주조 알루미늄과 주철 — 완전한 재료 선택 가이드

1. 소개

주조 알루미늄과 주철은 업계에서 가장 널리 사용되는 주조 재료 중 두 가지입니다..

둘 다 복잡한 그물 모양 구성 요소를 생산하는 경로를 제공합니다., 그러나 밀도는 근본적으로 다릅니다, 단단함, 강도 모드, 열 거동, 주조 방법, 내식성 및 수명주기 비용.

둘 중 하나를 선택하는 것은 무게 간의 균형입니다., 단단함, 내마모성, 가공 가능성, 비용 및 운영 환경.

이 문서에서는 두 가지 기술 축을 비교하고 실행 가능한 데이터와 선택 지침을 제공합니다..

2. 주조 알루미늄이란 무엇입니까??

캐스트 알루미늄 알루미늄을 녹여서 만든 부품을 말합니다. (또는 알루미늄 합금) 금형에 넣고 최종 또는 거의 최종적인 형상으로 굳히게 합니다..

알루미늄은 녹는점이 상대적으로 낮기 때문에, 합금 형태의 우수한 유동성, 그리고 밀도가 낮다, 주조 알루미늄은 복잡한 형상이 있는 경우 선호되는 선택입니다., 가벼운 무게, 열전도율이나 내식성이 중요합니다..

알루미늄 주조 경로에는 고압 다이 캐스팅이 포함됩니다., 저압 및 중력 영구 주형 주조, 모래 주조, 투자 (잃어버린 왁스) 주조; 각 경로는 벽 두께에 대해 서로 다른 제한을 제공합니다., 표면 마감, 치수 정확도 및 기계적 특성.

특징

• 경량: 밀도 ≒ 2.6–2.8g/cm³ (일반적으로 2.70 g/cm³).
• 낮은 탄성률: 영률 ≒ 69-72GPa (≈ 69 평균 GPa).
• 좋은 열전도율: 합금은 다양하지만 종종 100–200W·m⁻¹·K⁻¹; 순수 알루미늄은 ~237 W·m⁻¹·K⁻²입니다..
• 좋은 부식 저항: 안정된 산화막을 형성; 아노다이징 또는 코팅으로 동작 개선.
• 연성 파괴 거동: 많은 주조 Al 합금은 상당히 연성이 있습니다. (합금 및 열처리에 따라).
• 쉽게 가공됨: 많은 합금에 대해 상대적으로 낮은 절삭력과 우수한 기계 가공성.
• 재활용 가능: 알루미늄은 1차 생산에 비해 상대적으로 낮은 재용해 에너지로 재활용성이 뛰어납니다..

일반적인 알루미늄 합금 (전형적인 출연진 가족)

3. 주철이란??

주철 용융된 금속을 주형에 붓고 굳혀서 생산되는 철-탄소 합금 계열입니다..

주철과 강철의 차이점은 상대적으로 높은 탄소 함량 (일반적으로 >2.0 wt% c) 그리고 존재 흑연 탄소 주조된 미세구조에서.

탄소는 일반적으로 흑연으로 발생합니다. (여러 형태로) 또는 탄화철로서 (시멘트) 합금 화학 및 응고 조건에 따라 다름.

흑연과 이를 둘러싼 매트릭스가 기계적 동작을 제어합니다., 다양한 주철 종류의 가공성 및 적용 공간.

주철은 무거운 작업의 일꾼입니다., 크거나 복잡한 형태로 주조하는 것이 경제적이기 때문에 내마모성 및 진동에 민감한 응용 분야, 우수한 댐핑 제공, 화학 및 주조 후 열처리를 통해 맞춤 제작 가능 (예를 들어, 동부 템퍼링) 다양한 부동산에.

주요 기능

• 흑연 형태학은 특성을 제어합니다. 모양, 흑연의 크기와 분포 (플레이크, 구형의, 꽉 찬) 인장 연성을 지배하다, 강인함, 강성과 가공성:

• • 색다른 (회색) 석묵 가공성과 감쇠는 우수하지만 인장 강도와 노치 민감도가 낮습니다..
  • 구형 (결절성/연성) 석묵 훨씬 더 높은 인장 강도와 연성을 얻습니다..
  • 압축 흑연 (CGI) 중간 – 좋은 감쇠력을 유지하면서 회주철보다 강도와 열피로 저항성이 더 좋습니다..

