주조 알루미늄 합금: 특성, 속성 등

자동차 엔진 부품의 내구성과 효율성을 높이는 비결이 무엇인지 궁금한 적이 있나요? 이 글에서는 자동차 엔지니어링의 숨은 챔피언인 알루미늄 합금 주조의 비밀을 공개합니다. 고유한 특성과 분류를 가진 이 합금이 어떻게 자동차 제조와 성능의 미래를 만들어가는지 알아보세요. 알루미늄 합금의 매혹적인 세계를 탐험할 준비를 하세요!

목차

금속 주조 공정을 통해 직접 부품을 얻을 수 있는 알루미늄 합금, 알루미늄 합금 주조. 이러한 합금의 합금 원소 함량은 일반적으로 해당 단조 알루미늄 합금의 합금 원소 함량보다 높습니다.

주조 알루미늄 합금은 단조 알루미늄 합금과 동일한 합금 시스템과 동일한 강화 메커니즘(변형 경화 제외)을 가지고 있습니다. 주요 차이점은 주조 알루미늄 합금의 합금 원소인 실리콘의 최대 함량이 대부분의 단조 알루미늄 합금보다 높다는 점입니다.

주조 알루미늄 합금에는 강화 원소를 함유하는 것 외에도 합금에 상당한 유동성을 부여하여 주조 중 수축 간격을 쉽게 채울 수 있도록 충분한 양의 공융 원소(일반적으로 실리콘)가 포함되어야 합니다. 주조 알루미늄 합금은 엔진 실린더 헤드, 흡기 매니폴드, 피스톤, 허브 및 파워 스티어링 하우징과 같은 자동차에 널리 사용됩니다.

I. 합금 분류 및 코드

(1) 합금 분류

알루미늄을 제외한 주요 원소인 실리콘, 구리, 마그네슘, 아연을 기준으로 네 가지 카테고리로 나뉩니다.

1. 알루미늄-실리콘 합금

"실루민" 또는 "초유전 알루미늄 합금"으로도 알려진 알루미늄-실리콘 합금은 뛰어난 주조 특성, 내마모성, 낮은 열팽창 계수로 잘 알려져 있습니다. 10%~25% 실리콘을 함유하는 이 합금은 주조 알루미늄 합금 중에서 가장 다재다능하고 널리 활용되는 범주에 속합니다.

실리콘 함량은 합금의 특성에 큰 영향을 미칩니다. 유텍틱 조성(약 12.6% Si)은 최적의 유동성과 주조 특성을 제공하는 반면, 하이퍼유텍틱 조성(>12.6% Si)은 향상된 내마모성과 열팽창 감소를 제공합니다. 0.2%~0.6% 마그네슘을 첨가하면 열처리에 잘 반응하여 침전 경화를 통해 강도와 경도를 향상시키는 Al-Si-Mg 합금이 생성됩니다.

이러한 합금은 엔진 블록, 실린더 헤드, 변속기 케이스, 복잡한 얇은 벽의 주물 등 구조 부품에 광범위하게 사용됩니다. 구리(일반적으로 1-4%)와 마그네슘을 첨가하면 기계적 특성, 내열성 및 가공성을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 따라서 Al-Si-Cu-Mg 합금은 열 안정성과 내마모성이 중요한 피스톤과 같은 고성능 자동차 부품에 특히 적합합니다.

최근 개발된 Al-Si 합금은 다음과 같습니다:

  1. 나노 입자 보강으로 강도 및 내마모성 향상
  2. 최적화된 미세 구조를 위한 첨단 열처리 공정
  3. 뛰어난 주조성을 활용한 적층 제조 응용 분야

2. 알루미늄-구리 합금

4.5% ~ 5.3% 구리를 함유한 알루미늄-구리 합금은 최적의 강화 특성을 나타냅니다. 망간과 티타늄을 전략적으로 첨가하면 실온 및 고온 강도를 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 주조 성능을 개선할 수 있습니다. 이러한 합금은 일반적으로 열처리 후 300~350MPa 범위의 최종 인장 강도를 달성합니다. 구리의 존재는 시효 경화 중에 Al2Cu 침전물의 형성을 촉진하여 합금의 우수한 기계적 특성에 기여합니다.

이러한 합금은 주로 비교적 복잡하지 않은 형상을 유지하면서 상당한 동적 및 정적 하중을 견딜 수 있도록 설계된 모래 주물 생산에 활용됩니다. 항공기 엔진 부품, 자동차 변속기 하우징, 항공우주 산업의 구조 부품 등에 주로 사용됩니다. 중량 대비 강도가 우수하고 가공성이 뛰어나 까다로운 조건에서 높은 신뢰성이 요구되는 부품에 특히 적합한 합금입니다.

이러한 합금은 뛰어난 강도를 제공하지만 구리 함량이 높기 때문에 다른 알루미늄 합금에 비해 내식성이 떨어질 수 있다는 점에 유의할 필요가 있습니다. 따라서 부식성 환경에서 이러한 한계를 완화하기 위해 적절한 표면 처리 또는 보호 코팅을 사용하는 경우가 많습니다.

