주조 알루미늄-마그네슘 합금: 경량 강도

1. 요약

"주조 알루미늄-마그네슘"은 서로 연관되어 있지만 서로 다른 두 가지 엔지니어링 제품군을 나타냅니다.:

(에이) 고Mg 주조 Al-Mg 합금 (해양/중량이 중요한 부품의 내식성과 비강도를 극대화하기 위한 Mg 주 합금) 그리고 (비) Al-Si-Mg 주조 합금 (시효 경화 및 강도를 위해 적당한 Mg 첨가가 포함된 Al-Si 베이스).

Al-Mg 주조 합금은 탁월한 내식성을 제공합니다. (특히 염화물 환경에서), 매력적인 무게 대비 강도와 우수한 인성, 그러나 Mg는 쉽게 산화되고 공정 규율이 약한 경우 다공성을 촉진할 수 있기 때문에 주조 및 용융 처리 문제가 발생합니다..

대부분의 Al-Mg 주조 합금은 강하게 석출 경화되지 않습니다. 강화는 주로 고용체에 의해 발생합니다., Al-Si-Mg 합금에 사용되는 기존 T6 경로가 아닌 미세 구조 제어 및 열기계적 처리.

2. "캐스트 Al-Mg"의 의미 — 제품군 및 일반 등급

주조 Al-Mg 합금의 두 가지 실용적인 범주가 업계에서 반복적으로 나타납니다.:

• 카테고리 A — 고Mg 주조 합금 (Al-Mg 가족): Mg 함량이 부식 거동 및 특정 밀도/강도를 지배할 만큼 충분히 높은 합금.
  문학과 실무에서 이 수업은 일반적으로 Mg를 다음과 같이 인용합니다. 3-6중량% 작은 Si 첨가 범위 (≒0.5–1.0 %) 더 나은 주조성이 필요한 경우. 이는 내식성이 있는 곳에 사용됩니다. / 가벼운 무게는 기본.
• 카테고리 B - Al-Si-Mg 주조 합금 (Al–Si–Mg 계열): 준공융 Al-Si 기본 주조 합금 (Si ≒ 7~12wt%) 적당한 Mg를 포함하는 (≒0.2~0.8wt%) 인공적인 노화를 허용하기 위해 (Mg₂Si 침전) T형 노화 후 강도가 더 높아짐 (T6).
  예를 들면 A356과 같은 산업용 합금이 있습니다. (알–시–Mg) — 이는 때때로 "Al-Mg 함유 주물"이라고 불립니다. (그러나 주로 강화 원소로 Mg를 포함한 Al-Si 합금입니다.).

실제로 내식성이 있는 경우 카테고리 A를 선택합니다. (선박, 화학적 접촉) 저밀도가 지배적입니다.; 주조성이 있는 경우 카테고리 B를 선택하십시오., 치수 안정성과 열처리 강도가 필요합니다..

3. 일반적인 화학 성분

테이블: 일반적인 구성 범위 (엔지니어링 지침)

메모

• 위의 범위는 실용적인 엔지니어링 창입니다. 정확한 사양은 표준 지정을 참조해야 합니다. (ASTM/EN) 또는 공급자의 증명서.
• 고Mg 주조 합금은 단조 5xxx 합금의 구성 영역에 접근하지만 주조용으로 설계되었습니다. (다양한 불순물 제어 및 응고 거동).

4. 미세 구조 및 상 화학 — 성능을 제어하는 ​​요소

주요 미세구조 플레이어

• α-Al 매트릭스 (면심 입방체): 모든 Al 합금의 주요 하중 지지 단계.
• 고용체의 Mg: Mg 원자는 α-Al에 용해됩니다.; 적당한 농도에서는 고용체 강화로 매트릭스를 강화합니다..
• 금속 간 / 두 번째 단계:

• • Mg가 풍부한 금속간 화합물 (Al₃Mg₂/β): 높은 Mg 수준과 수지상 돌기 간 영역에서 형성될 수 있음; 형태와 분포가 고온 안정성과 부식 거동을 제어합니다..
  • mg₂si (Al-Si-Mg 합금): 노화 중에 형성되며 Al-Si-Mg 계열의 주요 석출 경화 단계입니다..
  • Fe 함유 단계: Fe 불순물은 부서지기 쉬운 금속간 화합물을 형성합니다. (Al₅FeSi, 등.) 연성을 감소시키고 국부적인 부식을 촉진할 수 있습니다.; Mn은 Fe 상을 수정하기 위해 소량으로 첨가되는 경우가 많습니다..

