마그네슘, 아연, 알루미늄 및 티타늄 합금의 특성 비교

이 네 가지 합금 중 티타늄 합금이 가장 단단하고 강도가 높습니다. 경도 측면에서 티타늄 합금은 다른 세 가지 합금보다 훨씬 더 단단합니다. 인장 강도 측면에서 티타늄 합금은 아연 합금보다 강하고 마그네슘 합금이 그 뒤를 따르며 알루미늄 합금이 가장 약합니다.

강도와 경도 비교

그러나 제품 구조 설계 측면에서는 무게도 고려해야 합니다. 진행 측면에서 비중을 고려하면 아연 합금은 밀도가 가장 높기 때문에 비강도가 가장 작습니다. 티타늄 합금과 마그네슘 합금은 비강도가 높지만 티타늄 합금은 가격이 비싸고 가공성이 떨어집니다. 따라서 마그네슘 합금은 무게와 강도를 고려한 구조 부품에 주로 사용됩니다.

마그네슘 및 마그네슘 합금

마그네슘은 밀도가 낮고 물리적, 화학적 특성으로 인해 연소하기 쉽습니다. 20°C에서 금속 마그네슘의 밀도는 1.738g/cm3, 액체 금속 마그네슘의 밀도는 1.58g/cm3이며 표준 대기압에서 금속 마그네슘의 녹는점은 (650±1)°C, 끓는점은 1090°C입니다. 공기 중에서 가열하면 금속 마그네슘은 632°C~635°C에서 연소하기 시작합니다. 따라서 마그네슘의 준비 및 합금 제련 공정은 비교적 복잡한 것으로 판단됩니다. 산업용 마그네슘의 순도는 99.9%에 달할 수 있지만 순수 마그네슘은 구조용 재료로 사용할 수 없습니다. 순수 마그네슘에 알루미늄, 아연, 리튬, 망간, 지르코늄, 희토류 등의 원소를 첨가하여 만든 마그네슘 합금은 강도가 높습니다. 현재 가장 많이 사용되는 마그네슘-알루미늄 합금이 가장 널리 사용되고 있으며, 마그네슘-망간 합금과 마그네슘-아연-지르코늄 합금이 그 뒤를 잇고 있습니다. 주로 항공, 항공우주, 운송, 화학 산업, 로켓 및 기타 산업 분야에서 사용됩니다.

마그네슘 합금의 특성

• 가벼운 무게

마그네슘의 비중은 1.8G/CM3에 불과하고 알루미늄 합금의 비중은 2.7G/CM3입니다. 마그네슘 합금은 알루미늄 합금보다 30% 가볍고 강철보다 80% 가볍습니다. 따라서 자동차 및 휴대용 전자 제품의 마그네슘 합금은 부품에 이상적인 소재가 되었습니다.

• 힘

마그네슘 합금은 금속 및 플라스틱과 같은 엔지니어링 소재 중에서도 강도 대비 무게 비율이 우수합니다. 항복 강도는 160MPa, 인장 강도는 240MPa입니다.

• 다이 캐스팅

좋은 구조를 유지하는 조건에서 마그네슘 합금은 주조의 벽 두께가 최소 0.6mm에 도달 할 수 있으며, 이는 동일한 강도의 플라스틱에서는 불가능합니다. 알루미늄 합금의 다이캐스팅 성능은 1.2-1.5mm 이상일 때만 마그네슘 합금과 비교할 수 있습니다. 마그네슘 합금은 다이캐스팅이 더 쉽고 대량 다이캐스팅 생산에 적합합니다(생산 속도는 알루미늄의 1.5배가 될 수 있음). 또한 마그네슘 합금 다이의 마모는 알루미늄보다 낮습니다. 주된 이유는 알루미늄의 점도가 높기 때문입니다.

• 충격 흡수

마그네슘은 히스테리시스 충격 흡수 성능이 우수하고 진동과 소음을 흡수 할 수 있으며 장비 케이스로 사용하여 소음 전달을 줄이고 충격을 방지하며 덴트 손상을 방지 할 수 있습니다. LCD 또는 LED의 백플레인으로 적합합니다.

• 강성

마그네슘은 알루미늄보다 두 배 더 단단하고 대부분의 플라스틱보다 강도가 높습니다. 마그네슘은 내응력성이 우수합니다.

• 높은 전자기 간섭 장벽 ⑥ 높은 전자기 간섭 장벽

마그네슘 합금은 전자파를 차단하는 기능이 뛰어나 전자 제품 생산에 적합합니다.

