1. 알루미늄이란
알루미늄은 지각에서 지구에서 가장 풍부한 금속입니다. 알루미늄 합금은 다양한 금속 원소의 독특한 혼합으로 만들어집니다. 그들은 낮은 밀도, 내구성, 부식에 대한 저항성 및 뛰어난 강도 대 중량 비율로 높이 평가됩니다. 알루미늄은 강철보다 밀도가 낮기 때문에 일부 응용 분야에서 강철의 훌륭한 대안이 됩니다.
수많은 알루미늄 합금은 가단성과 연성이 있기 때문에 쉽게 성형하고 가공할 수 있습니다. 그들은 비자성 특성과 함께 우수한 전기 및 열 전도성을 가지고 있습니다. 알루미늄은 재용융 온도가 낮고 가장 재활용이 가능한 재료 중 하나입니다. 1차 금속 생산에 필요한 에너지는 5%에 불과합니다.
2. 알루미늄 등급
알루미늄에 첨가하면 아연, 마그네슘, 철, 구리 및 실리콘과 같은 원소가 향상된 작업성, 강도, 전기 전도성 및 내식성을 제공합니다. 알루미늄 협회(Aluminum Association)는 주요 합금 원소와 열 또는 기계적 처리에 대한 반응에 따라 표준 알루미늄 등급을 분류했습니다.
알루미늄 합금은 단조 알루미늄과 주조 알루미늄의 두 가지 주요 분류로 나뉩니다. 이러한 클래스에는 차별화를 위한 고유한 식별 번호 매기기 시스템이 있습니다.
1) 단조 알루미늄
단조 알루미늄은 놀라운 기계적 강도를 가지고 있으며 다양한 모양을 취할 수 있습니다. 이 알루미늄 등급은 측정된 양의 합금 금속으로 알루미늄 잉곳을 녹여 생성되어 등급의 구성을 결정합니다. 제련 후 합금은 슬래브 또는 빌렛으로 주조되고 압출, 압연 또는 단조와 같은 기계적 공정을 거칩니다. 그런 다음 열처리가 적용되어 알루미늄 합금의 자연적인 특성을 향상시킵니다.
단조 알루미늄 등급은 4자리 코드 번호로 식별됩니다.
- 첫 번째 숫자는 순수 알루미늄에 첨가된 주요 합금 원소를 의미하며, 재종의 특성에 영향을 미칩니다.
- 두 번째 숫자는 합금의 변형을 나타냅니다. 0은 원래 또는 수정되지 않은 합금을 의미합니다.
- 코드의 세 번째 및 네 번째 숫자는 종종 임의적입니다(특정 합금에 제공됨). 예를 들어, 숫자는 1000 시리즈에 대한 합금의 순도를 나타냅니다.
단조 알루미늄 등급의 장점은 다음과 같습니다.
- 뛰어난 기계적 성질
- 우수한 구조적 무결성
- 매끄럽고 균일한 표면 마감
- 우수한 가공성 및 용접성
- 우수한 성형성으로 원하는 모양으로 변형, 성형, 기계 가공 및 압출이 가능합니다.
2) 주조 알루미늄
주조 알루미늄 등급은 알루미나를 결정화하여 가성 소다에 용해된 보크사이트로 만들어집니다. 전류는 알루미나를 분해하여 알루미늄을 산소에서 분리합니다. 생성된 알루미늄은 불순물을 제거하고 순수한 알루미늄 빌렛으로 형성하기 위해 주조 공장으로 보내집니다.
빌렛으로 정제하고 성형한 후 알루미늄을 녹여 합금 원소와 혼합합니다. 그런 다음 금형에 붓거나 다양한 비율로 추가 가공을 위해 성형합니다.
각 주조 알루미늄 등급에는 10진수 값을 포함한 4자리 코드가 할당됩니다.
- 첫 번째 숫자는 시리즈의 주요 합금 원소를 나타냅니다.
- 두 번째와 세 번째 숫자는 1XX를 제외한 임의의 숫자입니다. X 시리즈. 그들은 순수한 알루미늄 합금의 순도를 나타냅니다.
