A357 알루미늄 합금 구성: 실리콘, 마그네슘 및 열처리 설명

도면에 A357-T6이 명시되어 있고 공급업체가 A356-T6을 배송하는 경우에도 부품은 여전히 볼트로 고정됩니다. CMM에서는 여전히 정확하게 측정됩니다. 벤치 테스트를 통과할 수도 있습니다. 그들이 하지 않는 것은 설계에서 가정한 항복 강도에 도달하는 것입니다. 그리고 그 부족함은 몇 달 후에 하우징 균열, 씰 표면 균열 또는 볼트 보스의 피로 파손으로 나타나는 경향이 있습니다. 화학적 차이는 서류상으로는 작기 때문에 들어오는 검사에서 누락됩니다.

A357 알루미늄 합금 조성은 중량 기준으로 다음과 같습니다. 실리콘 6.5~7.5%, 마그네슘 0.40~0.70%, 철 최대 0.20%, 구리 최대 0.20%, 망간 최대 0.10%, 아연 최대 0.10%, 티타늄 최대 0.20% . 알루미늄이 균형을 이루고 있습니다. A356과 비교하면 마그네슘 바닥과 마그네슘 천장이 모두 위로 올라가며, 철 한계는 더욱 단단하게 유지된다. 이 두 교대조는 적절한 T6 열처리 후에 약 15% 더 높은 항복 강도를 제공합니다.

이것이 짧은 대답입니다. 이 기사의 나머지 부분에서는 화학적 성질을 요소별로 분석하고, A357을 A356 및 356과 실수로 비교한 다음, 주조 경로와 노화 주기에 따라 해당 화학적 성질이 신뢰할 수 있는 구조 부품이 되는지 아니면 값비싼 고철 더미가 되는지가 어떻게 결정되는지 설명합니다.

A357 알루미늄 합금 구성: 전체 화학, 요소별

아래 표에는 A357.0 주조 지정에 대해 공개된 구성 한계와 주조업체가 실제로 이러한 한계 내에서 목표로 삼는 실제 목표 창이 나열되어 있습니다. 한계는 업계 전반에 걸쳐 사용되는 표준 알루미늄 주조 사양에서 비롯되며, 알루미늄 협회 지정 시트와 알루미늄 주조 야금에 대한 표준 참조로 남아 있는 ASM Handbook, Volume 15: Casting에도 동일한 숫자가 나타납니다.

구매자를 당황하게 만드는 한 가지 세부 사항: 일부 A357 변형에서는 철 함유 소판을 마무리하기 위해 0.04~0.07% 범위의 매우 적은 베릴륨 첨가를 허용합니다. 다른 사람들은 베릴륨을 0.0007%로 제한하고 실제로는 금지합니다. 부품이 규제된 환경이나 엄격한 공기 처리 규칙이 적용되는 가공 셀을 대상으로 하는 경우 사양 시트의 한 줄이 변경되어 용융 공장에서 인용할 수 있습니다.

캐스팅 내부에서 각 요소가 실제로 수행하는 작업

실리콘 6.5~7.5%

실리콘은 이 합금을 부을 수 있는 이유입니다. 이는 용융 범위를 낮추고 합금을 섭씨 577도에 가까운 알루미늄-실리콘 공융 쪽으로 밀어냅니다. 실리콘 함량이 약 7%인 합금은 아공정이므로 응고된 구조는 미세한 공융 네트워크로 둘러싸인 알루미늄 수상돌기의 혼합입니다. 이 네트워크는 벽이 얇은 유동성, 열간 인열에 대한 저항성 및 합리적으로 낮은 수축 응력을 제공합니다.

실리콘을 범위 아래로 떨어뜨리면 잘못된 실행과 뜨거운 눈물이 일상화됩니다. 범위 위로 밀어 넣으면 공융 실리콘이 내부 노치처럼 작용하는 침상 판으로 거칠어집니다. A357 주물의 수정되지 않은 공융 실리콘은 적절하게 수정된 용융물에 비해 연신율을 40% 이상 낮출 수 있습니다. 이것이 바로 약 0.010~0.020%의 스트론튬 첨가 또는 나트륨 기반 변형제가 표준 관행인 이유입니다.

마그네슘 0.40~0.70%

마그네슘은 경화 원소이며 A357이 별도의 합금으로 존재하는 주된 이유입니다. 인공 노화 동안 미세한 마그네슘 규화물은 알루미늄 매트릭스 전체에 핵을 침전시키고 전위 운동을 차단합니다. A356은 마그네슘을 0.45%로 제한합니다. A357은 최대 0.70%까지 허용합니다. 여분의 마그네슘은 다른 모든 것이 동일할 때 피크 시효 항복 강도를 약 20~30MPa만큼 높입니다.

