다이캐스트 알루미늄의 합금 원소

소개

다이 캐스팅 매우 구체적인 제약을 가함: 빠른 충전, 높은 냉각 속도, 얇은 부분, 동반 가스에 대한 극도의 민감도, 산화물 및 금속간 화합물.

설계 동인에는 일반적으로 다음이 포함됩니다.: 얇은 벽 주조, 치수 정확도, 정적 강도, 피로 성능, 부식 저항, 내마모성 및 열 안정성.

합금화는 용융/응고 거동과 최종 미세구조를 결정합니다., 따라서 이러한 모든 동인을 뒷받침합니다..

금속학적으로 건전한 합금 선택을 위해서는 개별 요소 효과와 그 상호 작용을 이해하는 것이 필수적입니다..

다이캐스트 알루미늄 합금은 순수 알루미늄을 기반으로 설계되었습니다. (비중이 ~2.7g/cm³인 경량 금속), 본질적으로 낮은 기계적 강도를 나타내는 것, 불량한 주조성, 제한된 내마모성,

자동차의 구조적 또는 기능적 부품에 적합하지 않습니다., 항공우주, 유압, 전자 산업.

이러한 한계를 극복하려면, 합금의 미세 구조를 조정하기 위해 주요 합금 요소가 전략적으로 추가되었습니다., 캐스팅 동작, 및 서비스 성과.

주요 합금 원소에는 실리콘이 포함됩니다. (그리고), 구리 (Cu), 그리고 마그네슘 (Mg), 철분 동안 (Fe), 망간 (MN), 아연 (Zn), 기타 미량원소는 제어된 첨가제 또는 불순물로 작용하여 가공성과 특성을 미세 조정합니다..

1. 1 차 합금 요소: 핵심 성과 정의

1차 합금 원소가 상대적으로 높은 농도로 첨가됩니다. (일반적으로 ≥1wt%) 다이캐스트의 기본 분류 및 핵심 특성을 담당합니다. 알류미늄 합금.

규소, 구리, 그리고 마그네슘이 가장 중요합니다, 주조성을 직접적으로 제어하기 때문에, 힘, 및 내식성 - 합금 선택의 세 가지 주요 기준.

규소 (그리고): 캐스팅 가능성의 초석

실리콘은 거의 모든 상업용 다이캐스트 알루미늄 합금에서 가장 주요한 합금 원소입니다., 일반적인 농도는 7~18wt% 범위입니다..

주요 역할은 용융 유동성을 획기적으로 향상시키고 응고 결함을 줄이는 것입니다., 힘에도 기여하면서, 단단함, 및 치수 안정성 - 복잡한 주조에 없어서는 안 될 요소입니다., 얇은 벽 구성 요소.

이는 고압 다이캐스팅에 특히 중요합니다. (HPDC), 용융 금속이 미세 구멍을 채워야 하는 곳 (벽 두께 ≤0.6mm) 높은 속도로 (2-5m/초) 콜드 셧다운이나 잘못된 실행 없이.

행동 메커니즘:

• 향상된 유동성: 알루미늄의 액온을 낮추면 (~에서 660 순수 Al의 경우 °C, Al-Si 합금의 경우 570~600°C) 원자 결합력을 감소시켜 용탕의 점도를 감소시킵니다..
  Si의 높은 결정화열은 또한 용융 상태를 연장시킵니다., 유동 길이 연장.
  NADCA 테스트 데이터에 따라, 아공정 Al-Si 합금 (7-9 중량% Si, 예를 들어, A380) 380-450mm의 나선형 유동성을 달성합니다. 720 ° C,
  거의 공융 합금인 반면 (10.7-12.5wt% Si, 예를 들어, A413) 450~520mm에 도달(15~20% 개선) 및 과공융 합금 (14–16중량% Si, 예를 들어, B390) 480~550mm에 도달.
• 응고수축 감소: 순수 알루미늄은 응고 중에 ~6.6%의 부피 수축을 나타냅니다., 수축기공 및 치수왜곡을 일으키는 원인이 됩니다..
  Si는 공융을 형성하여 이러한 수축을 4.5~5.5%로 줄입니다. (α-Al + 그리고) 균일하게 굳어지는 구조.
  Si가 공융 수준에 접근함에 따라 (11.7 Al-Si 바이너리 시스템의 중량%), 응고 간격 (액체-고체 온도차) 아공정 합금의 경우 40~55°C에서 15 준공융 합금의 경우 °C (예를 들어, A413).
  이 좁은 간격은 합금이 부서지기 쉬운 반고체 "흐릿한 영역"에서 소비하는 시간을 최소화합니다.,”
  뜨거운 찢어짐 감소 (뜨거운 부족) 성향: 준공융 합금은 열간 인열 거부율을 갖습니다. <0.3%, Si가 낮은 아공정 합금의 경우 1.5~3.0%인 것과 비교하여 (예를 들어, A356, 6.5–7.5wt% Si).
• 강화 및 강성: Si가 단단하게 형성됨, 분산 강화 입자 (공융 Si 또는 1차 Si) 부드러운 α-Al 매트릭스에서.
  공융 SI (경도 ≈ 800 HV) 소성 변형에 저항, 일차 Si 동안 (과공정 합금으로 형성됨, 경도 ≈ 1000 HV) 내마모성이 크게 향상됩니다..
  Si는 또한 탄성 계수를 증가시킵니다. (~에서 70 순수 Al의 경우 GPa에서 Al-Si 합금의 경우 75-80 GPa까지) 그리고 열팽창계수를 낮추어 줍니다. (CTE),
  열 순환 시 치수 안정성 향상 - 방열판 및 정밀 하우징과 같은 구성 요소에 중요.

