철은 항상 주조 알루미늄 합금의 주요 유해 불순물로 간주되어 왔습니다. 다양한 국가와 전문 표준에서 이를 명확하게 제한하고 있으며 다양한 기업의 표준에서 이에 대해 더욱 엄격하게 통제하고 있습니다. 이는 철 함량이 증가함에 따라 금속 조직에 경도가 높은 침상 및 벗겨지기 쉬운 철 상이 형성되기 때문입니다. 그 존재는 알루미늄 합금의 매트릭스를 분할하고 합금의 기계적 특성, 특히 인성을 감소시킵니다. 또한 칼과 절삭 공구의 심한 마모, 치수 안정성 저하 등으로 부품 가공이 더욱 어려워집니다. 그러나 저품질 알루미늄 합금 잉곳의 철 함량은 본질적으로 합금 충전재, 철 도가니, 철 도가니를 재사용하면 높습니다. 공구, 프리셋 제작이 필요하므로 부품 등의 사용으로 인해 합금의 철 함량이 높아질 수 밖에 없습니다. Al-Si 합금에서 철의 역할과 철의 약화 및 제거 대책은 아래에서 논의될 것입니다.

1 주조 Al-Si 합금에서 철의 역할

1.1 주조 Al-Si 합금에서 철의 존재 형태

표 1은 알루미늄- 실리콘 합금 기존 철 형태 중에서 α-AlFeSi와 β-AlFeSi가 두 가지 일반적인 형태입니다. 그러나 ρ-AlMgFeSi와 δ-AlFeSi는 흔하지 않습니다. 그 중 AlFeSi와 Al(Fe, Cr)Si의 결정구조 특성은 현재 그다지 상세하지 않다. 어떤 상이 형성되는지는 합금 내 철 함량 외에도 주조물의 냉각 속도, 합금 원소의 양 및 종류 등과 밀접한 관련이 있습니다. Al-Si 합금과 비교하여 한자 모양의 α-AlFeSi는 강도와 경도를 증가시킬 수 있으나 인성을 크게 감소시키지는 않는 반면, 바늘 모양의 β-AlFeSi 상은 매트릭스를 심하게 분할하여 인성을 크게 감소시킵니다. 합금, 특히 충격 인성은 Fe>1%일 때 전체 합금 자체가 부서지기 쉽습니다.

표 1 Al-Si 합금의 철상 형태

분류 결정 구조 녹는점/°C 모양 α-AlFeSi 육방정 860 한자 β-AlFeSi 단결정 870 바늘, 박편 ρ -AlMgFeSi 입방정 δ-AlFeSi 정방정계 1.2 철이 알루미늄-실리콘 합금의 기계적 성질에 미치는 영향

1.2.1 실온 기계적 성질에 미치는 영향

Al-Si 이원 합금의 경우 Fe>0.5%일 때 박편 β 상은 합금의 강도를 향상시키고 연신율을 약간 감소시킬 수 있으며, Fe>0.8%일 때 연신율은 0.4%에서 1.2%로 증가하기 시작합니다. 강도 증가는 미미하지만 연신율이 4%에서 1%로 크게 감소합니다. Na 변성 Al-Si 결정질 합금의 경우 Fe가 0.1% 증가할 때마다 연신율이 1% 이상 감소할 수 있습니다.

1.2.2 고온 특성에 미치는 영향

철은 Al-Si 피스톤 합금의 상온 기계적 특성을 감소시키지만 고온 기계적 특성을 향상시킵니다. 주로 고온에서 온도가 상승함에 따라 매트릭스 자체의 강도가 많이 감소하기 때문에 망상, 한자, 미세한 침상 형태로 존재하는 철상은 316℃ 부근에서 기본적으로 변하지 않으며 안정된 화합물상이다. 그것의 존재는 고온에서 시편의 인장 강도를 증가시킵니다. Al-Si-Cu-Mg 합금의 경우 Fe>0.95%일 때 σ300℃는 92MPa입니다.

