마그네슘과 알루미늄은 다이캐스팅이 가능한 합금입니다. 마그네슘은 더 가볍고 연비와 진동 감쇠가 필요한 부품에 잘 어울립니다. 특정 처리 기술이 필요합니다. 반면 알루미늄은 더 저렴한 가격에 구입할 수 있고 범용적으로 사용하기에 적합합니다. 부식에 잘 견딥니다. 마그네슘 다이캐스팅과 알루미늄 다이캐스팅의 고유한 특성이 서로 어떻게 다른지 알아보세요. 또한 응용 분야와 제작 고려 사항에 대해서도 알아보세요.

마그네슘과 알루미늄의 특성

마그네슘 속성

특정 합금

마그네슘의 특정 합금은 기본적으로 합금 방법을 통해 형성됩니다. 다른 원소와 혼합하는 방식입니다. 예를 들면 AZ91D, AM60, AS41 등이 있습니다.

더 나은 강도와 향상된 부식 방지 능력은 이러한 합금의 중요한 특성입니다. 예를 들어 AZ91D는 인장 강도가 240MPa에 달해 더 강하고 가볍습니다.

내식성

마그네슘은 공기나 알칼리성 용액과 같은 환경으로 인해 부식될 수 있습니다. 이 경우 코팅 또는 합금 원소가 가장 효과적입니다. 예를 들어, 엔지니어가 마그네슘을 알루미늄과 혼합하면 마그네슘의 내식성이 향상됩니다.

또한 마그네슘의 밀도(1.74g/cm³)가 낮기 때문에 부식을 잘 방지하지 못합니다. 따라서 확실한 보호가 필요합니다.

열 전도성

AZ91(51W/m-K)과 같이 열전도율이 좋은 마그네슘 합금은 많습니다. 따라서 열을 잘 전도하지만 알루미늄이나 구리만큼 효율적이지는 않습니다.

그러나 금속은 가열될 때마다 팽창합니다. 이를 열팽창이라고 합니다. 마그네슘은 알루미늄(23.6 x 10-⁶/°C)보다 25.2 x 10-⁶/°C 또는 그 근처에서 더 큰 열팽창을 보입니다.

감쇠 용량

마그네슘은 진동 감쇠 특성이 뛰어납니다. 따라서 차량과 비행기에 사용하기에 적합합니다. 이러한 부품은 소음과 진동을 줄여야 하기 때문에 탄성 계수가 45 GPa로 유연성이 높습니다. 이는 알루미늄(69 GPa)보다 낮은 수치입니다.

기계 가공성

마그네슘 합금은 알루미늄보다 용융 온도(650°C)가 낮습니다. 그러나 다양한 절삭력, 공구 마모 및 칩 형성으로 인해 가공성이 저하됩니다.

가연성은 어떻게든 적절히 처리해야 합니다. 가공 중에 스파크가 발생할 수 있기 때문입니다.

알루미늄의 특성

특정 합금

A380, A383 및 ADC1은 특정 알루미늄 합금의 일종입니다. 이러한 합금에는 실리콘, 구리, 아연과 같은 다른 원소가 포함되어 있습니다.

따라서 더 나은 강도와 내식성을 제공합니다. 예를 들어 A380의 인장 강도는 320MPa로 산업용으로 더 나은 선택이 될 수 있습니다.

내식성

알루미늄에 보호 산화물 층이 생성되어 대기 및 해양 환경에서의 부식을 방지할 수 있습니다. 또한 알루미늄의 밀도는 2.70g/cm³입니다. 그래서 더 강하면서도 가벼운 것이죠.

전기 전도성

A380과 같은 알루미늄 합금의 전기 전도도는 22.5% IACS(국제 어닐드 구리 표준)입니다. 기본적으로 구리보다 낮지만 전기 배선에 가장 적합합니다.