콘텐츠 효과 및 절충:

• 아공융 (Si = 7~11.7중량%): A380과 같은 합금 (7.5-9.5 중량% Si) 그리고 A360 (9.0–10.0wt% Si) 1차 α-Al 입자와 공융을 형성합니다. (α-Al + 그리고).
  그들은 힘의 균형을 맞춥니다 (UTS = 260–380MPa) 그리고 연성 (신율 = 2.0-5.0%) 그러나 준공융 합금보다 유동성이 낮습니다..
  이는 가장 널리 사용되는 다이캐스트 합금입니다., 범용 구조 부품에 적합 (예를 들어, 자동차 주택, 브래킷).
• 준공융 (그리고 ≒ 11.7 wt%): A413과 같은 합금 (10.7-12.5wt% Si) 최소의 1차 α-Al을 가짐, 대부분의 미세구조가 미세한 공융으로 이루어져 있음.
  최고의 유동성을 보여줍니다, 압력 견고성 (누설 거부율 <0.5%), 열간 인열 저항성이 있어 압력 유지 부품에 이상적입니다. (예를 들어, 유압 매니 폴드, 밸브 바디) 벽이 매우 얇은 부품 (0.6–0.8 mm).
• 과공정 (Si = 12~18wt%): B390과 같은 합금 (14–16중량% Si) 거친 1차 Si 입자와 공융을 형성합니다..
  1차 Si로 내마모성을 대폭 향상 (엔진 실린더에 적합, 피스톤) 하지만 유연성이 감소합니다. (연장 <2.0%) 및 1차 Si 입자의 마모성으로 인한 가공성.
  지나치게 높은 Si (>18 wt%) 심각한 취성 및 주조 결함을 유발합니다..

요약, Si는 알루미늄 다이캐스팅의 "활성화 요소"입니다., 복잡한 제작이 가능하도록, 결함 없는 구성품을 만드는 동시에 압력 견고성과 강성을 강화합니다. Al-Si 합금이 지배적인 이유를 설명합니다. 90%+ 상업용 다이캐스트 알루미늄 응용분야 (NADCA 통계).

구리 (Cu): 주요 근력 강화제

구리는 다이캐스트 알루미늄 합금에 0.1~4.0wt% 범위의 농도로 첨가됩니다., 주로 고용강화 및 석출경화를 통해 기계적 강도와 경도를 높이는 데 사용됩니다..

높은 내하중성을 요구하는 합금의 핵심요소입니다., 자동차 구조 부품 및 견고한 브래킷과 같은.

ASTM B85 표준에 따라, Cu 함량은 강도와 ​​기타 특성의 균형을 맞추기 위해 엄격하게 제어됩니다..

행동 메커니즘:

• 견고한 용액 강화: Cu는 α-Al 매트릭스에서 높은 용해도를 갖습니다. (최대 5.6 중량% ~에 548 ° C), 면 중심 입방체를 왜곡 (FCC) 알루미늄 격자.
  이러한 뒤틀림은 소성 변형에 대한 저항성을 증가시킵니다., 인장강도와 경도를 대폭 향상.
  예를 들어, A380 (Al–Si–3.5Cu) UTS는 ~324 MPa이고 브리넬 경도는 (HB) 80~100, A360의 경우 ~310 MPa 및 75–95 HB와 비교 (Al–Si–0.5Cu) A413의 경우 ~290 MPa 및 70–90 HB (Al–Si–0.05Cu).
• 강수 경화: 열처리 가능한 다이캐스트 합금 (예를 들어, A201, Cu = 4.0~5.0 중량%), Cu는 T5/T6 열처리 시 미세한 Al2Cu 석출물을 형성함 (솔루션 어닐링 + 노화), 힘이 더욱 증가.
  하지만, 대부분의 다이캐스트 합금 (예를 들어, A380, A413) HPDC시 급속냉각으로 인해 산업적으로 열처리되지 않음,
  그럼에도 불구하고 Cu를 고용체에 가두는 것, 대부분의 고강도 응용 분야에서는 고용체 강화 효과만으로도 충분합니다..
• 고온 강도: Cu는 고온에서 강도 유지를 향상시킵니다. (150–250 ° C) α-Al 매트릭스를 안정화하고 결정립 성장을 방지함으로써,
  적당한 열에 노출되는 부품에 적합합니다. (예를 들어, 엔진 브래킷, 배기 시스템 부품).