• 우수한 절단 성능

마그네슘은 알루미늄과 아연보다 가공성이 우수하여 가공하기 쉬운 금속입니다.

• 마그네슘 합금의 비열 용량이 작고 합금 액체의 냉각 속도가 빠릅니다.

• 마그네슘 합금과 금형강 사이의 친화력이 낮기 때문에 금형에 부착하기 쉽지 않습니다.

마그네슘 합금 소재의 장점

가벼운 무게

마그네슘 합금의 비중은 모든 구조용 합금 중에서 가장 가볍습니다. 알루미늄 합금의 비중은 68%, 아연 합금의 비중은 27%, 강철의 비중은 23%입니다. 3C 제품의 쉘 및 내부 구조 부품으로 사용될 뿐만 아니라 자동차, 항공기 등에도 사용됩니다. 항공기 및 기타 우수한 소재의 부품에도 사용됩니다.

높은 비강도 및 비강성 ② 높은 비강성

마그네슘 합금의 비강도는 알루미늄 합금 및 강철보다 훨씬 높으며 비강성은 알루미늄 합금 및 강철과 동등하지만 일반 플라스틱의 10배에 달하는 엔지니어링 플라스틱보다 훨씬 높습니다.

우수한 내진동성

동일한 하중에서 진동 감쇠 성능은 알루미늄의 100배, 티타늄 합금의 300~500배에 달합니다.

뛰어난 전자파 차폐 ④전자파 차단 기능

3C 제품(휴대폰 및 컴퓨터)의 쉘은 우수한 전자기 보호 기능을 제공할 수 있어야 하며, 마그네슘 합금 쉘은 100db를 초과하는 주파수의 전자기 간섭을 완전히 흡수할 수 있어야 합니다.

우수한 방열성

일반 금속의 열전도율은 플라스틱의 수백 배에 달합니다. 마그네슘 합금의 열전도율은 알루미늄 합금과 구리 합금보다 약간 낮고 티타늄 합금보다 훨씬 높습니다. 비열은 물의 비열에 가까워 일반적으로 사용되는 합금 중 가장 높습니다.

좋은 질감 ⑥ 좋은 식감

마그네슘 합금은 외관과 터치 질감이 뛰어나 제품을 더욱 고급스럽게 만듭니다.

우수한 재활용성

신소재 가격의 4%에 해당하는 비용만 있으면 마그네슘 합금 제품 및 폐기물을 재활용할 수 있습니다.

⑧안정적인 리소스 제공

지각 내 마그네슘 원소 매장량은 8위이며, 대부분의 마그네슘 원료는 바닷물에서 추출되므로 자원이 안정적이고 충분합니다.

마그네슘 합금 다이캐스팅의 장점

1. 높은 생산성
2. 높은 정밀도
3. 좋은 표면 품질
4. 미세 주조 입자
5. 벽이 얇고 구조가 복잡한 제품은 다이캐스팅이 가능합니다.

알루미늄 합금

알루미늄을 기본으로 하는 합금을 통칭하는 용어입니다. 주요 합금 원소는 구리, 실리콘, 마그네슘, 아연, 망간이며 이차 합금 원소는 니켈, 철, 티타늄, 크롬, 리튬 등입니다.

알루미늄 합금은 밀도는 낮지만 비강도가 높아 고품질 강철에 가깝거나 이를 능가합니다. 가소성이 우수하고 다양한 프로파일로 가공할 수 있습니다. 전기 전도성, 열 전도성 및 내식성이 우수합니다. 산업 분야에서 널리 사용되고 있으며 사용량은 강철에 이어 두 번째입니다. .

알루미늄 합금 분류

알루미늄 합금은 주조 상태로 사용되는 주조 알루미늄 합금과 압력 가공에 견딜 수 있고 주조 상태보다 높은 기계적 특성을 가진 변형 알루미늄 합금으로 나뉩니다. 알루미늄 합금 소재의 다양한 형태와 사양으로 가공할 수 있습니다. 주로 항공 장비, 일용품, 건물용 문과 창문 등의 제조에 사용됩니다.

알루미늄 합금과 마그네슘 합금의 비교

ADC-12(ADC-12는 실리콘 함량이 높고 유동성이 좋으며 다이캐스팅이 용이합니다.