3. 알루미늄-마그네슘 합금

마그네슘 함량이 12%인 알루미늄-마그네슘(Al-Mg) 주조 합금은 저밀도(2.55g/cm³)와 고강도(최대 355MPa)가 최적의 균형을 이루고 있어 가장 효율적인 경량 구조 재료 중 하나입니다. 이 구성은 알루미늄에서 마그네슘의 고용체 강화 효과를 극대화합니다. 이 합금은 안정적인 보호 산화물 층을 형성하여 대기 및 해양 환경 모두에서 우수한 내식성을 나타냅니다. 우수한 연성 및 내피로성을 포함한 포괄적인 기계적 특성과 상온에서의 우수한 가공성이 결합되어 다양한 용도로 활용도가 높습니다.

항공우주 산업에서 이 알루미늄-마그네슘 합금은 무게 감소와 강도가 가장 중요한 레이더 하우징, 항공기 엔진 케이스, 프로펠러 블레이드와 같은 핵심 부품에 사용됩니다. 또한 무게 대비 강도가 높아 랜딩 기어 부품에도 적합합니다. 해양 분야에서는 바닷물 내식성으로 인해 프로펠러와 구조 부품에 선호됩니다. 또한 합금의 미적 매력과 내식성으로 인해 외관 및 인테리어 디자인 요소를 포함한 건축 및 장식용으로도 탁월한 선택입니다.

열처리 및 가공 경화 공정을 통해 합금의 특성을 더욱 향상시킬 수 있으므로 특정 응용 분야 요구 사항을 충족하는 맞춤형 기계적 특성을 구현할 수 있습니다. 최근 적층 제조의 발전으로 이 합금을 사용한 복잡한 형상 및 맞춤형 부품에 대한 새로운 가능성이 열리면서 다양한 고성능 분야에서 그 잠재력이 확대되고 있습니다.

4. 알루미늄-아연 합금

기계적 특성을 향상시키기 위해 실리콘과 마그네슘을 알루미늄-아연과 합금하여 "아연 실루민" 또는 Al-Zn-Si-Mg 합금으로 알려진 복합체를 만드는 경우가 많습니다. 이 합금은 주조 조건에서 독특한 자체 담금질 특성을 나타내므로 주조 후 즉각적인 열처리가 필요하지 않습니다. 주조된 부품은 용액 처리 및 노화와 같은 변형 열처리 공정을 통해 강도를 더욱 향상시킬 수 있는 우수한 강도를 보여줍니다.

아연 실루민의 주요 장점 중 하나는 안정화 열처리를 거친 후 치수 안정성이 높아진다는 점입니다. 이 처리에는 내부 응력을 완화하고 시간이 지나면서 뒤틀림이나 왜곡을 최소화하기 위해 가열 및 냉각 주기를 제어하는 과정이 포함됩니다. 그 결과 치수 정확도와 일관성이 높아져 다음과 같이 높은 정밀도가 요구되는 분야에 특히 적합합니다:

  1. 파운드리 애플리케이션을 위한 패턴 및 코어 박스
  2. 품질 관리를 위한 검사 설비 및 게이지
  3. 플라스틱 사출 성형용 툴링 및 금형
  4. 항공우주 및 자동차 산업의 구조 부품
  5. 제조 장비의 정밀 기계 베이스 및 지지대

우수한 주조성, 자체 담금질 특성 및 열처리 후 치수 안정성의 조합으로 인해 실리콘 및 마그네슘이 첨가된 알루미늄-아연 합금은 강도, 정확성 및 장기 신뢰성이 중요한 다양한 산업 응용 분야에 다용도로 사용할 수 있는 소재입니다.

(2) 합금 코드

합금 코드는 주조 알루미늄을 나타내는 중국어 병음 문자 "ZL"과 그 뒤에 아라비아 숫자 세 개로 구성됩니다.

"ZL" 뒤의 첫 번째 숫자는 합금 시리즈를 나타내며, 1, 2, 3, 4는 각각 알루미늄-실리콘, 알루미늄-구리, 알루미늄-마그네슘, 알루미늄-아연 합금 시리즈를 의미합니다.

"ZL" 뒤의 두 번째와 세 번째 숫자는 합금의 일련 번호를 나타냅니다.

고품질 합금은 코드 뒤에 "A"가 표시되어 있습니다.

합금 유형Al-Si 시스템 Al-Cu 시스템Al-Mg 시스템 알루미늄-아연 시스템
합금 명칭ZL1XXZL2XXZL3XXZL4XX

II. 합금 주조 방법 및 변형 처리 코드

코드제목코드제목
S모래 주조K쉘 몰딩 캐스팅
J다이 캐스팅Y압력 다이 캐스팅
R투자 캐스팅B열처리

III. 삼중 합금의 특성, 종류 및 열처리 현황

다양한 모양과 사양의 고품질 정밀 주물을 얻기 위해 주조에 사용되는 알루미늄 합금은 일반적으로 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다.

