것을 특징으로 하는 내충격 부재.
3. 제2항에 있어서, 상기 내충격 부재의 단면에 있어서, 상기 금속간 화합물의 입자의 개수가 0.1 개/㎛²이상인 것을 특징으로 하는 내충격 부재.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내충격 부재는, 상기 마그네슘 합금을 포함하는 판재에 소성 가공을 하여 성형된 성형 부재이며, 수축 변형을 수반하지 않는 평탄한 부분을 갖고 있고,
   상기 시험판 피스는, 상기 평탄한 부분으로부터 잘라내어 제작하는 것을 특징으로 하는 내충격 부재.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내충격 부재의 단면에 있어서, 블로우홀의 최대 직경이 5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 내충격 부재.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마그네슘 합금은, Al을 8.3 질량% 이상 9.5 질량% 이하, Zn을 0.5 질량% 이상 1.5 질량% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 내충격 부재.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내충격 부재는 범퍼 부재인 것을 특징으로 하는 내충격 부재.

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