응고특성

• 고Mg 합금 상대적으로 단순한 α를 갖는 경향이 있습니다. + 금속간 응고 경로이지만 냉각이 느리면 분리가 나타날 수 있습니다.; 빠른 냉각은 구조를 개선하지만 공급이 부적절할 경우 다공성의 위험을 높입니다..
• Al-Si-Mg 합금 1차 α로 응고한 후 공융 α로 응고 + 그리고; Mg는 이후 반응에 참여합니다. (mg₂si) Mg 함량이 충분하다면.

미세구조 → 속성 링크

• 괜찮은, 균일하게 분포된 두 번째 단계 더 나은 인성을 제공하고 부서지기 쉬운 동작을 방지합니다..
• 거친 금속간 화합물 또는 분리 피로를 악화시키다, 연성 및 부식 성능. 용융 연습을 통한 제어, 결정립 미세화제 및 냉각 속도가 중요합니다..

5. 주요 성능 특성

기계적 특성 (일반적인 엔지니어링 범위 - 주조 상태)

값은 합금에 따라 다릅니다., 섹션 크기, 주조 공정 및 열처리. 설계에 중요한 수치를 위해 공급업체 데이터 사용.

• 밀도 (전형적인): ~2.66–2.73g·cm⁻³ Al-Mg 주조 합금용 (순수 Al ~2.70에 비해 약간 증가).
• 인장 강도 (캐스트):

• • 고Mg 주조 합금: ~150~260MPa (Mg 함량에 따라, 단면 두께 및 마감).
  • 알–시–Mg (깁스 + T6): ~240~320MPa (T6 세 A356 범위는 상단에 있습니다.).

• 항복 강도: 대충 0.5–0.8 × UTS 가이드로서.
• 연장:5–15% 합금 및 가공에 따라 다름 - 고Mg 주물은 일반적으로 우수한 연성을 나타냅니다. (단상 경향), 거친 Si를 포함하는 Al-Si는 수정하지 않는 한 더 낮은 연신율을 나타냅니다..
• 피로 및 파괴인성: 미세구조가 건전하고 다공성이 낮을 때 좋음; 주조 결함에 민감한 피로 성능.

부식 저항

• 고Mg 주조 합금 보여주다 우수한 일반적인 부식 저항, 특히 해양 및 알칼리성 환경에서 — Mg는 표준 3xxx/6xxx Al 합금에 비해 공식 저항을 높입니다..
• 염화물이 풍부한 환경용, Al-Mg 합금은 일반 Al 합금보다 성능이 뛰어난 경우가 많지만 여전히 스테인리스강보다 열등하며 심각한 경우 표면 보호가 필요합니다..

열적 특성

• Al-Mg 합금의 열전도율은 여전히 ​​높습니다 (≈ 120–180W·m⁻¹·K⁻¹ 합금 및 미세 구조에 따라), 열 하우징 및 방열 부품에 적합합니다..

제조 & 용접

• 캐스팅 방법: 모래 주조, 영구 곰팡이, 중력 다이캐스팅 및 일부 고압 다이캐스팅 (조심스럽게 플럭스로) 사용됩니다.
• 용접 성: Al-Mg 합금은 일반적으로 용접이 가능합니다. (gtaw, 간이), 그러나 주조 부분의 용접에는 다공성과 용접 후 부식에 주의가 필요합니다. (적절한 필러 합금 사용 및 용접 후 청소).
• 가공 가능성: 공정한; 알루미늄 합금에 맞게 조정된 공구 선택 및 속도.