트레이드 오프는 프로세스 민감도입니다. A357은 용해도 한계의 가장자리에 더 가깝기 때문에 짧은 용체화 처리 또는 불균일한 담금질로 인해 용해되지 않은 마그네슘 규화물이 남게 되고 그 부품은 들어오는 잉곳에 대한 분광 검사를 통과하면서도 사양을 제대로 수행하지 못합니다.

철분 최대 0.20%

철은 연성의 조용한 살인자입니다. 7% 실리콘 합금에서 약 0.25% 이상인 철은 부서지기 쉽고 판 모양이며 하중을 받으면 깨지기 쉬운 베타상 Al5FeSi 소판을 형성합니다. 철분을 0.20% 이하로 유지하고, 최고 수준의 작업을 위해서는 0.15%를 권장하며 이는 혈소판을 작고 덜 유해하게 유지합니다. 마그네슘보다 더 엄격한 철 한계는 프리미엄 A357 용융물을 일반 2차 합금과 구별하는 요소입니다.

티타늄 및 입자 정제

일반적으로 Al-5Ti-1B 모합금을 통해 도입되는 0.10~0.15%의 티타늄은 응고 중 입자 성장을 제한합니다. 미세한 등축 입자는 공급을 개선하고 수축 다공성을 더 작고 잘 분포된 기공으로 확산시키며 인장 강도와 신장률을 모두 높입니다. 탈기 및 변형되었지만 결정립이 정제되지 않은 용융물은 기계적 테스트 결과에서 거친 원주형 결정립과 더 넓은 분산을 나타냅니다.

구리, 망간, 아연 및 추적 버킷

구리는 습하거나 염분이 많은 환경에서 부식 성능을 저하시키기 때문에 0.20%로 제한됩니다. 최대 0.10%의 망간은 철 상태를 약간 변경하지만 이미 철이 많이 함유된 용융물을 구제할 수는 없습니다. 최대 0.10%의 아연은 주로 스크랩 제어 매개변수입니다. 불특정 단일 원소에 대한 0.05% 및 전체 0.15%라는 포괄 한계는 알 수 없는 잔류물이 합금의 응고 거동을 변화시키는 것을 막기 위해 존재합니다.

A357 vs A356 vs 356: 숫자가 구분되는 곳

이 세 가지 합금은 종종 같은 의미로 인용되며 도면 개정판에서는 사무용 변형처럼 보일 수 있습니다. 그렇지 않습니다. 아래 표는 공개된 일반적인 T6 값을 보여줍니다. 실제 수치는 주조 공정, 단면 두께, 쿠폰이 절단되는 위치에 따라 달라집니다.

실제 읽기: 응력 분석에서 A357 항복 강도를 가정하고 A356을 받은 경우 조용히 약 50MPa의 마진을 잃은 것입니다. 안전율이 3인 부품에서는 보이지 않습니다. 안전계수 1.4로 크기가 조정된 부품의 경우 피로 테스트 통과와 재설계의 차이가 있습니다.

열처리: 화학만으로는 충분하지 않은 이유

표 1의 모든 숫자를 달성해도 여전히 부드러운 부품을 생산할 수 있습니다. 합금은 3단계 T6 사이클 후에만 지정된 강도에 도달하며 각 단계의 실제 범위는 좁습니다.

1. 약 섭씨 540도에서 6~12시간 동안 용액 처리합니다. 이 시간은 마그네슘이 풍부한 상을 다시 고용체로 용해시킬 수 있는 시간입니다.
2. 일반적으로 따뜻한 물이나 폴리머 욕조에서 담금질하는 과정은 과포화 고용체를 가둘 수 있을 만큼 빠르지만 얇은 부분이 휘어지는 것을 방지할 수 있을 만큼 느립니다.
3. 실제 강화를 수행하는 미세 마그네슘 규화물 입자를 침전시키기 위해 대략 섭씨 155~170도에서 4~8시간 동안 인공 노화합니다.

전형적인 실패 모드는 합금이 견딜 수 있는 것보다 더 긴 담금질 지연입니다. 여기서 A357은 A356보다 더 민감합니다. 왜냐하면 마그네슘 함량이 높을수록 용액에 더 많은 용질이 유지되어야 함을 의미하기 때문입니다. 하중을 당기고 급냉 탱크에 닿는 사이에 몇 분의 지연이 발생하면 항복 강도가 지정된 최소값보다 훨씬 낮아지고 인장 강도는 미미하게 영향을 받을 수 있으므로 단일 경도 검사로 문제를 감지하기가 어렵습니다.

