알루미늄의 종류와 특성

1.  알루미늄의 종류와 특성

 알루미늄은 경량재료이면서 기계적 특성이 우수할 뿐 아니라 전기화학적 특성도 우수하여 건축재료, 자동차경량부품, 우주항공재료, 식음료포장재료, 전기전자재료 등 다양한 분야에 사용되고 있다. 알루미늄 합금은 그 사용 용도에 따라 종류도 다양하게 개발되었으며, 알루미늄 합금의 종류는 오늘날 거의 모든 나라에서 미국 알루미늄 협회(Aluminium Association of America)의 규격을 채택하여 분류하고 있다. 이 분류 방법에 따르면 합금성분의 변화에 따라 분류하는 방법과 각 합금의 열처리조건에 따라 분류하는 방법 등 크게 2가지로 나뉘어 진다. 표1는 합금성분을 기준으로 분류한 알루미늄 합금의 종류를 나타낸 것으로 7가지 합금계열로 나눈다.

<표1 합금계열에 따른 알루미늄의 분류 방법>

 표1는 합금계열별로 주요합금원소의 구성을 천단위로 보이고 있으며, 각 합금계열에 다른 개량원소를 추가로 첨가하여 4자리 숫자를 더 세분화하여 합금명을 붙인다. 첫 번째 숫자는 상기와 같이 주요합금원소를 나타내는 합금계열을 표시하고, 두 번째 숫자는 기본합금을 0으로 표시하고 개량한 합금을 1~9라는 숫자로 표시하며 독자적으로 개발한 새로운 합금은 N자를 붙인다. 예로서 20xx는 Al-Cu계열 알루미늄의 기본합금이고 21xx ~ 29xx는 Al-Cu계열 기본합금을 개량한 합금이며 2Nxx는 협회규격이외로 개발한 새로운 합금인 경우이다. 세 번째와 네 번째 숫자는 순수한 알루미늄일 경우 알루미늄의 순도를 표시하며, 합금일 경우 과거에 사용하던 알코아회사의 합금이름이다. 예로서 순수알루미늄의 경우 1080은 알루미늄이 99.80%Al이상이고 1100은 99.00%Al을 나타낸다. 일본 JIS규격에서는 4자리 숫자 앞에 A를 붙여 알루미늄재료라는 뜻을 나타낸다.

또한 이 4자리 숫자 뒤에는 질별기호(가공정도, 열처리조건 등)를 붙여 가공정도와 열처리방법을 쉽게 알아 볼수 있도록 하였다. 예) A2014-T6를 보면 다음과 같다.

알루미늄합금은 가공정도와 열처리에 따라 기계적 성질이 크게 변한다. 따라서 원하는 기계적 특성의 알루미늄 소재를 얻기 위해서는 특정한 가공 및 열처리가 요구되는데 이러한 가공정도 및 열처리방법을 기호로 표시하며 이것을 질별기호라고 한다. 알루미늄합금은 합금기호와 함께 질별 기호를 표시하여 합금조성과 열처리조건을 알 수 있도록 하였다. 질별 기호는 F, O, H, T로 표시하고 뒤에 숫자를 넣어 가공조건과 열처리조건을 알 수 있도록 하였다. 다음은 알루미늄합금의 질별 기호에 따른 가공조건과 열처리조건을 나타낸 것이다.

<표 2. 전신재 알루미늄합금의 질별기호>

 질별기호는 알루미늄전신재에서 많이 사용하고 있다. H는 냉간가공도를 조정하여 원하는 기계적 성질을 얻기 위해서 사용되고 있는 기호이다. 예로서 H1은 냉간가공하여 강도를 조정한 경우이고, H2는 냉간가공후 풀림처리를 하여 신율을 향상시키고자 할 경우 사용되는 기호이며, H3는 냉간가공후 강도가 낮아지는 것을 방지하기 위해서 풀림온도보다 낮은 저온에서 안정화처리를 할 경우 사용되는 기호이다.

 H1n, H2n에서 n은 재료강도의 정도를 표시하는 숫자로서 n=9가 가공도가 가장 높은 특경질에 해당되고 n=8은 냉간가공시 단면감소율이 약 75%인 3/4경질의 경우이며, n=4는 1/2경질인 상태이고 n=2는 1/4경질인 상태를 나타낸다. 예로서 H14와 H24를 비교하여 보자. H14는 1/2경질을 가지도록 냉간가공만을 한 상태이고, H24는 1/2경질을 가지도록 냉간가공과 연화열처리를 시행한 경우를 말한다. H14와 H24는 모두 1/2경질시킨 상태로서 약 50% 단면감소율을 가지도록 냉간가공한 상태이나, H14는 H24보다 강도가 높고 H24는 연화처리하여 H14보다 강도는 낮은 대신 신율을 높게 유지시킨 것이다.

 

 그러므로 H24는 H14보다 성형성이 좋아 2차가공이 용이한 장점을 가진다. H3n은 Mg을 함유한 3000계열과 5000계열의 합금에 적용된다.

 

일반으로 Al-Mg계 합금은 장시간 방치하면 강도가 낮아지고 신율이 증가하는 경년변화가 일어난다. 이러한 현상을 방지하기 위해서 냉간가공후 130~170℃로 가열하여 안정화처리를 한다. 이렇게 냉간가공후 안정화처리를 한 경우를 H3n이라는 기호를 사용한다. 그리고 열간가공후 풀림처리하여 연화시킨 상태를 O라는 기호로 표시하고, 열간가공만 시행한 상태 그냥을 F라는 기호로 표시한다.

알루미늄합금은 전신재(판재, 형재, 봉재, 선재, 관재, 단조재)와 주조재로 크게 두 가지로 대별할 수 있으며, 열처리 가능여부를 기준으로 다음과 같이 분류하여 볼 수 있다.

<알루미늄 합금의 분류 : 전신재, 수조재 분류>

 

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