차세대 중형항공기 구조재료용 알루미늄 합금

황인성,강왕구,이해창 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.4

알루미늄 합금 개발 동향을 살펴보고, 차세대 중형항공기 구조재료용 알루미늄 합금 후보군을 정리하였다. 최근 주목받고 있는 알루미늄-리튬 합금을 비롯한 고가의 재료는 제외한 알루미늄 합금 가운데 성능이 개선된 내용을 기존 재료 물성치와 비교를 통해 정리하였다. 현재 운용중인 중형항공기인 Q400의 동체 및 주익의 주요구조에 사용된 재료와 함께 표로 정리하여 중량 절감 및 항공기 성능 개선 수준을 비교할 수 있도록 하였다. 추후 구조해석을 통해 정적/피로 특성을 확인하고, 생산 및 제작부서와 협의하여 도출된 재료 후보군의 적절성을 판단할 수 있도록 한다. This paper describes aluminum alloy development trend and introduces some candidate materials for next generation regional aircraft structure. Excellent in mechanical properties but expensive material such as Aluminum-Lithium alloy is excluded. There have been much advancements in non-lithium alloys bringing values to airframers. Some graphs show qualitative comparison between old and new material properties. Aluminum alloys in major structural parts of Q400 are also listed to estimate weight savings and performance enhancement of new aircraft. The candidate materials should be checked by structural analysis on their static/fatigue characteristics and discussion with manufacturing engineer would be necessary in the future.

내산화성 Mg 모합금을 이용한 고(高) Mg 함유 ECO-Almag6~9 합금 압출재의 제조 및 특성평가

김봉환 ( Bong-hwan Kim ),윤영옥 ( Young-Ok Yoon ),김세광 ( Shae-Kwang Kim ) 한국주조공학회 2021 한국주조공학회지 Vol.41 No.3

산업용으로 활용되는 많은 알루미늄 합금에 마그네슘 성분이 포함되어 있다. 이들 알루미늄 합금에 첨가된 마그네슘 원소는 알루미늄의 강도를 향상시키는 역할을 하지만, 제조 과정 중 산화 경향이 크기 때문에 제품의 품질과 특성을 저해하는 원인이 된다. 마그네슘이 주요 합금원소인 5천계 알루미늄 전신재 합금의 경우, 높은 산화성으로 인하여 마그네슘 함량은 약 5wt% 이내에서만 활용된다. 본 연구에서는 산화 경향이 억제된 것으로 알려진 ECO-Mg 모합금을 이용하여 5wt% 이상의 높은 마그네슘 함량을 포함하는 새로운 합금, ECO-Amag6~9 (6~9wt%Mg 함유) 합금을 제조하고 그 특성을 평가하였다. ECO-Almag6~9 합금은 높은 Mg 함량에도 깨끗한 용탕 품질이 확보되어 양산용 DC 주조기를 이용한 빌렛 제조 및 압출이 가능하였다. 또한 높은 Mg 함량으로 인해기존 산업용 5xxx계 합금에 비해 높은 강도와 연성을 보여 산업적 활용성이 높을 것으로 기대된다. The magnesium is one of the important alloying elements in the conventional aluminum alloys. The addition of magnesium to aluminum is well known to increase the mechanical strength of the aluminum without the trade-off of the decreased elongation. However, the content of magnesium in aluminum alloys has been limited to be lower than about 5wt.% because of the high oxidation tendency of magnesium element during the manufacturing processes such as casting, hot-forming and post heat-treatments, which can deteriorate the quality and properties of the final products. In this study, new ‘ECO-Almag6~9’ (containing 6~9wt%Mg) alloys were investigated to be made of the ECO-Mg master alloy, which has been invented to reduce the oxidation tendency of itself. It was successfully demonstrated that ECO-Almag6~9 alloys can be fabricated through the mass-production facilities of DC casting and extrusion routes without the problems of magnesium oxidation. In addition, it was confirmed that the strength and ductility were simultaneously improved due to the addition of high magnesium contents.

