비철금속재료 - 알루미늄과 그 합금

★ 비철금속재료 ★  

6-1 알루미늄과 그 합금

 

(1) 알루미늄 합금의 성질

1. 마그네슘, 베릴륨 다음으로 가벼운 금속으로 비중이 2.7, 용융점 660℃, 변태점

이 없다.

2. 열 및 전기의 양도체이다.(구리 다음)

3. 대기중에서 산소와 화학작용을 하여 산화알루미늄이라는 얇은 보호피막을 형

성하여 내식성이 우수하고, 전연성이 풍부하며, 400~500℃에서 연신율이 최대

이다.

4. 표면이 산화막이 형성되어 있어 내식성이 우수하다. 그러나 유동성이 불량하

고, 수축률이 커서 순수 알루미늄은 주조가 불가능하므로 구리, 규소, 마그네

슘, 아연 등을 합금하여 기계적 성질을 개선한다.

5. 알루미늄 합금의 열처리는 탄소강과는 달리 시효 경화를 이용한다.

 

참고

시효 경화란 시간이 경과함에 따라 고용물질이 석출되면서 강도가 증가하는 현 상을 말하며 인공적으로 시효 경화를 일으키는 인공 시효와 대기 중에서 진행하 는 자연 시효가 있다. 자연 시효를 이용할 경우 열처리 과정을 생략할 수 있어 시간과 경비를 절감할 수 있다.

 

(2) 알루미늄 합금의 특성과 용도

1. 알루미늄 합금은 용접 및 기계적인 조립을 할 수 있다.

2. 주조용 합금과 가공용 합금이 있으므로 특성에 맞는 재료를 선택해야 하며, 알

루미늄은 비철 공구 재료로서 가장 광범위하게 사용되고 있다.

3. 가공성. 적응성 좋고 무게가 가볍다

4. 알루미늄은 광범위하게 각종 형상을 만들 수 있다.

5. 경도나 안정성을 증가시키기 위한 공정이나 열처리를 병행할 수 있다는 점이다.

6. 알루미늄은 보통 필요한 조건에 따라 주문하며 그 후의 처리는 불필요하다. 이

는 시간과 경비를 절감하는 것이다.

7. 알루미늄은 용접도 할 수 있으며 기계적인 클램핑력에 의해 결합될 수 있다.

 

[표 6-1] 알루미늄의 기계적 성질

구분	풀림	냉간압연
인장강도 항복점 연신율 경도	4.7~4.8 1.0~1.2 60 17	11~12 10~11 5 27

 

(3) 알루미늄의 열처리

AI 합금의 대부분은 시효경화성이 있으며 용체화 처리와 뜨임에 의해 경화한다.

1. 고용제화 처리

완전한 고용체가 되는 온도까지 가열하였다가 급냉해 과포화 상태로 만든

방법

2. 시효처리

과포화 고용체를 120~200℃로 가열 10~14일간 뜨임해 과포화 성분을 석출시

켜 경화시키는 방법

3. 풀림

과포화 처리온도와 시표 처리온도의 중간 정도로 가열, 잔류응력 제거와 연화

시키는 방법

 

참고

석출 경화 급냉에 의해 과포화로 고용된 탄화물, 화합물이 그 뒤의 시효에 의해 석출되어 경화하는 현상을 말한다.

 

(4) 알루미늄의 방식법

알루미늄표면을 적당한 전해액 중에서 양극산화 처리하여 산화물계 피막을 형성

시킨 방법이며 수산법, 황산법, 크롬산법 등이 있다.

 

(5) 알루미늄 합금의 종류

1. 가공용 알루미늄 합금

[표6-2] 가공용 알루미늄 합금

분류	합금계	대표합금	특징	용도
내식용 AI 합금	AI-Mn계	알민(Almin)	Mn 2% 미만 함유	차량, 선반, 창, 송전선
	AI-Mg-Si계	알드레이(Aldrey)	시효경화처리 가능
	AI-Mg계	하이드로날륨 (hydronalium)	대표적인 내식성 합금 비열처리형 합금
고강도 AI 합금	AI-Cu-Mg계	듀?루민 (dralumin)	AI-Cu-Mg-Mn의 합금으로 시효경화처 리란 대표적인 합금, 이외엥도 인장강도 50N/mm2 이상의 초듀랄루민이 있다.	항공기, 자동차, 리벳, 기계
	AI-Zn-Mg계	초듀랄루민	AI-Cu-Zn-Mg의 합금으로 인장강도 54kgf/mm2 이상으로 알코아 75S 등이 이에 속한다.
내열용 AI 합금	AI-Cu-Ni계	Y-합금	AI-Cu-Ni-Mg의 합금으로 대표적인 내열 용 합금이다. AI5Cu2Mg2가 석출 경화되 며 시효 처리한다.	내연기관 의 피스톤, 실린더
	AI-Cu-Ni계	코비탈륨 (cobitalium)	Y-합금의 일종으로 Ti와 Cu를 0.2% 정 도씩 첨가
	AI-Ni-Si계	로엑스 합금 (Lo-Ex)	AI-Si계에 Cu, Mg, Ni을 첨가한 특수 실 루민으로 Na으로 개질처리한다.

참고 : AI으 내식성을 해치지 않고 강도를 개선하는 요소로는 Mn, Mg, Si 등이 있다.

 

2. 주조용 알루미늄 합금

ㄱ. AI-Cu계 : 담금질과 시효경화에 으해 강도 증가, 내열성, 연율, 절삭성이 좋

으나 고온취성이 크며 수축균열이 있다. 실용합금으로는 4% Cu합금인 알코

아 195(Alcoa)가 있다.

ㄴ. AI-Si계 : 이 합금의 주조조직의 Si는 육각판상의 거친 조직이므로 실용화할

수 있도록 개량(개질)처리한다. 대표합금으로 실루민(silumin) 알펙스(alpax)

등이 있다.

ㄷ. AI-Cu-Si계 : Si에 의해 주조성 개선 Cu로 피삭성을 좋게 한 합금으로 대표

적인 합금으로 라우탈이 있다.

참고

개량처리(개질처리 : modification) Si의 거친 육각판상 조직을 금속니코륨, 가성소다 알칼리염 등을 접종시켜 조직 을 미세화시키고 강도를 개선하기 위한 처리

 

ㄹ. AI-Mg합금 : 내식성이 크고 절삭성도 좋은 합금이지만 용해될 때 용탕 표면

에 생기는 산화피막 때문에 주조가 곤란하고 내압 주물로서 부적당하다.

 

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