1. 좁은 홈과 틈새를 채우기 위한 우수한 유동성

2. 일반 금속보다 녹는점이 낮지만 대부분의 상황에서 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

3. 열전도율이 우수하여 용융 알루미늄의 열을 금형에 빠르게 전달할 수 있어 주조 주기가 짧아집니다.

4. 용융물의 수소 및 기타 유해 가스는 처리를 통해 효과적으로 제어할 수 있습니다.

5. 알루미늄 합금을 주조할 때 고온 취성 균열 및 찢어짐이 발생하지 않습니다.

6. 우수한 화학적 안정성, 강한 내식성

7. 표면 결함이 발생하지 않는 주물은 표면의 매끄러움과 광택이 우수하고 표면 처리가 용이합니다.

8. 주조 알루미늄 합금의 가공성은 좋으며 다이캐스팅, 영구 주형, 녹색 모래 및 건식 모래 주형, 손실 폼 석고 주조 주형을 사용하여 주조 할 수 있으며 진공 주조, 저압 및 고압 주조, 스퀴즈 주조, 반고체 주조, 원심 주조 등을 사용하여 다양한 용도, 품종, 사양 및 성능의 다양한 주물을 생산할 수도 있습니다.

열처리 조건 코드열처리 조건 카테고리특성
F캐스트 상태--
T1인공 노화습식 모래 주형, 금속 주형, 특히 다이캐스트 부품의 경우 빠른 냉각 속도로 인해 부분적인 수용액 효과가 나타납니다. 노화 처리가 증가할 수 있습니다. 강도 및 경도를 사용하여 기계 가공성을 향상시킵니다.
T2어닐링주조 공정에서 발생하는 응력을 제거하여 치수 안정성을 높이고 합금의 가소성을 개선합니다.
T4자연 숙성을 통한 솔루션 열처리가열, 단열, 급속 냉각을 통해 용액 강화를 구현함으로써 합금의 기계적 특성을 향상시킬 수 있으며, 특히 상온 조건에서 합금의 연성과 내식성을 개선할 수 있습니다.
T5부분 인공 노화를 통한 솔루션 열처리용액 처리 후 불완전한 인공 노화 과정이 수행되며, 이 과정은 더 낮은 온도에서 또는 더 짧은 기간 동안 수행됩니다. 목표는 합금의 강도와 경도를 더욱 향상시키는 것입니다.
T6완벽한 인공 노화를 통한 솔루션 열처리연성이 감소하는 대신 가장 높은 인장 강도를 얻을 수 있습니다. 노화는 고온에서 또는 장기간에 걸쳐 수행됩니다.
T7안정화 처리를 통한 용액 열처리주물의 구조적 및 치수 안정성과 합금의 내식성을 향상시킵니다. 주로 고온에서 작동하는 부품에 사용되며, 안정화 처리 온도는 주물의 작동 온도에 근접할 수 있습니다.
T8연화 처리를 통한 솔루션 열처리용액 처리 후 안정화 처리 이상의 온도를 활용하여 가소성이 높고 치수 안정성이 우수한 주조 부품을 얻을 수 있습니다.
T9저온 및 고온 사이클 처리완전히 제거 내부 스트레스 주물에서 치수를 안정화합니다. 고정밀 주조에 사용됩니다.

IV. 주조 알루미늄 합금의 종류

ZL101

ZL101은 조성이 단순하고 용융 및 주조가 용이하며 주조 성능이 우수하고 기밀성이 우수하며 용접 및 절단 가공 성능이 비교적 우수한 것으로 알려져 있지만 기계적 특성은 높지 않습니다.

벽이 얇고 면적이 넓은 다양한 부품을 주조하는 데 적합합니다, 복잡한 모양펌프 하우징, 기어박스, 기기 쉘(프레임) 및 가전제품의 부품과 같이 강도가 낮아야 하는 제품에 사용됩니다. 주로 모래 주조와 금속 주조로 생산됩니다.

Zl101A

ZL101에 소량의 Ti를 첨가하면 입자가 미세해지고 합금의 구조가 강화되어 ZL101 및 ZL102보다 높은 종합적인 특성과 우수한 내식성을 얻을 수 있습니다.

엔지니어링 분야의 일반 하중지지 구조 부품은 물론 오토바이, 자동차, 가전제품, 계측기 제품의 다양한 구조 부품에 고품질 주조로 사용할 수 있습니다. 현재 ZL102에 이어 두 번째로 많이 사용되고 있습니다. 생산에는 일반적으로 모래 주조와 금속 주조가 사용됩니다.

Zl102

이 합금의 주요 특징은 유동성이 좋으며 다른 특성은 ZL101과 비슷하지만 기밀성이 ZL101보다 우수하다는 것입니다.

다양한 복잡한 모양의 얇은 벽면 다이캐스팅과 저강도 얇은 벽면, 대면적, 복잡한 모양의 금속 또는 샌드캐스트 부품을 주조하는 데 사용할 수 있습니다. 다이캐스팅이든 금속/모래 주조이든 민간 제품에서 가장 일반적으로 사용되는 알루미늄 합금입니다.

