1. 합금 원소의 영향

구리 원소(Cu)

알루미늄-구리 합금의 경우알루미늄에서 구리의 최대 용해도는 548°C에서 5.65%이며, 302°C에서는 0.45%로 감소합니다. 구리는 고용체 강화에 기여하는 중요한 합금 원소입니다. 또한 노화 중 CuAl2의 침전은 눈에 띄는 노화 경화 효과를 나타냅니다.

일반적으로 알루미늄 합금의 구리 함량은 2.5%~5%이며, 가장 효과적인 강화는 4%~6.8% 사이의 구리 함량에서 관찰됩니다. 따라서 대부분의 경질 알루미늄 합금의 구리 함량은 이 범위에 속합니다.

알루미늄-실리콘(Si) 합금

에서 알루미늄-실리콘 합금 계열의 경우, 알루미늄이 풍부한 상에서 실리콘의 최대 용해도는 공융 온도 577°C에서 1.65%입니다. 온도가 낮아질수록 용해도는 감소하지만, 이러한 합금은 일반적으로 열처리를 통해 강화할 수 없습니다. 알루미늄-실리콘 합금은 우수한 주조 특성과 내식성을 나타냅니다.

알루미늄-마그네슘-실리콘 합금은 알루미늄에 마그네슘과 실리콘을 결합하여 만들어집니다. 이 합금의 강화 단계는 MgSi입니다. 이 단계에서 마그네슘과 실리콘의 비율은 1.73대 1입니다.

A-Mg-Si 합금을 설계할 때 엔지니어는 이 비율에 따라 마그네슘과 실리콘 함량을 조절합니다. 일부 Al-Mg-5i 합금은 강도를 높이기 위해 적절한 양의 구리를 첨가하고 내식성에 대한 구리의 악영향을 상쇄하기 위해 크롬과 함께 첨가하기도 합니다.

Al-Mg2Si 합금에서 알루미늄이 풍부한 상에서 알루미늄에 용해될 수 있는 최대 Mg2Si의 양은 1.85%입니다. 이 양은 온도가 상승함에 따라 감소합니다. 변형 가능한 알루미늄 합금에서는 용접 재료에 한해 알루미늄에 실리콘을 단독으로 첨가하여 어느 정도 강화에 기여합니다.

마그네슘 원소(Mg)

에서 알루미늄-마그네슘 합금 계열의 알루미늄에서 마그네슘의 용해도는 온도에 따라 감소합니다. 그러나 대부분의 산업용 변형 가능한 알루미늄 합금에서 마그네슘 함량은 6% 미만이며 실리콘 함량도 낮습니다. 이러한 합금은 강화를 위해 열처리를 할 수 없지만 용접성, 내식성 및 적당한 강도를 나타냅니다.

마그네슘은 알루미늄을 크게 강화하며, 1% 마그네슘을 첨가할 때마다 인장 강도가 약 34MPa 증가합니다. 1% 미만의 망간을 첨가하면 추가적으로 강화할 수 있습니다. 따라서 망간을 첨가하면 마그네슘 함량을 줄이고 열균열 발생 경향을 줄이며 내식성 및 용접성을 향상시킬 수 있습니다. 또한 망간은 Mg5Al8의 균일한 침전을 촉진하여 내식성과 용접성을 향상시킬 수 있습니다.

망간 원소(Mn)

Al-Mn 합금 계열에서 658°C에서 고용체에 녹을 수 있는 망간 함량이 가장 많은 것은 1.82%입니다. 합금 강도는 용해도가 증가함에 따라 지속적으로 증가하여 망간 함량이 0.8%일 때 최대 연신율에 도달합니다. Al-Mn 합금은 비열처리 경화 합금으로 열처리를 통해 강화할 수 없습니다.

망간은 알루미늄 합금의 재결정화 과정을 억제하고 재결정화 온도를 높이며 재결정화 입자를 크게 정제할 수 있습니다. 재결정된 입자의 정제는 주로 재결정된 입자의 성장을 방해하는 MnAl6 화합물 입자의 분산을 통해 이루어집니다. MnAl6의 또 다른 기능은 불순물 철을 용해하여 (Fe, Mn)Al6를 형성하여 철의 유해한 영향을 줄이는 것입니다.

망간은 알루미늄 합금의 중요한 원소이며 단독으로 첨가하여 Al-Mn 이원 합금을 형성하거나 다른 합금 원소와 함께 첨가할 수 있습니다. 따라서 대부분의 알루미늄 합금에는 망간이 포함되어 있습니다.

아연 원소(Zn)

알루미늄-아연 합금 계열의 경우 275°C에서 알루미늄에 대한 아연의 용해도는 31.6%이며 125°C에서는 5.6%로 감소합니다. 알루미늄에 아연을 단독으로 첨가하면 변형 조건에서 강도가 제한적으로 향상되고 응력 부식 균열이 발생하여 적용이 제한되는 경향이 있습니다.

