비철금속 주조

철금속은 그 우수성, 다양한 기계적 특성 및 저렴한 비용으로 인해 엔지니어링 산업에서 광범위하게 사용됩니다. 그러나 비철금속은 일반적으로 높은 비용에도 불구하고 철합금에 비해 특정 특성으로 인해 다양한 응용 분야에 사용됩니다. 이러한 합금에서는 가공 경화, 시효 경화 등을 통해 원하는 기계적 특성을 얻을 수 있지만 철 합금에 사용되는 일반적인 열처리 공정을 통해서는 얻을 수 없습니다. 관심 있는 주요 비철 재료로는 알루미늄, 구리, 아연 및 마그네슘이 있습니다.

1. 알루미늄

모든 비철 합금 중에서 알루미늄과 그 합금은 우수한 특성 때문에 가장 중요합니다. 엔지니어링 산업에서 사용되는 순수 알루미늄의 특성 중 일부는 다음과 같습니다.

• 1) 우수한 열전도율(0.53cal/cm/C)
• 2) 우수한 전기전도도(376·600/ohm/cm)
• 3) 낮은 질량밀도(2.7g/cm2)
• 4) 저융점(658C)
• 5) 우수한 내식성
• 6) 독성이 없습니다.
• 7) 반사율이 가장 높고(85~95%) 방사율이 매우 낮습니다(4~5%).
• 8) 매우 부드럽고 연성이 있어 제조성이 매우 우수합니다.

순수 알루미늄이 일반적으로 사용되는 일부 응용 분야는 전기 전도체, 라디에이터 핀 재료, 에어컨 장치, 광학 및 반사판, 호일 및 포장 재료에 있습니다.

위의 유용한 용도에도 불구하고 순수 알루미늄은 다음과 같은 문제로 인해 널리 사용되지 않습니다.

• 1) 인장강도(65MPa)와 경도(20BHN)가 낮다.
• 2. 용접이나 납땜이 매우 어렵습니다.

알루미늄의 기계적 성질은 합금을 통해 실질적으로 향상될 수 있습니다. 사용되는 주요 합금 원소는 구리, 망간, 실리콘, 니켈, 아연입니다.

알루미늄과 구리는 화합물 CuAl2를 형성합니다. 548C 이상의 온도에서는 액체 알루미늄에 완전히 용해됩니다. 이것을 담금질하고 인위적으로 시효(100~150℃에서 장기간 유지)하면 경화된 합금이 얻어진다. 노화되지 않은 CuAl2는 알루미늄과 구리의 고용체로부터 석출될 시간이 없어 불안정한 위치(상온에서 과포화 상태)에 있게 됩니다. 시효 과정에서 매우 미세한 CuAl2 입자가 침전되어 합금이 강화됩니다. 이 과정을 용액 경화라고 합니다.

사용되는 다른 합금 원소는 마그네슘 최대 7%, 망간 최대 1.5%, 실리콘 최대 13%, 니켈 최대 2%, 아연 최대 5%, 철 최대 1.5%입니다. 이 외에도 티타늄, 크롬, 콜럼븀도 소량 첨가될 수 있습니다. 영구성형 및 다이캐스팅에 사용되는 대표적인 알루미늄 합금의 조성은 표 2.10에 그 용도와 함께 제시되어 있다. 영구 주형이나 압력 다이캐스팅을 사용하여 이러한 재료를 주조한 후 예상되는 기계적 특성은 표 2.1에 나와 있습니다.

2. 구리

알루미늄과 마찬가지로 순수 구리도 다음과 같은 특성으로 인해 널리 응용됩니다.

• 1) 순수 구리의 전기 전도도는 가장 순수한 형태에서 높습니다(5.8 x 105 /ohm/cm). 불순물이 조금이라도 있으면 전도성이 크게 저하됩니다. 예를 들어 인이 0.1% 첨가되면 전도도가 40% 감소합니다.
• 2) 열전도율이 매우 높습니다(0.92cal/cm/C).
• 3) 중금속이다(비중 8.93).
• 4) 브레이징으로 쉽게 접합할 수 있다.
• 5) 부식에 강하다.
• 6) 색상이 마음에 듭니다.

