다이캐스팅에 사용되는 아연 합금에는 Zamak 2, Zamak 3, Zamak 5 및 ZA8이 있습니다. Zamak 2는 3.8~4.3% 알루미늄, 2.7~3.3% 구리, 0.035~0.06% 마그네슘으로 구성되며 인장 강도는 328MPa입니다. 자막 3은 구리가 없고(<0.03%), 3.8-4.3% 알루미늄과 0.035-0.06% 마그네슘을 사용하며, 인장 강도는 283MPa입니다. 자막 5는 3.8-4.3% 알루미늄, 0.7-1.1% 구리, 0.035-0.06% 마그네슘으로 구성되어 있으며 인장 강도는 310MPa입니다. ZA8은 8.2-8.8% 알루미늄, 0.9-1.3% 구리, 0.02-0.035% 마그네슘으로 구성되어 있으며 인장 강도는 386MPa이고 열 안정성이 더 우수합니다.

자동차, 소비재, 전자제품과 같은 대량 생산 산업에서 아연 합금을 선택하는 이유를 알고 싶으신가요? 이 글을 통해 아연 합금의 작동 원리와 이점에 대해 자세히 알아보세요.

아연 합금의 분류

아연 합금은 다양한 범주에 속합니다. 주요 합금 원소가 다르기 때문에 그 특성도 다양합니다. 이를 통해 기계적 특성, 주조 거동 및 산업 구성 요소를 결정할 수 있습니다. 주요 합금에 대해 알아봅시다.

자막 2 합금

구성:

자막 2는 아연을 주원소로 함유하고 있습니다. 또한 알루미늄 3.8-4.3%, 구리 2.7-3.3%, 마그네슘 0.035-0.06%가 함유되어 있습니다. 다른 합금보다 구리 함량이 높습니다. 그 결과 경도와 내마모성이 증가합니다.

속성:

328Mpa는 자막 2의 인장 강도입니다. 경도는 100 HB에서 시작됩니다. 구리의 양이 많을수록 안정적인 알파-베타 황동 단계.

이는 이러한 합금이 치수 안정성을 가지고 있음을 의미합니다. 따라서 응고에서 정확한 결과를 얻을 수 있습니다.

애플리케이션:

스트레스가 많은 상황을 처리하는 부품은 자막 2로 제작됩니다. 예를 들어 기어, 자물쇠, 산업 기계 부품 등이 있습니다.

이진 공융 단계 아연이 풍부한 수상 돌기를 감싸고 있습니다. 이것이 이 합금 미세 구조의 독특한 특징입니다. 이는 내마모성 요구에도 유용합니다.

자막 3 합금

구성:

자막 3 합금은 3.8 - 4.3% 알루미늄, 0.035 - 0.06% 마그네슘과 함께 적은 양의 구리(<0.03%)로 구성되어 있습니다.

이 합금은 구리가 거의 존재하지 않기 때문에 다른 자막 합금과 구별할 수 있습니다.

속성:

자막 3의 연성이 우수한 이유는 인장강도 283MPa와 연신율 20% 때문입니다. 마그네슘 혼합은 아연의 입자 경계를 세분화하는 데 도움이 됩니다. 결과적으로 미세한 입자 구조는 냉각 과정에서 균열을 방지합니다.

애플리케이션:

이 합금은 크기가 작거나 모양이 복잡한 부품에 적합합니다. 예를 들어 지퍼, 장난감 바퀴, 전기 커넥터 등이 이에 해당합니다.

미세 구조에 대해 말하자면, 더 복잡한 덴드라이트가 특징입니다. 자막 2에 비해 덴트라이트에는 20~40μm의 공간이 있습니다. 따라서 합금은 매우 구체적인 부품을 주조할 수 있습니다.

자막 5 합금

구성:

자막 5의 합금에는 3.8 - 4.3% 알루미늄, 0.7 - 1.1% 구리, 0.035 - 0.06% 마그네슘이 함유되어 있습니다. 또한 구리 함량도 적당합니다. 이는 자막 2와 자막 3 사이의 범위입니다.

