아연합금의 종류와 특징 아연합금, 자맥금속의 강도, 융점, 비중, 성분

아연합금의 종류와 특징 아연합금, 자맥금속의 강도, 융점, 비중, 성분

아연합금은 예로부터 이용되는 합금의 하나로, 

높은 주조성이나 양호한 기계적 성질을 가지고 있어 

알루미늄합금에 버금가는 사용량이 있는 재료입니다.

 

일본의 JIS 규격에서는 다이캐스팅용 아연합금 기호로 

ZDC1, ZDC2의 2종이 규정되어 있으며(현행 규격에는 ZDC3은 없음), 

각각 ASTM 규격에서는 AC41A, AG40A입니다.

 

그 외, Zamak2, Zamak3, Zamak4, Zamak5, Zamak7과 같은 

자맥 금속도 아연 합금으로서 널리 이용되고 있습니다.

아연합금의 공업 이용의 역사로서는, 1929년에 뉴저지 징크사에 의해서 

Zamak(자막)가 개발된 이래 80년 이상의 역사가 있습니다.

 

덧붙여 유럽이나 미국에서는 아연 합금이라고 하면 

Zamak 혹은 Mazak(1930년대에 영국에서 개발)입니다만, 

이것은 아연의 Zink(zinc), 알루미늄의 

Aluminium, 마그네슘의 Magnesium, 구리의 Kupfer(copper)를 의미하는 머리글자로부터 취해진 품명입니다.

 

JISJIS H 5301	FSQQ-Z-363 B (1972)	ASTM B86 (1995)	SAEJ 468 b (1983)	NF EN 1706 (1998)	BS EN 1706 (1998)	DIN EN 1706 (1998)	ISO 301 (1981)
ZDC1	AC41A	AC41A	925	Z-A4U1G	B	GD-ZnAl4Cu1	ZnAl4Cu1
ZDC2	AG40A	AG40A	903	Z-A4G	A	GD-ZnAl4	ZnAl4

 

아연 합금의 비중

아연 합금의 비중은 6.6~6.7 전후가 됩니다.

아연 금속 단체로 7.13 정도입니다만, 아연 합금으로 해도

 철의 약 7.8보다는 약간 가볍지만, 

 

티타늄의 약 4.5, 알루미늄의 약 2.7, 마그네슘의 약 1.74에서 비교하면, 

중량이 있는 부류입니다.

 

장난감, 장난감 등에 사용되는 경우는, 광택이 있는 도금과 함께 외형도 

확실히 상상의 「합금」과 같은 외관을 낼 수 있습니다.

 

아연합금의 성분, 재질

주요 성분은 아연 외에 알루미늄, 구리, 마그네슘으로 구성되어 있는 합금입니다.

 

그 중에서도 알루미늄이 특히 중요한 역할을 담당하고 있어, 

이 원소가 첨가되어 기계적 성질이 개선되고 있는 것과 유동성도 좋아지고 있습니다.

 

또한 구리가 첨가되어 있는 것으로도 기계적 강도가 올라가고 있습니다.

또한 알루미늄과 구리를 첨가한 아연 합금에 마그네슘을 첨가하면 

결정립계 부식이나 시효성 치수 변화를 방지하는 효과도 있습니다.

또한 성분상 4종류의 불순물, 리튬, 니켈, 실리콘, 망간과 같은 원소가 

일정 이상 포함되지 않도록 유의할 필요가 있습니다.

 

이것들은 특히 치수 변화에 악영향을 미치기 때문에 아연 합금의 강점, 

장점 중 하나인 치수 정밀도가 손상될 위험성이 있습니다.

특히 리튬이 혼입되면 깨짐이 발생하여 합금을 붕괴시킬 수 있습니다.

JIS에서는 아연합금 다이캐스팅용의 것으로는 불순물로서 

Pb, Cd, Sn이 일정 이상 포함되어서는 안 된다고 규정되어 있습니다.

아연합금에 첨가되어 있는 합금원소는 다음과 같은 것이 있으며, 

각각의 역할이 다릅니다.

 

여러 개를 첨가함으로써 상승 효과를 얻거나 조합하여 사용하지 않으면 의미가 없는 것도 있습니다.