6. 열처리 및 열처리

열처리에 반응하는 합금?

• Al–Si–Mg 주조 합금 (카테고리 B) ~이다 열처리 (연령화): 용체화 → 급냉 → 인공시효 (T6) Mg₂Si 석출을 통해 강도가 크게 증가합니다..
  A356/A357의 일반적인 T6 일정: 용액 ~495°C, 160~180°C에서 몇 시간 동안 숙성 (공급업체 지침을 따르세요).
• 고Mg 주조 Al-Mg 합금 (카테고리 A) ~이다 일반적으로 동일한 정도로 석출 경화되지 않습니다.: Mg는 고용 강화제이며 많은 고Mg 조성물은 기존의 T6 노화보다는 단조 형태의 변형 노화 또는 냉간 가공에 의해 주로 경화됩니다..
  주조 고Mg 합금의 열처리는 다음 사항에 중점을 두고 있습니다.:

• • 균질화 화학적 분리를 줄이기 위해 (용질을 재분배하기 위해 저온 담그기).
  • 스트레스 완화 어닐링 주조 응력을 제거하기 위해 (일반적인 온도: 적당한 어닐링 300-400 °C - 정확한 주기는 합금 및 단면에 따라 다름).
  • 세심한 용액 처리: 일부 주조 Al-Mg 변형에 선택적으로 사용됨, 그러나 바람직하지 않은 금속간 조대화를 촉진할 수 있습니다. 합금 데이터시트를 참조하십시오..

실제적인 열처리 지침

• 을 위한 Al–Si–Mg 주물 힘을 목적으로 한, ~을 계획하다 해결책 + 끄다 + 노화 (T6) 효과적으로 냉각되는 단면 크기로 설계.
• 을 위한 고Mg 주물, 지정하십시오 균질화 및 스트레스 해소 미세 구조 및 치수 안정성을 안정화하는 사이클; 큰 노화 경화 이득을 기대하지 마십시오.

7. 주조 실무 및 가공 고려 사항

용융 및 용융 방지

• 마그네슘 조절: Mg는 쉽게 MgO로 산화됩니다.. 보호 커버 플럭스 사용 (소금 플럭스), 제어된 과열도, 드로스 형성을 최소화하고.
• 용융 온도: 선택한 합금에 대해 권장 범위 내에서 유지; 과도한 과열로 인해 연소 손실 및 산화물 형성이 증가합니다..
• 탈기 및 여과: 수소와 산화물을 제거하다 (회전식 탈기, 세라믹 폼 필터) 기공률 감소 및 기계적/부식 성능 향상.

캐스팅 방법

• 모래 주조 & 영구 금형: 고Mg 합금 및 대형 부품에 공통.
• 중력 다이 캐스팅 / 저압 주조: 더 나은 미세구조와 표면 마감을 생성합니다.; 구조 부품에 적합.
• 고압 다이 캐스팅: 주로 Al-Si 기반 합금에 사용됨; Mg 산화 및 가스 다공성으로 인해 Mg 함량이 높을 경우 주의.

일반적인 결함 & 완화

• 다공성 (가스/수축): 가스 제거로 완화, 여과법, 적절한 게이팅 및 라이저 설계, 응고속도를 조절하여.
• 산화물/이중막 결함: 쏟아지는 난기류를 제어하고 여과를 사용합니다..
• 뜨거운 눈물: 디자인을 통해 관리하다 (급격한 섹션 변경 방지) 공급/고화 제어.

8. 주조 알루미늄-마그네슘 합금의 일반적인 응용 분야

캐스트 알루미늄– 마그네슘 합금은 경금속 공학에서 중요한 중간 지점을 차지합니다.: 이 제품은 허용 가능한 주조성과 우수한 인성을 갖춘 많은 알루미늄 합금에 비해 낮은 밀도와 향상된 내식성을 결합합니다..

