주조 알루미늄과 압출 알루미늄은 서로 다른 방식으로 제조되는 알루미늄의 한 종류입니다. 주조 알루미늄은 녹인 금속을 주형에 부어 모양을 만듭니다. 압출 알루미늄은 알루미늄을 구멍을 통해 밀어 넣어 튜브와 같은 모양을 만듭니다. 압출 알루미늄은 일반적으로 더 강하고 표면이 더 부드럽습니다. 주조 알루미늄은 더 복잡한 모양을 만들 수 있지만 압출 알루미늄은 단순한 모양을 만드는 데 더 저렴합니다.
특정 용도에 적합한 소재를 선택하려면 주조와 압출 알루미늄의 차이점을 이해하는 것이 중요합니다. 이 문서를 읽고 구체적인 방법, 적용 분야, 장단점, 제한 사항 등을 살펴보세요.
주조 알루미늄이란 무엇인가요?
다이캐스터는 용융 알루미늄 합금을 사용하여 주조 알루미늄 부품을 만듭니다. 그런 다음 이 액체 형태를 제품 프로파일의 금형에 주입합니다. 이러한 부품은 다이캐스팅 방식으로 제작되기 때문에 가볍고 내구성이 뛰어납니다. 주조 알루미늄은 자동차, 비행기, 기계 및 일상용품에 사용할 수 있습니다.
일반적인 알루미늄 합금
A380 합금
합금 A380에는 이미 약 8.5%의 실리콘과 3.5%의 구리가 존재합니다. 이들은 우수한 전기 전도성과 2.71g/cm³의 낮은 밀도를 제공하기 위해 존재합니다. 유동성이 우수합니다. 고압 다이캐스팅으로 얇은 벽의 부품과 엔진 브래킷을 제작할 수 있는 우수한 주조성을 제공합니다.
A356-T6 합금
이 합금에는 약 7%의 실리콘과 0.3%의 마그네슘이 함유되어 있습니다. 적절한 열처리를 거치면 부품의 강도가 향상되어 인장 강도가 310MPa에 이릅니다. 이 합금은 전도성이 우수합니다. 제조업체는 주로 모래 주조를 통해 자동차 바퀴와 항공우주 부품에 주로 사용합니다.
319 합금
일반적으로 이 금속의 약 6%는 실리콘이고 3.5%는 구리입니다. 이 합금은 다른 합금보다 훨씬 무겁습니다. 전도성이 우수하고 밀도 범위가 2.76g/cm³입니다. 따라서 내열성이 중요한 엔진 블록에 유용합니다.
| 합금 | 구성 | 밀도(g/cm³) | 인장 강도(MPa) | 전도성 | 캐스팅 방법 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A380 | 8.5% Si, 3.5% Cu | 2.71 | - | 우수 | 고압 다이 캐스팅 | |
| A356-T6 | 7% Si, 0.3% Mg | - | 310 | Good | 모래 주조 | |
| 319 | 6% Si, 3.5% Cu | 2.76 | - | 우수 | - |
캐스팅 프로세스
고압 다이 캐스팅
제조업체가 용융 알루미늄을 10~175MPa의 압력으로 강철 주형에 붓는 공정은 고압 다이캐스팅입니다. 이 기술은 더 빠르게 작동하며 30초 이내에 부품을 생산합니다. 기어박스 하우징과 같이 날카롭고 섬세한 부품에 가장 적합합니다.
저압 다이 캐스팅
이 공정은 20~100kPa의 낮은 압력에서 금속을 금형에 밀어 넣습니다. 이렇게 느리게 처리하면 결함을 줄이는 기포가 줄어듭니다. 예를 들어 강도가 향상된 알루미늄 휠을 만들 수 있습니다.
모래 주조
제조업체는 용융 금속을 모래 주형에 붓습니다. 이 공정은 실제로 부품당 몇 시간이 걸립니다. 그러나 펌프 하우징과 같은 세부 부품은 이 과정을 거칠 수 있습니다.
