Al-Si계 합금(4000계열)

Al-Si계 합금(4000계열)

 

Al-Si계 합금은 Si원소 함유량에 따라 물리적, 기계적, 화학적 성질이 크게 영향을 받는다. 특히 Si원소의 함유량은 주조용 합금에서 가장 중요한 특성인 주조성과 매우 밀접한 관계를 가진다. 일반으로 Al-Si계 합금은 Si원소의 첨가로 유동성과 주조성이 좋아져서 주조재로 대부분 사용되고 있으며, 단조재와 블레징재 등 특수 용도로 개발된 Al-Si계 합금으로 4000계열의 전신재 합금이 있다. Al-Si계 주조합금은 뒤에 “주조합금”항에서 다루기로 하고 여기서는 Al-Si계 전신재합금을 살펴보자.

Al-Si 전신재 합금은 주조용 Al-Si합금과 같이 아공정, 공정, 과공정 합금이 있으며 주조용합금과 유사한 조성을 가지면서 전신재의 효과를 발휘할 수 있도록 합금조성을 설계하였다. 그러나 Al-Si계 전신재합금은 Al-Si계 주조합금에 비해서 사용량이 매우 미미한 수준이며, 표1에서 보는바와 같이 Al-Si계 단조용 합금으로 대표적인 A4032가 있고 브레이징재로서 BA4343, BA4045, BA4004가 있는 정도이다.

 

※ 4032는 단조합금이고 BA4xxx은 블레징합금임

<표1. Al-Si계 알루미늄단조/블레징합금의 화학성분>

 단조용 공정Al-Si계합금인 A4032 합금은 11.0-13.5%Si에 Cu, Mg, Ni등이 소량첨가 되어 열간/냉간단조가 가능하도록 합금설계 되었으며, 항공기용 피스톤, 컴퓨레셔용 피스톤, 및 모터보트/농기계용 냉간 단조 피스톤재료로 널리 사용되고 있다. 단조재 피스톤은 주조재 피스톤보다 기계적 특성이 우수하고 부품의 신뢰성이 높은 반면 제조원가가 높은 단점이 있다. A4032 단조용 합금은 400-450oC 온도범위에서 2014와 2218과 유사한 열간 단조성을 보이는 반면 실온에서의 냉간 단조성은 2014와 2218에 비해 떨어진다.

 한편 표1의 BA4343, BA4045, BA4004 합금은 Al-Si 공정온도 부근에서 액상이 형성되어 유동성이 생기기 때문에 블레이징 재료로도 이용된다. 일반적으로 블레이징 재료는 모재보다 50-100oC 정도 융점이 낮아 이 온도에서 모재의 용융 없이 접합이 가능하여야 한다. Al-Si계 합금인 BA4343, BA4045, BA4004는 각종 열교환기의 접합에 응용되고 있는데 대표적으로 자동차 에어컨의 컴퓨레셔, 에너폴레터, 라지에터 및 히터 등 복잡한 형상을 가지는 기계부품의 접합에 사용되고 있다.

 

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