알루미늄의밀도는철, 구리, 아연및 기타합금의약 1/3에불과합니다. 현재경량화요구사항을충족하는다이캐스팅합금소재중 하나입니다. 또한알루미늄은비강도와비강성이높고플라스틱유변학적특성이우수합니다. 좁은결정화온도범위, 낮은선형수축률, 쉬운성형및 절단, 높은기계적특성및 내식성의장점은위의장점을바탕으로알루미늄합금은고강도및 인성다이캐스팅합금재료중 하나가되었습니다. 알루미늄합금다이캐스팅은자동차, 항공우주및 기타산업에서탁월한중량감소효과를가지고있습니다. 1980 년대이후자동차산업의급속한발전은관련산업의발전을주도했습니다. 자동차산업의발전은주로지능화, 경량화, 모듈화등을중심으로이루어집니다.

알루미늄합금의특성에대한합금조성의영향다이캐스트알루미늄합금의조성및 함량은주조의기계적특성에중요한영향을미칩니다. 다른주조의성능요구사항에따라다른다이캐스팅공정과해당알루미늄합금구성을선택해야합니다. 현재다이캐스트알루미늄합금은산업분야에서널리사용되고있습니다. Al-Si 바이너리합금, Al-Mg 바이너리합금, Al-Si-Mg 합금, Al-Si-Cu 합금등은중국, 미국및 일본에서일반적으로사용됩니다. 알루미늄합금모델과조성은표 1에나와있습니다. 일반적으로전통적인다이캐스트알루미늄합금에첨가되는주요합금원소는 Si, Fe, Cu 등입니다. 그중 Si 원소의첨가는알루미늄합금의유동성을향상시킬수 있으며, Fe 원소의첨가는다이캐스팅의탈형에도움이되며, Cu 원소의첨가는주조의강도를향상시킬수 있으며, 다양한합금원소를첨가하면알루미늄합금이다른특성과장단점을갖게됩니다.

Al-Si 계열합금

다이캐스트알루미늄합금에 Si 원소를첨가하면결정화온도범위가감소하고공융함량이증가하며 Si 원소의결정화잠열이크기때문에합금의유동성이증가합니다. 또한 Si 원소의부피수축률은거의 0에가깝고선팽창계수는 Al보다훨씬작습니다. Si 원소의함량이증가함에따라형성된합금의수축률이감소하여기공수축및 고온균열의경향이감소하고고온취성을억제합니다. 다이캐스트알루미늄합금에 Si 원소를첨가하기때문에주조성능, 열전도율, 내식성및 기타장점이우수하여 Al-Si 시리즈합금이주조분야에서널리사용됩니다. 전통적인 Al-Si 바이너리합금시리즈는강도는좋지만가소성이좋지않으며자동차산업의급속한발전에서고성능알루미늄합금에대한요구사항을충족하기가어렵습니다.

Al-Si 계열합금의주요결함은주조공정중에부적합한주조크기및 기공과같은결함이발생하기쉽다는것입니다. 전통적인주조알루미늄합금의미세구조입자는수상돌기이며합금의기계적특성에영향을미칩니다. 업계에서는그림 1과같이 Al-Si 합금을저유전성 Al-Si 합금, 유텍틱 Al-Si 합금, 초유전성 Al-Si 합금의세 가지범주로나눕니다. 합금의 Si 함량이높을수록단단하고거친 1차 Si 입자의형성이촉진되고저유전성 Al-Si 합금의내마모성이향상됩니다. 동시에, 1차 Si 입자의존재는합금의기계적특성에도해롭습니다. 절삭성능저하와같은영향.

Al-Mg 시리즈합금

Al-Mg 합금은가소성과내식성이우수합니다. 성형된주물의표면품질이높습니다. 주로표면품질요구사항이높은자동차부식방지부품및 다이캐스팅에사용됩니다. 다이캐스트알루미늄합금에마그네슘원소가첨가됩니다. Mg 원자의반경이 Al 원자보다 13 % 더크기때문에용액처리후 Mg는 Al의알파상에용해되어더 큰왜곡을일으키고알루미늄합금의강도를향상시킵니다. Al-Mg 합금액체의표면에내식성이강한스피넬필름이형성되어합금의내식성을향상시킬수 있으며, 합금이점막을형성하는경향이낮고주조의표면품질이높습니다. 그러나, Al-Mg 합금은합금의연신율을감소시키고고온균열의경향을증가시키는 Mg 2 Si 및 Al 3 Mg 2의단단하고취성상을생성할 수있습니다. 제련중에산화되거나슬래그를형성하기쉬워주조성능이저하됩니다.