• 우수한 진동 댐핑. 흑연 결절/조각이 탄성파 전파를 방해합니다., 따라서 공작기계 프레임에는 주철이 선호됩니다., 댐핑으로 소음과 진동을 억제하는 엔진 블록 및 하우징.
• 우수한 압축강도 및 내마모성. 특히 펄라이트 및 백주철의 경우; 견고한 베어링에 적합, 롤러 및 마모 부품.
• 장력에 상대적으로 약함 (일부 성적). 회주철은 노치에 민감하고 신율이 낮습니다.; 연성철은 인성을 크게 향상시키지만 여전히 강철과 다르게 작용합니다..
• 대형/복잡한 주조에 경제적. 모래 주조 및 쉘 성형이 잘 확립되어 있습니다.; 수축, 공급 및 방향성 응고는 표준 주조 기술로 관리됩니다..
• 후고화 처리를 통한 넓은 디자인 범위. 열처리를 통해 (정상화, 어닐링, 동부 템퍼링) 그리고 합금 (~ 안에, Cr, 모),
  주철은 매우 단단한 마모 등급부터 견고한 구조 등급까지 맞춤 제작 가능 (예를 들어, ADI—Austempered 연성철).
• 다양한 등급에서 우수한 열 안정성. 일부 주철은 알루미늄 합금보다 고온에서 치수 안정성과 강도를 더 잘 보존합니다..

일반적인 주철 유형

다음은 주요 주철 계열에 대한 실제적인 요약입니다., 전형적인 화학 경향, 미세구조 및 대표특성 / 응용 프로그램.

4. 기계적 특성 비교

숫자는 실용적으로 표시됩니다., 파운드리 수준 전형적인 범위 (최소값/최대값이 보장되지 않음) 실제 값은 정확한 화학적 성질에 크게 좌우되기 때문입니다., 캐스팅 루트, 섹션 크기, 열처리.

일반적인 기계적 특성 범위 - 대표적인 주조 알루미늄 등급과 주철 등급

5. 열 및 주조 공정 고려 사항

용융 및 응고 거동

• 녹는점 / 액체: 알루미늄 합금이 녹는다. ~ 550–650 ° C 범위 (순수 알루미늄 660.3 ° C).
  주철은 더 높은 온도에서 응고됩니다. (구성에 따라 ~1150~1250°C) 조성과 냉각속도에 따라 흑연이나 시멘타이트를 형성합니다..
• 열전도율: 알루미늄 합금은 일반적으로 열을 전도합니다. 훨씬 나아졌다 주철보다 (종종 2~4배 더 높음), 이는 금형 냉각에 영향을 미칩니다., 응고 속도 및 냉각 거동.
• 응고수축: 알루미늄 합금의 일반적인 선형 수축 ~1.3-1.6%; 회주철 수축이 더 작습니다. (~0.5–1.0%), 비록 마이크로- 거대 수축은 단면 두께와 공급에 따라 달라집니다..

캐스팅 방법 & 일반적인 사용

• 깁스 알류미늄: 일반적으로 생산되는 다이 캐스팅 (고압), 영구 곰팡이, 저압, 그리고 모래 주조.
  다이 캐스팅으로 우수한 표면 조도와 얇은 벽 성능 제공; 모래 주조 핸들 대형, 무거운, 또는 툴링 비용이 낮은 복잡한 부품.
• 주철: 일반적으로 모래 주조 (녹색 모래, 껍데기) 그리고 잃어버린 고정/껍데기 복잡한 모양의 경우.
  연성 철 주조는 일반적으로 모래 주조입니다.. 주철은 큰 단면과 무거운 주조물을 잘 견딥니다..

치수 공차 & 표면 마감

• 다이캐스트 알루미늄: 주조 경로의 최고의 치수 기능 - 다양한 치수에 대해 ±0.1–0.5mm 범위의 일반적인 공차 (크기에 따라 달라집니다), 표면 마무리 Ra 자주 0.8–3.2 µm 캐스트.
• 영구 금형 알루미늄: 공차 ±0.25~1.0mm, 모래 주조보다 표면 마감이 우수함.
• 사형주철: 더 거친 공차, 일반적으로 크기와 마감에 따라 ±0.5~3.0mm; 표면 마감이 더 거칠어짐, 라 자주 6–25 µm 기계로 가공하지 않는 한 주조된 상태.
• 벽 두께 성능: 다이캐스트 알루미늄은 얇은 벽을 생산할 수 있습니다. (<2 mm) 경제적으로;
  주철은 일반적으로 결함을 방지하고 수축을 방지하기 위해 더 두꺼운 단면이 필요합니다., 현대식 성형은 작은 부품에 대해 적당히 얇은 단면을 만들 수 있지만.