Zl104

이 합금은 작업 결정이 많고 재료에 혼합된 Fe의 유해한 영향을 상쇄하는 Mn이 첨가되어 주조 성능이 우수하고 기밀성, 내식성이 우수하며 용접 및 절단 가공 성능이 상대적으로 우수합니다.

하지만 내열성이 떨어집니다.

터보차저 하우징, 실린더 헤드, 실린더 라이너 및 기타 부품과 같이 하중이 큰 복잡한 형상의 대형 동적 구조 부품을 생산하는 데 적합합니다. 주로 다이캐스팅으로 생산되지만 샌드캐스팅과 금속 주조도 일반적으로 사용됩니다.

Zl105, ZL105A

이 합금의 주조 및 용접 성능은 Cu가 추가되고 Si 함량이 감소하여 ZL104보다 떨어지지만 상온 및 고온 강도 및 절삭 가공 성능은 ZL104보다 우수하며 가소성이 약간 낮고 내식성이 떨어집니다.

터보차저 하우징, 실린더 헤드, 실린더 라이너 및 기타 부품과 같이 복잡한 형상, 대형, 무거운 하중을 받는 동적 구조 부품에 사용하기에 적합합니다.

ZL105A는 ZL105의 불순물 원소인 Fe 함량을 줄이고 합금의 강도를 높여 ZL105보다 기계적 특성이 더 우수합니다. 고품질 주물은 일반적으로 생산에 사용됩니다.

ZL106

소량의 Ti와 Mn을 첨가하고 Si 함량을 증가시키면 이 합금의 주조 및 고온 성능이 향상되어 기밀성과 내식성 측면에서 ZL105보다 우수합니다.

일반 하중 및 기밀성이 우수하고 고온에서 작업해야 하는 부품의 구조 부품으로 사용할 수 있습니다. 모래 주조와 금속 주조는 주로 생산에 사용됩니다.

ZL107

ZL107은 우수한 주조 및 기밀 성능, 우수한 기계적 특성, 평균적인 용접 및 절단 가공 성능, 약간 떨어지는 내식성을 가지고 있습니다.

일반적인 동적 특성을 견디는 구조 부품을 생산하는 데 적합하거나 정적 부하 및 기밀성이 필요한 부품. 모래 주조는 일반적으로 생산에 사용됩니다.

ZL108

ZL108은 Si 함량이 높고 Mg, Cu, Mn이 첨가되어 있어 주조 성능이 우수하고 열팽창 계수가 작으며 내마모성이 우수하고 강도가 높으며 내열성이 우수합니다. 하지만 내식성은 약간 낮습니다.

내연기관용 피스톤 및 내마모성이 필요한 기타 부품과 안정적인 치수와 부피가 필요한 부품을 생산하는 데 적합합니다. 주로 다이캐스팅과 금속 주조로 생산되지만 모래 주조도 사용할 수 있습니다.

ZL109

이 제품은 Si 함량을 높이고 Ni를 추가하여 우수한 주조 및 기밀 성능은 물론 고온 강도, 향상된 내마모성 및 내식성을 제공하는 Al-Si-Cu-Mg-Ni의 복합 합금입니다. 선형 팽창 계수와 밀도도 크게 감소했습니다.

내연기관용 피스톤 및 내마모성과 안정적인 치수 및 부피가 필요한 부품 생산에 적합합니다. 금속 주조와 모래 주조가 주로 생산에 사용됩니다.

ZL111

ZL111은 Mn과 Ti가 첨가된 복합 합금으로 우수한 주조 성능, 우수한 내식성, 기밀성 및 고강도를 제공합니다. 용접 및 절단 가공 성능은 평균 수준입니다.

항공기 엔진 부품, 워터 펌프, 오일 펌프, 임펠러 등 복잡한 모양의 무거운 하중을 받는 동적 구조 부품과 기밀성이 우수하고 고온에서 작업해야 하는 부품을 주조하는 데 적합합니다. 금속 주조와 모래 주조가 주로 생산에 사용되지만 다이캐스팅도 사용할 수 있습니다.

ZL114A

ZL114A는 Mn과 Ti가 추가된 복합 합금으로 우수한 주조 성능, 우수한 내식성, 기밀성 및 고강도를 제공합니다. 용접 및 절단 가공 성능은 평균 수준입니다.

항공기 엔진 부품, 워터 펌프, 오일 펌프, 임펠러 등 복잡한 모양의 무거운 하중을 받는 동적 구조 부품과 기밀성이 우수하고 고온에서 작업해야 하는 부품을 주조하는 데 적합합니다. 금속 주조와 모래 주조가 주로 생산에 사용되지만 다이캐스팅도 사용할 수 있습니다.

ZL115

ZL115는 주조 성능이 우수하고 기계적 특성이 높으며 주로 밸브 하우징 및 임펠러와 같은 중장비 엔지니어링 구조 부품 및 기타 부품으로 사용됩니다. 모래 주조와 금속 주조는 주로 생산에 사용됩니다.

