알루미늄 주물은 강도를 높이고, 치수 안정성을 향상시키거나, 까다로운 사용 조건에 더 잘 적응할 수 있도록 열처리를 거칩니다. 이 공정은 단일한 과정이 아니라, 각기 다른 온도와 결과를 갖는 일련의 열처리 사이클로 이루어져 있습니다. 어떤 사이클이 해당 부품에 적합한지는 합금 종류, 주조 공정, 그리고 도면에 명시된 실제 요구 사항에 따라 달라집니다. 이 가이드에서는 세 가지 단계, T4~T7 템퍼, 일반적인 온도, 그리고 어떤 주조 공정이 어떤 열처리를 안전하게 적용할 수 있는지에 대해 다루고 있으므로, 처음부터 올바른 공정을 지정할 수 있습니다.
알루미늄 주물을 왜 열처리해야 할까요?
알루미늄 주조품 주조 상태에서는 사용 가능하지만 강도가 제한적입니다. 열처리를 통해 합금 원소가 알루미늄 매트릭스 내에 용해된 후, 전위 이동을 차단하는 미세 입자로 다시 침전됩니다. 이를 통해 인장 강도가 높아지고 경도가 향상되며, 가공 후 치수 안정성도 높아집니다.
모든 주조품에 이것이 필요한 것은 아닙니다. 실온에서 하중을 받지 않는 하우징의 경우 주조 상태 그대로도 무방할 수 있으며, 필요 없는 열처리 공정에 비용을 지출하는 것은 돈 낭비입니다. 주조 상태 그대로는 강도나 안정성 요건을 충족할 수 없는 설계인 경우에만 열처리를 명시하십시오.
열처리의 원리: 용체화, 급냉, 시효
알루미늄 열처리는 다음 세 단계로 이루어집니다:
- 용액 처리 — 주물을 약 480~540°C로 가열하여 합금 원소가 알루미늄 매트릭스에 완전히 용해되도록 한다.
- 담금질 — 해당 부위를 보통 뜨거운 물, 고분자 용액, 또는 강제 통풍을 이용하여 급속히 냉각시켜, 해당 원소들이 용액 내에 고정되도록 한다.
- 노화 — 150~200°C로 일정 시간 동안 재가열하여 미세한 침전물이 형성되도록 하고, 이를 통해 재료의 강도를 높입니다.
용액 처리 단계에서는 화학적 변화를 유도하고, 급냉 처리로 이를 고정시키며, 노화 처리를 통해 강도를 높입니다. 현장에서는 두 가지 세부 사항이 중요합니다. 담금질에서 노화 처리로 넘어가는 시간은 정해진 대로 지켜야 합니다. 담금질 효과가 약해지기 시작하기 전까지 일반적으로 허용되는 시간은 15~20초이므로, 담금질 욕조는 용광로 바로 옆에 위치해야 합니다. 또한 주물을 너무 빽빽하게 포장하면 열이 고르지 않게 전달되므로, 적재 방식도 사양의 일부입니다.
온도 등급 설명: T4, T5, T6, T7
열처리 등급 표기는 주물이 어떤 공정을 거쳤는지를 나타냅니다. 각 열처리 등급은 강도, 연성 및 안정성의 균형이 서로 다르므로, 그 선택은 공급업체의 재량에 맡겨져서는 안 되며, 반드시 재료 사양서에 명시되어야 합니다.
| 성질 | 적용된 단계 | 일반적인 결과 | 일반적인 용도 |
|---|---|---|---|
| T4 | 용액 처리 + 급냉 + 자연 숙성 | 우수한 연성, 적당한 강도 | 주조 후 성형되거나 교정된 부품 |
| T5 | 인공 노화만 | 적당한 강도, 낮은 변형 및 물집 발생 위험 | 고압 다이캐스팅 (A380, ADC12) |
| T6 | 용액 처리 + 급냉 + 인위적 노화 | 대부분의 열처리 가능 합금에서 가장 높은 강도 | 구조용 모래 주조, 중력 주조 및 저압 주조 (A356, A357) |
| T7 | 용해 + 급냉 + 과노화 | 강도는 약간 낮지만, 치수 안정성은 더 우수함 | 고온 환경 또는 부식성 환경 |
T4는 담금질한 후 실온에서 며칠 동안 노화 처리합니다. 이 처리법은 우수한 연성과 적당한 강도를 제공하므로, 주조 후 성형이나 교정이 필요한 부품에 적합합니다.