가공성 및 2차 작업

• 알류미늄 더 빠른 속도와 더 낮은 힘으로 쉽게 기계를 가공할 수 있습니다.; 공구 생활이 좋다; 다이캐스트 부품의 가공 여유는 적당하지 않습니다..
• 주철 기계 가공 방식이 다릅니다. 회주철은 칩 브레이커 및 윤활제 역할을 하는 흑연으로 인해 상대적으로 기계 가공이 쉽습니다.;
  연성 철은 더 단단하고 다른 툴링이 필요합니다.; 주철 절단으로 인해 부서지기 쉬운 칩이 발생하는 경우가 많으므로 적절한 공구 등급이 필요합니다..

6. 내식성 및 작동 환경

• 캐스트 알루미늄: 안정된 산화막으로 인해 자연적으로 부식에 강함; 대기권에서 잘 수행, 적절한 합금/코팅을 선택한 경우 약간 부식성이 있는 해양 환경.
  아노다이징 및 페인트 시스템으로 표면 내구성과 외관이 더욱 향상됩니다..
• 주철: 녹이 슬기 쉬운 철 재료 (산화) 습한 환경에서; 보호 코팅이 필요합니다 (그림 물감, 도금), 내식성을 위한 음극 보호 또는 합금.
  일부 응용 프로그램에서 (엔진 블록), 주철은 오일 보호 및 통제된 환경으로 인해 적절한 성능을 발휘합니다..
• 고온 성능: 주철 (특히 회색이고 연성이 있다) 알루미늄보다 높은 온도에서 강도를 더 잘 유지합니다..
  온도가 ~150~200°C 이상으로 올라가면 알루미늄의 강도가 급격히 떨어집니다., 특수 합금이나 냉각 장치를 사용하지 않는 한 뜨거운 엔진이나 배기가스에 노출된 부품에서의 사용을 제한합니다..

7. 주조 알루미늄과 주철의 장점

주조 알루미늄의 장점

• 무게 절감: 주철보다 등가 부피당 최대 62.5% 가벼움 - 연비를 위한 운송에 매우 중요.
• 높은 열전도율: 더 나은 열 소산 (열교환기에 도움이 됨, 적절한 설계 후 자동차의 실린더 헤드).
• 좋은 부식 저항 캐스트; 강화된 보호 및 미적 특성을 위해 선택적으로 양극 산화 처리 가능.
• 얇은 벽과 복잡한 얇은 형상 기능 (특히 다이 캐스팅) — 부품 통합 및 업스트림 비용 절감 가능.
• 재활용성이 우수하고 대량 관련 운송 비용이 저렴합니다..

주철의 장점

• 더 높은 강성과 감쇠: 강성과 진동 제어가 필요한 구조물에 적합 (공작 기계 기지, 펌프 하우징).
• 우수한 내마모성과 마찰공학적 특성: 펄라이트 및 백주철은 연마/마모 환경에 탁월합니다..
• 고온에서 더 높은 압축 강도와 열 안정성 — 대형 엔진 블록에 사용됩니다., 실린더 라이너, 그리고 브레이크 로터.
• 일반적으로 kg당 원자재 비용이 낮습니다. 매우 큰 단면에 대한 견고한 주조 거동.

8. 주조 알루미늄과 주철의 한계

주조 알루미늄 제한 사항

• 낮은 강성: 동등한 강성을 달성하려면 더 큰 단면적이나 리브가 필요하며 일부 무게 이점을 줄일 수 있습니다..
• 낮은 고온 강도: 알루미늄은 철보다 더 빨리 고온에서 항복 강도를 잃습니다..
• 내마모성이 적음: 일반 주조 알루미늄이 더 부드럽습니다.; 표면 처리가 필요합니다 (하드 양극화, 코팅) 마모에 민감한 표면용.
• 다공성 및 가스 관련 결함: 알루미늄은 용융 및 주조 작업을 통제하지 않으면 가스 다공성과 수축 결함이 발생하기 쉽습니다..

주철의 한계

• 무거운: 밀도가 높을수록 부품 질량이 증가합니다. 무게에 민감한 응용 분야에는 부정적입니다..
• 취성 인장 거동: 회주철은 인장 연성이 낮고 충격을 받으면 부서지기 쉽습니다.; 디자인은 노치 민감도를 고려해야 합니다.
• 보호되지 않으면 부식됨: 코팅이나 부식 관리가 필요함.
• 낮은 열전도율 알보다 (더 느린 열 방출); 냉각 설계 조정이 필요할 수 있음.

