알루미늄 합금 완벽 가이드: 조성, 특성 및 주요 응용 분야

이 글에서는 알루미늄 합금, 다양한 알루미늄 합금 유형, 알루미늄 합금의 특성에 대해 학습합니다.

알루미늄 합금이란?

알루미늄 합금은 알루미늄을 주성분으로 하고 다른 원소를 첨가한 소재입니다. 알루미늄이 용융 상태(액체)일 때 원소들을 혼합하고 냉각하여 균질한 고체 용액을 형성합니다. 다른 원소들은 합금 부피의 최대 15%까지 차지할 수 있습니다.

철, 구리, 마그네슘, 실리콘, 아연 등이 다른 원소들입니다. 순수 금속 원소에 비해 알루미늄에 원소를 첨가하면 합금의 강도, 가공성, 내식성, 전기 전도도, 밀도 등이 향상됩니다. 알루미늄 합금은 가볍고 내식성이 뛰어납니다.

알루미늄은 소량의 다른 금속과 합금화할 때 가장 광범위하게 사용됩니다. 소량의 합금 원소 첨가는 이 연약하고 약한 금속을 경도가 높고 강한 금속으로 변환하면서도 경량 특성을 유지시킵니다. 합금은 주조용과 단조용으로 분류되며, 두 그룹 모두 시효 경화형 합금을 포함합니다. 이 두 클래스의 합금은 강화형 열처리에 반응하는지 여부에 따라 추가로 분류됩니다.

일반 공학적 용도의 주조에는 알루미늄에 소량의 구리와 아연을 12.5~14.5% 아연, 2.5~3.0% 구리 비율로 합금화합니다. 항공기 제작용으로 고강도 주조 및 단조 합금의 중요한 시리즈가 최근 개발되었습니다. 그러한 합금의 예로는 아연 5%, 마그네슘 3%, 구리 2.2%, 니켈 최대 1%, 나머지가 알루미늄인 합금이 있습니다.

알루미늄 합금의 종류

알루미늄은 구리, 마그네슘, 아연, 망간, 실리콘, 니켈 등 다른 원소와 쉽게 합금화되어 다양한 특성을 개선할 수 있습니다. 소량의 합금 원소를 다른 금속에 첨가하면 연약하고 약한 금속을 경량 특성을 유지하면서 단단하고 강한 금속으로 변환하는 데 도움이 됩니다. 다양한 알루미늄 합금은 다음과 같습니다:

1. 듀랄루민(Duralumin)
2. 와이 합금(Y-alloy)
3. 마그날륨(Magnalium)
4. 힌달륨(Hindalium)

이 알루미늄 합금들은 아래에서 논의합니다:

1. 듀랄루민 (Duralumin)

중요한 단조 합금입니다. 화학적 조성은 다음과 같습니다.
구리 = 3.5~4.5%
망간 = 0.4~0.7%
마그네슘 = 0.4~0.7%
알루미늄 = 94%

특성

듀랄루민은 융점이 낮아 매우 쉽게 단조, 주조, 가공할 수 있습니다. 알루미늄 특유의 경량성과 연강에 견줄 만한 높은 인장 강도를 가집니다. 그러나 내식성은 낮고 전기 전도도는 높습니다.

이 합금은 열처리와 시효 경화 후 더 높은 강도를 가집니다. 가공 후 이 합금을 3~4일간 실온에서 시효 경화하면 됩니다. 이 현상을 시효 경화라고 합니다.

실온에 노출되면 자발적으로 경화됩니다. 이 합금은 퀜칭 후 가공 가능한 기간 동안 충분히 부드럽습니다. 강도에 비해 다른 금속보다 가볍습니다. 500°C에서 쉽게 열간 가공할 수 있습니다. 그러나 단조와 어닐링 후에는 냉간 가공도 가능합니다.

용도

듀랄루민은 단조, 프레스, 봉, 판, 튜브, 볼트, 리벳 등 단조 상태로 사용됩니다. 높은 강도와 경량성으로 인해 자동차와 항공기 부품에 널리 사용됩니다.

듀랄루민 판의 강도를 개선하기 위해 알루미늄 얇은 막을 이 판과 함께 압연합니다. 이러한 복합 판은 항공기 산업에서 널리 사용됩니다. 또한 수술 및 정형외과용, 비자성 작업, 측정 기기 부품 제작에도 사용됩니다.

2. 와이 합금 (Y-alloy)

와이 합금은 구리-알루미늄 합금이라고도 합니다. 순수 알루미늄에 구리를 첨가하면 강도와 가공성이 향상됩니다. 화학적 조성은 다음과 같습니다.

구리 = 3.5~4.5%
망간 = 1.2~1.7%
니켈 = 1.8~2.3%
실리콘, 마그네슘, 철 = 각각 0.6%
알루미늄 = 92.5%

특성

알루미늄에 구리를 첨가하면 강도와 가공성이 향상됩니다. 와이 합금은 쉽게 주조 및 열간 가공할 수 있습니다. 듀랄루민과 마찬가지로 이 합금도 열처리와 시효 경화를 거칩니다. 와이 합금의 시효 경화 공정은 실온에서 약 5일간 수행됩니다.

용도

와이 합금은 주로 주조용으로 사용되지만, 듀랄루민처럼 단조 부품에도 사용할 수 있습니다. 와이 합금은 고온에서 듀랄루민보다 강도가 더 좋기 때문에 항공기 엔진의 실린더 헤드, 피스톤, 크랭크케이스, 내연기관 다이캐스팅, 펌프 로드 등에 많이 사용됩니다.

3. 마그날륨 (Magnalium)

마그날륨은 알루미늄, 마그네슘, 구리, 니켈, 주석 등의 합금입니다. 조성은 다음과 같습니다.
Al = 85~95%, Cu = 0~25%, Mg = 1~5%,
Ni = 0~1.2%, Sn = 0~3%, Fe = 0~0.9%,
Mn = 0~0.03%, Si = 0.2~0.6%.

진공 상태에서 알루미늄을 2~10% 마그네슘과 함께 녹인 다음
진공 또는 100~200기압 압력 하에서 냉각시켜 만듭니다.

특성

마그날륨은 가볍고 부서지기 쉽습니다. 이 합금은 주조성은 나쁘지만 가공성은 좋습니다. 쉽게 용접할 수 있습니다.

용도

경량성과 우수한 기계적 특성으로 인해 주로 항공기와 자동차 부품 제작에 사용됩니다.

4. 힌달륨 (Hindalium)

힌달륨은 알루미늄 합금의 일반적인 상표명입니다. 알루미늄, 마그네슘, 망간, 크롬, 실리콘 등의 합금입니다. 인도에서는 힌두스탄 알루미늄 주식회사, 레누쿠트(U.P.)에서 생산합니다. 힌달륨은 일반적으로 16게이지 압연 제품으로 생산됩니다. 이 합금으로 만든 기구는 강하고 단단하며, 쉽게 세척되고, 스테인리스강보다 저렴하며, 미려한 마감, 우수한 내스크래치성, 열 흡수가 적습니다.

용도

힌달륨은 주로 양극 산화 처리된 기구 제조에 사용됩니다. 이 합금으로 만든 기구는 강하고 단단하며, 쉽게 세척되고, 스테인리스강보다 저렴하며, 미려한 마감, 우수한 내스크래치성, 열 흡수가 적습니다.

이상 다양한 알루미늄 합금 유형과 필요한 특성에 따른 용도를 다뤘습니다. 이 글이 유익하셨다면 친구들과도 공유해 주세요.