속성:

자막 합금은 강도(인장강도 310MPa)와 주조성이 균형 잡힌 합금입니다. 또한 구리-알루미늄 금속 간 형성을 가지고 있습니다. 구리를 첨가하면 경도가 91 HB까지 증가합니다.

애플리케이션:

Zamak 5는 자동차 부품(도어 핸들, 카뷰레터 부품) 및 하드웨어 제조에 적합합니다. 이 소재의 조성 구조는 유동성이 좋아 다공성이 적습니다.

ZA8 합금

구성:

8.2 - 8.8% 알루미늄, 0.9 - 1.3% 구리, 0.02 - 0.035% 마그네슘이 ZA8 합금 구성에 존재합니다. 알루미늄의 양이 많기 때문에 자막 합금과는 다릅니다.

속성:

ZA8은 120°C에서 작동합니다. 인장 강도는 386Mpa입니다. 이 합금 미세 구조의 40%는 알루미늄-아연 공융 상으로 구성되어 있습니다. 또 다른 특징은 크리프 저항성을 향상시키는 것입니다.

애플리케이션:

ZA8 합금으로 고압 주조 부품을 제조할 수 있습니다. 예를 들어 펌프 하우징 및 브래킷이 이에 해당합니다. 구조에 50~80μm 간격의 덴드라이트가 있어 열 안정성을 제공합니다.

Superloy

구성:

아연의 슈퍼로이 카테고리는 6.6 - 7.2% 알루미늄, 3.2 - 3.8% 구리, 0.005% 미만의 마그네슘으로 구성됩니다. 이 합금의 구리 원소 함량이 높을수록 황동과 비슷합니다. 이는 동일한 가식을 가지고 있기 때문입니다.

속성:

구리-알루미늄 함량은 수퍼로이에서 120 경도를 얻을 때 침전됩니다. 여기에는 알파와 베타 상이 혼합되어 있습니다. 그렇기 때문에 인장 강도가 440Mpa에 달합니다.

애플리케이션:

이러한 종류의 아연 함량은 엔진 마운트 및 산업용 공구와 같은 고강도 부품을 주조하는 데 적합합니다. 천천히 굳습니다. 이는 결과적으로 수지상 구조를 촉진한다는 것을 의미합니다.

AcuZinc 5 합금

구성:

2.8 - 3.3% 알루미늄, 5.0 - 6.0% 구리, 0.025 - 0.05% 마그네슘의 조합이 AcuZinc 5 합금을 구성합니다. 대부분의 아연 합금에 비해 구리 함량이 과다하게 함유되어 있습니다.

속성:

구리 함량이 높을수록 구리-아연 매트릭스를 형성합니다. 이는 인장 강도 350Mpa를 구성합니다. 마그네슘 함량은 구조를 개선하기 위해 존재합니다. 또한 수축 위험도 줄어듭니다.

애플리케이션:

이 아연 금속은 베어링과 부싱을 만드는 데 특히 유용합니다. 이것이 바로 기계 설정에 활용되는 것입니다. 삼원 공융상이 있습니다. 이는 최대 0.1-0.15의 낮은 마찰 계수를 생성하는 데 사용됩니다.

아연 합금의 특성

기계적 특성

아연 기반 합금의 인장력은 283Mpa(Zamak 3)에서 440MPa(Superloy) 사이에서 변동합니다. 연신율 값은 10-20%입니다.

마찬가지로 합금 Zamak 5는 인장 강도 310MPa, 경도 91 HB를 기록합니다.

아연 다이캐스팅 부품은 샌드캐스팅 부품보다 강도가 훨씬 우수합니다(15%). 또한 모래 주조는 빨리 식기 때문에 모양에 변형이 생깁니다.

ZA8 메탈은 강한 응력을 견뎌냅니다. 따라서 펌프 하우징과 같은 고부하 애플리케이션에 이상적입니다.

내식성

부식 메커니즘(이미지에 표시)은 아연 합금의 전기화학적 거동을 나타냅니다. 양극의 산화아연(Zn → Zn²⁺ + 2e-).

산소가 감소하는 이유는 음극(O₂ + 2H₂O + 4e- → 4OH-) 때문입니다. 보호층이 형성되면 염화물 이온(Cl-)이 용해성 ZnCl₂를 생성합니다. 이는 이 층을 파괴하여 연간 약 0.1-0.5mm의 구멍을 발생시킵니다.

