캐스터블 알루미늄 합금은 다양한 기계적 특성을 제공합니다. 일반적인 유형으로는 A356, A357, A380이 있습니다. T6와 같은 열처리를 통해 강도가 향상됩니다. 자동차, 항공우주 및 일반 엔지니어링에 사용됩니다. 주요 특성은 인장 강도, 연신율, 경도입니다. 합금 선택은 용도에 따라 달라집니다.

이 글에서는 다양한 유형의 주조 가능한 알루미늄 합금에 대한 기본 지식을 습득할 수 있습니다.

캐스터블 알루미늄 합금 개요

정의 및 중요성

주조에는 많은 합금이 있습니다. 그중 일부는 알루미늄 합금입니다. 알루미늄에는 다른 원소(예: 마그네슘 또는 실리콘)가 혼합되어 있습니다. 따라서 다양한 합금이 만들어집니다.

알루미늄은 약 660°C의 온도에서 녹습니다. 이렇게 녹은 형태가 금형에 공급되어 프로파일 모양이 만들어집니다.

이 합금은 밀도가 2.7g/cm³로 낮기 때문에 강철보다 3배 더 가볍습니다. 이것이 바로 많은 응용 분야에 적합한 이유입니다. 예를 들어 자동차, 비행기, 기계 등이 이에 해당합니다.

또한 부식에 잘 견디며 튼튼하면서도 어떤 모양으로도 만들 수 있습니다.

캐스터블 알루미늄 합금의 구성 및 특성

합금 구성

주조 가능한 알루미늄 합금의 형성에는 많은 원소의 구성이 포함됩니다. 예를 들어 알루미늄에는 실리콘(5-12%), 마그네슘(0.2-10%), 구리(1-4%) 또는 아연(1-3%)이 포함될 수 있습니다.

실리콘은 577°C에서 녹기 때문에 금형을 더 잘 채울 수 있습니다. 한편 마그네슘은 미세한 침전물을 형성하여 강도를 높이는 데 도움을 줍니다. 구리는 경도를 높입니다.

예를 들어, 합금 A380에는 8-10% 실리콘과 3-4% 구리가 함유되어 있습니다. 그렇기 때문에 유동성이 높아 0.1mm의 좁은 금형 틈새로 퍼집니다.

추적 요소의 역할

철(<1%)과 같은 소량의 원소는 곰팡이에 달라붙는 것을 방지하고 망간(0.5%)은 내식성을 향상시킵니다.

알루미늄 합금을 주조하면 철과 같은 소량의 미량 원소(<1%)가 기여하기 때문에 곰팡이가 달라붙는 것을 방지할 수 있습니다.

마찬가지로 망간(0.5%)과 티타늄(0.2%)으로 인해 부식에 잘 견디고 입자 크기가 더 작습니다. 따라서 결과적으로 균열도 줄어듭니다.

미세한 구조와 구성

언급된 이미지는 구성이 입자 구조에 미치는 영향을 보여줍니다. 예를 들어, 주조 초기 단계에서 거친 입자(폭 50-100 µm)가 발생합니다.

실리콘 소자(10-20 µm)는 강도가 높아 전위를 차단합니다. 한편, 결정립 경계(GB)라는 지점에서 핵이 형성됩니다. 핵은 냉각하는 동안 매트릭스의 상태로 성장합니다.

기계적 및 물리적 특성

강도와 연성:

캐스터블 합금은 인장 강도가 200~380MPa입니다. 예를 들어, a356은 280MPa이며 부러지기 직전에 신축성(10%)을 갖습니다.

마찬가지로 열처리(예: T6 템퍼링)는 A356의 강도를 20% 증가시키고 연성을 8% 증가시킵니다. 이는 합금을 500°C로 가열하고 물로 담금질한 다음 150°C에서 5시간 동안 숙성하는 과정을 통해 달성됩니다.

내식성

합금에 마그네슘이 포함된 경우(예: 520.0과 10% Mg), 보호 산화물 층이 형성됩니다. 이는 해양 환경에서 15~20년 동안 지속되는 부식에 대항할 수 있음을 의미합니다.

LM6의 경우 실리콘 함량이 높아 바닷물 부식을 방지합니다. 그 결과 수중 제품에서 50Mpa 압력에서도 계속 작동합니다.

열 및 전기 전도성

319와 같은 합금은 6% Si와 3% Cu로 구성되어 있습니다. 따라서 150W/m-K로 열을 전도합니다. 이것이 바로 엔진 부품 중 최고의 선택이 되는 이유입니다.

또한 밀도가 약 2.7g/cm³로 낮습니다. 특히 자동차의 경우 무게가 가벼워 연비(10%)가 향상됩니다.