열처리된 알루미늄 엔진 실린더 부품 및 유사한 구조적 주물이 그 성과를 잘 보여줍니다. 동일한 용융물에서 부어진 동일한 형상은 순전히 담금질 관리 방법에 따라 250MPa 또는 290MPa 항복 강도로 용광로에서 나올 수 있습니다.

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주조 경로는 동일한 화학이 제공하는 것을 변화시킵니다

A357은 압도적으로 중력 계열 합금입니다. 이는 모래 주형, 투자 쉘, 영구 강철 주형 및 저압 다이캐스팅 다이에 부어집니다. 기존의 고압 다이캐스팅에는 당연히 적합하지 않으며 그 이유는 화학이 아닌 가스 때문입니다.

고압 다이캐스팅은 밀리초 단위로 다이를 채우고 금속 내부에 공기와 다이 윤활제 분해 생성물을 가두어 놓습니다. 이러한 공극은 부품이 섭씨 540도의 용액 처리로에 들어갈 때까지 보이지 않습니다. 이때 내부 압력이 상승하고 표면에 기포가 생깁니다. A357은 강도에 도달하기 위해 T6에 의존하므로 공정과 합금이 반대 방향으로 당겨집니다. 고압 부품에 A357 화학을 사용하려면 일반적으로 주조 상태 또는 저온 노화 조건과 이에 상응하는 낮은 강도를 수용해야 합니다.

저압 다이캐스팅은 유용한 중간 위치에 있습니다. 충전은 느리고 제어되며, 라이저 튜브는 응고를 통해 압력을 가하여 금속을 공급하며, 가스 포집은 고압 샷보다 훨씬 낮습니다. 따라서 저압 A357은 벽 두께 제어와 전체 T6 특성이 모두 필요한 부품에 대한 현실적인 경로가 됩니다. 프로세스가 캐비티를 채우는 방법에 대한 배경 지식을 원할 경우, 알루미늄 다이캐스팅 작동 원리에 대한 설명 채우기 시퀀스를 단계별로 안내합니다.

A357 유형 작업에 대한 세 가지 경로의 실제 비교:

• 사형 주조는 설계 자유도가 가장 높고 응고 속도는 가장 느립니다. 냉각을 사용하지 않는 한 미세 구조가 거칠어지고 연신율이 낮아집니다.
• 영구 주형 주조는 냉각 속도를 높이고, 입자 구조를 개선하며, 일반적으로 동일한 합금에 대해 모래에 비해 20~30MPa의 인장 강도를 추가합니다.
• 저압 다이캐스팅은 영구 금형과 제어된 충전을 결합하여 벽이 두꺼운 부품의 전체 T6 사이클에 대해 가스 다공성을 충분히 낮게 유지합니다.

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구성 또는 용융물 취급으로 인해 발생하는 결함

대부분의 A357 거부는 잘못된 합금으로 인해 발생하지 않습니다. 이는 용융물을 잘못 처리하여 발생합니다. 다섯 가지 반복되는 문제는 다음과 같습니다.

가스 다공성. 액체 알루미늄의 수소 용해도는 고체 알루미늄의 용해도의 대략 20배입니다. 탈기 후 용융물에 남아 있는 수소는 금속이 얼면서 둥근 기공이 됩니다. 해결책은 아르곤 또는 질소와 깨끗하고 건조한 충전물을 사용한 회전식 가스 제거와 구조 작업을 위해 알루미늄 100g당 약 0.15ml 미만으로 측정된 수소 수준입니다.

수축 다공성. A357은 응고 시 부피가 약 6~7% 감소합니다. 마지막으로 동결되는 액체가 볼트 보스가 아닌 라이저에 위치하도록 공급 경로, 라이저 및 칠을 설계해야 합니다. Thick에서 Thin으로의 전환이 가장 먼저 나타나는 곳입니다.

산화물 함유물. 산화알루미늄은 교란된 용융 표면에서 몇 초 만에 형성됩니다. 격렬하게 쏟아지면 그 필름이 주물 안으로 접히게 되고, 가공된 면에 광택이 나지 않는 어두운 줄무늬로 나타나는 선형 결함이 생성됩니다.

뜨거운 찢어짐. A357의 실리콘 함량은 우수한 저항성을 제공하지만 실리콘이 낮거나 입자가 미세하게 정제된 용융물은 냉각 첫 몇 분 동안 날카로운 내부 모서리에서 찢어질 수 있습니다. 모서리의 반경을 조정하고 티타늄을 범위 중앙에 유지합니다.