Al-Si-Mg 시리즈합금

Al-Si-Mg 계열합금은특별한종류의 Al-Si 계열합금에속합니다. Al-Si 계열합금에서는 Al에서 Si 원소의용해도가작고알루미늄합금에더 많은 Si 원소를첨가하기가어렵습니다. 따라서알루미늄합금에 Si 원소를추가하면충격의강도가작습니다. 열처리공정으로강화할수 없기때문에 Al-Si 시리즈합금에 Mg 원소를추가하는것을고려할수 있습니다. 열처리공정후 합금은합금의강도를향상시키기위해분산강화단계를침전시킵니다. 예를들어, ZL114A 알루미늄합금은 Al-Si-Mg 합금이며, 소량의 Mg는합금의인장강도와항복강도를향상시킬수 있으며, 더나은기계적특성을가지며, 합금은충전용량, 내식성및 낮은열 균열의경향을더 잘갖는다. Al-Si-Mg 시리즈합금은새로운다이캐스트알루미늄합금의개발목표로, 복잡한모양과포괄적인 기계적특성에대한높은요구사항을가진차체부품에사용할수 있지만성형부품의후속가공에는더 높은요구사항이필요하므로제조비용이증가합니다. 1. 1. 4 Al-Si-Cu 시리즈합금 Cu 원소는 Al-Si-Cu 시리즈합금에추가됩니다. 실온에서 α-Al 고용액에서 Cu 원소의용해도는작지만고온에서용해도가더 커서 Cu 원소가합금의알루미늄매트릭스에용해되거나입자를형성할 수있습니다. 모양의화합물강화상 (주로 AlCu 및 Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6 상)은합금의크리프저항과합금의강한경도를향상시킵니다. Al-Si-Cu 시리즈합금에 Cu 원소를첨가하면알루미늄합금의기계적특성, 주조특성및 가공성을높일수 있습니다. 예, 그러나 Al 원소와 Cu 원소사이의화학전위차가커서합금의내식성이저하되기쉽고열 균열경향이더 높습니다. Al-Si-Cu 다이캐스팅합금에서 Cu 함량은일반적으로 1% ~ 5%로제어됩니다. A383 합금은미국의전통적인 A380 합금을기반으로한 개선된다이캐스팅알루미늄합금입니다. Si 함량은 A380보다공융에가까워합금의유동성을향상시킵니다. 구리원소함량이적고다이캐스팅공정중에어느정도의열 균열이발생합니다. 고온균열경로를형성하는경향이있습니다.

알루미늄합금에서다른원소의역할

Fe 원소는다이캐스팅알루미늄합금에큰 영향을미치는불순물원소입니다. Fe 원소는알루미늄합금의 Al, Si, Mg 및기타원소와쉽게반응하여 Al 3 Fe, Al 9 Fe 2 Si 2, Al 8 Mg 3 FeSi 6 등을형성합니다. 이상은모두단단하고부서지기쉬운상으로균열이발생하기쉽고상 위치에불순물가스가축적되기쉬워합금의기계적특성이저하됩니다. 다이캐스팅공정은바늘모양의 Fe가풍부한상의침전을어느정도줄이기위해사용되므로매트릭스에대한악영향을줄입니다. 또한 Fe 원소의함량이높으면알루미늄합금의내식성과유동성이감소하고고온균열경향과구멍이수축하는경향이증가합니다.

α-Al 매트릭스에서 Zn 원소의용해도는양호하며고용체를형성하고합금의기계적특성을강화하고유동성을개선하며합금의기계적처리성능을향상시킬수 있습니다. 그러나 Cu 원소와유사하게합금의 Zn 원소와 Al 사이의화학전위의큰 차이로인해다이캐스트알루미늄합금의내식성이좋지않으며합금에서 Zn 원소의부피수축률이 4. 7 %로높기때문에다이캐스트알루미늄합금이더 높은수축경향을갖습니다. 희토류원소는종종다이캐스트알루미늄합금에첨가됩니다. 희토류원소의원자반경은 Al 원소보다큽니다. Al 원소의결정구조는면 중심의입방격자이고희토류원소는밀집된육각형격자입니다. 따라서희토류원소는알루미늄합금에포함되어있습니다. 용해도가작고고체용액을형성하기가쉽지않습니다. 알루미늄합금에희토류원소를첨가하면고액계면앞에농축되어조성물의과도한냉각을유발하여알루미늄합금의기계적특성을향상시킬수 있습니다. 희토류원소는알루미늄합금을제련할때 더활발하고쉽게채울수 있습니다.

합금상에의해생성된결함은두 상사이의표면장력을감소시키고합금입자표면에활성층을형성하여입자의성장을방지합니다. 합금의 Fe와같은불순물의경우희토류원소가이들과반응하여알루미늄액체를정화하고 Fe가풍부한불순물상을개선할수 있습니다.