• 가공용 알루미늄 합금

    • 가공용 알루미늄합금을 크게 나누면 duralumin계의 Al-Cu-Mg계, Al-Zn-Mg계의 주체로하는 고강도합금계와 Al-Mn계, Al-Mg-Si계를 주체로 하는 내식성 합금계로 나눌 수 있다. 함금의 명칭과 질별기호 합금의 명칭은 미국의 Alcoa사의 합금명이 널리 상용되고 있는데, 이것은 가공용 합금은 모두 S를 붙이고, 그 앞의 둘째자리 숫자로 합금의 계통을 나타낸다. 예를 들면 50대의 합금은 Al-Mg계, 70대는 Zn을 가한 합금계이다. 또 이 합금명 다음에 열처리 또는 가공과 같은 처리의 종류‧정도를 나타내는 부호를 붙이는 것이 보통이며, 이 부호는 주조용 합금에도 붙이는 일이 많다. 그런데 1954년 미국 알루미늄협회(Aluminum Association)에서 그 합금번호(AA Number)를 통일하여 사용하게 되었다. 이 합금번호는 4자리숫자로 되어 있으며, 왼편에서 첫 자리 숫자는 다음과 같은 합금계를 나타낸다.

    • 1000개열의 알루미늄 99.00% 이상
      2000계열 Al-Cu계 합금
      3000계열 Al-Mn계 합금
      4000계열 Al-Si계 합금
      5000계열 Al-Mg계 합금
      6000계열 Al-Mg-Si계 합금
      7000계열 Al-Zn계 합금
      8000계열 기타
      9000계열 예비
  • 내식성 알루미늄 합금

    • 알루미늄에 다른 원소를 첨가했을 때 내식성은 별로 악화되지 않고 강도를 개선하는 원소는 소량의 Mn, Mg, Si 등이고 Cr도 응력부식균열을 방지하는 효과가 있다. 내식성을 악화하는 원소는 전기화학적으로 Al보다 귀한 금속 즉, Cu, Ni, Fe등이다. 따라서 내식성 알루미늄합금으로는 Al-Mn계, Al-Mg계, Al-Mg2si계가 주요한 것들이다. KS규격(D 6711)에는 주로 건축에 사용하는 알루미늄 및 알루미늄합금의 도장판 및 조에 대하여 규정하고 있다. 주요한 내식성 실용합금을 다음에 설명한다.

    • 1.Al-Mn합금

      실용합금으로는 2%Nb 이하의 것이 사용되며 Al-1.%Mn의 3003(3s)합금은 가공성‧용접성이 좋다. Al애 Mn을 넣으면 재결정온도가 상승하므로 완전히 소둔하려면 410로 2hr 정도 가열해야 한다. 이 합금은 입자가 커지는 일이 있는데. 이것은 주괴를 가공 전에 예열하면 방지된다. 그 이유는 주괴가 수냉주조되면 Mn이 과포화하게 고용된 상태에 있고 예열하면 β상의 석출을 촉진하여 결정립의 조대화를 방지하기 때문이라고 생각되고 있다.

    • 2.Al-Mg합금

      이 계의 합금이 주조용으로 사용되기도 하지만 가공용으로도 사용된다. 2-3% Mg합금은 주괴에서 용이하게 가공할 수 있으나 3%이상이 되면 결정편석이 증가하여 예비가공을 적당한 온도에서 하지 않으면 깨지기 쉽다. 실용합금은 6% Mg까지가 보통이나 특수 목적에는 10Mg의 것도 싱용된다. 이 합금은 내해수성이 좋고 강도 특히 피로강도의 온도에 따른 변화가 적고 또 용접도 가능하다.

    • 3.Al-Mg-Si 합금

      Mg2Si상을 석출하고 595공정온도에서 그 고용도는 약 1.85%이나 온도의 강하에 따라 감소한다. 따라서 이 합금에는 MgSi상의 석출과정에 의한 시효경화성이 있다. Mg2Si의 조성보다도 규소량이 많으면 규소석출에 의한 경화도 일어나서 더욱 강도는 높아진다. 이 합금은 용체화상태에서 가공하는 편이 강도가 높아진다. 이 종류의 합금은 강한 가공에 견디며 복잡한 모양의 부품을 주조하는데 적합하고 용접성‧내식성이 좋으며 전기저항이 낮다. 실용합금에는 0.45-1.5%Mg. 0.2-12%Si를 함유하는 6000계열대의 합금과 개량품이 있다.