장단점과 한계:

• 주조성 감소: Cu는 Al-Si 합금의 응고 간격을 넓힙니다. A380은 40 °C 간격 대. 15 A413의 경우 °C - 열간 인열 경향 및 수축 다공성 증가.
  세심한 게이팅/라이징 디자인, 진정 적용, 및 프로세스 매개변수 튜닝 (예를 들어, 낮은 사출 속도, 더 높은 다이 온도) 이러한 결함을 완화하기 위해 필요합니다..
• 심각하게 저하된 내식성: Cu는 알루미늄과 갈바니 전지를 형성합니다. (Cu는 음극으로 작용합니다., 양극으로서의 Al), 습한 환경에서 공식 부식 가속화, 바닷물, 또는 산업 환경.
  작은 Cu 수준이라도 (0.3-0.5중량%) 국부적인 부식을 촉진할 수 있음, 동안 레벨 >1.0 wt% (예를 들어, A380) 표면 처리 없이 합금을 옥외 또는 해양 용도에 부적합하게 만듭니다. (양극화, 분말 코팅).
  대조적으로, Cu가 적은 합금 (<0.15 wt%, 예를 들어, A413, A360) 우수한 내식성을 나타냄, ASTM B117 염수 분무 테스트에서 A380보다 사용 수명이 3~5배 더 깁니다..
• 연성이 감소됨: Cu는 부서지기 쉬운 금속간 상을 형성합니다. (알 쿠, Al₅Cu₂Mg₈Si₆) 입자 경계에서, 응력 상승제로 작용하고 연성을 감소시킵니다..
  A380의 신장률은 2.0~3.0%입니다., A413의 경우 3.5~6.0%, A360의 경우 3.0~5.0%에 비해.

본질적으로, Cu는 "부식 강도" 절충 요소입니다.: 고강도 다이캐스트 부품이 가능하지만 부식 위험과 주조 공정 조정을 신중하게 고려해야 합니다..

마그네슘 (Mg): 시너지 강도 및 부식 제어

마그네슘은 다이캐스트 알루미늄 합금에 0.05~5.0wt% 범위의 농도로 첨가됩니다., 콘텐츠에 따라 역할이 크게 달라집니다..

대부분의 Al-Si 다이캐스트 합금에서 (예를 들어, A413, A380), Mg이 낮게 유지됩니다. (~0.05~0.1중량%) 주조성을 우선시하기 위해, 특수 합금에 있는 동안 (예를 들어, A360, 518), 강도와 내식성을 높이기 위해 강화되었습니다..

행동 메커니즘:

• Mg₂Si를 통한 석출경화: Mg는 합금의 Si와 반응하여 Mg₂Si를 형성합니다. (경도 ≈ 450 HV), 매우 효과적인 강화 단계.
  Mg₂Si 상은 응고 또는 열처리 중에 석출됩니다., 항복강도 및 내마모성 향상.
  예를 들어, A360 (0.45–0.6wt% Mg) 항복강도는 160~190 MPa입니다. (캐스트), 수정되지 않은 A413의 140–160 MPa와 비교.
  A356과 같은 열처리 가능한 합금 (0.25-0.45wt% Mg), T6 열처리로 Mg₂Si 석출 극대화, 항복 강도를 310–350 MPa로 증가.
• 견고한 용액 강화 (낮은 Mg 함량): 낮은 농도에서 (0.05-0.1중량%), Mg는 α-Al 매트릭스에 용해됩니다., 유동성을 크게 저하시키지 않으면서 적당한 고용량 강화를 제공합니다..
  또한 가공 중 칩 형성을 돕습니다., 절삭공구의 구성인선 감소로 가공성 향상.
• 향상된 부식 저항: Mg는 합금 표면의 천연 Al₂O₃ 부동태 산화막을 안정화시킵니다., 더욱 촘촘하고 밀착되게 만들어요.
  이는 대기 중 내식성을 크게 향상시킵니다., 담수, 온화한 바닷물 환경.
  합금 518 (5–6 중량% Mg, Al-Mg 시스템) 일반적인 다이캐스트 합금 중 최고의 내식성을 나타냅니다., 우수한 아노다이징 성능과 응력 부식 균열에 대한 저항성 (SCC).
• 작업 강화 기능: Mg는 알루미늄의 가공 경화 속도를 향상시킵니다., 주조 후 성형 작업 허용 (예를 들어, 굽힘, 스테이킹) 사소한 성형이 필요한 부품용.

장단점과 한계:

• 높은 Mg 함량에서 주조성 감소: Mg는 알루미늄 용탕의 점도를 높여 응고간격을 연장시킨다..
  ~0.3wt% 이상, 유동성이 크게 감소, 열간 인열 경향이 증가합니다..
  합금 518 (5–6 중량% Mg) 다이 충진 능력이 매우 열악함, 벽이 얇은 HPDC 부품에는 적합하지 않으며 벽이 두꺼운 부품의 중력 다이 캐스팅 또는 반고체 주조에만 사용이 제한됩니다. (예를 들어, 해양 피팅).
• 수소 민감도: Mg는 용융물의 수분과 쉽게 반응합니다. (원료에서, 용광로 도구, 또는 이형제) Mg를 형성하다(오)² 및 수소가스, 다공성 증가.
  엄격한 용융 탈기 (아르곤 또는 질소 회전 탈기) Mg 함유 합금이 수소 함량을 감소시키기 위해 필요합니다. <0.15 cc/100g 알루미늄 (ASTM E259).
• 산화 민감도: Mg는 고온에서 빠르게 산화됩니다., 용융물을 오염시키고 주조 결함을 일으키는 느슨한 MgO 스케일 형성.
  용융 Mg 함유 합금에는 보호용 플럭스 또는 불활성 가스가 필요합니다. (아르곤) 산화를 방지하는 커버력.

