주물용 알루미늄합금의 종류 및 선택시 고려할 점

[총무 박철현]

주물용 알루미늄합금의 종류 및 선택시 고려할 점

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 자료제공 : 기술사 전철진

주물용 알루미늄합금의 규격 및 용도를 Table1에, 그리고 주조성과 그 적응성에 대한 일반적인 특성을 Table2에 각각 나타냈다.

주조성을 엄밀하게 비교하려면 제품의 종류, 사이즈, 형상을 고려하여야 한다. 우리나라에서는 이들 합금중 비교적 강도가 높고 주조성과 합금의 적응성이 좋은 AC4종 및 AC2종이 가장 널리 사용되고 있다.  AC3종의 경우 박육주물용으로 많이 사용되며, AC5종과 8종의 경우 내열용으로, 또한  AC7종은 내식용으로 사용된다. AC1종과 AC5종, 및 AC7종의 합금계는 수축에 의해 주조Crack과 기포결함(Porosity)이 발생하기 쉬우므로 특히 주의하여야 한다.  또한 사형주조(Sand Casting)하는 경우는 금형주조 보다 일반적으로 주조조직이 粗大하고 강도가 낮다.

  알루미늄합금 주물의 실체강도는 형상, 두께, 주조방법, 합금의 종류, 열처리 등에 따라서 달라지지만, 일반적으로 실체인장강도는 시험편의 강도에 대해, 사형주조의 경우 약70%, 금형주조인 경우 약90%로 낮아진다. 신율의 경우는 약50% 정도 낮아진다. 후육부에서는 차이가 더욱 커진다.  대부분의 주물용 알루미늄합금은 시효경화(Age Hardening)열처리에 의해 성질이 개선되는데, 보통 Quenching-Tempering(T-6열처리)에 의해 주방상태(F) 보다도 강도가 50%정도 향상된다. 따라서 높은 하중에 견뎌야 하는 부품의 경우 T-6열처리를 실시한다. 200∼250℃의 고온에서의 강도는 AC5종 및 AC8종이 우수하지만, 특히 AC5A는 고온 Creep특성도 좋다. 반면 AC5A은 주조성이 아주 나쁘다. 알루미늄합금 주물은 저온취성은 없다.

  이상과 같이 주물용알루미늄 합금의 선택의 개략적인 지침을 Table3.에 정리하였다. 합금을 선정하기전에 먼저 주물제품의 사용조건과 요구성질을 명확하게 이해하고 이를 만족하는 합금을 선택해야한다. 하지만 모든조건을 만족하는 합금은 없으며 특정성질이 우수하면 다른성능이 떨어지는 경우가 많다. 예를들면 기계적성질 등은 우수하나 주조성이 나쁜 합금에서는 주물로써 주조결함이 발생하기 쉽고 높은 실체강도를 얻기가 곤란하며, 경제성도 좋지않은 경우가 있다. 그밖에도 주조방식, 주조공장의 설비와 능력도 고려하지 않으면 안된다. 즉, 알루미늄 합금재료는 요구되는 특성, 주조성, 생산능력 및 제품의 경제성을 모두 고려하여 선정할 필요가 있다.

Table1(a) 주물용 알루미늄합금 종류 및 용도(KSD6008-1993)