T5는 용액 처리를 생략하고 바로 인위적 노화 공정으로 넘어갑니다. 강도 향상 폭은 크지 않지만, 변형 및 기포 발생 위험이 낮게 유지되기 때문에 T5는 A380 및 ADC12 소재의 고압 다이캐스팅에 사용되는 표준 열처리 상태입니다. A380의 경우, 수치로도 이를 확인할 수 있습니다: 인장 강도는 주조 상태의 약 310 MPa에서 T5 처리 시 345~360 MPa, T6 처리 시 최대 약 380 MPa로 증가하며, 항복 강도는 130 MPa에서 190~210 MPa로 상승합니다. 하지만 모든 다이캐스팅 합금이 T6 처리에 잘 반응하는 것은 아닙니다. 기공 및 규소 함량이 성능 향상을 제한하기 때문입니다.
T6는 전체 열처리 주기(용해, 급냉, 인위적 노화)를 거친 상태입니다. 이는 대부분의 열처리 가능 합금에서 최고의 강도를 제공하며, 모래 주조, 중력 주조 및 저압 주조품 A356 또는 A357 규격에서. 도면에 하중을 지탱하는 알루미늄 주물이 명시된 경우, 대개 T6가 적합한 선택입니다.
T7 처리는 전체 공정을 거치되, 부품을 과열시켜 T6 공정보다 더 오랫동안 또는 더 높은 온도에서 노화 온도를 유지합니다. 이를 통해 최고 강도를 약간 희생하는 대신 치수 안정성과 응력 부식 저항성을 높입니다. 부품이 고온에서 작동하거나 부식성 환경에 노출되는 경우에는 T7을 선택하십시오.
일반적인 기온 및 시간
일반적인 용체화 처리 온도는 480~540°C 범위이며, 인위적 노화 처리는 150~200°C에서 이루어집니다. 로 제조업체들은 이보다 약간 더 넓은 범위(용체화 처리 454~566°C, 노화 처리 100~218°C)를 제시하지만, 주조 현장에서는 대개 그 중간 범위를 따릅니다. 합금 규격과 열처리 담당자의 로 사양이 최종 결정 기준이 됩니다.
| 합금 | 프로세스 | 일반적인 주기 | 결과 |
|---|---|---|---|
| A356 | 모래 / 중력식 / 저압식 | T6: 용체화 ~535°C + 급냉 + 노화 ~155-160°C | 높은 강도, 우수한 연신율 |
| A357 | 모래 / 중력식 / 저압식 | T6: 용해 ~540°C + 급냉 + 노화 ~155°C | 일반적으로 사용되는 알루미늄 주조 합금 중 강도가 가장 높은 것 |
| A380 | 고압 다이캐스팅 | T5: 나이만, 해답 없음 | 적당한 두께, 물집이 생길 위험이 없음 |
| ADC12 | 고압 다이캐스팅 | T5: 연령만 | A380과 마찬가지로, 얇은 벽의 경우 유동성이 더 우수합니다. |
온도와 유지 시간은 합금 및 용광로마다 다르므로, 열처리 담당자는 부품을 투입하기 전에 해당 사양에 따라 공정 주기를 확인해야 합니다.
주조 공정을 통한 열처리
주조 공정은 열처리를 어느 정도 강도로 진행할 수 있는지를 결정하는데, 이는 용광로를 사용하기 전에 이미 미세구조(특히 기공)가 형성되기 때문이다.
| 주조 공정 | 열처리가 가능한가요? | 전형적인 성격 | 주요 제약 조건 |
|---|---|---|---|
| 모래 주조 | 예 | T4, T6, T7 | 광범위하게 열처리가 이루어지며, A356/A357의 경우 T6 열처리가 일반적입니다. |
| 중력 주조 (영구 금형) | 예 | T4, T6, T7 | 반응이 좋았습니다. T6는 구조용 부품에 흔히 사용됩니다. |
| 저압 다이 캐스팅 | 예 | T4, T6, T7 | 중력용과 동일한 제품군으로, 압력 밀폐 부품에 적합합니다. |
| 고압 다이캐스팅 | 한정판 | T5 (일부 합금의 경우 T6) | 용액 처리 과정에서 갇혀 있던 가스가 팽창하여 기포가 발생한다 |
모래 주조, 중력 주조 및 저압 주조품은 모두 동일한 열처리 가능 합금 계열(A356 및 A357)에 속하며, 일반적으로 T6 처리를 거칩니다. 이 주조품들의 기공률은 매우 낮아 용체화 열처리를 거치더라도 표면에 기포가 발생하지 않습니다.