 

 

첨가원소	아연 합금에 미치는 영향
Al	강도, 경도, 유동성을 향상시키는 가장 중요한 첨가원소. ZDC1과 ZDC2에서는 모두 4% 내외 함유됨.4.5%를 넘으면 충격 강도가 낮아져 약해진다.
Cu	기계적 강도, 경도를 향상. 약점이 되었던 내식성도 향상시킨다.너무 많으면 치수의 경년 변화가 일어나기 쉽고, 충격 강도도 저하한다.
Mg	알루미늄과 구리를 첨가한 것에 대해 첨가하면 입자간 부식이 억제된다.규격 이상으로 첨가되면 유동성, 고온 취성, 충격치 저하 등의 악영향.
Pb、Sn、Cd	규격치 이상 이들 불순물이 포함되면 부식에 의해 재료로 사용할 수 없게 된다.
Fe	과잉 첨가에 의해 Fe-Al 금속간 화합물이 정출되어 슬러지 발생. 재료 내 경질 이물질이 출현하는 '하드 스폿'의 원인이 됨.

 

아연 합금의 특징과 용도 | 내충격성이 뛰어난 합금

아연합금은 치수정밀도를 내기 쉽고, 충격에도 강한 성질을 가지며, 진동을 흡수하는 성능, 

이른바 감쇠능이 뛰어난 재료이기 때문에 정밀기기나 

휴대기기의 부품, 케이스, 초합금을 명한 [장난감(완구)], 자동차의 몰, 

시계의 케이스, 도어 레버 등의 도금부품과 도장부품 등이 알려져 있습니다. 

 

도금성도 좋고 광택이 나는 전기도금도 쉽게 가능하기 때문에 

컬러풀한 광택이 필요한 용도로도 간편한 소재로 이용되고 있습니다.

재료를 얇게 만들 수 있는 이른바 얇은 고기에 대해서도 아연 합금은 강하고 

복잡한 형상을 주조에 의해 만드는 데에도 적합하기 때문에 정밀 부품에도 적합합니다.

다만, 내식성에는 어려움이 있어 재료로서 상당히 개량되어 있습니다만, 

원래의 재료에 포함되는 불순물의 양이 규격치를 초과해 버리면, 

경년 열화와 함께 입자간 부식 등을 일으키는 것이 알려져 있습니다.

 

아연 합금 강도

아연합금이 기계적 강도가 우수하다는 점은 앞에서 기술하였으나 

구체적으로는 다음 ZDC1과 ZDC2의 규격 값과 같이 

각각의 인장강도는 325MPa 이상, 285MPa 이상이 됩니다.

 

충격치가 높아지기 때문에 내충격성이 높고 신장치(7%, 10%)에서도 이를 알 수 있습니다.

경도도 브리넬 경도로 80~90 전후입니다.압축 강도는 ZDC1이 600MPa 전후, ZDC2가 415MPa 전후입니다.

 

ZDC1과 ZDC2의 차이

일본에서는 사용되고 있는 아연 합금의 약 90% 이상이 ZDC2입니다.

 

양자의 큰 차이는 성분상 구리의 양에 있으며, 

이에 따라 기계적 강도, 특히 경도와 인장 강도에 차이가 나타나고 있습니다.

다만 구리의 양이 너무 많으면 경년열화가 심해지기 때문에 시간이 지남에 따라 

기계적인 강도도 저하되고 치수도 변화해 버리는 난점이 있습니다.

 

이러한 것으로부터, 구리의 함유량이 적은 ZDC2(AG40A, 자맥 3)는 일본에서는 자주 사용되고 있습니다.

 

아연 합금의 융점

다이캐스팅에 이용되는 범용성이 높은 경금속 합금 중 아연합금은 저융점에 해당하며, 

그 융점은 대략 387℃입니다.고융점 금속일수록 다이캐스팅 등에서는 금형의 수명에도 영향을 미칩니다.