- 마지막 숫자는 알루미늄 합금이 주조 합금(".0")인지 잉곳 합금(".1" 또는 ".2")인지 나타냅니다.
주조 알루미늄 합금은 성형 공정의 결함으로 인해 단조 알루미늄보다 인장 강도가 낮습니다. 따라서 균열 및 수축에 취약합니다. 그럼에도 불구하고 주조 알루미늄은 비용 효율적이며 용융 형태로 금형의 모양을 쉽게 취합니다.
3. 단조와 주조 알루미늄의 차이점
주조 및 단조 알루미늄 합금은 다양한 면에서 크게 다릅니다.
1) 금속 합금 원소
주조 합금에 비해 단조 합금에는 추가 금속이 더 적습니다. 단조 합금은 일반적으로 합금 원소가 4% 미만인 반면 주조 합금은 22% 이상입니다. 이 사소해 보이는 차이는 이러한 금속의 재료 특성에 더 큰 영향을 미칩니다.
더 많은 합금제를 추가하면 알루미늄 합금의 유연성이 감소합니다. 이 때문에 대부분의 주조 합금은 취성 파괴에 취약합니다. 다른 한편으로는, 추가적인 합금 원소를 통합함으로써, 단조 알루미늄 합금은 그들의 유연성 및 기타 유리한 특성을 유지할 수 있다. 동시에 강도, 전도성 및 내식성이 향상되었습니다.
2) 제작 방법
이 두 등급의 주요 차이점은 이러한 합금이 최종 제품을 얻기 위해 거치는 제조 기술에 있습니다. 주조 합금은 일반적으로 원하는 정확한 고체 형태로 금형에서 나옵니다.
대조적으로, 단조 합금은 고체 형태에 있는 동안 다양한 수정이 필요합니다. 결과적으로, 제조의 차이는 최종 제품의 가능한 형태와 물리적 특성에 큰 영향을 미칩니다.
3) 특성
주조 알루미늄 합금은 단조 알루미늄보다 녹는점과 인장 강도가 낮습니다. 실리콘 농도가 높기 때문에 주조가 더 쉽습니다. 따라서 알루미늄-실리콘 합금이 일반적으로 사용됩니다. 단조 알루미늄은 새로운 응용 분야를 찾고 있으며 제조업체는 다양한 방법을 사용하여 프로토타입과 부품을 생산합니다.
다음은 알루미늄 합금 유형의 차이점입니다.
| 기능 | 단조 알루미늄 | 주조 알루미늄 |
| 생산 방법 | 기계 작업(압연, 압출, 단조) | 녹아서 금형에 붓기 |
| 입자 구조 | 기계적 작업으로 인한 길쭉한 입자 | 응고로 인한 등축 입자 |
| 장력 강도 | 입자 정렬로 인한 더 높은 인장 강도 | 무작위 입자 배향으로 인한 낮은 인장 강도 |
| 표면 마무리 | 매끄럽고 균일한 표면 마감 | 응고로 인한 더 거친 표면 마감 |
| 용접성 | 용접성 우수 | 다공성 및 수축으로 인한 용접 용이성 감소 |
| 응용 프로그램 | 항공우주 부품, 구조 부품, 자동차 부품 | 엔진 블록, 실린더 헤드, 하우징 |
| 예제 | 6061, 7075 | A356, A380 |
4. 단조 알루미늄 시리즈
아래는 다양한 단조 알루미늄 합금 시리즈입니다.
1) 1000
1000 시리즈는 열처리가 불가능하며 주요 합금 원소가 없는 약 99%의 알루미늄으로 구성되어 있습니다. 이 일련의 등급은 내식성이 뛰어나고 열 및 전기 전도성이 최대이며 지연된 가공 경화로 연성이 있습니다. 1000 시리즈는 가혹한 변형 작업에 적합하지만 인장 강도와 항복 강도가 낮습니다.
1000 시리즈에서 주목할만한 두 가지 합금은 1000 및 1350 합금입니다. 알루미늄 1100은 우수한 성형 특성과 열교환 장비 및 방열판에 적용되는 것으로 인정받고 있습니다. 알루미늄 1350은 전기 전도성이 높으며 일반적으로 변압기 및 개폐 장치 생산에 사용됩니다. 우수한 성형성을 제공하여 전자 제품 제조에 이상적인 선택입니다.