기타 방법:
가장 많이 사용되는 공정은 다이캐스팅이나 샌드캐스팅만이 아닙니다. 여기에는 다음도 포함됩니다. 투자 캐스팅 및 영구 금형 주조. 인베스트먼트 주조에서는 제조업체가 왁스 패턴을 사용합니다. 그러나 영구 금형 주조의 경우 재사용 가능한 강철 금형을 사용합니다. 이러한 기술은 조리기구와 같은 중간 크기의 명시된 부품을 만들 수 있는 기술입니다.
미세 구조 및 고형화
Every time aluminum cools, tiny crystals (nucleation) and grain growth occur. This means cooling temperatures are what can impact them. That’s because fast cooling in die-casting makes very small, strong grains. Meantime, slow cooling does produce large and less durable grains. Additionally, wear resistance in alloys like A380 due to silicon particles and heat treatment in a 356-T6 actually does reduce brittle areas.
압출 알루미늄이란 무엇인가요?
제조업체는 성형 금형을 사용하여 가열된 알루미늄 합금에 힘을 가합니다. 그런 다음 이 금속은 일반적으로 막대, 튜브 또는 빔과 같이 긴 프로파일 모양을 갖습니다. 압출 알루미늄 부품은 건축, 자동차 및 소비재 전반에 걸쳐 널리 사용됩니다. 그 이유는 가볍고 튼튼하며 가격이 저렴하기 때문입니다.
일반적인 합금
6061 합금:
6061 합금은 1.0% 마그네슘과 0.6% 실리콘을 포함합니다. 이 입자는 높은 강도(인장강도 310MPa)와 뛰어난 용접성을 제공합니다. 트럭 프레임이나 자전거 부품과 같이 구조적이고 응력이 심한 부품에 적합합니다.
6063 합금:
6063 합금에 0.7% 마그네슘과 0.4% 실리콘이 함유되어 있습니다. 부식을 막고 표면 마감이 미세합니다. 그렇기 때문에 창틀이나 도어 레일과 같은 장식 및 건축용 프로파일에 가장 적합합니다.
열처리
압출 알루미늄의 특성은 제조업체가 T5 또는 T6 템퍼링과 같은 열처리 과정을 거치면 더욱 향상됩니다.
T5 템퍼링에서는 압출된 부품이 공랭식으로 냉각됩니다. 20-30%의 가능성으로 부품의 강도를 높입니다.
T6 템퍼링에는 530°C에서 용액 처리가 포함됩니다. 그 다음에는 인위적인 노화가 이어집니다. 그 결과 부품은 훨씬 더 단단하고 강해집니다. 예를 들어 6061-T6를 구조용에 사용하면 최적의 연성과 강도의 균형을 맞출 수 있습니다.
압출 프로세스 직접 압출 방식입니다:
제조업체는 유압 램을 사용하여 고정된 다이를 통해 빌릿을 밀어내는데, 이를 직접 압출이라고 합니다. 이러한 종류의 공정은 효율적이지만 마찰로 인해 더 많은 에너지가 필요합니다.
간접 압출에서:
간접 압출 중에는 다이가 빌렛을 향해 움직이는 동안 빌렛이 고정된 상태를 유지합니다. 이것이 바로 역방향 또는 리버스 기술이라고 부르는 이유이기도 합니다. 이 기술은 마찰과 에너지 소비를 10-30%까지 줄여줍니다. 이 기술은 튜브와 같은 정밀한 부품을 완벽하게 생산합니다.
프레스 유형
사용 가능한 옵션 중 유압식 프레스는 큰 프로파일에 높은 힘(최대 100MN)을 제공합니다. 한편 기계식 프레스는 빠르게 작동합니다(분당 최대 60회 스트로크). 작은 부품에 적합합니다.
압출 유형
핫 압출:
열간 압출은 350-500°C에서 이루어집니다. 열과 압력을 사용합니다. 이 공정은 실제로 고정된 단면을 통해 솔리드 또는 중공 부품을 만드는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, I형 빔이나 자동차 섀시 등이 이에 해당합니다.