T6 동안 물집이 생깁니다. 이는 화학적 실패라기보다는 공정 선택 실패이며 구매자가 자신이 선택한 주조 경로가 지정된 성질을 전달할 수 없다는 것을 발견하는 가장 일반적인 이유입니다.

A357 부품이 유지되는 곳

A357은 주물이 하중을 전달하고 진동을 견디며 가공 공차를 유지해야 하는 모든 곳에 나타납니다. 아래 애플리케이션은 모두 해당 패턴을 공유합니다.

• 무게가 중요하고 피로 수명이 중요한 설계 사례인 항공기 및 회전익기 구조 주조.
• 컨트롤 암, 너클, 서브프레임 브래킷을 포함한 자동차 서스펜션 및 섀시 노드.
• 내부 압력과 순환 부하를 확인하는 펌프, 압축기 및 유압 하우징.
• 합금이 열 순환을 통해 베어링 보어를 둥글게 유지해야 하는 모터 하우징 및 엔드 캡.
• 강도와 신장 사이의 균형이 파열 여유를 결정하는 임펠러 및 회전 부품.
• 강성과 열 경로의 조합이 원시 인장 강도보다 더 중요한 전기 파워트레인의 열 관리 구성 요소입니다.

다이캐스트 모터 하우징이 대표적인 사례 연구입니다. 부품은 일반적으로 얇은 원통형 벽, 두꺼운 장착 플랜지, 각 끝에 가공된 베어링 시트로 구성됩니다. 이 세 가지 특징은 동시에 세 가지 다른 방향으로 응고 거동을 유도합니다. 벽은 빠른 냉각을 원하고 플랜지는 공급을 원하며 보어는 열처리 후 치수 안정성을 원합니다. 하나의 합금에서 세 가지를 모두 얻는 것은 유동성을 위해 실리콘을 중간 범위로, 강도를 위해 마그네슘을 중간 범위로, 기계 가공성을 위해 철을 낮은 수준으로 유지하는 것을 의미합니다.

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구매 주문을 릴리즈하기 전 조달 체크리스트

몇 가지 질문을 먼저 하면 A357 주문에서 대부분의 위험이 제거됩니다. 이 순서대로 작업하면 기술적인 대화가 짧아집니다.

1. 합금뿐만 아니라 성질도 확인하십시오. A357-F, A357-T5, A357-T6은 강도 수준이 다른 서로 다른 제품이며 도면에 어떤 제품이 나와 있는지 나와 있습니다.
2. 한계뿐만 아니라 마그네슘과 철 목표도 요구하세요. 0.45% 마그네슘을 목표로 하는 공급업체는 A357 라벨과 함께 A356을 효과적으로 공급하고 있습니다.
3. 기계적 테스트 쿠폰이 절단될 상태입니다. 라이저에서 잘라낸 쿠폰은 부품에서 잘라낸 쿠폰보다 항상 더 좋아 보입니다.
4. 열처리 기록에 동의합니다. 용해 시간, 담금질 지연 및 노화 온도는 결과를 결정하는 세 가지 숫자입니다.
5. 방사선 사진 및 절편 결과로 툴링 변경이 이루어지므로 첫 번째 기사를 작성하기 전에 내부 건전성에 대한 허용 기준을 결정하십시오.
6. 가공 여유를 확인하십시오. A357은 깨끗하게 가공되지만 분리 또는 거친 공융으로 인한 단단한 부분으로 인해 초경 인서트와 정시 납품 일정이 동시에 파괴됩니다.

귀하의 형상이 A357이나 다른 합금에 적합한지 여부에 대한 직접적인 답변을 원하시면, 도면과 합금 설명을 당사 엔지니어링 팀에 보내십시오. 공정 경로, 달성 가능한 조질 및 가공 허용량을 한 번에 답변해 드리겠습니다.

A357 알루미늄 합금 구성에 대해 자주 묻는 질문

A357은 357.0과 동일합니까?

그들은 같은 가족을 가리킨다. A357은 알루미늄 주조 표준에 사용되는 주조 명칭이고, 357.0은 동일한 구성에 대한 알루미늄 협회 명칭입니다. 도면에 357.0-T6 또는 A357-T6이 표시되면 동일한 재료로 읽고 마그네슘 및 철 한계를 확인하여 확실하게 확인하십시오. 왜냐하면 오래된 도면은 때때로 현재 관행보다 느슨한 철 허용량을 갖기 때문입니다.

A357은 고압 다이캐스트가 가능합니까?