1.2.3 내마모성과 내식성에 미치는 영향

철은 Al-Si 합금의 내마모성을 향상시킵니다. 이는 단단한 침상 철 상 때문입니다. 변형에 저항하도록 강화됨과 동시에 내마모성을 향상시키는 보조 역할을 합니다. 동시에, 철 상은 합금 표면의 산화막이 연속성을 잃게 하여 전기화학적 부식이 발생하기 쉽게 만듭니다.

1.2.4 주조 특성에 미치는 영향

철 함량이 증가함에 따라 합금이 결정화되면 β상이 수상돌기 사이의 흐름을 방해하므로 동시에 다공성이 증가합니다. 그러나 다이캐스팅 알루미늄 합금의 경우 일정량의 Fe가 합금의 유동성을 증가시킨다는 보고도 있습니다.

1.2.5 가공 성능에 미치는 영향

철상은 가공 성능을 저하시키고 절삭 공구의 마모를 증가시키며 치수 안정성을 악화시킵니다.

2 철의 유해한 영향을 제거 및 억제하는 방법

2.1 기계적 방법

일반적으로 사용되는 기계적 철 제거 방법에는 여과, 침전, 원심 주조 방법이 있습니다. 등은 모두 Mn, Cr, Ni, Zr 등의 합금 원소를 용탕에 첨가하여 철과 함께 큰 화합물을 형성하는데, 이는 알루미늄 합금과 밀도가 다르기 때문에 석출이 발생하게 됩니다. 침전법을 이용하면 철을 0.5% 정도 줄일 수 있다. 필터 천, 필터 메쉬 및 플레이트를 통해 벌크 화합물을 필터링하는 방법을 여과 방법이라고 합니다. 합금 원소를 첨가한 용융물은 원심력의 작용으로 밀도 d로 인해 감소합니다. 차이로 인해 철상이 가장자리로 이동하는 반면 내부 철 함량은 2.07%에서 0.27%로 감소할 수 있으며 환원 효율은 87%입니다. 다양한 회전 속도와 다양한 Fe/Mn 비율도 ​​철 제거 효율에 영향을 미칩니다. 생산에 사용되는 기계적 방법은 일반적으로 여과와 침전, 먼저 침전시킨 다음 여과하는 등의 조합으로 사용되며 여과와 원심 주조를 결합하면 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다.

2.2 용융 처리 방법

2.2.1 합금 원소를 첨가하여 Fe 효과를 중화(개질 처리)

용융에 합금 첨가 원소는 다음과 같은 목적으로 사용됩니다. 철상의 형태를 변화시키고, 철의 효과를 약화시키며, 합금의 강도를 증가시키고, 연신율을 향상시킵니다. 일반적으로 첨가되는 원소는 Mn, Cr, Co, Be, Mo, Ni, S, Mg, Re입니다. 등을 하나씩 분석하면 다음과 같습니다.

a. Mn: 가장 일반적으로 사용되고 사용되는 원소입니다. Mn을 첨가하면 철상의 수와 크기를 크게 줄일 수 있으며, 심지어 철상의 첨가로 인해 α-철상 면적이 확장되므로 철상이 완전히 사라지게 됩니다. 상이 α-철 상으로 변환되는 경우, 철 상을 중화시키기 위해 첨가되는 Mn의 양은 아직 결정될 수 없습니다. Al-Si13 합금에 0.5% Mn을 첨가하면 1.5% Fe를 함유한 합금에서 침상 및 편상 철상을 알파철로 변환할 수 있다고 합니다. 어떤 사람들은 Mn%=2(%Fe-0.5)에 따라 Mn을 첨가하는 것을 권장합니다. 즉, Mn을 첨가하면 더 이상 나타나지 않을 때까지 β-Fe 상의 수와 크기가 점차 줄어들 수 있습니다.

ㄴ. Cr: ZAlSi7Mg 합금에 Cr을 첨가하면 조악한 박편상 β상을 한자 α철상으로 변형시킬 수 있습니다. 0.2%~0.6% Cr을 첨가하면 Fe>1%를 함유한 Al-Si13 합금의 부서짐을 방지할 수 있습니다. Al-5Si-1.5Cu-0.5Mg 합금에 0.3% Cr을 첨가하면 0.4% 철을 함유한 합금의 연신율이 1.7%에서 3.8%로 증가하고, 0.4Cr을 첨가하면 0.75% Fe를 함유한 합금의 연신율이 0.8%에서 0.8%에서 0.8%로 증가할 수 있습니다. 2.6%.