ZL116

ZL116은 ZL115에서 Zn과 Sb를 제거하고 미량 원소 Ti와 Be를 첨가한 Al-Cu-Mg의 복합 합금입니다. 합금의 입자가 정제되고 Fe 불순물의 유해한 영향이 감소하여 우수한 주조 및 기밀 성능과 높은 기계적 특성을 제공합니다.

항공기 및 미사일의 부품과 같이 큰 하중을 견디는 동적 구조 부품과 민수 제품의 종합적인 특성이 우수한 다양한 부품을 주조하는 데 적합합니다. 모래 주조와 금속 주조가 주로 생산에 사용됩니다.

ZL117

ZL117은 미량 원소 Mn과 희토류 원소 RE가 첨가된 저유전 구조와 19-22%의 높은 Si 함량을 가진 Al-Cu-Mg의 복합 합금입니다. 우수한 주조 성능, 우수한 실온 및 고온 강도, 낮은 열팽창 계수를 가지며 부드러운 매트릭스 위에 분포된 많은 경질 1차 Si 입자로 구성된 높은 수준의 내마모성 소재입니다.

내연기관용 피스톤, 브레이크 패드 및 기타 안정적인 치수와 부피를 가진 내마모성 부품과 고강도 구조 부품을 주조하는 데 적합합니다. 금속 주조가 주로 생산에 사용되지만 모래 주조도 사용할 수 있습니다.

또한 중국 항공 산업 공사는 세 가지 알루미늄-실리콘 합금(ZL112Y, ZL113Y, ZL117Y)도 개발했습니다. ZL112Y와 ZL113Y는 주조 성능, 기밀성 및 높은 기계적 특성을 갖춘 Al-Si-Cu 다이캐스팅 합금으로, 고강도 및 작동 온도와 우수한 기밀성이 필요한 주조 부품과 안정적인 치수, 부피 및 우수한 열 전달 성능을 갖춘 피스톤과 같은 기타 내마모성 부품에 적합합니다.

생산에는 주로 다이캐스팅이 사용되지만 모래 주조 및 금속 주조도 사용할 수 있습니다. ZL108과 달리 Si 함량이 감소하고 고용체 강화 및 침전 경화를 강화하는 Cu 함량이 증가하여 ZL108보다 상온 및 고온 성능이 우수합니다.

ZL201

ZL201은 상온 및 고온 기계적 특성이 우수하고 가소성이 보통이며 용접 및 절단 가공 성능이 평균적이고 유동성이 낮고 고온 균열 경향이 있으며 내식성이 좋지 않습니다.

비교적 고온(200~300℃)에서 작동하는 구조 부품이나 상온에서 큰 동적 또는 정적 하중을 견디는 부품, 저온(-70℃)에서 작동하는 부품을 주조하는 데 적합합니다. 모래 주조는 주로 생산에 사용됩니다.

ZL201A

ZL201A는 ZL201에 비해 불순물 Fe와 Si의 함량이 크게 감소하여 상온 및 고온 기계적 특성이 더 높습니다. 절단 및 용접 성능은 우수하지만 주조 성능은 떨어집니다.

300℃에서 작동하거나 상온에서 큰 동적 또는 정적 하중을 견디는 부품에 사용할 수 있습니다. 모래 주조는 주로 생산에 사용됩니다.

ZL202

ZL202는 주조 성능과 고온 강도, 경도, 내마모성이 비교적 우수하지만 내식성이 떨어집니다.

250℃의 온도에서 작동하고 실린더 헤드와 같이 작은 하중을 견디는 부품을 주조하는 데 적합합니다. 모래 주조와 금속 주조는 주로 생산에 사용됩니다.

ZL203

ZL203은 Si 함량이 낮기 때문에 유동성이 약간 떨어지고 열균열 경향이 크며 내식성이 떨어집니다. 하지만 고온 강도, 용접 및 절삭 가공 성능이 우수합니다.

250℃ 이하의 온도에서 작동하고 작은 하중을 견디는 부품이나 계기 부품 및 크랭크 케이스 본체와 같이 상온에서 큰 하중을 견디는 부품을 주조하는 데 적합합니다. 모래 주조와 저압 주조가 주로 생산에 사용됩니다.

ZL204A

ZL204A는 고순도, 고강도 주조 Al-Cu 합금으로 가소성과 용접 및 절단 가공 성능은 우수하지만 주조 성능은 떨어집니다.

지지대 및 지지 암과 같이 큰 하중을 견디는 구조 부품을 주조하는 데 적합합니다. 모래 주조와 저압 주조는 주로 생산에 사용됩니다.

ZL205A

ZL205A는 현재 세계에서 가장 강력한 알루미늄 합금입니다. 가소성과 내식성이 우수하고 절단 및 용접 성능이 뛰어나지만 주조 성능이 떨어지는 단점이 있습니다.