알루미늄 합금과 마그네슘 합금에는 큰 차이가 없지만 알루미늄 합금이 약간 더 무겁습니다. 가공성이 상대적으로 끈적거립니다. 또한 다이캐스팅 알루미늄 합금에는 상대적으로 높은 함량의 Si가 포함되어 있기 때문에 아노다이징 (아노다이징)을 수행 할 때 화학 용액과 직접 반응하여 실패 할 수 있습니다. 마그네슘 합금은 허용되며 색상이 더 밝고 아노다이징은 포스트 프로덕션 외관 기술에 사용할 수 있습니다. 그러나 모든 사람이 할 수있는 것은 아닙니다.

아연 합금

아연 합금 특성

일반적으로 전기 도금에 사용되는 아연 기반 합금 재료의 등급은 ZnAl 4-1, 조성 (%)입니다: Al 3.5～4.9, Cu 0.75～1.25, Mg 0.03～0.08, 균형은 Zn입니다.

비율이 크다
좋은 주조 성능, 복잡한 모양과 얇은 벽을 가진 정밀 부품을 다이캐스팅 할 수 있으며 주조 표면이 매끄 럽습니다.
표면 처리 가능: 전기 도금, 스프레이, 도장 ③ 표면 처리 가능: 전기 도금, 스프레이, 도장
용융 및 다이캐스팅 중 철 흡수 없음, 프레스 타입의 부식 없음, 금형에 달라 붙지 않음
상온에서 우수한 기계적 특성 및 내마모성 ⑤상온에서 우수한 기계적 특성 및 내마모성
385°C에서 녹는 낮은 융점, 다이캐스팅이 용이합니다.

사용 중 주의해야 할 문제

내식성이 약합니다.

합금 조성물의 불순물 원소 납, 카드뮴 및 주석이 표준을 초과하면 주물이 노화되고 변형되어 부피 팽창, 기계적 특성, 특히 가소성이 크게 감소하고 오랜 시간이 지나면 파열 될 수도 있습니다. 아연 합금에서 납, 주석 및 카드뮴의 용해도는 매우 작기 때문에 입자 경계에 집중되어 음극이되고 알루미늄이 풍부한 고용체는 양극이되어 수증기 (전해질) 조건에서 입자 간 전기 화학적 부식을 촉진합니다. 다이캐스팅은 입계 부식으로 인해 노화됩니다.

노화 효과 ② 노화 효과

아연 합금의 구조는 주로 Al과 Cu를 포함하는 아연이 풍부한 고용액과 Zn을 포함하는 Al이 풍부한 고용액으로 구성되며, 온도가 낮아질수록 용해도가 감소합니다. 그러나 다이캐스팅의 응고 속도가 매우 빠르기 때문에 고용체의 용해도는 실온에서 크게 포화됩니다. 일정 시간이 지나면 이러한 과포화 현상이 점차 완화되고 주물의 모양과 크기가 약간 변경됩니다.

아연 합금 다이캐스팅은 고온 및 저온(0°C 이하) 작업 환경에서 사용해서는 안 됩니다. 아연 합금은 실온에서 기계적 특성이 우수합니다. 그러나 고온에서의 인장 강도와 저온에서의 충격 성능은 현저히 감소합니다.

티타늄 합금

티타늄 합금은 티타늄을 기본으로 하고 다른 원소를 첨가하여 만든 합금입니다. 티타늄에는 두 종류의 동소체 결정이 있는데, 882°C 이하에서는 밀집된 육각형 구조의 α 티타늄, 882°C 이상에서는 몸체 중심의 입방체 β 티타늄이 있습니다.

합금 원소는 상전이 온도에 미치는 영향에 따라 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다:

α 상을 안정화시키고 상전이 온도를 높이는 원소는 알루미늄, 탄소, 산소 및 질소를 포함한 α 안정 원소입니다. 그 중 알루미늄은 티타늄 합금의 주요 합금 원소로 상온 및 고온에서 합금의 강도를 향상시키고 비중을 줄이고 탄성 계수를 높이는 데 명백한 효과가 있습니다.
β-상을 안정화시키고 상전이 온도를 낮추는 원소를 β-안정 원소라고 하며, 이 원소는 이소형과 유텍토이드의 두 종류로 나눌 수 있습니다. 전자는 몰리브덴, 니오븀, 바나듐 등이 있고 후자는 크롬, 망간, 구리, 철, 실리콘 등이 있습니다.
상전이 온도에 거의 영향을 미치지 않는 원소는 지르코늄과 주석과 같은 중성 원소입니다.