2. 2차 합금 원소: 미세구조 및 가공성 조절

2차 합금 원소를 저농도로 첨가 (0.1-1.5중량%) 불순물의 유해한 영향을 완화하기 위해 "미세구조 변형제" 역할을 합니다. (예를 들어, Fe), 곡물을 개선하십시오, 곰팡이 붙는 것을 방지, 속성을 미세 조정하고.

철, 망간, 티타늄이 가장 중요합니다, 그들의 역할은 밀접하게 상호의존적입니다..

철 (Fe): 이형에 필요한 "필요한 불순물"

철은 일반적으로 알루미늄 합금에서 불순물로 간주됩니다., 하지만 다이캐스팅에서는, 의도적으로 0.6~1.2wt%로 조절됩니다. (NADCA 권장 사항에 따라) 곰팡이가 붙는 것을 방지하기 위해 (납땜),

용융 알루미늄이 강철 금형 표면에 부착되는 HPDC의 중요한 문제, 표면 결함을 일으키는 (예를 들어, 못살게 괴롭히는) 금형 수명 단축.

Fe 없이, 녹은 알루미늄이 강철 주형에 용접됩니다., 대규모 생산이 불가능해짐.

행동 메커니즘:

• 곰팡이 고착 방지: Fe는 얇은 막을 형성한다, 부착된 Fe-Al 금속간 화합물 층 (주로 FeAl₃) 금형-알루미늄 인터페이스에서, 접착을 방해하는 역할을 하는.
  이 층은 강철에 대한 용융 알루미늄의 습윤성을 감소시킵니다., 저철합금 대비 납땜 방지 및 금형 수명 15~20% 연장 (<0.5 wt%).
• 열간 인열 감소: Fe는 Al-Si 합금의 공융 온도를 약간 저하시킵니다., 응고간격 단축 및 열간 인열성 감소 - Si의 효과 보완.
• 치수 안정성 향상: Fe 함량 제어 (0.8-1.0중량%) 응고 중 입자 성장을 감소시킵니다., 치수 안정성 향상 및 열 순환 왜곡 감소.

유해한 영향 및 완화:

• 부서지기 쉬운 금속간 형성: Fe는 고체 알루미늄에 대한 용해도가 거의 0에 가깝고 단단하게 형성됩니다., 침상 β-Al₉Fe₂Si₂ 금속간 화합물 (경도 ≈ 900 HV) 미세구조에서.
  이 바늘 모양의 입자는 균열 개시제 역할을 합니다., 연성과 인성을 대폭 저하 - 과잉 Fe (>1.2 wt%) 신장을 감소시킬 수 있다 50% 이상이며 사용 중에 취성파괴를 일으킨다..
• 힘 감소: ~0.5wt% 이상, Fe는 α-Al 매트릭스를 파괴하는 거친 금속간 화합물을 형성하여 인장 강도를 감소시키기 시작합니다..
  예를 들어, Al-Si 합금 1.5 중량% Fe는 동일한 합금보다 UTS가 10~15% 더 낮습니다. 0.8 중량% Fe.
• Mn/Cr을 통한 완화: 망간 첨가 (MN) 또는 크롬 (Cr) 침상형 β-Al₉Fe₂Si₂ 금속간화합물을 컴팩트하게 변형시킵니다.,
  중국어 문자 모양의 α-AlFeMnSi 또는 α-AlFeCrSi 금속간 화합물, 연성 및 인성에 덜 유해한 것.
  최적의 Mn/Fe 비율은 0.5–0.8입니다.: 망간/철 <0.5 불완전한 수정 결과, 반면 Mn/Fe >0.8 연성을 감소시키는 거친 Al₆Mn 금속간 화합물을 형성합니다..

망간 (MN): 철이 풍부한 금속간 화합물 수정

망간은 거의 모든 다이캐스트 알루미늄 합금에 0.1~0.5wt%의 농도로 첨가됩니다., Fe의 유해한 영향을 중화시키는 것이 유일한 주요 역할입니다..

Cu나 Mg와 달리, Mn은 주조성이나 내식성을 크게 변경하지 않습니다., 최소한의 절충안으로 "유익한 수정자"로 만듭니다..

행동 메커니즘:

• 철상 변형: Mn은 용융물에서 Fe 및 Si와 반응하여 α-AlFeMnSi 금속간 화합물을 형성합니다., 컴팩트한, 비침상 형태 (중국어 스크립트 또는 구형) 부서지기 쉬운 침상 β-Al₉Fe₂Si₂에 비해.
  이 수정은 응력 집중을 줄이고 균열 전파를 방지합니다., 연성과 인성을 20~30% 향상.
  예를 들어, A413에서 (Fe 1.5중량% 이하, 망간 ≤0.5중량%), Mn은 β-AlFeSi를 α-AlFeMnSi로 변형합니다., 신장률이 1.5~2.5%에서 증가 (수정되지 않은) 3.5~6.0% (수정됨).
• 적당한 고용체 강화: Mn은 α-Al 매트릭스에 약간 용해됩니다. (용해도 ≒ 1.8 중량% ~에 658 ° C), 상당한 연성 손실 없이 적당한 고체 용액 강화 제공.
  이는 수정되지 않은 합금에 비해 인장 강도를 5~10% 증가시킵니다..
• 곡물 정제: Mn은 낮은 농도에서 미세한 Al₆Mn 금속간 화합물을 형성합니다., α-Al 입자의 이종 핵 생성 사이트 역할을 하는, 미세구조 개선 및 물성 균일성 향상.