2) 2000
구리는 0.7-6.8%의 구리와 소량의 망간, 마그네슘, 실리콘 및 기타 금속으로 구성된 2000 알루미늄 시리즈에 강도와 경도를 제공합니다. 이러한 고성능 합금은 항공 우주 응용 분야에 적합하지만 구리가 있으면 연성과 내식성이 낮아집니다.
2000 시리즈 알루미늄 등급은 열처리가 가능합니다. 따라서 이 시리즈의 합금은 강도를 향상시키기 위해 석출 경화를 거칠 수 있습니다. 열처리 중 금속간 요소가 형성되면 경도가 더욱 증가하지만 용접이 어려워집니다.
알루미늄 2011은 고속 선반 가공에 탁월한 가공성을 나타냅니다. 매우 다재다능함에도 불구하고 내식성이 부족하지만 이는 아노다이징 또는 코팅을 통해 해결할 수 있습니다. 반대로, 알루미늄 2024는 시리즈에서 잘 알려진 고강도 합금입니다. 중장비 응용 분야에 적합하지만 상대적으로 내식성이 낮습니다
3) 3000
3000 알루미늄 시리즈는 0.05에서 1.5%의 망간을 주요 합금 원소로 포함합니다. 합금은 순수 알루미늄보다 높은 기계적 강도를 나타냅니다. 이 강도는 넓은 온도 범위에서 유지되며 등급은 우수한 내식성, 성형성, 연성 및 용접 적합성을 제공합니다. 그들은 열처리가 불가능하기 때문에 냉간 가공을 통해 경화될 수 있습니다.
알루미늄 3003은 3000 시리즈에서 널리 사용되는 등급입니다. 그것은 높은 장력 강도를 가진 좋은 기계적 성질을 제안합니다. 한편, 알루미늄 3005는 우수한 연신율, 가공 성능 및 내식성을 제공합니다. 다양한 응용 분야를 위한 스트립 및 코일을 제조하는 데 도움이 됩니다.
4) 4000
4000 시리즈는 실리콘을 주요 합금 원소로 사용합니다. 3.6에서 13.5 %의 규소와 미량의 마그네슘과 구리로 구성됩니다. 실리콘은 합금의 녹는점을 낮추어 용융 상태에서 유동성을 향상시킵니다. 따라서 이러한 등급은 용접 및 브레이징을 위한 우수한 충전재입니다.
4000 시리즈의 특정 등급은 열처리가 가능합니다. 그러나 이러한 합금에서 마그네슘과 구리의 비율에 따라 다릅니다. 이러한 요소를 추가하면 열처리에 더 나은 반응을 제공합니다. 이를 통해 열처리 가능한 알루미늄 등급과 결합할 때 용접에 적용할 수 있습니다.
5) 5000
5000 시리즈는 0.5-5.5%의 마그네슘을 함유하고 있습니다. 이 등급은 열처리가 불가능하지만 냉간 가공을 통해 경화될 수 있습니다. 그들은 어닐링 할 때 높은 연성을 나타내며 우수한 부식 및 알칼리성 저항을 포함하여 중간에서 높은 강도를 나타냅니다.
5000 시리즈 내에서 마그네슘이 3.5% 함유된 등급은 해수 환경에서의 내식성으로 인해 해양 등급으로 인정받고 있습니다. 그러나 응력 부식에 취약하기 때문에 고온 응용 분야에는 적합하지 않습니다.
알루미늄 5052는 이 시리즈에서 가장 높은 강도를 자랑합니다. 해양 조건에 대한 더 나은 저항성을 제공하고 가공 시 우수한 마감 품질을 나타냅니다. 놀라운 작업성으로 인해 여러 가지 복잡한 모양과 크기로 성형할 수 있습니다.
