고진공 다이캐스팅 (High Level Vacuum Die Casting), 다이캐스팅 열처리가 안되는 이유

 

1. 개요

 

1) 고진공 다이캐스팅 배경

일반적인 알루미늄 다이캐스팅 제품의 경우 양산성이 우수하여 자동차 부품 등에 많이 적용중에 있음
하지만 다이캐스팅은 공정 중 제품 내 가스 혼입이되어, 제품 내 결함으로 존재하며 (기공), 이에 따라 열처리가 불가능하여 강도 및 신율 향상을 기대할 수 없음 (알루미늄 용체화 처리 - 석출 경화를 통한 금속 강화 등)

기포가 많은 제품을 열처리시 블리스터 (blister)과 같은 표면 결함이 유발되기 때문

또한, 기존 다이캐스팅 제품의 경우, 주로 사용하는(현재 다이캐스팅 목적으로 약 90% 이상이 사용 중) ADC10, ADC12는 위의 이유로 열처리가 불가능할 뿐더러, 기계적 강도를 확보하기 위해 넣은 합금 소재의 영향으로 원 소재의 연신율 또한 굉장히 좋지 않아 (연신율 약 1 ~ 3%) 지속적인 진동이나 충격이 필요한 부품에는 다이캐스팅 적용이 불가능했었음 

고진공다이캐스팅은 이를 해결하기 위해 용탕이 캐비티에 충전되기 전 캐비티를 진공 상태 (약 50mbar 미만)으로 만들어 용탕을 주입하여 제품을 만드는 공정임
이는 일반 다이캐스팅 대비 훨씬 적은 가스 혼입을 의미하며, 가스(porosity) 문제를 해결할 수 있어 열처리가 가능하다는 강력한 이점이 존재함  

Al-10Si-Mn-Mg계 합금 소재 등을 활용, 고진공 다이캐스팅 이후 T6열처리시 고연성, 고강도를 동시에 확보할 수 있어서 기존 적용이 불가능한 부품을 알루미늄화하여 경량화를 추진중에 있음 

 

주조 결함 정리, 주물 결함, 주조 결함 검사 시험, 비파괴검사, 소착, 미스런, 주조 유동성, 용탕

주조 / 용접 비파괴 검사 정리 / 라멜라균열 (라멜라조직, 로드조직)

 

 

2) 기존 다이캐스팅 소재 특성 (ADC12)

ADC12는 Si가 제 2원소로, 공정조성 근처까지 첨가되고 있는중 
Si 첨가시 유동성 향상, 응고수축량 감소, 선팽창계수 저하, 액상선 온도 저하 (주조성 향상) 등의 장점이 있지만, 
연신율이나 충격치가 낮아 고연성 확보 불가능 (Si 함량이 증가할수록 인장강도는 증가하고 연신율은 저하함) 

또한, 다이캐스팅 합금은 금형 소착을 방지하기 위해 Fe가 0.6-1%정도 함유되고 있는데, 이는 소착 방지가 되지만 조대한 금속간화합물을 촉진하여 연성 저하를 유발함 (고연성 다이캐스팅 합금은 Fe르 0.1% 전후로 제한시켜야함) 

ADC12 표준 성분, KS D 6006

ADC12 기계적 성질

주조용 알루미늄 합금, 다이캐스팅 알루미늄 합금, 중력주조, AC4C, A356, ADC12

 

3) 기존 다이캐스팅 특성 및 고진공 다이캐스팅 원리

기존 다이캐스팅은 공법 특성상 제품 내 가스함유량이 높아 (10-30cc/100gAl) 기계적 물성이 낮고 열처리 및 용접이 불가능하여 고강도 고연성이 요구되는 구조용 부품에는 적용하기 어려웠음 

고진공 다이캐스팅은 진공밸브와 진공 탱크로 다이 내부를 고진공상태로 만들어 가스의 해를 최소화하는 공법임
금형의 캐비티 및 슬리브 내의 모든 공기를 제거하여 외부와의 접촉이 없는 청결한 용탕이 슬리브 내부로 유입시킴으로 기포가 5cc/100gAl 이하로 관리가 가능함 

고진공 다이캐스팅 개략도, "고진공 다이캐스팅 공법 적용한 알루미늄 서브프레임 개발"

 

4) 고진공 다이캐스팅 재질

기존 다이캐스팅 합금인 Al-Si-Mg계 합금을 사용
그 중 Silafont 36 (Al-10Si-0.3Mg-0.6Mn계 합금)을 주로 사용하는 것으로 보임 
(A365.0 alloy와 동일한 재질)

Silafont 36의 steel 대비 기계적 성질, "고진공 다이캐스팅 공법 적용한 알루미늄 서브프레임 개발"

Silafont36의 세부 조성, "고진공 다이캐스팅 공법 적용한 알루미늄 서브프레임 개발"

 

5) 고진공 다이캐스팅의 열처리

열처리는 보통 용체화 처리 및 시효처리로 구분됨
용체화처리의 경우, 합금원소들인 Cu, Mg, Si 등이 Al에 고용될 수 있도록 최대 온도로 가여하는 것이며, 용체화처리온도(solution treatment temperature)가 낮을 경우 용접 불균일 공정 석출물이 미고용되고, 확산이 불확실해져서 경도, 충격치, 인장 모두 표준에 미달하게 됨 

또한, 용체화처리온도를 규정 온도 이상으로 올리면 Micro casting상태가 되어 조직이 조대해지고 기계적 성질이 저하됨 

따라서 적절한 온도에서 용체화 처리를 하여 상의 구상화 및 균질화가 필요하며, 이후 급냉처리하여 석출경화 원소의 고용도를 감소시켜 석출시켜 금속을 강화시켜야함 (급냉처리는 시효 경화에 필수적). 또한 급냉에 따른 변형을 최소화하기 위한 조치가 필요함

고진공 다이캐스팅은 보통 T6 열처리 (인공시효) 실시함  

2024.03.17 - [Mechanical Engineering Study/열처리 | 금속재료] - 금속의 강화기구, 금속조직(결정립) 미세화 방안, 석출강화, 고용체강화, 가공경화

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