캐스트 가능성

알루미늄 합금은 주조성이 뛰어나 어떤 복잡한 모양도 만들 수 있습니다. 금형에 부드럽게 흐르고 얇은 벽을 만들 수 있습니다. 그렇기 때문에 제조에 많이 사용되는 소재입니다. 또한 녹는점이 높기 때문에 주조 시 더 높은 온도에서도 견딜 수 있습니다.

마그네슘 다이캐스팅의 응용 분야

항공우주

마그네슘은 가볍고 강도가 적당하기 때문에 여러 항공우주 부품을 제조하는 데 사용할 수 있습니다. 여기에는 항공기 기어박스 하우징과 헬리콥터 로터 허브가 포함됩니다.

자동차

자동차 부문에서는 연료를 적게 사용하고 가볍기 때문에 제조업체에서 사용합니다. 계기판, 스티어링 휠, 테일게이트 이너, 도어 패널, 스티어링 행거 빔 등이 여기에 해당합니다.

전자 제품

마그네슘은 노트북 케이스와 스마트폰 부품을 제작하는 데도 적합합니다. 부품 무게를 줄이고 내구성을 제공합니다.

무게 절감

마그네슘은 알루미늄보다 무게가 가볍기 때문에 스티어링 휠 40%를 더 가볍게 만드는 데 사용할 수 있습니다.

항공우주 산업에 대해 말하자면, 알루미늄 대신 기어박스 하우징의 무게를 줄일 수 있습니다. 이는 비행기가 더 효율적으로 작동한다는 것을 의미합니다.

체중 감소의 중요성

이미 알고 계시겠지만 경량화의 영향력은 대단합니다. 그러나 마그네슘을 사용하는 자동차와 같은 애플리케이션은 연료 사용량이 적고 배기가스 배출량이 적습니다. 게다가 더 가벼운 비행기는 더 먼 거리를 비행할 수 있습니다. 또한 가벼운 제품을 더 쉽게 운반할 수 있습니다.

알루미늄 다이캐스팅의 응용 분야

자동차

알루미늄은 제조업체가 어떤 모양과 형태로든 주조할 수 있는 금속입니다. 알루미늄의 가벼운 특징과 강도는 엔진 블록, 변속기 하우징 및 바퀴를 만드는 데 적합합니다. 따라서 애플리케이션의 에너지 사용량이 적고 수명이 길어집니다.

항공우주

높은 스트레스를 효과적으로 처리할 수 있습니다. 따라서 항공우주 기업에서는 구조 부품과 전자 인클로저에 이 소재를 사용합니다.

산업 장비

알루미늄 합금은 부품을 부식으로부터 보호합니다. 특히 부식에 강해 내구성이 필요한 산업용 부품에 내구성과 내마모성을 제공합니다. 예를 들어 펌프와 기어박스가 이에 해당합니다.

재활용 가능성

알루미늄은 재활용이 가능합니다. 그래서 지속 가능한 옵션으로 알려져 있습니다. 끝이 없는 체인으로 인해 제품 소재를 재사용할 수 있습니다. 또한 품질과 특성을 잃지 않습니다.

알루미늄 재활용 공정은 보크사이트에서 1차 알루미늄을 추출하는 데 5% 이하를 사용합니다. 따라서 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다.

다이캐스팅에서 알루미늄 재활용의 이점

재활용 알루미늄은 다이캐스팅에도 자주 사용됩니다. 이를 통해 자원과 비용을 절약할 수 있습니다. 또한 다양한 산업 분야에서 지속 가능한 목표를 달성할 수 있는 옵션이기도 합니다. 재활용 금속을 사용하면 탄소 발자국을 없애고 경제성을 확보하는 데 적합합니다.

주조 시 제조 고려 사항

마그네슘 주조

다이 온도 및 반응

다이캐스터가 마그네슘 합금을 녹는점(650°C)에서 가열하면 용융된 형태로 변합니다.

이렇게 가열된 금속을 다루기 위해서는 더 낮은 온도의 피킹바 다이로는 의미가 없습니다. 따라서 금형은 최소 700°C의 온도를 견뎌야 합니다. 마그네슘이 산소와 만나면 반응이 일어납니다. 이는 산화 또는 화재 위험이 될 수 있습니다.