6) 6000
6000 시리즈는 0.2-1.8%의 실리콘과 0.35-1.5%의 마그네슘으로 제공됩니다. 합금은 항복 강도를 높이기 위해 용액 열처리를 거칠 수 있습니다. 석출 경화는 노화 과정에서 마그네슘-규화물의 생성으로 인해 가능합니다. 그러나 높은 실리콘으로 인한 유연성 감소는 열처리 중에 망간과 크롬을 첨가하여 수정할 수 있습니다. 이 등급은 균열에 대한 민감성으로 인해 용접이 어렵습니다.
알루미늄 6061은 시리즈에서 가장 다재다능한 열처리 가능한 합금 중 하나입니다. 우수한 성형성, 용접성 및 내식성을 자랑합니다. 제조업체는 이 등급을 사용하여 빔, 각도, 채널 등과 같은 다양한 구조적 모양을 생산합니다. 반면에 알루미늄 6063은 높은 인장 강도, 우수한 마감 품질 및 우수한 내식성으로 알려져 있습니다. 알루미늄 압출 및 창문 및 문틀, 난간 등과 같은 건축 응용 분야에 사용됩니다.
7) 7000
7000 알루미늄 시리즈는 0.8-8.2%의 아연을 주요 합금 원소로 사용합니다. 7000 시리즈는 강도가 가장 높은 일부 알루미늄 합금을 자랑합니다. 여기의 합금은 용액 열처리로 열처리 할 수 있습니다. 노화는 항복 강도를 더욱 증가시킵니다. 구리를 첨가하면 이미 우수한 내식성이 더욱 향상됩니다.
알루미늄 7075는 높은 성능으로 인정 받고 있으며 가장 강한 알루미늄 등급 중 하나입니다. 알루미늄 6061에 비해 경도와 인장 강도가 우수하여 장시간의 응력을 견딜 수 있습니다. 이 알루미늄 유형은 일반적으로 항공 우주 응용 분야에서 알려져 있습니다.
5. 주조 알루미늄 시리즈
주조 알루미늄 합금 시리즈에는 다음이 포함됩니다.
1) 1xx.x
1.xx.x 주조 합금은 합금이 아니며 상업적으로 순수한 알루미늄으로 내식성, 마감 특성 및 용접 특성이 우수합니다. 1xx.x 합금은 일반적으로 로터 생산 또는 부식되기 쉬운 합금을 클래딩하는 데 사용됩니다.
2) 2xx.x
2xx.x 합금은 주로 구리로 구성되며 크롬, 마그네슘 및 망간도 존재합니다. 열처리가 가능하므로 열처리를 통해 추가 강도를 얻을 수 있습니다. 특히 더 높은 온도에서 모든 주조 합금 중 가장 큰 강도와 경도를 가지고 있습니다. 구성의 구리 함량 때문에 부식되기 쉽고 가열할 때 연성이 떨어지고 균열이 발생하기 쉽습니다. 2xx.x 합금은 자동차 배기 시스템 부품, 실린더 헤드 및 항공기 엔진 부품에 일반적으로 사용됩니다.
3) 3xx.x
3xx.x 주조 합금의 주요 합금 성분은 실리콘, 구리 및 마그네슘이며 니켈 및 베릴륨이 추가로 사용됩니다. 열처리가 가능하고 강도가 높습니다. 결과적으로 이러한 합금은 균열 및 마모에 강하고 기계 가공이 용이합니다. 3xx.x 합금은 일반적으로 자동차 휠, 자동차 실린더 블록/헤드, 압축기/펌프 부품, 항공기 피팅 등에 사용됩니다.
4) 4xx.x
실리콘은 4xx.x 주조 합금에 사용되는 유일한 합금 원소입니다. 이 합금은 열처리가 불가능하며 우수한 주조 특성, 강도, 내마모성 및 내식성을 제공합니다. 조리기구, 펌프 케이스 및 교량 난간 지지 케이싱은 4xx.x 알루미늄 합금의 일반적인 용도입니다.
5) 5xx.x
5xx.x 주조 합금은 열처리가 불가능하며 마그네슘을 주요 합금 원소로 사용합니다. 우수한 내식성, 우수한 기계 가공성 및 양극 산화 처리 시 매력적인 표면 마감을 가지고 있습니다. 모래 주조 부품은 5xx.x 합금의 일반적인 응용 분야입니다.