큰 하중을 견디는 구조 부품과 기밀 요구 사항이 낮은 일부 부품을 주조하는 데 적합합니다. 모래 주조, 저압 주조 및 금속 주조를 사용할 수 있습니다.

ZL207

ZL207은 평균 주조 성능, 용접 및 절단 가공 성능, 낮은 상온 강도로 고온 강도가 매우 높습니다.

항공기 엔진의 밸브 쉘 및 석유 산업의 일부 내열 부품과 같이 400℃ 이하에서 작동하는 다양한 구조 부품을 주조하는 데 적합합니다. 모래 주조와 저압 주조가 주로 생산에 사용됩니다.

ZL209

ZL209는 용접 및 절단 가공 성능은 우수하지만 주조 성능과 연신율이 떨어지는 ZL201A보다 인장 강도, 항복점 및 고온 강도가 높습니다.

내연 기관의 부품과 같이 고온에서 작동하는 다양한 내마모성 부품을 주조하는 데 적합합니다. 모래 주조는 주로 생산에 사용됩니다.

ZL301

ZL301은 우수한 절단 가공 성능, 비교적 우수한 용접 성능, 고강도, 우수한 아노다이징 성능을 갖춘 현재 사용 가능한 가장 내식성 알루미늄 합금이지만 복잡합니다. 캐스팅 프로세스작동이 번거롭고 느슨해지거나 뜨거운 균열과 같은 결함이 발생하기 쉽습니다.

해양 선박의 각종 부품, 펌프 하우징, 임펠러, 석유 산업의 프레임 등 150℃의 온도에서 작동하는 바닷물과 같은 부식성 매질에서 하중이 큰 다양한 부품을 주조하는 데 적합합니다. 모래 주조는 주로 생산에 사용됩니다.

ZL303

ZL303은 ZL301보다 고온 강도가 우수하고 내식성이 우수하며 (ZL301보다 약간 나쁨) 절단 가공 성능이 우수하고 용접 성능이 우수하며 ZL301보다 주조 성능이 우수하며 열처리가 불가능하여 ZL301보다 기계적 특성이 훨씬 낮습니다.

항공기 엔진, 미사일, 내연기관, 화학 펌프, 오일 펌프, 석유화학 가스 펌프 하우징, 로터, 해수, 화학 산업, 가스 등 부식성 매질에서 중간 하중을 견디는 블레이드 등의 주조 부품에 적합합니다. 압력 주조 및 모래 주조가 주로 사용됩니다.

ZL305

ZL305는 Zn 첨가 및 Mg 함량 감소로 인해 ZL301 및 ZL303보다 자연 노화 후 주조 성능이 우수하고 조직이 더 안정적입니다. 미량 원소 Ti와 Be를 첨가하여 느슨 함과 열간 균열이 발생하는 경향이 적어 종합적인 특성이 우수하고 응력 내식성이 강합니다.

하지만 고온에서의 기계적 특성이 좋지 않습니다. 항공기, 내연기관, 화학 펌프, 오일 펌프, 석유화학 가스 펌프 하우징, 로터, 블레이드 등 100℃ 이하의 해수, 화학 물질, 가스 등 부식성 매질에서 큰 하중을 견디고 작동하는 부품을 주조하는 데 적합합니다. 모래 주조는 주로 생산에 사용됩니다.

ZL401

ZL401은 주조 성능이 우수하고 수축 및 열 균열 경향이 적고 기계적 특성이 높으며 용접 및 절단 가공 성능이 우수하지만 비중이 높고 가소성이 낮으며 내식성이 좋지 않습니다.

주로 200℃ 이하의 온도에서 작동하고 중간 하중을 견디는 항공기, 내연기관, 차량 및 기타 제품의 압력 주조 및 주조 금형, 템플릿, 구조 부품에 사용됩니다. 압력 주조, 모래 주조, 금속 주조를 사용할 수 있습니다.

5. 화학 성분 알루미늄 합금 다이 캐스팅용

 합금 시리즈국가합금 등급WB/%표준 사양 
SiCuMgFeAl
AI-Si 시리즈중국YL10210.0-13.0<0.6<0.05<1.2수당GB/T15115-94
일본ADC111.0-13.0<1.0<0.30<1.2JISH5302-82
미국41311.0-13.0<1.0<0.35<2.0ASTMB85-82
러시아AJ1210.0-13.0<0.6<0.10<1.5TOCT2685-82
독일AlSil211.0-13.5<0.10<0.05<1.0DIN1725
AI-Si-Mg 시리즈중국YL1048.0-10.5<0.300.17-0.30<1.0수당GB/T15115-94
일본ADC39.0-10.0<0.600.40-0.60<1.3JISH5302-82
미국3609.0-10.0<0.600.40-0.60<2.0ASTMB85-82
러시아AJl48.0-10.5<0.100.17-0.30<1.0TOCT2685-82
독일AlSil0Mg9.0-11.0<0.100.20-0.50<1.0DIN1725
AI-Si-Cuseries중국YL1127.5-9.53.0-4.0<0.30<1.2수당GB/T15115-94
YL1139.6-12.01.5-3.5<0.30<1.2
일본ADC107.5-9.52.0-4.0<0.30<1.3JISH5302-82
ADC129.6-12.01.5-3.5<0.30<1.3
미국3807.5-9.53.0-4.0<0.10<1.3ASTMB85-82
3839.5-11.52.0-3.0<0.10<1.3
러시아AJl64.5-6.02.0-3.0<0.10<1.5TOCT2685-82
독일AlSi8Cu37.5-9.52.0-3.5<0.30<1.3DIN1725
AI-Mg 시리즈중국YL3020.80-1.30<0.104.5-5.5<1.2수당GB/T15115-94
일본ADC5<0.30<0.204.0-8.5<1.8JISH5302-82
미국518<0.35<0.257.5-8.5<1.8ASTMB85-82
러시아AlMg9<0.50<0.057.0-10.0<1.0DIN1725