고압 다이캐스팅은 예외입니다. 급속 응고로 인해 재료 내부에 작은 기포가 갇히게 되고, 완전 용해 주기로 인해 기포가 팽창하게 되어 부품의 강도가 약해지고 표면에 기포가 생길 수 있습니다. 이 때문에 A380 및 ADC12 부품은 T6 대신 T5 처리를 받으며, 완전 열처리된 T6 부품을 원하는 설계자는 대신 모래 주조, 중력 주조 또는 저압 주조를 명시해야 합니다.
열처리의 비용과 위험 요소
열처리는 비용이 들 뿐만 아니라 위험이 따릅니다. 주요 비용은 용광로 가동 자체, 고정 장치, 그리고 변형으로 인해 필요해지는 교정 또는 재가공 비용입니다. 주요 위험 요소는 변형과, 다이캐스팅의 경우 기포 발생입니다.
변형은 가장 흔한 품질 문제입니다. 담금질 욕조에의 침지 속도가 중요합니다. 일반적으로 단면 두께에 따라 0.15~3 m/s의 속도가 권장되며, 폴리머 담금질제를 사용하고 적절한 고정 장치를 적용하면 위험을 줄일 수 있습니다. 정밀 부품의 경우, 열처리 후 가공 여유를 두거나 교정 공정을 계획해야 합니다.
잘 알려지지 않은 사실: 열처리는 표면을 변화시켜 마감 처리에 영향을 줄 수 있으므로, 최종 가공 전과 접착력이 중요한 코팅이나 양극 산화 처리 전에 열처리를 실시해야 합니다.
자주 묻는 질문
모든 알루미늄 주조품은 열처리를 할 수 있습니까?
아닙니다. 열처리 가능한 합금(2xx, 6xx, 7xx 계열 및 A356, A357과 같은 주조 합금)만이 석출 경화 처리에 반응합니다. A380과 같은 고규소 다이캐스팅 합금은 에이징(T5) 처리는 가능하지만, 일반적으로 블리스터링 위험 없이 용체화 처리(T6)를 할 수는 없습니다.
왜 다이캐스팅에는 T6 대신 T5가 사용되나요?
다이캐스팅 제품은 급속 응고 과정에서 가스가 갇히게 됩니다. 완전한 용체화 처리를 거치면 부품이 가스가 팽창할 만큼 충분히 가열되어 표면에 기포가 생기고 내부 손상이 발생합니다. T5 처리는 용체화 단계를 생략하므로, 기포 발생 위험 없이 합금의 강도를 높일 수 있습니다.
열처리가 알루미늄 주물을 뒤틀리게 하나요?
가능합니다. 급냉 시 열 구배가 발생하여 얇은 부위가 뒤틀릴 수 있으며, 특히 두께가 고르지 않은 부품의 경우 뒤틀림 위험이 가장 큽니다. 고정 장치, 고분자 급냉제, 그리고 제어된 침지 방식을 통해 뒤틀림을 줄일 수 있으며, 열처리 후 가공 여유를 두는 것이 실질적인 안전 장치입니다.
T6와 T7의 차이점은 무엇인가요?
두 재료 모두 전체 열처리 공정을 거칩니다. T7은 과노화 처리를 추가하여, 최대 강도를 약간 희생하는 대신 치수 안정성과 응력 부식 저항성을 높입니다. 고온에서 작동하거나 부식성 환경에 노출되는 부품에는 T7을 선택하십시오.
결론
열처리는 사용 가능한 주물을 구조용 주물로 만들어 주지만, 이는 합금, 공정 및 템퍼가 적절히 조화를 이룰 때에만 가능합니다. T6는 A356 및 A357 규격의 모래주조, 중력주조 및 저압주조에서 여전히 주된 용도로 사용되며, T5는 고압 다이캐스팅에 실용적인 해결책이고, T7은 고온 및 부식성 환경에서 사용됩니다. 도면 작성 단계에서 템퍼를 명시하고, 합금 표준에 따라 열처리 주기를 확인하십시오. 부품에 적합한 열처리 주기가 확실하지 않은 경우, 도면과 사용 조건을 당사 엔지니어에게 보내주시면 모래 주조 또는 주조 후 열처리 권장 사항.