  • 고강도 알루미늄 합금

    • Duralumin을 원조로 하여 발달한 시효경화성 합금이다. 이러한 합금은 Al-Cu-Mg계와 Al-Zn-Mg계로 나눌 수 있으며, 이 외에 단조용으로 Al-Cu계, 내열용으로 Al-Cr-Ni-Mg계의 합금도 있다. 이 종류의 합금성분과 기계적 성질은 KS규격(D 6701)에 알루미늄 및 알루미늄합금판 및 조에 포함시켜 규정하고 있다.

    • 1.Al-Cu-Mg계 합금

      이 계의 합금은 용체화처리 후 급냉하여 상온에 방치하면 시효경화한다. 시효에 기여하는 화합물은 CuAl2, S화합물이며 불순물로 Si가 들어가면 Mg2Si도 경화에 관계한다. S화합물은 Al5Cu2Mg2 또는 Al2CuMg라고 생각되고 있다. 이 계의 실용합금에는 2017, 2014, 2024의 합금이 있다.

      • ∙Duralumin

        2017합금(Al-4Cu-0.5Mg-0.5Mn)에 해당하며 500-510에서 용체화처리 후 수냉하여 상온시효경화시키면 기계적 성질이 개선된다. 강도가 크고 성형성도 좋다. 가공은 용체화처리 후 시효경화 전에 하는 것이 보통이나 이와 같은 용체화처리 후의 냉간가공은 처음의 시효경화속도를 크게 하지만 가공 후의 경화량은 가공도가 클수록 적어진다. 시효 후 다시 냉각가공하면 시효경화는 더욱 진행한다. 2024합금(Al-4.4Cu-0.8Si—0.6Mn-0.4Mg)은 강도‧성형성‧경도가 높고 T4처리재는 2024합금보다 강도가 적으나 T6처리하면 2024합금과 같은 강도를 갖는다. T6처리는 170, 10hr가 좋다.

      • ∙초 Duralumin(super duralumin, SD)

        2024합금(Al-4.5Cu-1.5Mg-06Mn)이며 T4처리하면 약 48kg/mm2의 강도를 갖고 항공재료로 사용된다. T6처리하면 T4처리한 것에 비하여 강도는 같으나 내력(σ0.2)이 상승하고 연신이 감소한다. 그러나 연신이 낮아도 실용상 지장이 없으므로 T6재로 이용된다. T6처리는 190로 10~12hr 실시한다. 이러한 합금들은 내식성이 별로 좋지 않으므로 부식의 염려가 있는 곳에서는 판재의 표면에 순 Al을 피복한 clad재를 사용한다.

    • 2.Al-Zn-Mg계 합금

      이 계에 속하는 것에 초초 duralumin(Extra Super Duralumin, ESD)이라 하여 항공기재로 쓰이는 것,또는 clad 재나 압출재로 쓰이는 75S합금 등이 있다. ESD 합금(7075합금)은 1.5-2.5%Cu, 7-9%Zn, 1.2-1.8%Mg, 0.3-1.5%Mn, 0.1-0.4Cr을 품는다. 이 계의 합금은 약 5^ 이상의 MgZn2를 함유하는 합금은 시효경화성이 현저하므로 고강도합금으로 주목되고 있다. 그러나 응력부식균열성이 있어 자연균열(season cracking)을 일으키는 경향이 있으므로 0.2-0.3%Cr 또는 Mn을 첨가해서 자연균열을 억제하고 있다. 열처리는 450에서 용체화하여 약 120로 24hr 인공시효 경화시킨다. 시효재의 인장강도는 약 60kgl/mm2이고 Al합금 중 최고의 강도를 갖는다. 이 외에 HD합금(5.5%Zn, 1.2-2%Mg, 0.7-0.8%Mn, 0.25-0.3%Cr)이 있으며, 이것은 고온변형 저항이 낮은 특징이 있고 420에서 용체화하여 20일 상온시효시키면 σB50kg/mm2, σ0.228kg/mm2, δ15%정도의 인장특성을 갖는다.

  • 기타 알루미늄 합금

    • 1. 합금판

      고강도합금의 결점은 내식성이 나쁜 것이므로 판재의 표면에 모재보다도 전기화학적으로 안정한, 내식성이 좋은 순알루미늄 또는 알루미늄합금으로 피복한 합판(alclad)이 제조되고 있다. 합판의 열처리 때에는 내판에서 외판으로 Cu가 확산하여 외판의 내식성을 해치므로 용체화처리는 도께 3mm 미안은 1회, 3mm 이상은 2-3회 이내로 제한한다. 내판-외판 합금 예를 들면 2014(내)-6003(외), 2017-1230, 2024-1230, 7075-7072 등이 있다.