6) 7xx.x
아연은 열처리 가능한 7xx.x 주조 합금의 주요 합금 성분입니다. 그들은 종종 잘 주조되지 않지만 우수한 치수 안정성, 우수한 가공성, 미세한 마감 특성 및 내식성을 가지고 있습니다.
7) 8xx.x
8xx.x 합금은 열처리가 불가능하며 대부분 미량의 구리와 니켈이 함유된 주석으로 구성됩니다. 이 합금은 강도가 낮지만 가공성과 내마모성이 우수합니다. 연소 엔진용 바이메탈 슬라이딩 베어링과 같은 베어링 응용 분야를 위해 만들어졌습니다.
6. 일반적인 알루미늄 합금
다양한 산업 분야의 제품 제조에 적용할 수 있는 다양한 유형의 알루미늄 합금입니다.
1) 알루미늄 6061
6061 알루미늄 합금은 마그네슘과 실리콘을 주성분으로 함유하고 있습니다. 6000 시리즈에 속하는 마지막 두 자리 숫자(61)는 구성(알루미늄 97.9%, 마그네슘 1.0%, 실리콘 0.6%, 구리 0.28%, 크롬 0.2%)을 나타냅니다. 강도, 용접성, 열처리성 및 내식성으로 인해 매우 다재다능합니다.
항복 인장 강도가 40ksi이고 극한 인장 강도가 45ksi인 6061 알루미늄은 구조용 응용 분야에 적합하며 부식에 강합니다. 압출에 적합한 T6 템퍼를 적용하면 강도와 내구성이 향상되고 아노다이징 처리로 미적 마감이 향상됩니다.
2) 알루미늄 7075
7075 합금의 주요 합금 성분은 구리와 아연입니다. 7075 알루미늄은 7xxx 시리즈의 일부로 아연을 주합금 원소로 나타내고 인장 강도가 높습니다. 알루미늄 90%, 아연 5.6%, 망간 2.5%, 구리 1.6%, 망간 0.23%로 구성됩니다.
밀도가 2.81g/cm3이고 극한 인장 강도가 83ksi인 가장 강하고 가벼운 알루미늄 합금 중 하나입니다. 그것은 강하고 다소 용접이 가능하며 응력에 강하기 때문에 극도의 강도가 필요한 응용 분야에 사용됩니다.
3) 알루미늄 6063
적당한 강도와 우수한 연성을 가진 6063 알루미늄 합금은 일반적으로 건축용 알루미늄으로 알려져 있습니다. 실리콘과 마그네슘으로 구성되어 있습니다. 다이 포밍과 정말 잘 작동합니다.
또한 알루미늄 6063은 마그네슘과 실리콘으로 구성되어 내식성이 우수합니다. 이러한 유형의 알루미늄은 레이저를 사용하여 에칭할 수도 있습니다. 이 합금은 우수한 연성과 온화한 강도로 인해 다이 성형에도 사용할 수 있습니다.
4) 알루미늄 5052
내식성이 우수하고 강도가 적당한 신뢰할 수 있는 합금은 5052 알루미늄입니다. 합금에는 구리가 없기 때문에 해수의 응용 분야에 이상적입니다. 5052 알루미늄으로 만들어진 가장 일반적인 부품은 해양 장비입니다. 그럼에도 불구하고 5052는 5000 알루미늄 합금 등급으로 나오기 때문에 열처리는 선택 사항이 아닙니다.
5) 알루미늄 2024
2024 알루미늄은 이 목록에 있는 다른 합금보다 덜 강한 저렴하고 다재다능한 합금입니다. 완성이 간단하고 합리적인 수준의 가공성과 작업성을 제공합니다. 구리와 마그네슘은 더 큰 강도와 경도를 제공하는 주요 합금 원소입니다.
2024 알루미늄은 열처리가 용이하고 중량 대비 강도가 높습니다. 그러나 2024 알루미늄의 구리 함량이 증가하면 부식에 대한 저항력도 감소합니다. 2024 알루미늄은 부식에 대한 저항성이 떨어지기 때문에 클래드 시트로 자주 발견됩니다.
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