열처리의 영향

제조업체는 공극을 줄이고 입자를 정제하기 위해 열처리를 수행합니다. 예를 들어, 에이징 단계는 ADC12와 같은 합금의 경도를 80 HB에서 95 HB로 증가시킵니다.

또한 재결정화 과정(이미지에서 발생)으로 인해 입자가 최대 10-20 µm까지 수축합니다. 따라서 결과적으로 합금의 내피로성(30%)이 증가합니다.

일반적인 알루미늄 합금 등급

A380

A380 주조 알루미늄 합금에는 8-10% 실리콘, 3-4% 구리, 1% 미만의 철이 함유되어 있습니다. 실리콘 입자는 녹는점이 낮습니다. 즉, 금형에서 원활하게 흘러 각 틈새를 채웁니다.

구리 원소 덕분에 경도가 더 우수하여 고응력 부품에 이상적입니다. 그래서 320MPa의 이 합금으로 엔진 브래킷과 전자 하우징을 제작합니다.

틈새를 적절히 메우고 결함도 더 적게 발생합니다. 또한 이 합금은 더 빨리 냉각되므로 생산 시간이 약 15% 단축됩니다.

A356

A356 합금은 실리콘과 마그네슘 함량(각각 7% 및 0.3%)이 높습니다. 그렇기 때문에 유동성과 강도가 더 우수합니다.

이 합금의 인장 강도는 약 280MPa, 연성은 12%입니다. 따라서 부러지기 전에 12%까지 늘어날 수 있습니다.

356 합금을 사용하여 항공기 및 자동차 휠, 서스펜션 부품, 항공기 랜딩 기어, 날개 프레임을 만들 수 있습니다.

또한 200°C의 온도에서 500시간 동안 견딜 수 있는 독특한 특성을 가지고 있습니다. 이 정도 온도에서도 쉽게 깨지지 않습니다.

열처리 후 이 합금은 강도가 증가합니다(20%). 따라서 항공우주 분야에 사용하기에 이상적입니다.

6061

6061 합금은 1% 마그네슘, 0.6% 실리콘, 0.3% 구리로 구성되어 있습니다. 마그네슘과 같은 이러한 원소는 부식을 막는 능력을 향상시킵니다. 이 합금은 실외에서 20년 동안 지속되며 녹슬지 않습니다.

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6061 합금의 인장 강도(310Mpa)는 교량, 빔, 서스펜션 암 및 선박 프레임과 같은 섀시 부품에 유용합니다. 밀도가 낮아 강철보다 가벼운 60%를 만드는 데도 도움이 됩니다.

ADC12

10-20% 실리콘과 2-3% 구리를 함유한 ADC12 합금은 꽤 인기가 있습니다. 이 금속의 실리콘은 부드러운 주조를 가능하게 하고 구리는 경도를 높입니다.

열처리는 경도의 변화를 가져와 95 HB로 초과합니다. (Brinell). 이 합금은 자동차 엔진 블록, 스마트폰 하우징, 기어박스 케이스와 같은 부품을 만드는 데 사용됩니다.

또한 복잡한 형상 프로파일을 30초 이내에 처리하여 최대 25%의 생산량을 절약할 수 있습니다.

LM25

LM25 합금은 0.3% 마그네슘과 7% 실리콘을 첨가하여 만들어집니다. 또한 인장 강도는 200°C에서 260MPa에 달합니다. 펌프 하우징, 해양 구조물 및 유압 밸브를 제조하는 데 우수한 주조성을 제공합니다.

모래 주조 벽이 1mm 정도로 얇은 것이 이 제품의 독특한 특징입니다. 따라서 LM25는 경량 디자인 제작에 적합합니다.

LM6

LM6 합금에는 10-13%의 실리콘 함량과 0.1% 미만의 마그네슘이 존재합니다. 실리콘 함량이 높기 때문에 이 합금은 쉽게 부식되지 않습니다. 바닷물에서 50MPa의 압력에서도 견딜 수 있습니다.

제조업체는 보트 프로펠러와 도크 피팅을 주조하는 데 사용합니다. 수년이 지나도 녹슬지 않고 바닷물에서도 작동합니다. 또한 유지보수 비용을 최대 40%까지 절감할 수 있습니다.

520.0

520.0의 캐스터블 알루미늄 합금에는 10% 마그네슘과 0.1% 실리콘이 함유되어 있습니다. 이 원소 조합은 인장 강도(380MPa)를 높이고 무게는 최대 50%까지 줄였습니다.

항공우주용 브래킷, 로켓 하우징, 군용 장비 등을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 또 다른 특징은 약 500Hz의 진동을 처리하여 균열이 발생하지 않는다는 것입니다.