6. 알루미늄-실리콘 계열 주조 합금의 기계적 특성 표

(GB/T 1173-2013)

합금 등급합금 코드캐스팅 방법합금 조건인장 강도 Rm/MPa연신율 A/%브리넬 경도 HBW.
ZAlSi7MgZLl01S、R、J、KF155250
S、R、J、KT2135245
JBT4185450
S、R、KT4175450
J、JBT5205260
S、R、KT5195260
SB、RB、KBT5195260
SB、RB、KBT6225170
SB、RB、KBT7195260
SB、RB、KBT8155355
ZAlSi7MgAZL101AS、R、KT4195560
J、JBT4225560
S、R、KT5235470
SB、RB、KBT5235470
JB、JT52654 
SB、RB、KBT6275280
JB、JT6295380
ZAlSi12ZL102SB、JB、RB、KBF145450
JF155250
SB、JB、RB、KBT2135450
JT2145350
ZAlSi9MgZL104S、R、J、KF150250
JT1200 65
SB、RB、KBT1230270
J、JBT6240270
ZAlSi5Cu1MgZL105S、J、R、KT1155 65
S、R、KT5215170
JT5235 70
S、R、KT6225 70
S、J、R、KT7175165
ZAlSi5Cu1MgAZL105ASB、R、KT5275180
J、JBT5295280

7. 기타 시리즈의 주조 알루미늄 합금 기계적 특성 표

(GB/T 1173-2013)

합금 유형합금 등급합금 코드캐스팅 방법합금 상태인장 강도 Rm/MPa연신율 A/%브리넬 경도 HBW.
Al-CuAlloyZAlCu5MgZL201S、J、R、KT4295870
S、J、R、KT5335490
ST7315280
ZAlCu5MgAZL201AS、J、R、KT53908100
ZAlCul0ZL202S、JF104-50
S、JT6163-100
ZAlCu4ZL203S、R、KT4195660
JT4205660
S、R、KT5215370
JT5225370
ZAlCu5MnCdAZL204AST54404100
ZAlCu5MnCdVAZL205AST54407100
ST64703120
ST74602110
ZAlR5Cu3Si2ZL207ST1165-75
JT1175-75
Al-MgAlloyZAlMgl0ZL301S、J、RT4280960
ZAlMg5SiZL303S、J、R、KF143155
ZAlMg8ZnlZL305ST4290890
Al-ZnAlloyZAlZn11Si7ZL401S、R、KT1195280
JT1245 90
ZAlZn6MgZL402JT1235470
ST1220465

V. 결함 분석

1. 산화 슬래그 포함

결함 특성:

산화 슬래그 내포물은 주로 주물의 상부 표면, 통풍이 되지 않는 모서리에 분포합니다. 파손은 대부분 회백색 또는 노란색으로 X-레이 검사 또는 가공 중에 발견되며 알칼리 세척, 산 세척 또는 아노다이징 중에도 발견될 수 있습니다.

원인:

  • 용광로 재료가 깨끗하지 않고, 재활용 재료를 과도하게 사용합니다.
  • 캐스팅 시스템의 잘못된 설계
  • 합금 액체의 슬래그가 완전히 제거되지 않았습니다.
  • 부적절한 주조 작업으로 슬래그가 포함됨
  • 정제 및 수정 처리 후 스탠딩 시간 부족

2. 모공 및 거품

결함 특성:

주조 벽 내부의 기공은 일반적으로 원형 또는 타원형이며 표면이 매끄럽고 광택이 나는 산화물 피부이며 때로는 기름처럼 황색을 띠기도 합니다. 표면 기공과 기포는 샌드블라스팅을 통해 확인할 수 있으며, 내부 기공과 기포는 X-레이 또는 가공을 통해 확인할 수 있으며 X-레이 필름에 검은색으로 나타납니다.