알루미늄에 아연과 마그네슘을 동시에 첨가하여 강화상 Mg/Zn2를 형성하면 합금이 크게 강화됩니다. Mg/Zn2 함량을 0.5%에서 12%로 높이면 인장 및 항복 강도가 현저히 향상됩니다. 마그네슘 함량이 Mg/Zn2 상 형성 요건을 초과하는 초경량 알루미늄 합금에서는 아연과 마그네슘의 비율을 약 2.7로 제어하여 응력 부식 균열 저항성을 극대화합니다.

Al-Zn-Mg 기본 합금에 구리를 첨가하여 Al-Zn-Mg-Cu 계열 합금을 형성하면 모든 알루미늄 합금 중에서 가장 큰 강화 효과를 얻을 수 있어 항공우주, 항공 및 전력 산업에서 중요한 알루미늄 합금 재료로 사용됩니다.

2. 미량 원소의 영향

철 및 실리콘 원소(Fe-Si)

철은 Al-Cu-Mg-Ni-Fe 계열 단조 알루미늄 합금에 합금 원소로 첨가되며, 실리콘은 Al-Mg-S 계열 단조 알루미늄과 Al-Si 계열 용접봉 및 알루미늄-실리콘 주조 합금에 첨가됩니다. 철과 규소는 다른 알루미늄 합금의 일반적인 불순물 원소로 합금 특성에 큰 영향을 미칩니다. 이들은 주로 FeCl₃과 유리 실리콘으로 존재합니다.

실리콘이 철을 초과하면 B-FeSiA13(또는 Fe2S2Al9) 상이 형성되고, 철이 실리콘을 초과하면 α-Fe2SiAl8(또는 Fe3i2Al12) 상이 형성됩니다. 철과 실리콘의 비율이 부적절하면 주물에 균열이 생길 수 있으며, 주조 알루미늄에 철이 과도하게 함유되면 취성을 유발할 수 있습니다.

티타늄 및 붕소 원소(Ti-B)

티타늄은 알루미늄 합금에 일반적으로 사용되는 첨가제로, Al-Ti 또는 Al-Ti-B 마스터 합금의 형태로 첨가됩니다. 티타늄은 알루미늄과 함께 TiAl2를 형성하여 결정화 과정에서 비자연적 핵 형성 코어로 작용하여 주조 및 용접 구조를 모두 개선합니다. Al-Ti 계열 합금에서 발열 반응의 임계 티타늄 함량은 약 0.15%이며, 붕소가 있으면 0.01%로 감소합니다.

크롬 원소(Cr)

크롬은 Al-Mg-Si, Al-Mg-Zn 및 Al-Mg 계열 합금의 일반적인 첨가제입니다. 600°C에서 알루미늄에 대한 크롬의 용해도는 0.8%로 실온에서는 거의 녹지 않습니다.

크롬은 (CFe)Al7 및 (CrMn)Al12와 같은 금속 간 화합물을 형성하여 재결정화 과정에서 핵 형성 및 성장 과정을 방해하여 합금에 어느 정도의 강화를 제공하고 인성을 개선하며 응력 부식 균열 취약성을 감소시킵니다. 그러나 담금질 민감도를 증가시켜 황색의 양극산화막을 생성할 수 있습니다. 알루미늄 합금의 크롬 함량은 일반적으로 0.35%를 초과하지 않으며 전이 원소 함량이 증가함에 따라 감소합니다.

스트론튬 원소(Sr)

스트론튬은 야금에서 금속 간 상들의 거동을 변화시키는 표면 활성 원소입니다. 따라서 스트론튬을 개질 처리에 사용하면 합금 가소성과 최종 제품 품질이 향상됩니다.

긴 유효 개질 시간, 우수한 효과 및 재현성으로 인해 최근 몇 년 동안 스트론튬은 Al-Si 주조 합금에서 나트륨을 대체하고 있습니다. 압출 알루미늄 합금에 0.015%-0.03% 스트론튬을 첨가하면 β-알페시 상이 α-알페시로 변환되어 균질화 시간이 단축됩니다.

알루미늄 합금에 포함된 다양한 원소의 복잡한 영향을 이해하는 것은 산업 전반에 걸쳐 재료 특성을 최적화하고 성능을 향상시키는 데 매우 중요합니다. 항공우주, 자동차, 건설 등 알루미늄 합금을 사용하는 모든 분야에서 이러한 지식을 활용하면 제품 설계, 제조 공정 및 최종 제품 품질에 혁신과 발전을 가져올 수 있습니다. 지금 바로 문의하세요: https://elitemoldtech.com/die-casting/