콘텐츠 제어: Mn은 0.5wt% 이하로 엄격히 제한됩니다. (천식 B85) 과도한 Mn은 거친 Al₆Mn 금속간 화합물을 형성하기 때문입니다., 응력 상승제로 작용하고 연성을 감소시킵니다..

농도 <0.1 중량%는 Fe가 풍부한 금속간 화합물을 완전히 변형시키기에는 불충분합니다., β-Al₉Fe₂If2.

티탄 (의): 곡물 정제

티타늄은 다이캐스트 알루미늄 합금에 0.1~0.2wt%의 농도로 첨가됩니다., 주로 미세구조 균일성을 개선하기 위한 결정립 미세화제로 사용됩니다., 뜨거운 찢어짐을 줄입니다, 기계적 성질을 강화하고.

붕소와 함께 사용되는 경우가 많습니다. (비) 보다 효과적인 개선을 위해.

행동 메커니즘:

• 이종 핵생성: Ti는 Al과 반응하여 TiAl₃ 입자를 형성합니다., α-Al과 유사한 결정구조를 가지고 있다. (FCC) 응고하는 동안 α-Al 입자의 핵 생성 지점으로 작용합니다..
  이는 α-Al 입자 크기를 200-300 μm로 개선합니다. (정제되지 않은) ~50~100μm (세련된), 인장강도 10~15%, 신율 20~30% 향상.
• 열간 인열 감소: 괜찮은, Ti 미세화로 형성된 등축 결정립은 응고 중에 인장 응력을 보다 균일하게 분산시킵니다.,
  열간 인열 경향을 40-50% 감소시킵니다. 특히 응고 간격이 넓은 아공융 합금에 유용합니다. (예를 들어, A356).
• 특성 균일성 개선: 정제된 곡물은 미세구조적 분리를 감소시킵니다., 주조 부품 전반에 걸쳐 일관된 기계적 특성을 보장합니다. 이는 정밀 부품에 매우 중요합니다. (예를 들어, 전자 주택, 유압 밸브).

보론과의 시너지 효과 (비): 붕소 첨가 (0.005-0.01중량%) Ti와 함께 TiB₂ 입자를 형성함, TiAl₃보다 더 안정적이고 효과적인 핵 생성 사이트입니다..

Al-5Ti-1B 모합금은 산업계에서 널리 사용됩니다., 더 낮은 Ti 농도 허용 (0.1 중량% Ti + 0.02 중량% B) 와 같은 개선 효과를 얻으려면 0.2 중량% Ti 단독.

3. 기타 미량원소: 미세조정 특성 및 가공성

미량원소 (0.5wt% 이하의 농도로 첨가됨) 특정 특성이나 가공성을 미세 조정하는 데 사용됩니다., 각 요소가 틈새 역할을 수행함.

니켈 (~ 안에), 크롬 (Cr), 스트론튬 (SR), 선두 (PB), 그리고 비스무트 (바이) 가장 일반적입니다.

니켈 (~ 안에) 및 크롬 (Cr): 고온 안정성

• 니켈 (~ 안에, 0.5중량% 이하): Ni는 고온 경도를 향상시킵니다., 크리프 저항, 단단한 금속간 상을 형성하여 내마모성 향상 (알₃니, 알니시).
  또한 CTE를 감소시킵니다., 고온에서 치수 안정성 향상 (200–300 ° C).
  B390과 같은 합금 (14–16중량% Si + 0.5 중량%의) 고열에 사용된다, 내마모성 부품 (예를 들어, 엔진 실린더, 피스톤 슬리브).
  하지만, Ni는 밀도를 약간 증가시키고 연성을 감소시킵니다., 따라서 고온 성능이 중요한 경우에만 추가됩니다..
• 크롬 (Cr, 0.1-0.5중량%): Cr은 상승된 온도에서 입자 성장을 제어합니다., 고온 강도 유지 개선.
  또한 Mn과 유사하게 Fe가 풍부한 금속간 화합물을 변형합니다., 취성 감소. Cr은 시너지적인 고온 성능을 위해 Ni와 함께 사용되는 경우가 많습니다..

스트론튬 (SR): 공융 Si 변형

Sr은 미량 농도로 첨가됩니다. (0.015-0.03중량%) Al-Si 합금에서 공융 Si의 형태를 수정하기 위해.

수정되지 않은 합금, 공융 Si는 거칠게 성장한다, 연성을 감소시키는 침상 입자 - Sr은 이를 미세한 입자로 변환합니다., 섬유질 입자, 두 배의 신장 (예를 들어, A413의 경우 1.5~2.5%에서 3.5~6.0%까지).

Sr은 오랜 지속성으로 인해 HPDC의 산업 표준 수정자입니다. (최대 60 분) 빠른 주조 사이클과의 호환성.