9. 주조 알루미늄 대 주철: 차이점 비교

선택 안내 (실용적인 경험 법칙)

• 다음과 같은 경우에는 주조 알루미늄을 선택하십시오.: 대량 감소, 열 방출, 내식성과 얇은 벽 기능 통합이 주요 동인입니다. (예를 들어, 자동차 차체 부품, 방열판, 경량 하우징).
  대량 생산 및 벽 두께가 얇은 경우 알루미늄 다이캐스팅 사용, 기능이 풍부한 부품; 더 높은 구조적 성능과 후열 처리가 필요한 경우 A356-T6을 사용하십시오..
• 이럴 때는 주철을 선택하세요.: 단단함, 제동, 내마모성 또는 높은 서비스 온도가 가장 중요합니다. (예를 들어, 공작 기계 기지, 브레이크 구성 요소, 헤비듀티 하우징, 연마 마모 라이너).
  인성과 인장 연성이 요구되는 구조 부품에는 연성철을 선택하세요..
  감쇠 및 가공성에는 회주철을 사용하십시오. (무거운 기계 작업용) 중요하며 인장 연성은 덜 중요합니다..
• 의심스러울 때, 시스템 수준의 장단점 평가: 무거운 철 부품은 kg당 가격이 저렴할 수 있지만 다운스트림 비용은 증가합니다. (연료 소비, 손질, 설치);
  거꾸로, 알루미늄은 시스템 질량을 줄일 수 있지만 강성/마모 수명 목표를 달성하려면 더 큰 섹션이나 인서트가 필요할 수 있습니다. 부품 수준 질량을 실행합니다., 강성과 비용 비교.

10. 결론

주조 알루미늄과 주철은 상호 보완적인 재료입니다., 각각 고유한 속성이 애플리케이션 요구 사항과 일치하는 시나리오에서 탁월합니다..

알루미늄 주물이 경량을 지배합니다., 고효율 부문 (자동차 EV, 항공우주, 소비자 전자 장치) 무게 대비 강도 비율 덕분에, 열전도율, 복잡한 주조성. </기간>

주철은 견고한 작업에서 대체할 수 없습니다., 비용에 민감한 애플리케이션 (공작 기계, 건설 파이프, 전통적인 엔진) 내마모성으로 인해, 진동 댐핑, 그리고 저렴한 비용.</기간>

 

FAQ

같은 부피의 주철 부품보다 주조 알루미늄 부품이 얼마나 가볍습니까??

일반적인 밀도: 알루미늄 ~2.7g/cm3 대 주철 ~7.2g/cm3. 동일한 구성요소 볼륨용, 알루미늄은입니다 ~에 대한 62.5% 거룻배 (즉., 같은 부피의 알루미늄 질량 = 37.5% 주철 덩어리).

알루미늄이 엔진 블록의 주철을 대체할 수 있습니까??

알루미늄은 무게를 줄이기 위해 최신 엔진 블록과 실린더 헤드에 광범위하게 사용됩니다..

철을 대체하려면 강성을 고려한 세심한 설계가 필요합니다., 열 팽창, 실린더 라이너 전략 (예를 들어, 캐스트인 라이너, 철 소매) 피로와 마모에 주의.

고부하 또는 고온 애플리케이션용, 주철 또는 특수 알루미늄 합금/디자인이 선호될 수 있습니다..

어느 것이 더 저렴합니까?: 주조 알루미늄 또는 주철?

에 킬로그램당 기초, 철이 더 싼 경향이 있어요; 에 부품별 대답은 볼륨에 따라 다릅니다., 압형 (다이캐스팅 다이는 비싸다), 가공 시간, 그리고 무게 중심 시스템 비용 (예를 들어, 차량의 연료 소비).

높은 볼륨의 경우, 다이캐스트 알루미늄은 높은 재료 비용에도 불구하고 경제적일 수 있습니다..

마모에 더 잘 견디는 재료?

주철 (특히 펄라이트 또는 백철) 일반적으로 주조 알루미늄에 비해 내마모성이 우수합니다..

알루미늄은 마모 적용을 위해 표면 처리 또는 코팅할 수 있지만 추가 공정 없이는 경화된 철과 거의 일치하지 않습니다..

주조 알루미늄이 녹슬지 않습니까??

알루미늄은 철처럼 녹슬지 않습니다.; 추가 부식으로부터 보호하는 산화물 층을 형성합니다.. 일부 조건에서는 (염화물 노출, 갈바니 커플 링) 알루미늄은 부식될 수 있으며 코팅이나 음극 보호가 필요할 수 있습니다..