종 류	기 호	합 금 계	주형의 구분	참     고
				상당합금명	합금의 특색	용 도 보 기
주물1종A	AC1A	Al-Cu	금형,사형	ASTM:295.0	기계적 성질이 우수하고, 절삭성이 좋으나, 주조성이 좋지 않다.	기어하우징, 컴프레서 커넥팅로드, 철도차량용 시트프레임, 가전용부품, 자전거부품,항공기용 피팅류,
주물1종B	AC1B	Al-Cu-Mg	금형,사형	ASTM:204.0 ISO AlCu4MgTi NF: AU5GT	기계적 성질이 우수하고, 절삭성이 좋으나, 주조성이 좋지 않으므로 주조방안에 주의를 요한다.	가전용부품, 중전기부품, 자전거부품, 항공기부품
주물2종A	AC2A	Al-Cu-Si	금형,사형		주조성이 좋고, 인장강도는 높으나 연신율이 적다. 일반용으로 우수하다.	메니폴드, 디프캐리어, 펌프바디, 실린더헤드, 자동차 하체부품
주물2종B	AC2B	Al-Cu-Si	금형,사형	ASTM:319.0	주조성이 좋고, 일반용으로 가장 널리 사용되고 있다.	실린더헤드, 밸브바디, 크랭크케이스, 클러치하우징
주물3종A	AC3A	Al-Si	금형,사형		유동성이 우수하고, 내식성도 좋으나 내력이 낮다.	케이스류, 커버류, 하우징류의 얇은 것, 복잡한 모양의 것
주물4종A	AC4A	Al-Si-Mg	금형,사형		주조성이 좋고 인성이 우수하며 강도가 요구되는 대형주물에 사용된다.	메니폴드, 브레이크 드럼, 미션케이스,크랭크케이스, 기어박스, 선박차량용 엔진부품
주물4종B	AC4B	Al-Si-Cu	금형,사형	ASTM: 333.0	주조성이 좋고, 인장강도는 높으나 연신율이 적다. 일반용으로 가장 널리 쓰인다.	크랭크케이스,실린더헤드,매니폴트,항공기용 전장품
주물4종C	AC4C	Al-Si-Mg	금형,사형	ASTM: 356.0 ISO: AlSi7Mg(Fe)	주조성이 우수하고, 내압성, 내식성도 좋다.	실린더블록, 유압부품, 미션케이스, 플라이휠하우징, 항공기부품, 소형엔진부품, 펌프부품
주물4종CH	AC4CH	Al-Si-Mg	금형,사형	ASTM:A356.0 ISO: AlSi7Mg	주조성이 우수하고,기계적 성질도 우수하다. 고급주물에 사용된다.	자동차용 Wheel, 항공기용 엔진부품 및 유압부품
주물4종D	AC4D	Al-Si-Mg	금형,사형	ASTM:A355.0 ISO: AlSi5CuMg	주조성이 우수하고, 기계적성질도 좋다. 내압성이 요구되는 것에 사용된다.	엔진용 수냉실린더헤드, 실린더블록, 연료펌프바디,기어하우징, 항공기용 유압부품

 Table1(b) 주물용 알루미늄합금의 종류 및 용도( KSD6008-1993)  

종 류	기 호	합금계	주형의구분	참     고
				상당 합금명	합금의 특색	용 도 보 기
주물5종A	AC5A	Al-Cu- Ni-Mg	금형,사형	ASTM(AA):242.0 ISO: AlCu4Ni2Mg2	8종과 함께 내열용으로 쓰인다. 고온에서 인장강도가 높다. 주조성은 좋지 않다.	공냉실린더 헤드, 선박 대형디젤기관용 피스톤, 항공기용 엔진부품 등
주물7종A	AC7A	Al-Mg	금형,사형	ASTM(AA):514.0	내식성이 우수하고 인성과 양극산화성이 좋다. 주조성은 좋지 않다.	가선용금구,선박용부품, 조각소재,사무기기, 의자, 항공기 등
주물8종A	AC8A	Al-Si-Cu-Ni-Mg	금형	ASTM(AA):336.0	내열성이 우수하고 내마모성도 좋으며 열팽창계수가 작다.(Low- Ex합금) 인장강도도 높다.	자동차.디젤기관용 피스톤,선박용피스톤,활차,베어링
주물8종B	AC8B	Al-Si-Cu-Ni-Mg	금형		내열성이 우수하고 내마모성도 좋으며 열팽창계수가 작다. 인장강도도 높다.	자동차 피스톤, 활차, 베어링
주물8종C	AC8C	Al-Si-Cu-Mg	금형	ASTM(AA):332.0	내열성이 우수하고 내마모성도 좋으며 열팽창계수가 작다.인장강도도 높다.	자동차 및 Heavy duty용  피스톤, Pully, 베어링
주물9종A	AC9A	Al-Si-Cu-NI-Mg	금형		내열성이 우수하고 열팽창계수가 작다.내마모성은 좋으나 주조성이나 절삭성은 좋지 않다.	피스톤(공랭2사이클용) 등
주물9종B	AC9B	Al-Si-Cu-NI-Mg	금형		내열성이 우수하고 열팽창계수가 작다.내마모성은 좋으나 주조성이나 절삭성은 좋지 않다.	피스톤(디젤기관용,수랭2사이클용), 공랭실린더 등