하지만, 인에 중독됐다 (피 >0.001 wt%), Si 변형을 무효화하는 AlP 입자를 형성합니다. 효과적인 Sr 변형을 위해서는 엄격한 P 제어가 필요합니다..

선두 (PB) 그리고 비스무트 (바이): 프리 마시 닝

Pb, Bi를 0.1~0.3wt% 농도로 첨가하여 저융점 상을 형성하여 가공성을 향상시켰습니다. (PB: 327 ° C, 바이: 271 ° C) 입자 경계에서.

이러한 단계는 "칩 브레이커" 역할을 합니다.,” 절삭력과 공구 마모 감소.

하지만, 합금을 용접 불가능하게 만들고 연성을 감소시킵니다., 따라서 높은 가공성을 요구하는 부품에만 사용됩니다. (예를 들어, 나사산 패스너, 정밀 기어).

4. 주조성과 기계적 성능에 대한 복합 효과

다이캐스트 알루미늄 합금의 성능은 개별 요소만으로 결정되지 않습니다., 하지만 그들의 시너지적이고 적대적인 상호작용에 의해.

합금 설계의 목표는 주조성의 균형을 맞추는 것입니다. (유동성, 뜨거운 인열 저항) 그리고 기계적 성능 (힘, 연성, 경도) 응용 프로그램 요구 사항에 따라.

핵심 요소 상호 작용 및 실제 결과

실리콘 × 마그네슘 (Si-Mg)

• 야금학적 상호작용: Mg는 용체화 처리 및 숙성 후 Si와 결합하여 Mg₂Si 석출물을 형성합니다..
  Si의 존재는 또한 응고 중에 금속간 화합물로 분할되는 것과 고용체에 남아 있는 Mg의 양을 제어합니다..
• 주조성 효과: 준공융 Si는 유동성을 향상시키고 동결 범위를 줄입니다., 얇은 벽 충전 촉진.
  적당한 수준 이상으로 Mg를 증가시키면 유동성이 감소하고 효과적인 동결 간격이 넓어지는 경향이 있습니다., 열간 위험 증가.
• 기계적 절충: 그리고 + Mg는 열처리 가능한 강도를 가능하게 합니다. (Mg₂Si를 통해) 합리적인 강성과 열 안정성을 유지하면서.
  가장 좋은 절충안은 주조성과 주조 후 강화를 모두 허용하기 위해 Mg가 제어된 거의 공융 Si입니다..

실리콘 × 구리 (그리고-와 함께)

• 야금학적 상호작용: 침전물로 (Al-Cu 상) 노화 중에 형성되어 강도를 증가시키지만 Si가 풍부한 공융 구조와는 독립적으로 작용합니다..
• 주조성 효과: Cu는 유동성을 크게 향상시키지 않습니다.; 과도한 Cu는 응고 경로가 복잡해지면 열간 단축 및 입계 균열 경향을 증가시킬 수 있습니다..
• 기계적 절충: Cu는 UTS와 고온 유지율을 크게 증가시킵니다., 그러나 거친 공융 구조와 결합하면 부식 취약성과 때로는 연성이 감소하는 단점이 있습니다..

구리 × 마그네슘 (Cu-Mg)

• 야금학적 상호작용: 둘 다 별도의 침전 화학을 통해 일부 Al-Si-Cu-Mg 합금의 시효 경화에 기여합니다.; 침전된 인구 사이의 상호 작용은 초과 연령 행동에 영향을 미칠 수 있습니다..
• 성능 효과: 적당한 Cu와 Mg를 결합하면 강도와 인성에 대한 더 넓은 조정 범위를 제공하지만 열처리 제어에 대한 요구가 높아지고 표면 마감이 좋지 않은 경우 미세 갈바닉 부식이 악화될 수 있습니다..

철×망간 / 크롬 (Fe–Mn/Cr)

• 야금학적 상호작용: Fe는 부서지기 쉬운 단단한 Al-Fe-Si 금속간 화합물을 형성합니다..
  Mn 및 Cr은 침상/바늘 β상을 보다 컴팩트한 상태로 변환합니다., 훨씬 덜 해로운 "중국어 문자" 또는 구형 형태.
• 주조성 및 기계적 효과: Mn/Cr 변형으로 Fe를 제어하면 금속간 화합물의 균열 시작이 줄어듭니다., 유동성에 미치는 부정적인 영향을 무시하고 인성과 피로 수명을 향상시킵니다..
  이는 스크랩이나 공정 제약으로 인해 피할 수 없는 Fe가 발생할 때 사용되는 고전적인 '손상 제어' 전략입니다..

과공정 Si, 니켈 및 마모/고온 첨가제

• 야금학적 상호작용: 높은 Si 함량은 1차 Si 입자를 생성합니다.. Ni 및 일부 Mo/Cr 첨가물은 고온에서 금속간 네트워크를 안정화시킵니다..
• 절충안: 이러한 조합은 우수한 마모 및 열 안정성을 제공하지만 연성을 크게 감소시키고 기계 가공 및 다이 충진을 복잡하게 만듭니다.. 내마모성 또는 열 크리프 강도가 가장 중요한 경우에만 사용하십시오..