콜드 압출:
냉간 압출은 최대 120°C까지 진행되며 실온(20-25°C)에서도 이루어집니다. 이 공정에서 제조업체는 알루미늄을 가열하여 강제로 소성하지 않습니다. 최대 ±0.02mm-±0.05mm의 매우 엄격한 공차를 가진 부품을 만들고 산화를 줄입니다. 따라서 패스너, 전기 커넥터 및 명시된 부품을 생산하는 데 이상적입니다.
주조 알루미늄과 압출 알루미늄의 주요 차이점
1. 기계적 특성
제조 공정은 주조 및 압출 알루미늄의 기계적 특성의 변화에 영향을 미칩니다.
힘:
일반적으로 압출 예술은 인장 강도가 더 높습니다. 알루미늄 주조. 예를 들어, A356-T6 주조 알루미늄의 인장 강도는 약 230-250 MPa입니다. 반면 6061-T6 압출 알루미늄의 인장 강도는 최대 310MPa입니다.
연성
압출 알루미늄을 통해 얻은 정제된 입자는 연성을 높입니다. 반면 거친 입자와 금속 간 상은 주조 알루미늄의 취성의 원인입니다.
경도
경도는 전적으로 어떤 합금과 열처리를 선택하느냐에 따라 달라집니다. 그러나 압출 부품은 경도가 더 일정한 경향이 있습니다. 예를 들어 A380 주조 알루미늄의 경도는 약 80 HB이지만 6061-T6 압출 부품의 경도는 95 HB입니다.
피로 저항
압출 알루미늄의 미세한 입자 구조로 인해 주기적인 하중에서도 우수한 성능을 발휘합니다. 반대로 주조 알루미늄은 내피로성이 낮습니다. 이는 다공성 구조 때문입니다. 적절한 열처리와 더 나은 합금을 사용하면 어떻게든 개선할 수 있습니다.
2. 미세 구조 비교
주조 알루미늄의 미세 구조는 거친 입자(50-200 µm 범위)와 클러스터된 금속 간 상으로 나타납니다. 이것이 바로 취성과 기계적 성능 저하의 원인이 되는 이유입니다.
반면 압출 공정은 입자 구조를 10~50㎛ 정도로 작게 정제합니다. 금속 간 결합을 끊고 입자를 정렬하기 때문입니다.
예를 들어, 이미지는 미세 구조의 두 부분을 대조합니다. 여기서 캐스트 구조는 거친 입자를 나타냅니다.
압출된 부분(a-f)은 입자 구조를 개선하여 더 나은 성능을 이끌어내는 방법을 보여줍니다.
3. 허용 오차
금형 팽창 및 응고 수축이 발생하면 주조 알루미늄의 공차가 느슨해집니다(±0.5mm 이상).
Tighter tolerances (±0.1 mm) in extruded aluminum are doable. That’s because of using a precision die for forcing metal. This means die designs and press accuracy can cause changes in tolerances.
4. 디자인 고려 사항
알루미늄 주조는 주로 내부에 구멍이 있는 날카롭고 섬세한 모양을 만드는 데 사용됩니다. 예를 들어 엔진 블록이나 펌프 하우징 등이 있습니다. 하지만 벽이 얇거나 긴 프로파일에는 적합하지 않습니다.
압출 기술은 최고의 긴 부품과 일관된 단면을 가진 균일한 프로파일을 생산합니다. 예를 들어 빔이나 튜브가 이에 해당합니다. 또한 이러한 부품은 특정 설계 요구 사항도 충족할 수 있습니다.
5. 가입 방법
제조업체는 주조 알루미늄과 압출 알루미늄을 함께 접합할 수 있습니다. 이를 위해 용접, 볼트 체결 또는 접착 결합과 같은 기술을 사용합니다.
여기서 주조 알루미늄은 용접이 쉽지 않습니다. 그 이유는 일부 합금(예: A380)에 다공성, 금속 간 상이 존재하고 실리콘 함량이 높기 때문입니다. 이로 인해 균열이 발생할 수 있습니다.