ㄷ. Co: Co의 역할은 Mn과 유사하지만, 철이 풍부한 상을 구형으로 만들기 위해서는 약간 첨가해야 하며 동시에 Fe/Co의 비율이 1:2가 되어야 한다고 제안하는 사람들도 있습니다. 자체 첨가한 Co의 양이 적어 그 효과가 우수하다.

디. Be: Be 첨가량이 0.4%를 초과하면 AlFeBe 상이 형성될 수 있으며 동시에 Be는 우수한 항산화제이므로 Al의 성능을 향상시킬 수 있습니다. 모래 주조는 연신율을 줄이지 않고 AlSi0.6Mg 합금의 인장 강도를 5% ~ 10% 증가시킬 수 있습니다. 또한 Al-6Si 합금에 Be를 0.05% ~ 0.5% 첨가하면 Fe 불순물 상이 형성되는 것으로 보고되었습니다. 긴 바늘에서 덜 유해한 구형 또는 거의 구형으로 변경되어 합금의 가소성이 향상됩니다.

마. Mo: Fe의 유해한 효과를 중화하는 데 사용할 수 있습니다. 그 효과는 Mn보다 우수합니다. 이는 Al-Si 합금에서 Fe에 대한 효과적인 개질제입니다. 1.2% Fe를 함유한 합금에 0.1%를 첨가합니다. 합금의 신장률을 1%에서 2.8%로 증가시키고 인장 강도를 160MPa에서 180MPa로 증가시킬 수 있습니다.

f. Mg: 또한 불순물 철의 유해한 영향을 중화할 수 있으며, 함량이 일정 수준에 도달하면 AlFeSiMg 화합물 상이 형성되어 β 철 상의 형성이 감소됩니다.

그. Ni 및 S: 철의 유해한 영향에 대한 중화제이기도 하며 S는 알루미늄 합금의 개질제로도 사용할 수 있습니다. 황을 첨가하면 철 상 대부분이 짧은 막대 및 한자로 변할 수 있다고 보고되어 있습니다. 구형 및 덩어리 형태로. 그러나 단독으로 첨가하면 효과가 이상적이지 않습니다. 명백한 효과를 얻으려면 Mn, Cr, 희토류 등과 같은 다른 원소와 결합해야 합니다.

아. 희토류 RE: 희토류는 좋은 Fe 상 개질제입니다. 413 합금에 Sr을 0.04%~0.06% 첨가하면 6063 합금의 경우 Sr을 0.05% 첨가한 후 β 철 상의 수와 크기를 효과적으로 줄일 수 있다고 합니다. , 기존의 철상 화합물을 한자의 형태를 취하고 정제하였다. 일본 특허에서도 0.005%~0.10% Sr과 동일한 양의 Zn을 첨가하면 베타 철의 수와 크기를 줄일 수 있다고 보고했으며, 이는 많은 Al-Si 계열 및 프로파일 합금에서 확인되었습니다. 이는 주로 RE에 기인합니다. 그것은 일종의 수정제이자 합금 정화기로서 철의 유해한 영향을 효과적으로 제거할 수 있습니다.

간단히 말하면 열화중화제의 경우 β-철상의 형성을 감소 및 제거할 수 있으나 Fe 자체의 유해한 효과를 제거할 수는 없으며 단지 투여량을 늦추는 효과만 있을 뿐입니다. 사용된 열화는 Fe의 양에 따라 증가하며, 또한 합금의 인성을 어느 정도 증가시키거나 감소시킵니다. 더욱이, 다양한 복합 화합물의 형성은 다른 관련 부작용을 가져올 것입니다. 복잡한 포괄적 수식어를 사용하고 가능한 한 적게 추가합니다.