Table 2. 주조용 알루미늄합금의 일반적 특성

기호

적응성

용탕의 가스흡수

용탕의 유동성

용탕의 보급능

수축 경향

耐열간균열성

내압성

열처리유.무

고온 강도

내식성

가공성

연마성

용접성

양극산화특성

도금 특성

금형

사형

AC1A

D

B

C

C

C

C

D

D

유

A

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A

A

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AC2A

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유

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C

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AC2B

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A

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B

B

B

B

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유

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C

C

C

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C

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AC3A

A

A

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A

A

A

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무

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B

E

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AC4A

A

A

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유

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C

C

AC4B

A

A

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A

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A

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유

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C

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AC4C

A

A

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A

A

A

A

유

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B

C

C

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C

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AC4D

B

A

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B

A

A

A

유

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B

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A

AC5A

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C

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C

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유

A

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B

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AC7A

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무

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A

A

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AC7B

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E

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유

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A

A

A

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AC8A

A

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C

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A

A

유

A

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C

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C

E

C

AC8B

A

B

C

B

B

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A

A

유

A

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C

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C

E

C

AC8C

A

B

C

B

B

A

A

A

유

A

C

C

D

C

E

C

Table 3. 주조용 알루미늄합금의 선정지침

요구성질	금형주물	사형주물	요구성질	금형주물	사형주물
양호한 주조성  -주조상태에서 중정도의 강도  -주조상태 보다 높은 강도  -열처리후 높은강도	AC 2A, 2B, 3A,4C,4D,8A AC 4B, 8B, 8C AC 4A,4B,4C,8A,8B,8C	AC 2A, 2B AC 2A, 4B	고인성	AC 1A, 1A-T, 3A, AC 4C-T, 7A	AC 1A, 1A-T, 3A, AC 7A, 7B-T
높은 내압성  -주조상태에서 중정도의 강도  -주조상태 보다 높은 강도  -열처리후 높은강도	AC 2A, 4C, 4D, 8A AC 8B, 8C AC 4C, 4D, 8B, 8C		가공성	AC 1A-T   AC 5A-T, 7A	AC1A-T AC5A-T, 7A, 7B-T
주조상태에서 고강도  -중정도의 인성  -높은 인성	AC 2A, 5A, AC 3A,4A,4C,7A	AC 3A AC 7A	연마성	AC 1A-T   AC 5A-T, 7A	AC1A-T AC5A-T, 7A, 7B-T
열처리후 고강도  -중정도의 인성  -높은 인성	AC 4A, 4D AC 1A, 4C	AC 4D AC 1A, 4C	양호한 양극산화처리	AC 1A-T,   AC 5A-T, 7A	AC1A-T, 7A    AC5A-T, 7A7B-T
고강도   인성은 낮지만 항복강도는   높음	AC 2A-T AC 4A-T AC 5A-T AC 8A-T AC 8B-T AC 8C-T	AC 1A-T AC 2A-T AC 4A-T AC 5A-T	양극산화처리에 의한 내식성의 개선	AC 1A, 1A-T, 3A, AC 4C-T, 7A	AC1A, 1A-T, 3A, AC4C-T, 7A
			도금성	AC 1A-T, 2A-T   AC 4A-T, 4D-T AC 5A-T	AC1A-T, 2A-T   AC4C-T, 4D-T AC5A-T
고온강도	AC 1A-T AC 5A-T AC 8A-T AC 8B-T AC 8C-T		용접성	AC 2A, 2B, 3A AC 4A, 4B, 4C,4D	AC 2A, 2B, 4A, 4B, AC 4C, 4D

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자료제공 : 기술사 전철진