아연 상호작용

• 야금학적 상호작용: 소량의 Zn은 강도를 약간 높일 수 있습니다.; 높은 수준에서는 응고 범위가 넓어지고 열간 인열 민감성이 증가합니다..
• 실용주의 사항: Zn은 일반적으로 주조성 문제를 피하기 위해 다이캐스트 Al에서 낮은 수준으로 제한됩니다..

일반적인 합금 성능 비교 (HPDC, 캐스트):

5. 내식성 및 열 안정성

합금 구성은 내식성과 고온 성능을 결정하는 주요 요소입니다. 이는 가혹한 환경이나 장기간의 열에 노출되는 부품의 두 가지 중요한 특성입니다..

핵심 요소는 뚜렷한 효과를 발휘합니다., 종종 이러한 성능 지표에 반대되는 영향을 미칩니다., 합금 설계 중 세심한 균형이 필요함.

부식 저항

• 함께하면 해롭다: Cu는 내식성을 감소시키는 주요 원소입니다., Al과 갈바니 전지를 형성하기 때문에.
  Cu와의 합금 >1.0 wt% (예를 들어, A380) 공식 부식을 방지하려면 표면 처리가 필요합니다..
  저-Cu 합금 (<0.15 wt%, 예를 들어, A413, A360) 우수한 내식성을 나타냄, 옥외 신청을 위해 그(것)들을 적당한 만들기.
• Mg는 유익하다: Mg는 Al₂O₃ 부동태 피막을 안정화시킵니다., 부식성 향상.
  합금 518 (높은 Mg) 부식에 가장 강한 일반 다이캐스트 합금입니다., 습기나 염수에 노출이 불가피한 해양 및 실외 응용 분야에 적합합니다..
• Si는 중립적이며 유익합니다.: 최대 12wt%의 Si는 보다 안정적인 산화막을 형성하여 내식성을 향상시킵니다.. 과공정 Si (>12 wt%) 거친 1차 Si 입자로 인해 내식성이 약간 감소할 수 있음, 부식 장소 역할을 하는 것.
• Mn은 중립이다: Mn은 부식에 직접적인 영향을 거의 미치지 않지만 균일성을 향상시킵니다., 조기 고장으로 이어질 수 있는 국부적인 부식 지점을 줄여줍니다..

ASTM B117 염수 분무 테스트는 이러한 추세를 확인합니다.: A413은 이후 심각한 피팅을 보이지 않습니다. 1000 시간, A380은 심각한 구멍이 난 후 200 시간 - 부식 성능에서 Cu 함량의 중요한 역할 강조.

열 안정성

• 고온 강도: Cu 및 N Ni는 휴식 및 150~300°C를 향상시킵니다..
  Ni 함유 합금 (예를 들어, B390) 고열 부품에 사용됩니다., 고온에 장기간 노출되어도 경도와 강도를 유지하므로.
  Cr은 또한 입자 성장을 제어하여 고온 강도 유지에 도움을 줍니다..
• 치수 안정성: Si 및 Ni/Cr은 CTE를 감소시킵니다., 열 순환 시 치수 안정성 향상.
  고Si 합금 (예를 들어, A413, B390) CTE는 21.0–22.5 × 10⁻⁶ /°C입니다., 저Si 합금의 22.0–23.5 × 10⁻⁶ /°C와 비교 (예를 들어, 518)—온도 변동에도 모양을 유지해야 하는 정밀 부품에 이상적입니다..
• 크리프 저항: Ni 및 Cr은 내크리프성을 향상시킵니다. (고온에서 장기간 응력에 따른 변형), 일정한 부하와 열에서 작동하는 엔진 부품과 유압 밸브에 매우 중요합니다..

6. 합금 시스템: Al-Si, Al-Mg, 그리고 그 이상

상업용 다이캐스트 알루미늄 합금은 세 가지 주요 시스템으로 분류됩니다., 균형 잡힌 주조성과 성능으로 인해 Al-Si 시스템이 우세합니다..

각 시스템은 특정 애플리케이션 요구 사항에 맞게 조정됩니다., 주요 성능 요구 사항을 충족하도록 최적화된 합금 구성.

Al-Si 시스템 (300 그리고 400 시리즈)

이 시스템은 이상을 차지합니다. 90% 다이캐스트 알루미늄 애플리케이션, 6~18wt% Si를 함유하고 다양한 Cu/Mg 농도를 함유한 합금.

주요 하위 범주는 공융점을 기준으로 Si 함량으로 정의됩니다. (11.7 wt%):

• 아공융 (300 시리즈): A380, A360, A383, A384 (Si=7~11.7중량%).
  이 합금은 주조성과 강도의 균형을 유지합니다., 범용 구조 부품에 적합 (예를 들어, 자동차 주택, 브래킷) 가공성과 성능이 모두 요구되는 곳.
• 준공융 (400 시리즈): A413 (Si=10.7~12.5중량%).
  이 합금은 최고의 유동성과 압력 견고성을 나타냅니다., 얇은 벽에 이상적, 누출에 민감한 부품 (예를 들어, 유압 매니 폴드, 밸브 바디).
• 과공정 (B 시리즈): B390 (Si=14~16wt%).
  이 합금은 거친 1차 Si 입자로 인해 높은 내마모성을 제공합니다., 마모가 주요 관심사인 엔진 실린더 및 피스톤에 적합.