순수 구리는 전선, 버스 바, 전송 케이블, 냉장고 튜브 및 배관 제조에 사용됩니다.

가장 순수한 상태의 구리는 기계적 성질이 그리 좋지 않습니다. 부드럽고 비교적 약합니다. 기계적 성질을 향상시키기 위해 수익성 있게 합금화될 수 있습니다. 사용되는 주요 합금 원소는 아연, 주석, 납, 인입니다.

구리와 아연의 합금을 황동이라고 합니다. 아연 함량이 최대 39%인 구리는 단상(α상) 구조를 형성합니다. 이러한 합금은 연성이 높습니다. 합금의 색상은 아연 함량이 20%까지 빨간색으로 유지되지만 그 이상에서는 노란색으로 변합니다. β상이라고 불리는 두 번째 구조 성분은 아연의 39~46%에서 나타납니다. 실제로 경도 증가의 원인은 금속간 화합물인 CuZn입니다. 황동에는 망간과 니켈을 소량 첨가하면 강도가 더욱 높아집니다.

구리와 주석의 합금을 청동이라고 합니다. 주석 함량이 증가함에 따라 청동의 경도와 강도가 증가합니다. 주석 비율이 5 이상으로 증가하면 연성은 감소합니다. 알루미늄도 첨가하면(4~11%) 결과 합금은 알루미늄 청동으로 불리며 내식성이 상당히 높습니다. 청동은 고가의 금속인 주석이 포함되어 있기 때문에 황동에 비해 상대적으로 가격이 비쌉니다.

3. 기타 비철금속

아연

아연은 낮은 녹는점(419.4°C)과 더 높은 내식성 때문에 엔지니어링에 주로 사용되며 아연의 순도가 높아질수록 증가합니다. 내식성은 표면에 보호 산화물 코팅이 형성되어 발생합니다. 아연은 부식으로부터 강철을 보호하기 위한 아연도금, 인쇄 산업 및 다이캐스팅 분야에서 주요 용도로 사용됩니다.

아연의 단점은 변형 조건에서 나타나는 강한 이방성, 노화 조건에서 치수 안정성 부족, 저온에서의 충격 강도 감소 및 입계 부식에 대한 민감성입니다. 인장강도와 경도가 크게 감소하기 때문에 95.C 이상의 온도에서는 사용할 수 없습니다.

다이캐스팅에 널리 사용되는 이유는 더 낮은 압력을 필요로 하여 다른 다이캐스팅 합금에 비해 다이 수명이 길어지기 때문입니다. 게다가 가공성이 매우 좋다. 아연 다이캐스팅으로 얻은 마감 처리는 분할면에 존재하는 플래시 제거를 제외하고 추가 가공을 보장하기에 적합한 경우가 많습니다.

마그네슘

가벼운 무게와 우수한 기계적 강도로 인해 마그네슘 합금은 매우 빠른 속도로 사용됩니다. 동일한 강성을 위해 마그네슘 합금은 C25 강철 무게의 37.2%만 필요하므로 무게가 절약됩니다. 사용되는 두 가지 주요 합금 원소는 알루미늄과 아연입니다. 마그네슘 합금은 사형주조, 영구주형주조 또는 다이캐스트일 수 있습니다. 사형 주조 마그네슘 합금 부품의 특성은 영구 주형 주조 부품이나 다이캐스트 부품의 특성과 비슷합니다. 다이캐스팅 합금은 일반적으로 비용 절감을 위해 2차 금속으로 제조할 수 있도록 구리 함량이 높습니다. 이는 자동차 바퀴, 크랭크 케이스 등을 만드는데 사용됩니다. 함량이 높을수록 압연 및 단조 부품과 같은 마그네슘 단조 합금의 기계적 강도가 높아집니다. 마그네슘 합금은 대부분의 전통적인 용접 공정으로 쉽게 용접할 수 있습니다. 마그네슘 합금의 매우 유용한 특성은 높은 가공성입니다. 저탄소강에 ​​비해 가공에 필요한 동력은 약 15%에 불과합니다.