원인:

  • 합금의 불안정한 주조, 가스 혼입
  • 곰팡이(코어) 모래에 섞인 유기 불순물(예: 석탄 먼지, 풀뿌리, 말똥 등)
  • 몰드 및 코어의 환기 불량
  • 냉철 표면의 수축 구멍
  • 캐스팅 시스템의 잘못된 설계

3. 수축 다공성

결함 특성:

알루미늄 주물의 수축 다공성은 일반적으로 내부 게이트 근처, 단면이 가장 두꺼운 라이저의 뿌리, 두꺼운 벽과 얇은 벽의 접합부, 크고 얇은 벽이 있는 영역에서 발생합니다. 파단 표면은 주조 상태에서는 회색 또는 밝은 노란색으로 나타나며 열처리 후에는 밝은 회색, 밝은 노란색 또는 회흑색으로 변합니다. X-선 필름에서는 구름 모양으로 나타나며, X-선, 형광 저배율 파단 검사 등의 방법으로 심한 수축 다공성을 감지할 수 있습니다.

원인:

  • 라이저 공급 불량
  • 용광로 재료의 높은 가스 함량
  • 내부 게이트 근처 과열
  • 모래 몰드에 과도한 수분, 모래 코어가 건조되지 않음
  • 거친 합금 입자
  • 금형에서 주물의 위치가 부적절함
  • 너무 높은 주입 온도, 너무 빠른 주입 속도

4. 균열

결함 특성:

(1) 주조 균열

입자 경계를 따라 발생하며 종종 분리를 동반하며 고온에서 형성되는 균열의 한 유형입니다. 부피 수축이 심한 합금과 더 복잡한 모양의 주물에서 나타나는 경향이 있습니다.

(2) 열처리 균열

열처리 중 과열 또는 연소로 인해 발생하며, 종종 입계 균열로 나타납니다. 지나치게 빠른 냉각 중에 응력이 발생하고 열팽창 계수가 높은 합금이나 다른 야금학적 결함이 있는 합금에서 일반적으로 발생합니다.

원인:

  • 불합리한 주조 구조 설계, 날카로운 각도 및 벽 두께의 너무 급격한 변화
  • 샌드 몰드(코어)의 접힘성 불량
  • 금형의 국부적 과열
  • 붓는 온도가 너무 높음
  • 금형에서 주물을 너무 일찍 제거하기
  • 열처리 중 과열 또는 과연소, 너무 빠른 냉각

5. 솔루션

1. 장비 조정

(1) 분할 표면 청소, 금형 캐비티 청소, 이젝터 로드 청소, 코팅 개선, 스프레이 공정 개선, 클램핑 력 증가, 금속 부어 넣는 양을 늘립니다. 이러한 조치는 간단한 작업으로 구현할 수 있습니다.

(2) 공정 매개 변수, 사출 력, 사출 속도, 충전 시간, 금형 개방 시간, 주입 온도, 금형 온도 등을 조정합니다.

(3) 재료를 변경하고, 고품질 알루미늄 합금 잉곳을 선택하고, 신소재와 재활용 재료의 비율을 변경하고, 용융 공정을 개선합니다.

(4) 금형 수정, 주입 시스템 수정, 내부 게이트 추가, 오버플로 홈, 배기 홈 등을 추가합니다.

예를 들어 다이 캐스팅에서 플래시가 발생하는 이유는 다음과 같습니다:

  • 다이캐스팅 기계 문제: 잘못된 클램핑 력 조정.
  • 프로세스 문제: 사출 속도가 너무 빨라 지나치게 높은 압력 스파이크가 발생합니다.
  • 금형 문제: 변형, 파팅 표면의 이물질, 인서트 및 슬라이더의 고르지 않은 마모, 몰드 플레이트 강도 부족. 플래시를 해결하기 위한 조치 순서: 파팅 표면 청소 - 클램핑력 증가 - 공정 파라미터 조정 - 금형의 마모된 부분 수리 - 금형 강성 증가. 쉬운 것부터 어려운 것까지 각 개선 단계가 끝난 후 먼저 그 효과를 확인하고 만족스럽지 않으면 다음 단계로 진행합니다.

2. 주조 알루미늄 합금에 희토류 원소를 첨가하면 주조 알루미늄 합금의 결함을 효과적으로 개선할 수 있습니다.

(1) 알루미늄 합금에서 희토류의 정제 역할(희토류 원소는 내포물의 형태를 개선하고 결정립 경계를 정화할 수 있습니다).

(2) 알루미늄 합금에 대한 희토류의 정제 효과(원주형 및 수지상 결정의 성장을 의도적으로 억제하여 미세한 등축 결정의 형성을 촉진하며, 이 과정을 입자 정제 처리라고 함).

(3) 알루미늄-실리콘 합금에 대한 희토류의 개질 효과 (Al-Si 합금을 주조 할 때 Si 상은 자연 조건에서 블록 형 또는 벗겨진 취성 상으로 성장하여 매트릭스를 심하게 쪼개고 합금의 강도와 가소성을 감소 시키므로 유리한 형태로 변경해야합니다. 개질 처리는 공융 Si를 거친 박편에서 미세한 섬유질 또는 라멜라로 변환하여 합금 성능을 향상시킵니다.

나눔은 배려라는 사실을 잊지 마세요! : )
Shane
작성자

Shane

MachineMFG 설립자

MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.

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