 

합금의 종류		녹는점
고융점 합금	구리 합금	황동으로 900℃ 정도
	마그네슘 합금	595℃
	알루미늄 합금	580℃
저융점 합금	아연 합금	387℃
	주석 합금	296℃
	납 합금	272℃

 

ZDC1의 비중, 융점, 성분, 강도 등 물성 | 아연합금의 특성, 재질, 기계적 성질

ZDC1은 ASTM 규격에서는 AC41A가 상당 합금으로 

Zamak5의 동등품으로도 알려져 있습니다.

 

아연합금의 일종으로 기계적 성질과 내식성, 내크립성이 우수한 것으로 알려져 

동 계통의 ZDC2보다 강도가 요구되는 경우에 사용이 검토됩니다.

 

또한 알루미늄 다이캐스팅 합금에 비해 뛰어난 감쇠능과 진동 감쇠를 나타냅니다.

 

아연, 알루미늄, 구리를 베이스로 한 3원계 합금입니다.

 

강도는 인장 강도에서 약 20%, 경도에서 약 10% 정도 ZDC2보다 커집니다.

유럽에서 가장 널리 사용되는 아연 합금 중 하나로 여겨집니다.

용도나 부품에 대한 사용 예로는 자동차 브레이크 피스톤, 안전 벨트 감김 금구 캔버스 플라이어 등에도 사용됩니다.

도금, 표면 처리, 기계 가공 등에 대해서도 용이하게 실시할 수 있습니다.

마찬가지로 아연합금의 규격재인 ZDC2에 비하면 실제로 사용되는 양은 극히 적지만, 

내식성이 떨어지는 대신 강도는 이쪽이 더 강하기 때문에 이러한 용도에서는 일고의 가치가 있습니다.

 

ZDC1의 비중
ZDC1의 비중은 6.70 전후가 됩니다.철 정도는 아니지만, 무게나 비강도 등에서는 무거운 부류에 들어갑니다.

ZDC1의 경도
브리넬 경도에서 91 전후가 되어 인장 강도와 함께 ZDC2보다 높은 값을 가집니다.

 

ZDC2의 비중, 융점, 성분, 강도 등 물성 | 아연합금의 특성, 재질, 기계적 성질

ZDC2는 일본에서 가장 널리 사용되는 아연 합금으로 AG40A와 Zamak3에 해당합니다.

 

알루미늄, 구리, 마그네슘을 원소로 포함한 아연 합금으로 치수 안정성이 좋고

표면이 깨끗하게 마감되는 등의 특징 외에도 도금이나 도장도 쉽게 가능하여 아름답게 완성됩니다.

기계적 성질에 대해서는 강도는 ZDC1에 비해 떨어지지만 

전반적으로 다른 금속에 비해 내충격성이 뛰어나고 인장강도도 실용범위 내에 있습니다.

또한 알루미늄 다이캐스트 등에 비해 진동을 흡수하는 성능인 감쇠능이 뛰어납니다.

강도가 특히 필요한 경우는 다른 ZDC1이나 더맥 금속 등에서 선정하게 됩니다.

다이캐스팅에서 사용할 경우 저융점으로 주조성도 뛰어나 생산성이 높고 대량생산에 적합합니다.

치수 안정성은 통상 주물에 대해서는 그다지 기대할 수 없는 경우가 많습니다만,

이 재료에 대해서는 뛰어난 특질을 나타내고,

경년 열화도 적기 때문에 오랜 기간 치수가 변화하기 어렵고, 안정되어 있습니다.

ZDC2의 비중
ZDC2의 대략적인 비중은 6.60입니다.ZDC1에 비하면 약간 낮아집니다.

ZDC2의 경도
ZDC2의 경도는 브리넬 경도로 82가 되어 ZDC1보다 약간 낮아지지만 

그만큼 내식성 개선 등으로 실용적인 밸런스가 좋은 아연 합금입니다.

 

 

 

2022.09.14-제조에 필수적인 철강은 어떤 것일까? 철강 재료의 주요 특징과 종류

제조에 필수적인 철강은 어떤 것일까? 철강 재료의 주요 특징과 종류

 

2024.01.11-프레이즈 가공이란? 특징, 장점, 종류에 대해 알아보자

2024.07.09-STKM, 기계구조용 탄소강 강관의 규격과 치수 공차, 종류와 비중

2024.07.09-철선과 강선의 규격 및 철선과 강선의 차이를 알아보자

 

-