아연 금속(자막)에 알루미늄 성분이 함유되어 있어 이 실드가 안정화됩니다. 이는 부식에 대한 저항력(30%) 때문입니다.

한편, 해양 환경의 탈아연화 위험 증가는 구리 원소로 인해 발생합니다.

열 및 전기적 특성

열팽창 계수의 경우, 자막은 23 × 10-⁶/°C(ZA8)~29 × 10-⁶/°C를 포함합니다. 합금 원소를 추가하면 실제 전기 전도도가 변경되거나 감소합니다.

예를 들어, 자막 3에 구리를 더 추가하여 자막 2를 형성하면 IACS가 28%에서 26%로 감소합니다.

그러나 이러한 합금의 열 안정성은 약 110-125W/m-K(100°C 이하)로 변하지 않습니다. 따라서 방열판을 비롯한 다양한 부품에 적합합니다.

피로 저항

지금까지 각 아연 금속 합금에는 내피로성 한계가 있었습니다. 이는 zamak 3의 120Mpa에서 Superloy의 180Mpa 사이에서 변동합니다.

주조 기술은 피로 저항을 최대 20%까지 향상시킵니다. 이는 잔류 응력을 압축하기 때문입니다.

한편, 응력 완화 어닐링을 위해서는 기계 가공과 같은 다른 기술이 필요합니다. 초기에 균열이 생기지 않도록

자막 2, 3, 5, ZA-8, 슈퍼로이, 아쿠징크 5 비교표

표 1: 공칭 구성 범위(중량 기준 %)

표 2: 기계적 특성(일반적인 다이캐스트 값)

표 3: 물리적 속성

아연 합금(자막 5)과 대체 재료의 비교

아연 합금 제조 공정

A. 다이 캐스팅

핫 챔버 다이 캐스팅:

용융 아연 합금을 금형 캐비티에 강제로 주입하여 제품 프로파일을 형성할 수 있는 공정은 핫 챔버입니다. 아연 다이캐스팅. 구즈넥과 플런저 시스템을 사용하여 액체를 흐르게 합니다.

이 공정은 녹는점이 낮은 금속을 주조하는 데 적합합니다. 이것이 바로 아연에 적합한 이유입니다. 사이클 타임은 시간당 50-100샷입니다.

콜드 챔버 다이 캐스팅:

저온 챔버 주조는 고온 챔버 주조와는 달리 융점이 높은 합금에 적합합니다. 금속을 녹여 금형에 수동으로 부어 넣는 별도의 용광로가 있습니다.

고온 챔버 주조보다 훨씬 느리며 시간당 20~40개의 샷을 생산할 수 있습니다. 그러나 아연 주조 합금에는 철 오염이 적습니다.

B. 중력 캐스팅

중력 주조 공정에서 금속 세공사는 자연 대류를 이용해 주물을 냉각시킵니다. 이를 위해 1~10°C/s의 냉각 속도를 생성합니다.

거친 수상 돌기가 발생하여 다이캐스트 물체에 비해 인장 강도가 낮아집니다. 그러나 이는 연성을 유지하고 심지어 연성을 향상시키는 역할을 합니다.

C. 모래 주조

가장 인기 있고 가장 쉬운 주조 방법은 모래 주조입니다. 아연 부품을 주조하는 데 필요한 노동력이 적고 주요 단계가 적습니다.

이를 위해 제조업체는 용융 아연을 샌딩 다이에 붓고 식을 때까지 기다립니다. 그런 다음 다이를 열어 완성된 부품을 제거합니다.

모래 성형에는 많은 시간이 걸리며 0.1-1°C/s 정도로 천천히 냉각됩니다. 이것이 공융 상이 크게 형성되는 이유입니다. ZA27 샌드캐스트 부품의 주요 장점은 다이캐스팅보다 열 안정성이 우수하다는 점입니다.

D. 표면 마감

표면은 합금의 품질과 특성을 향상시키는 데 매우 중요합니다. 예를 들어, 전기 도금(5-15μm 아연-니켈)은 부식을 5배 더 잘 방지합니다.