2.2.2 용융 과열 및 급속 냉각 처리

a. 용융 과열

과열 처리를 하면 철이 풍부한 상의 핵생성 코어가 감소할 수 있다고 보고되는데, 이는 고온에서 β-철이 풍부한 상의 핵생성 코어가 γ(Al)이기 때문이다. 및 γ(Al) 온도가 특정 수준(≥85°C)에 도달하면 γ(Al) 상이 α(Al)로 변환되어 β 철 상의 핵 생성에 도움이 되지 않습니다. , 이로써 β 철상의 출현을 억제합니다. 동시에, 용융물의 과열도가 증가함에 따라 주조물 내 철이 풍부한 입계 화합물이 더 미세해지는 것으로 밝혀졌습니다. 주입 온도가 800°C보다 높으면 합금의 박편상 β 철 상이 이 과정은 되돌릴 수 없습니다. 즉, 용융물이 α 상을 생성하기에 충분한 온도까지 과열되면 후속 처리 및 정치는 철 상의 형태에 영향을 미치지 않습니다. 철이 높을수록 과열로 철을 바꾸는 것이 점점 더 어려워집니다. 실제 작업에서는 용융물이 과열되면 공기를 흡수하여 심하게 산화되기 때문에 거의 사용되지 않습니다.

ㄴ. 급속 냉각 처리

급냉 처리는 철의 유해한 영향을 약화시킬 수 있다는 사실은 모두가 인정하는 바이며, 이는 국가 전문 표준에 규정된 모래 주조의 품질이 금속 주형의 품질보다 낮기 때문입니다. 급속 냉각 중에는 합금액에 핵생성 코어가 많아 계면 전진 속도가 빠르며, 동일한 조건에서 형성되는 유해한 철상은 짧고 얇아야 하며 바늘 모양의 상도 볼 수 없습니다. 동시에 Fe 상을 중화하기 위해 합금에 필요한 Mn의 양은 응고 과정 중 냉각 속도에 따라 변하며 냉각 속도도 Fe 상 형태에 큰 영향을 미칩니다. 냉각 속도가 <0.1°C/s이면 β-철 상 형성에 도움이 되고, 냉각 속도가 >10°C/s이면 β-철 상 형성이 억제됩니다.

3 토론

(1) 합금의 Fe 함량이 국가 표준을 충족해야 합니까?

합금 처리 방법과 냉각 속도 증가 조건 하에서 침상 철상의 유해한 영향을 줄이거나 제거할 수 있어 조직 특성이 국가 표준 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 이때 합금의 철 함량이 기준을 초과했습니다. 심지어 기준을 심각하게 초과합니다. 그러면 이때 성분이 주요 초점이 되어야 할까요, 아니면 성능이 주요 초점이 되어야 할까요? 우리는 Fe의 유해한 영향이 제거되었으며 그 함량 또는 철 함량 등가물(즉, 현재의 철 함량은 일반적인 국가 표준과 동일함)을 주로 조직 특성을 기반으로 참고용으로만 사용해야 한다고 주장합니다. , 그리고 성분에 대해 거부권이 있어서는 안 됩니다. 외국 주조 선진국과 비교할 때 우리나라의 국가 표준에 규정된 Fe 함량은 분명히 해외보다 엄격하므로 우리는 우리나라의 전문 산업 표준에 해당 표준이 나타나기를 바랍니다.

(2) 생산 과정에서 철의 유해한 영향을 줄이는 방법은 무엇입니까?

실제 생산에서는 과열로 인해 요소의 심각한 연소 손실과 심각한 공기 흡입이 발생하기 때문에 거의 사용되지 않습니다. 그러나 원심 주조에는 원심 분리기 및 기타 장비가 필요하므로 여전히 전문 합금 제조업체에 적합합니다. 제조업체는 단지 이를 위해 장비에 투자할 수 없습니다. 가장 실용적이고 실행 가능한 방법은 합금화 및 변성 처리와 냉각 속도를 높이는 것입니다. 변성 처리에서는 하나의 원소가 다중 기능을 갖거나 동시에 여러 원소의 화합물을 첨가하는 것이 좋습니다. , 열화 방법의 기계적 및 복합 처리.