압출 알루미늄 부품은 용접과 가공이 훨씬 쉽습니다. 또한 구조가 균일합니다. 따라서 조립 시 더욱 다양하게 활용할 수 있습니다.
주조 알루미늄의 장점과 단점
장점
- 내부에 구멍이 있는 매우 섬세하고 복잡한 모양을 만들 수 있습니다. 예를 들어 실린더 헤드, 변속기 케이스, 펌프 하우징 등을 만들 수 있습니다.
- A356-T6과 같은 주조 알루미늄 합금은 평균 무게보다 가벼우면서도 뛰어난 인장 강도를 제공합니다.
- 이러한 부품은 대량으로 생산할 경우 저렴합니다.
단점
- 응고 과정에서 가스가 갇히거나 수축하면 다른 부품의 강도와 내피로성이 떨어집니다. 그러나 이 문제는 진공 주조 또는 가스 제거제를 사용하여 해결할 수 있습니다.
- 액체 및 고체 수축으로 인해 부품이 부서지거나 균열이 생길 수 있습니다. 적절한 금형 설계와 제어된 냉각을 사용하여 이 문제를 해결하세요.
- 주조 알루미늄은 압출에 비해 허용 오차가 더 느슨합니다.
압출 알루미늄의 장점과 단점
장점
- 압출 알루미늄은 우수한 마감 처리를 제공합니다. 아노다이징 또는 파우더 코팅으로 밀 마감 처리한 부품은 더 강합니다. 내식성과 내구성이 향상됩니다.
- 정밀 금형을 사용하여 더 엄격한 허용 오차를 달성할 수 있습니다.
- 이러한 부품은 대량 생산 시 비용 효율적입니다.
- 사다리 레일이나 다중 중공 튜브와 같이 길고 변하지 않는 프로파일에 이상적입니다.
단점
- 이러한 부품은 단순한 모양으로 제한되며 복잡한 디자인에는 잘 작동하지 않습니다.
- 중공 또는 다중 채널 프로파일을 만들기 위한 특수 금형이 필요합니다.
- 압출은 단면이 여러 개이거나 내부 형상이 복잡한 부품에는 적합하지 않습니다.
애플리케이션 및 산업
구체적인 예
일반적으로 주조 알루미늄은 자동차 애플리케이션에 사용됩니다. 부품에는 엔진 블록, 변속기 하우징 및 휠 허브가 포함됩니다.
주어진 이미지는 엔진 블록 다이 설계를 보여줍니다. 주요 구성 요소가 강조되어 있습니다. 예를 들어 게이팅 시스템(용융 금속의 경로), 오버플로(여분의 재료 수집), 진공 라인(공기 제거), 최종 실린더 블록 주조 등이 있습니다.
한편 제조업체는 창틀, 도어 레일 및 구조용 빔에 압출 알루미늄을 사용합니다. 운송 분야에서는 철도 차량 차체, 트럭 프레임 및 자전거 부품에 사용됩니다.
전기 자동차(EV)
전기차에 주조 알루미늄과 압출 알루미늄이 모두 사용되면서 전기차의 인기가 높아지고 있습니다. 제조업체는 배터리 하우징과 모터 케이스에 주조 알루미늄을 사용합니다. 반대로 압출 알루미늄은 경량 섀시 및 구조 부품을 생산합니다.
적층 제조
주조 알루미늄에 3D 프린팅을 통합하면 더 어려운 형상을 처리할 수 있습니다. 항공우주 및 의료 산업을 위한 경량 부품을 쉽게 제작할 수 있습니다.
또한 압출 알루미늄의 적층 기술을 통해 혁신적인 디자인이 가능해집니다. 따라서 이러한 부품은 하이브리드 제조 공정에 사용하기에 적합합니다.
결론:
주조 알루미늄과 압출 알루미늄은 닮은 점이 없습니다. 강도, 미세 구조, 공차 및 디자인 수준이 다릅니다. 무작위로 선택하면 전체 프로젝트가 망가질 수 있습니다. 따라서 애플리케이션 요구 사항에 따라 올바른 소재와 제조 공정을 현명하게 선택해야 합니다.