아름다운 외관을 원한다면 파우더 코팅(50~80μm)이 유용합니다. 또한 다음과 같은 500시간 이상의 염수 분무 테스트에서 살아남는 합금의 수가 증가합니다. ASTM B117.

E. 가공

자막 3과 같은 아연 합금의 무연 성분은 자유 절삭 황동보다 80%의 가공성이 더 우수합니다. 또한 표면 거칠기가 0.8~1.6μm Ra까지 감소합니다.

그러나 연마성 금속 간 합금을 포함하는 고구리 합금은, 자막 2처럼 가공을 위한 카바이드 공구가 필요합니다.

F. 재활용

아연 합금은 100% 재활용 가능한 특성을 가지고 있어 수명이 다한 후에도 재사용할 수 있습니다. 420~450°C에서 재용융됩니다. 적절한 플럭싱에 집중하여 용융 중량을 2% 이하로 낮추면 드로스 발생을 줄일 수 있습니다. 또한 이 합금은 7회 이상의 재용융 주기를 통해 기계적 특성을 유지할 수 있습니다.

아연 합금의 장점

비용 효율성

아연 합금은 알루미늄이나 스테인리스 스틸에 비해 소형 부품을 제작할 때 최대 40~60%를 절약할 수 있습니다. 일반적으로 2.50~3.50/kg인데 비해 대체재의 경우 5-8/kg입니다.

또한 다이캐스팅 옵션을 선택하면 가격을 더 낮출 수 있습니다. 그러나 가격은 합금 유형, 프로젝트 또는 기타 제조 요구 사항에 따라 다릅니다.

내식성 및 내구성

자막은 염수 분무 테스트에서 연강(10배)과 비교하여 500시간 이상 생존할 수 있습니다. 예를 들어, 해양 등급의 아연을 적용하면 부식이 연간 0.1mm 미만으로 매우 낮습니다. 해안 환경으로 이동합니다.

높은 중량 대비 강도 비율

인장 강도가 좋은 아연 합금의 부품은 6.6~7.1g/cm³ 밀도를 제공합니다. 이는 비슷한 강도를 가능하게 합니다. 주철의 밀도는 7.2g/cm³입니다. 이를 위해 20%의 낮은 무게로 작동합니다.

감쇠 용량

아연은 자동차 마운트 및 기계 베이스 제작에 유용합니다. 알루미늄과 같은 대체 소재보다 진동을 30% 더 감쇠할 수 있기 때문입니다. 소음을 최대 15~20dB까지 줄여줍니다.

아연 합금의 도전과 한계

부식 메커니즘

이러한 합금은 강철과 같은 귀금속이 존재할 경우 갈바닉 부식을 일으킬 수 있습니다. 염화물이 풍부한 환경에서는 피팅(0.1-0.3mm/년)이 발생할 수 있습니다.

더 많은 알루미늄으로 구성된 합금은 60°C 이상의 입자 간 부식에 어려움을 겪습니다.

고온 성능

이러한 합금은 150°C(Zamak)에서 최대 40%, 200°C(ZA-8)에서 60%까지 강도가 떨어집니다. 열 순환으로 인해 발생하는 미세 구조 거칠기는 100주기당 치수 이동을 벗어납니다.

독성 우려

아연 흄에 노출되면 금속 흄 열이 발생합니다. 또한 카드뮴 미량의 경우 OSHA 환기가 중요합니다. 아연을 녹일 때는 P100 필터가 장착된 개인 보호구를 착용하고 흄을 추출해야 합니다.

크리프 저항

ZA-27의 경우 크리프 변형률은 0.5%에 달하며 1000시간 후 50mpa에서 작동합니다. 대부분의 복잡한 설계는 응력을 줄여 강도를 산출합니다. 이들은 변형을 처리하기 위해 리브 보강재를 사용합니다.

결론

아연 합금은 다양한 응용 분야를 제조하는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 비용 효율적이면서도 주조성과 내식성이 뛰어납니다. 다른 금속과 마찬가지로 특정 한계가 있지만 다재다능하고 재활용이 가능합니다. 원하는 금속으로 다양한 산업 분야에서 내구성을 보장하세요.