    • 2. 리벳재 합금

      이 목적에는 2117합금(Al-2.6Cu-0.35Mg)이 주로 사용된다. 리벳(rivet)은 용체화처리 후 시효경화 전에 체결작업을 끝내야 한다. 따라서 리벳재는 시효경화가 늦게 일어나는 합금이 좋다. Al-Cu-Mg계 고강도합금에서는 Cu%가 많을수록 용체화처리 후 시효경화가 일어나기까지의 잠복기간(incubation period)과 시효경화가 포화할 때까지의 기간이 단축되므로 Cu%를 2.6%정도로 저하시킨 것이 2117합금이다. 그러나 Cu%가 낮으므로 강도는 2017합금보다 낮다. 강도를 요하는 부분에는 2017, 2024합금 등도 이용되나 이러한 합금은 잠복기간이 짧으므로 시간적인 관리를 엄중히 해야 한다. 또한 잠복기간은 시효온도가 낮으면 길게되므로 -5이하로 리벳을 저장하면 경질상태를 오랫동안 보존할 수 있따. 또 고강도 합금에 Sn을 넣어 Mh2Sn화합물을 05%이상 함유하게 하면 잠복기간이 연장되며. 이 종류의 리벳이 항공기용에 이용된다. KS규격(D 6757)에 Al 및 Al 합금 리벳재가 규정되어 있다.

    • 3.내열 알루미늄 합금

      Y합금에 해당하는 2218합금(Al-4Cu-2Ni-1.5Mg)은 단조성은 불량하나 강도와 연전도성이 좋으므로 실린더헤드 ‧ 피스톤 등의 내열단조부품에 이용된다. 열처리에 있어서 완전소둔은 410에서 2-3hr 가열후 공냉하고 용체화가열은 505-515로 약 4hr 보존하여 작은 것은 물에, 큰 것은 열수(熱水) 중에 급냉한다. 인공시효는 230-240에서 5-8hr 가열한다. 4032합금 (Al-12.5Si-1.0Mg-0.9Mn-0.9Ni)도 단조성이 좋고, 팽창계수가 적으므로(19.4X10-6, 20-100)단조피스톤에 적합하다.

    • 4.단조용 합금

      Mg를 함유하지 않는 2025합금(Al-4.5Cu-08Mn-08Si)이 단조성이 좋으므로 항공기용 프로펠러 등에 이용된다. 2025-T6은 σB41kg/mm2, σ0.226kng/mm2, δ19% Brenell 경도 110, 피로강도(5X108∞)25kg/mm2이다.

    • 5.알루미늄 분말소결체(SAP)

      Al에 산화막을 증가시키기 위하여 산소분위기 내에서 분쇄하여 알루미나 8-15%를 함유한 알루미늄분말을 가압형성. 소결 후 압출한 것을 SAP(Sintered Aluminum Power) 또는 APMP(Aluminum Powder Metallurgy Product) 제품이라 말하며. 알루미늄-알루미나계 입자분산강화합금이다. 이러한 합금은 절삭가공‧냉간가공이 가능하며 알루미나는 생지금알루미늄의 소성유동성을 방해하고 결정립의 성장을 저지하므로 500정도까지의 고온강도가 우수하다. 또한 비중‧열팽창계수가 작고 전기전도도‧내식성‧피로강도가 양호하다. 알루미늄 분말야금의 새로운 기술로서 급냉응고분말을 사용하면 평형상태로는 얻을 수 없는 조성의 Al-Fe, Al-Cr, Al-Mn, Al-Zr, Al-Si합금의 제조가 가능하게 된다. 또 결정립의 크기가 석출물이 아닌 미세혼합물을 조절 할 수 있어 내열성‧내마모성‧피로강도가 우수한 신재료를 얻을 수 있다.

    • 6.알루미늄 복합재료

      건축용 패널(panel)같은 것에서는 플라스틱과 복합하여 표면은 내화성이고 강한 알루미늄으로 하고 내부는 플라스틱으로 하거나 또는 반대로 표면을 화학적으로 안정한 플라스틱으로 피복하는 등 두가지의 특징을 살린 복합재료가 제조되어 한층 더 경량화와 내구성을 갖게 한 신재료가 보급되고 잇다.