319

이 합금에는 6% 실리콘과 3% 구리가 포함되어 있습니다. 실리콘은 유동성을 향상시키지만 구리는 열 전도성(150W/m-K)이 더 우수합니다.

실린더 헤드와 방열판을 만들기 위해 주조됩니다. 부품의 정밀도가 ±0.02mm로 매우 정밀하며 엔진에 꼭 맞습니다.

413

합금 413에는 12% 실리콘과 2% 철이 포함되어 있습니다. 이것이 바로 약 50MPa의 압력 견고성을 제공하는 이유입니다. 유압 펌프 및 밸브와 같은 부품이 그 응용 분야입니다.

또한 이 합금 씰은 0.5mm의 미세한 틈새에서도 누수가 발생하지 않아 유체를 절약할 수 있습니다.

535

제조업체는 535 합금의 구성에 7% 마그네슘과 0.15% 실리콘을 추가합니다. 내식성은 바닷물과 같은 pH 8~10 환경에서 정확하게 준수합니다.

300°C에서 용접과 함께 선박 선체 및 해양 굴착 장치를 생산하는 데 사용됩니다. 이 온도에서는 균열이 발생하지 않으며 해양 조건에서 25년 동안 사용할 수 있습니다.

알루미늄 합금 주조 공정

다이 캐스팅

다이캐스팅 공정에는 알루미늄 합금을 녹여 고압으로 금형에 주입하는 과정이 포함됩니다. 10~30초 이내에 부품을 주조하며 출력 결과는 빠르고 정밀한 매개 변수를 충족합니다.

다른 합금 중에서도 A380과 ADC12는 자동차 엔진 브래킷과 비행기 도어 핸들을 제조하는 데 가장 일반적으로 사용됩니다.

모래 주조

모래 주조 공정은 모래 주형을 사용합니다. 입자 크기는 0.10~0.5mm 사이입니다. 이 공정은 엔진 블록과 같은 부품 제조에 적합하며 잘 어울립니다. 다이캐스팅보다 훨씬 저렴하지만(50%) 표면이 매끄럽지 않습니다.

투자 캐스팅

투자 캐스팅 세라믹 코팅이 된 왁스 패턴이 포함됩니다. 터빈 블레이드와 같은 세부 요소를 추가하는 부품을 생산합니다.

또한 허용 오차를 약 ±0.05mm로 효과적으로 좁히지만 시간이 매우 오래 걸립니다(금형당 48시간).

알루미늄 주조의 과제와 솔루션

주조 결함

주조 가능한 알루미늄 합금은 다공성 및 수축과 같은 결함을 유발하여 부품을 약화시킵니다. 그렇기 때문에 진공 주조를 사용하여 다공성을 최대 70%까지 줄여야 합니다.

표면 거칠기(최대 12.5µm)를 개선하려면 80psi에서 0.5mm 비드를 사용한 피킹 샷 피닝이 중요합니다.

또한 용융 합금을 주입하기 전에 금형을 예열하면 끈적임을 방지하고 내부 영역을 더 나은 유동성으로 채울 수 있습니다.

합금 선택

잘못된 합금을 선택하면 전체 프로젝트가 망가질 수 있습니다. 예를 들어 A380은 벽이 얇은 차량 부품에 가장 적합합니다.

한편, LM6는 해수를 향한 저항 베어링을 생성합니다. ADC12는 30초 이내에 작은 틈을 메우지만 600°C 이상으로 과열되면 균열이 발생할 수 있습니다.

열처리 과제

용광로의 핫존은 합금을 가열합니다. 500°C의 온도와 4시간 동안의 작동으로 강력한 기능을 제공합니다.

이 공정의 담금질 탱크는 부품을 분당 10°C로 냉각시켜 균열을 방지하는 데 도움이 됩니다. 하지만 냉각 온도가 너무 낮아서는 안 됩니다. 취성의 위험이 있기 때문입니다. 예를 들어, 올바른 담금질은 합금 6061에 20% 강도를 제공합니다.

결론:

주조 가능한 알루미늄 합금은 자동차, 항공우주, 산업 또는 소비재와 같은 많은 산업에서 매우 중요합니다. 무게가 가볍기 때문에 연료 사용량을 줄일 수 있기 때문입니다.

또한 부식을 방지하는 기능이 있어 25년 이상 사용할 수 있습니다. 이것이 바로 열악한 환경에서 더 까다로운 이유이기도 합니다.

수축이나 다공성과 같은 문제가 있는 경우 특정 기술을 사용하여 문제를 해결할 수 있습니다. 따라서 원하는 알루미늄 합금을 사용하여 다용도 제품을 만들어 보세요.