이를 방지하려면 밀폐된 용광로 중에서 선택할 수 있습니다., 아르곤, 또는 SF6 가스 커버를 사용하세요. 또한 건조한 도구를 사용하면 산화를 막는 데 도움이 됩니다.

또한 적절한 수축 캐비티와 코어 배치를 고려하면 향후 발생할 수 있는 결함의 가능성을 줄일 수 있습니다.

다이 재료 및 유지보수

마그네슘 주조에 사용되는 금형은 일반적으로 H13 강철(경도 45~50 HRC)과 4140 강철(경도 28~32 HRC)로 만들어집니다.

H13 강철은 약 600°C의 온도에서도 견딜 수 있습니다. 마그네슘이 반응을 일으키기 때문에 마모가 빠르다는 단점이 있습니다.

구배 각도를 추가하면 금형에서 주조 부품을 밀어내는 데 도움이 됩니다. 즉, 원활한 다이 성능에도 도움이 됩니다.

또한 정기적인 유지 보수와 질화 코팅으로 인해 다이의 수명이 길어집니다.

주기 시간

마그네슘 주물은 더 빨리 굳습니다. 각 사이클은 20~40초 이상 걸리지 않습니다. 또한 금형에서 라인을 분리하면 쉽게 분리할 수 있습니다. 따라서 생산 시간도 절약됩니다.

안전 조치

SF6 가스 억제는 마그네슘 주조 중에 발생할 수 있는 화재 위험 상황을 제어하는 데 도움이 됩니다.

또한 수성 냉각수는 사용하지 마세요. 가열된 마그네슘은 물과 격렬하게 반응하기 때문입니다.

드래프트 각도와 이별 선은 프로세스 중에 문제를 일으키지 않아 위험을 줄입니다.

표면 마감

1~3도의 구배 각도를 추가하면 더 나은 표면을 얻을 수 있습니다. 또한 여러 번의 포스트 캐스팅 코팅과 페인팅을 통해 부품 외관을 개선하고 부식으로부터 보호할 수 있습니다.

알루미늄 주조

다이 온도 및 압력

알루미늄 주조는 최대 140,000kPa의 압력에서 350°C로 작동하기 위해 더 강한 금형이 필요합니다. 알루미늄은 녹는점이 높고 압력이 높으면 균열이 발생할 수 있기 때문입니다.

다이 재료 및 생산 제한

강철(H13)로 제작된 금형은 일반적으로 성능이 우수하며 교체가 필요하기 전에 100,000회 사이클을 완료할 수 있습니다.

여기서 파팅 라인은 스트레스를 줄이고 수명을 연장합니다. 또한 금형 설계를 최적화하면 내구성과 성능에 긍정적인 변화를 가져옵니다. 이러한 기술은 다이 교체와 관련된 비용도 최소화합니다.

알루미늄의 주기 시간

알루미늄 주조는 각 사이클을 끝내는 데 20초에서 1.5분이 걸립니다. 벽 두께가 약 2~10mm인 부품을 제작합니다.

기본적으로 사이클 시간에는 사출 속도(1-5m/s), 금형 온도(150-250°C), 응고 시간(5-20초)이 포함됩니다. 그렇기 때문에 이 공정은 약간 느리지만 정밀도가 높습니다.

알루미늄의 안전 조치

알루미늄 주조는 종종 연기를 방출합니다. 따라서 환기가 잘 되는 곳에서 작업하는 것이 중요합니다. 또한 내열성 PPE를 착용하고 기계 가드를 유지해야 합니다. 용융 알루미늄 및 금형 온도와 관련된 엄격한 프로토콜이 있어야 합니다. 그래야 화상, 화재, 흡입 위험을 예방할 수 있습니다.

알루미늄 표면 마감

표면 마감의 경우 알루미늄은 여러 공정을 거칩니다. 샷 블라스팅, 폴리싱, 아노다이징이 바로 그것입니다.