고압 다이캐스팅 기계로 주조할 수 있지만, 갇힌 가스가 용액 온도에서 팽창하여 표면에 기포가 생기기 때문에 나중에 완전한 T6 처리를 쉽게 실시할 수 없습니다. 실제로 고압 A357 부품은 주조 상태로 공급되거나 의도적으로 덜 숙성된 상태로 공급됩니다. 도면에 A357-T6이 필요한 경우 부품을 저압 다이 캐스팅, 영구 금형, 모래 또는 인베스트먼트 주조로 라우팅해야 합니다.

A357이 A356보다 비싼 이유는 ​​무엇입니까?

세 가지 이유. 철 제한이 엄격해지면 더 깨끗한 충전 재료와 더 나은 용융 제어가 필요하며, 이는 주조소에서 사용할 수 있는 저비용 스크랩의 양을 줄입니다. 마그네슘 함량이 높을수록 용액 처리 중 공정 제어가 더욱 엄격해집니다. 그리고 저압 또는 영구 금형과 같이 진정한 T6 결과를 제공할 수 있는 공정 경로는 고압 샷보다 사이클 시간이 더 깁니다.

입고 로트의 마그네슘 함량을 어떻게 확인합니까?

부어서 냉각된 샘플에 대한 광학 방출 분광법이 표준 방법이며, 샘플이 준비되면 몇 분 밖에 걸리지 않습니다. 마그네슘 수치가 넓은 창에 대한 합격 또는 불합격이 아닌 숫자로 보고되도록 요청하고, 마그네슘이 천천히 응고되는 동안 분리될 수 있으므로 대형 주물의 경우 두 곳 이상의 위치에서 샘플링하십시오.

A357에는 베릴륨이 필요합니까?

아니요. 많은 사양에서 이를 금지합니다. 0.04~0.07%의 베릴륨 첨가는 철 함유 상의 형태를 개선하고 산화물 표면 거동에 도움이 될 수 있지만 용해 작업장과 기계 가공 시 취급 요구 사항이 발생합니다. 대부분의 구조 작업은 베릴륨이 없는 A357과 엄격한 철 제한을 사용하여 수행됩니다.

A357 부품을 용접할 수 있나요?

올바른 필러와 공정 제어를 사용하면 가능하지만 T6 부품을 용접하면 강도가 떨어지는 국부적인 열 영향 영역이 생성됩니다. 용접이 구조적이지 않은 경우 이는 문제가 되지 않습니다. 용접이 하중 경로에 있는 경우 설계에서는 해당 영역의 국부 강도 감소를 가정하고 이를 고려해야 합니다.

어떤 표면 마감과 공차를 기대할 수 있나요?

영구 금형이나 저압 다이의 주조 표면은 다이 코팅과 벽 두께에 따라 일반적으로 Ra가 3.2~6.3마이크로미터입니다. 가공된 면은 합금보다는 툴링 및 고정 장치에 의해 제한되며 중요한 보어 및 면에서 플러스 또는 마이너스 0.05mm의 일반적인 가공 공차는 안정적인 주조에서 일반적입니다.

A357은 벽이 얇은 부품에 적합합니까?

예, 한도 내에서 가능합니다. 7%의 실리콘 함량은 우수한 유동성을 제공하며 영구 주형이나 저압 주조에서 벽을 약 3mm까지 낮출 수 있습니다. 그 아래에서는 문제가 유동성에서 응고 속도로 전환됩니다. 얇은 부분은 너무 빨리 냉각되어 마그네슘 실리사이드가 전체 용액 처리 후에도 부분적으로 용해되지 않은 상태로 유지될 수 있으며 부품은 화학적으로 제시되는 특성에 도달하지 못합니다.

루프를 닫으려면 A357 알루미늄 합금 구성은 실리콘 6.5~7.5%, 마그네슘 0.40~0.70%, 철 최대 0.20%로 정의되며, 나머지 원소는 미량 수준으로 유지되고 알루미늄은 균형을 이룹니다. 마그네슘 범위는 A356과 구분되며 T6 조건에서 약 50 MPa의 추가 항복 강도를 제공합니다. 철 한계는 연성을 보존하는 것입니다. 그리고 주조 경로와 담금질 규칙에 따라 이러한 장점 중 하나가 실제로 완성된 부품에 나타날지 여부가 결정됩니다.

A357-T6에 대한 견적이 나머지 견적보다 눈에 띄게 저렴해 보인다면 대답은 일반적으로 마그네슘 타겟, 철 천장 또는 실제로 전달되는 템퍼의 세 위치 중 하나에 있습니다. 숫자를 물어보면 논쟁은 빨리 끝난다.