해양 및 해외 장비

• 펌프 하우징, 담수/염수 서비스용 밸브 본체 및 임펠러
• 데크 피팅, 서비스 브래킷, 스플래시/스프레이 구역의 거싯 및 슈라우드
• 파이프 피팅, 콘덴서 하우징 및 서비스 인클로저

자동차 및 운송

• 구조용 브래킷 및 서브프레임 (저질량 섹션)
• 흰색 구성 요소의 본체, 내부 구조용 하우징 및 인클로저
• 전력 전자 장치용 방열판 하우징 및 캐리어 플레이트 (EV에서는)

슬리퍼, 밸브 및 유체 취급 하드웨어 (산업)

• 화학물질 및 물 처리용 펌프 케이싱 및 볼류트
• 밸브 바디, 시트 하우징 및 액추에이터 하우징

열 방출 및 전자 하우징

• 전자 주택, 열 분산기 및 모터 컨트롤러 인클로저 (EV 트랙션/인버터)
• 열 전도성과 낮은 질량이 중요한 방열판 하우징

항공 우주 (비1차 구조 및 2차 구성요소)

• 내부 브래킷, 주택, 항공 전자 인클로저, 비기본 구조 패널 및 페어링

소비자 & 스포츠 용품, 전자 제품

• 경량 프레임, 보호 케이스, 휴대용 장치 하우징, 자전거 부품 (비 크리티컬), 카메라 바디

산업 기계 및 HVAC 부품

• 팬 하우징, 송풍기 케이싱, 열교환기 엔드캡, 경량 펌프 커버

특수 용도

• 극저온 장비 (where low mass is advantageous but alloys must be qualified for low-temperature toughness)
• Offshore instrumentation housings, subsea shallow components (with adequate protection)

9. 장점과 단점

주조 알루미늄-마그네슘 합금의 장점

• 우수한 부식 저항 (특히 해양 환경에서)
• Low density and high specific strength for weight-critical applications
• Excellent gas tightness for pressure vessels and sealed systems
• Good machinability for precision finishing

주조 알루미늄-마그네슘 합금의 단점

• Poor casting performance with high hot-tear tendency and low fluidity
• Oxidation risk and slag inclusion requiring protective atmospheres
• Higher production costs due to process complexity and material premiums
• Limited application scope restricted to high-value sectors

10. 비교 분석: 캐스트 Al-Mg 대. 경쟁 합금

아래 표를 비교하면 깁스 알류미늄–magnesium alloys (Cast Al–Mg) with commonly competing casting materials used in lightweight and corrosion-sensitive applications.

The comparison focuses on key engineering decision criteria 공칭 재료 특성뿐만 아니라, 실용적인 소재 선택 가능.

재료 선택 요약

선택하다 주조 알루미늄-마그네슘 합금 언제 가벼운 중량, 부식 저항, 그리고 적당한 힘 적당한 온도에서 필요합니다.

극한 환경의 경우 (고온, 압력, 또는 공격적인 화학 물질), 스테인레스 스틸 여전히 우수하다, ~하는 동안 Al-Si 합금 언제 지배하다 복잡한 주조 형상 및 비용 효율성 가장 중요합니다.

11. 결론 — 실용적인 엔지니어링 시사점

• 주조 Al-Mg 합금 저밀도의 탁월한 조합 제공, 많은 구조적 용도에 적합한 내식성과 적절한 강도를 갖추고 있지만 하나의 재료가 아닌; 고Mg 주조 제품군과 Al–Si–Mg 열처리 주조 제품군 구별.
• 프로세스 규율 문제: 용융 방지, 예상되는 기계적 및 부식 성능을 달성하려면 탈기 및 여과가 필수적입니다..
• 열처리성이 다릅니다: Al-Si-Mg 주조 합금은 용액에 잘 반응합니다. + 노화 (T6) 더 높은 강점을 전달하고; 고Mg 주조 합금은 기존 노화로 인한 이득이 적고 미세 구조 제어 및 기계적 가공에 더 많이 의존합니다..
• 캐스팅을 위한 디자인: 제어 섹션 두께, 피로와 부식 성능에 가장 부정적인 영향을 미치는 일반적인 주조 결함을 방지하기 위한 공급 및 게이팅.