일반기술

알루미늄 합금 및 금속기지 복합재료의 기계적 특성 분석을 위한 새로운 평가기준

반용융 주조공정 (Semi-solid die casting)은 주조와 단조의 장점 및 우수한 기계적 성질을 겸비하고 있으며, 특히 자동차 분야에서 서스펜션 부품과 내압성 부품의 제조에 이용되고 있다. 다량의 제품을 생산하기 위한 합금의 선택은 현재 A356과 A357로 제한되어 있지만 제품의 품질에 대한 요구는 공정의 인기 및 높은 응용성과 함께 증가하고 있다. 높은 강도와 인성이외에도 필요 사양들은 내마모성, 강성의 증가, 값비싼 열처리 없이도 충분한 강도와 인성 및 전기 분해 능력 등의 성질들에 초점을 맞추고 있다. 이러한 필요 사양들은 단일 합금이나 합금 계열로는 동시에 충족될 수 없으며, 특정한 용도에 적합한 합금의 선택이 필요하다. 합금의 선택의 범위는 전신계 및 주조용 합금의 전영역이지만, 대부분의 합금들이 주조용이나 단조용에 적합하도록 최적화되어 있다는 사실에 유념해야 한다. 현재까지 여러 합금들의 반용융 주조성을 평가하기 위한 평가기준이 부족하여 반용융 주조성 평가에 관한 종합적인 연구가 거의 이루어지지 않고 있다. 따라서, 본 발명은 알루미늄 합금 및 금속기지 복합재료의 반용융 주조성 및 기계적 특성을 분석 평가하기 위한 새로운 평가기준에 대해 기술하고자 한다. 성형 공정시에 재료 체적의 40∼60 %가 액상 상태라는 사실이 반용융 주조의 특징이며, 재료는 몰드내에서 응고되어야 한다. 액상이 기존의 주조 법칙을 따르기 때문에, 합금의 주조성은 반용융 주조성 및 성형성 평가에 중요한 역할을 한다. 참고 문헌에서, 알루미늄 합금들의 주조성은 척도 1 (주조하기 어려운 경우)∼4 (주조하기 용이한 경우)까지로 분류되어 있다. 주조하기 어렵다고 나타난 합금들은 고온 크랙과 수축 기공의 형성에 두드러진 민감성을 나타내고 있다. 일반적인 전신계 합금들은 보통 주조할 수 없다고 간주된다. 주조용 합금 이외의 다른 합금들의 반용융 주조성 및 성형성은 주조용 합금의 주조성과 유사하게 분류될 수 있으며 다음과 같은 5가지 평가기준을 확립할 수 있다.● 합금은 전체 체적의 40 %∼50 %의 저융점 공정을 형성한다.● 고상율 (fs) 곡선은 작업 영역에서 낮은 구배를 나타낸다.● α상은 재가열된 상태에서 100 μm 이하의 구상화 조직을 나타낸다.● 액상은 2보다 큰 주조성을 가진다.● 재가열된 빌렛은 안정성을 잃지 않거나, 용융 금속의 metal loss는 10 % 를 초과하지 않고, 액상의 비율이 40 %를 넘게 까지 가열될 수 있다. 위의 기준을 평가하고자 하는 합금에 적용할 때, 각 평가 항목에 해당되는 경우 1 포인트씩 합산하면 된다. 0 포인트 합금은 반용융 주조하기가 매우 어려운 합금인 반면에 5 포인트 합금은 최적의 반용융 주조성을 가진다.