티타늄 합금의 특성

티타늄은 새로운 유형의 금속입니다. 티타늄의 성능은 탄소, 질소, 수소 및 산소와 같은 불순물의 함량과 관련이 있습니다. 가장 순수한 요오드화 티타늄은 0.1% 이하의 불순물을 함유하고 있지만 강도가 낮고 가소성이 높습니다.

1. 높은 강도

티타늄 합금의 밀도는 일반적으로 약 4.51g/입방 센티미터로 강철의 60%에 불과합니다. 순수 티타늄의 밀도는 일반 강철의 밀도에 가깝습니다. 일부 고강도 티타늄 합금은 많은 합금 구조용 강철의 강도를 초과합니다. 따라서 티타늄 합금의 비강도(강도/밀도)는 다른 금속 구조 재료보다 훨씬 높으며 단위 강도가 높고 강성이 우수하며 가벼운 부품을 생산할 수 있습니다. 티타늄 합금은 항공기의 엔진 부품, 골격, 스킨, 패스너 및 랜딩 기어에 사용됩니다.

2. 높은 열 강도

사용 온도는 알루미늄 합금보다 수백도 더 높으며 적당한 온도에서도 필요한 강도를 유지할 수 있으며 450-500°C의 온도에서 장시간 작동할 수 있습니다. 이 두 가지 유형의 티타늄 합금은 150°C-500°C 비강도 범위에서 여전히 높은 강도를 가지고 있는 반면 알루미늄 합금의 비강도는 150°C에서 크게 감소합니다. 티타늄 합금의 작동 온도는 500°C에 도달할 수 있는 반면 알루미늄 합금의 작동 온도는 200°C 미만입니다.

3. 우수한 내식성

티타늄 합금은 습한 대기 및 해수 매체에서 작동하며 내식성이 스테인리스 스틸보다 훨씬 우수하며 특히 내공 부식, 산 부식 및 응력 부식에 강하고 알칼리, 염화물, 염소, 유기 물질, 질산 및 황산 등에 대한 내식성이 우수합니다. 그러나 티타늄은 환원산소 및 크롬염 매체에 대한 내식성이 떨어집니다.

4. 우수한 저온 성능

티타늄 합금은 저온 및 초저온에서도 기계적 특성을 유지할 수 있습니다. 저온 성능이 우수하고 TA7과 같이 간극 원소가 극히 낮은 티타늄 합금은 -253°C에서 어느 정도의 가소성을 유지할 수 있습니다. 따라서 티타늄 합금은 중요한 저온 구조 재료이기도 합니다.

5. 높은 화학적 활성

티타늄은 화학적 활성이 높으며 대기 중 O, N, 티타늄 합금 제품, CO, CO2, 수증기 및 암모니아와 강한 화학 반응을 보입니다. 탄소 함량이 0.2%보다 크면 티타늄 합금에 단단한 TiC가 형성되고, 온도가 높으면 N과 상호 작용할 때 단단한 TiN 표면층을 형성하고, 온도가 600°C 이상이면 티타늄이 산소를 흡수하여 경도가 높은 경화 층을 형성하고, 수소 함량이 상승하면 취성 층도 형성됩니다. 가스를 흡수하여 생성되는 단단하고 부서지기 쉬운 표면은 0.1-0.15mm의 깊이에 도달 할 수 있으며 경화 정도는 20%-30%입니다. 티타늄의 화학적 친화력도 크고 마찰 표면과의 접착을 일으키기 쉽습니다.

6. 작은 열 전도성

티타늄의 열전도율 λ = 15.24W / (m.K)는 니켈의 약 1/4, 철의 1/5, 알루미늄의 1/14이며 다양한 티타늄 합금의 열전도율은 티타늄보다 약 50% 낮습니다. 티타늄 합금의 탄성 계수는 강철의 약 1/2이므로 강성이 좋지 않고 변형되기 쉽습니다. 가느다란 막대와 벽이 얇은 부품을 만드는 데 적합하지 않으며, 공구 측면에 심한 마찰, 접착력 및 본드 마모가 발생합니다.

산업화가 진행됨에 따라 생활 수준이 향상되었습니다. 특히 다이캐스팅 공정에서 점점 더 많은 소비자 제품 액세서리와 산업용 액세서리가 합금 재료로 만들어지고 있습니다. 다이캐스팅에 일반적으로 사용되는 재료에는 위의 네 가지 합금 재료가 포함됩니다, 알루미늄 합금마그네슘 합금, 아연 합금 및 티타늄 합금. 다양한 산업의 사용 특성에 따라 적용 위치에 따라 다른 합금 소재를 선택할 수 있습니다.