알루미늄 주조는 0.8~3.2 µm 범위의 거칠기(Ra)를 가진 부품을 생산합니다.

따라서 파우더 코팅(60-120 µm 두께)과 같은 코팅은 내구성과 미관을 향상시킵니다. 녹 발생을 줄이고 성능을 향상시킵니다.

기계적 특성 비교

마그네슘과 알루미늄은 독특한 특성을 지닌 두 가지 금속입니다. 그렇기 때문에 마그네슘은 다양한 제조 제품에 사용될 수 있습니다. 예를 들어 제조업체는 마그네슘을 43% 알루미늄과 혼합하여 합금을 만듭니다.

마찬가지로 40%의 마그네슘은 구조용 금속을 만드는 데 사용됩니다. 이것이 바로 경량 엔지니어링에서 마그네슘의 중요성을 강조하는 방식입니다.

인장 강도 및 항복 강도

금속의 인장 강도는 부러지기 전에 힘을 견딜 수 있는 능력을 나타냅니다.

항복 강도는 금속이 영구적으로 구부러지기 시작하는 지점입니다.

특히 AZ91D와 같은 마그네슘 합금은 인장 강도 240MPa와 항복 강도 150MPa를 제공합니다. 이는 주조 시 더 가벼운 옵션이 되는 데 기여합니다.

알루미늄의 가치에 비해 320MPa의 장점은 다음과 같습니다. 인장 강도  A380의 경우 최대 130 및 280 MPa의 항복 강도를 제공합니다.

이러한 금속이 고응력 부품에 사용되는 이유입니다.

연신율 및 내충격성

금속은 부러지기 전에 특정 한계까지 늘어날 수 있는데, 이를 연신율이라고 합니다.

신장은 금속 저항에 영향을 미치고 충격을 흡수하는 능력을 보여줍니다.

마그네슘은 5~6%의 연신율과 4~8J의 내충격성을 가지고 있습니다. 따라서 유연성과 충격 흡수력이 뛰어납니다.

그러나 알루미늄의 경우 연신율 범위는 1~10%이며 내충격성은 3~5J입니다. 이는 조금 더 부서지기 쉽다는 뜻입니다.

피로 강도

금속이 반복되는 스트레스에 저항하는 능력을 피로 강도라고 합니다.

마그네슘 합금은 70-150 MPa의 피로 강도를 제공합니다. 알루미늄보다 강도는 떨어지지만 신뢰성을 제공합니다.

알루미늄의 피로 강도는 90~180MPa 사이에서 변동합니다. 따라서 엔진 부품에 사용하기에 적합합니다.

경도

금속의 경도는 긁힘에 대한 저항력을 측정합니다. 예를 들어, 마그네슘은 60-80 HB의 경도를 가지며 연성 금속 범주에 속합니다. 반면 알루미늄은 70-100 HB 경도가 더 높습니다. 따라서 내구성이 더 뛰어납니다.

크리프 저항

열은 시간이 지남에 따라 소재의 품질과 성능에 영향을 미칩니다. 크리프 저항은 시간이 지남에 따라 금속의 내열성을 측정하는 파라미터입니다.

예를 들어, 마그네슘은 고열 사용으로 제한되어 있어 더 빨리 약해집니다. 이 경우 더 높은 온도에 견딜 수 있는 알루미늄이 대안이 될 수 있습니다.

결론:

In 마그네슘 다이캐스팅합금은 빠르게 응고되지만 화재 위험이 더 높습니다. 한편 알루미늄은 마그네슘보다 냉각하는 데 시간이 조금 더 걸립니다. 하지만 부품을 제조할 때 내구성이 뛰어납니다. 마그네슘을 경량 금속으로 사용하면 대량의 부품을 빠르게 생산할 수 있습니다. 반면 알루미늄은 시간이 지나도 부식되지 않아야 하는 더 튼튼한 부품에 적합합니다. 그러나 마그네슘과 알루미늄 중 적절한 금속을 선택하려면 애플리케이션의 요구 사항을 고려해야 합니다.