Al-Mg 시스템

주로 합금으로 대표됨 518 (Al–5%Mg), 이 시스템에는 상당한 Si 또는 Cu가 부족합니다..

일반적인 다이캐스트 합금 중 최고의 내식성과 연성을 나타내지만 주조성이 매우 낮습니다. (낮은 유동성, 높은 열간 인열 경향).

결과적으로, 중력 다이캐스팅이나 두꺼운 벽의 반고체 주조에 국한됩니다., 부식에 민감한 부품 (예를 들어, 해양 피팅, 건축 부품) 주조성보다 내식성이 우선시되는 곳.

Al-Zn 시스템

이 시스템에는 널리 사용되는 다이캐스트 합금이 없습니다., Zn이 우세한 합금으로서 (7XXX 시리즈) 일반적으로 가공됩니다 (다이캐스트가 아닌).

Zn은 부첨가물로만 나타납니다. (0.5–3.0 wt%) 다이캐스트 합금 (예를 들어, ADC12/A383) 가공성 향상 및 적당한 강도 향상, 그러나 높은 Zn은 열간 균열을 촉진하고 내식성을 감소시켜 틈새 용도로만 사용이 제한됩니다..

7. 다양한 다이캐스팅 공정에 미치는 영향

합금 선택은 다이캐스팅 공정과 밀접하게 연관되어 있습니다., 각 프로세스에는 유동성에 대한 고유한 요구 사항이 있으므로, 응고율, 및 용융 반응성.

합금을 공정에 맞추면 최적의 주조 품질과 부품 성능이 보장됩니다..

고압 다이 캐스팅 (HPDC)

HPDC 신속한 금형 충전이 필요합니다. (2-5m/초) 얇은 부분의 (1.0mm 이하), 유동성이 뛰어나고 응고 간격이 좁은 고Si 합금을 선호합니다..

주요 합금에는 A380이 포함됩니다., A383, A384 (아공정 Si) 그리고 A413 (거의 공융 Si).

이 합금은 복잡한 다이를 빠르게 채우고 열간 인열 경향이 낮습니다., 복잡한 부품의 대량 생산에 적합합니다..

저-Cu 합금 (A360, A413) 곰팡이 고착이 우려되는 경우에 사용됩니다., Mg가 풍부한 합금 (518) 일반적으로 유동성이 좋지 않아 HPDC에 적합하지 않습니다..

저압 및 중력 다이캐스팅

이러한 프로세스를 통해 충전 속도가 느려집니다. (0.1-0.5m/초) 그리고 두꺼운 부분 (3–10 mm), 유동성은 낮지만 서비스 특성은 더 나은 합금을 사용할 수 있습니다..

A360과 같은 합금 (균형잡힌 강도/부식) 그리고 518 (우수한 부식성/연성) 여기에 사용됩니다, 충전 속도가 느려지면 난류와 다공성이 줄어들어 부품 품질이 향상됩니다..

보다 완만하게 응고되면 Mg가 풍부한 합금의 열간 인열도 최소화됩니다., 적용 가능성 확대.

반고체 다이 캐스팅

이 공정에서는 반고체 슬러리를 사용합니다. (50–60% 고체) 금형을 채우다, 미세한 미세구조를 가진 합금을 선호함 (예를 들어, A356, A360) 그건 쉽게 틱소캐스트될 수 있어.

곡물 정제기 (당신/B) 슬러리 균일성을 향상시키기 위해 종종 사용됩니다., Mg와 Cu를 제어하여 강도와 가공성의 균형을 유지하므로 고정밀 공정에 적합합니다., 고강도 구성 요소.

8. 결론

합금 원소는 다이캐스트 알루미늄 합금 성능의 기초입니다., 미세구조 진화를 지배하다, 주조 가공성, 및 서비스 속성.

이들의 역할은 명확한 야금학적 메커니즘과 상호의존성에 의해 정의됩니다.: Si는 주조성과 압력 견고성을 가능하게 합니다., Cu는 내식성을 희생하여 강도를 향상시킵니다., Mg는 강도와 내식성의 균형을 유지합니다., Fe는 곰팡이 부착을 방지합니다. (Mn 완화로), 및 미량 원소를 통해 특정 특성을 미세 조정.

성공적인 합금 선택 및 설계의 핵심은 응용 분야 및 주조 공정의 특정 요구 사항을 충족하기 위해 이러한 요소의 시너지 효과와 대립 효과의 균형을 맞추는 것입니다..

복잡한, 내압 부품, 거의 공융 Al-Si 합금 (예를 들어, A413) 이상적이다; 고강도 구조 부품용, 아공정 Al-Si-Cu 합금 (예를 들어, A380) 선호됩니다; 부식에 민감한 부품용, 저-Cu Al-Si-Mg 또는 Al-Mg 합금 (예를 들어, A360, 518) 선택된다.

경량화 제조로서, 전기 자동차, 정밀 다이캐스팅의 발전, 합금 원소 설계는 저Cu에 초점을 맞춰 계속 발전할 것입니다., 불순물이 적은, 향상된 지속 가능성을 제공하는 희토류 개질 합금, 부식 저항, 고온 성능.