고속전철 내·외장재용 알루미늄 6xxx 계열 압출재의 특성 평가

김기주,원시태 한국기계기술학회 2018 한국기계기술학회지 Vol.20 No.5

In this study, the whole process of 6xxx series aluminum extruded alloy for high speed train interior and exterior parts are characterized. The mechanical properties, and chemical composition of the case materials were evaluated for the 6063, 6061 and 6N01 alloy profiles and compared to the commercial materials and the evaluation results satisfied the standard. The cast product was extruded using the air slip(AS) casting method and the direct casting(DC) method and these were again heat-treated conditions with T5 or T6. The remarkable point is that the extrusion temperature and pressure of 6061 alloy were somewhat higher than those of other alloys. The reason is that 6061 alloy exhibited brittle fracture due to grain boundary segregation even at the tensile fracture surface and the fact that the product used a billet by the direct casting method instead of air slip one. The mechanical properties were evaluated for the 6063, 6061, 6N01 extruded alloys and the evaluation results were analyzed and satisfied the standard properties.

고속전철 내·외장재용 경량 알루미늄 합금 주조 및 특성 평가

김기주,원시태 한국기계기술학회 2018 한국기계기술학회지 Vol.20 No.1

In this study, the whole process of 6xxx series aluminum cast alloy for high speed train interior or exterior parts are characterized. For casting, selection of optimum alloying elements, dissolution technology, de-gassing process, production of molds conforming to the conditions of use, development of casting process control technology for various shapes and materials are performed for the development of high-quality, high strength aluminum alloys. The development of more reliable lightweight aluminum and aluminum alloy for interior or exterior materials has been the scope of this study. The mechanical properties, and chemical composition of the case materials were evaluated for the 6063, 6061 and 6N01 alloy profiles and compared to the commercial materials and the evaluation results satisfied the standard.

래핑 가공 시스템을 조합한 소형 CNC 기계에 의한 알루미늄 합금의 표면조도 개선 연구

배중탁,kim han joo 한국기계기술학회 2019 한국기계기술학회지 Vol.21 No.4

Aluminum alloys are the light weight materials, they are commonly used in many industrial applications such as electronic, aerospace, automotive, and medical industry. Because they are used in these such applications. Therefore, their light weight and high surface quality are required. In this paper, the surface improvement round flat aluminum alloy using lapping finishing method was explored. In order to find the optimal condition, lapping parameters such as, rotational speeds, abrasive grain sizes of pad, processing times, and lapping oils were investigated in this study. The improvement in surface roughness was found to be highest with optimal condition at 200 rpm of rotational speed, 1 ㎛ abrasive grain size of pad, 0.5ml of light oil for 720 sec. By using the optimal condition, the initial surface roughness Ra of round flat aluminum alloy can be enhanced from 2.59㎛ to 0.02 ㎛. This can be concluded that the small CNC machine with lapping finishing method can be used to enhance the surface roughness of round flat aluminum alloy effectively.

고속전철 내ㆍ외장재용 경량 알루미늄 합금의 압출기술 개발

김기주 한국기계기술학회 2018 한국기계기술학회지 Vol.20 No.3

In this study, the extrusion process of 6xxx series aluminum cast alloy for high speed train interior or exterior parts are developed. For casting, selection of optimum alloying elements, dissolution technology, de-gassing process, production of molds conforming to the conditions of use, development of casting process control technology for various shapes and materials are performed for the development of high-quality, high strength aluminum alloys. The development of more high farmable extruded aluminum casting alloys for interior or exterior materials has been the scope of this study. The extruded die design was performed for the 6063, 6061 and 6N01 alloy profiles and extrusion test was executed. From these results, the extrusion conditions such as extrusion pressure following as billet temperature and materials were carefully examined.

고압 다이캐스팅법으로 제조한 편상흑연주철-알루미늄 이종소재의 계면접합특성에 미치는 탈흑연 열처리의 영향

양지바름 ( Ji-ba-reum Yang ),김태형 ( Taehyeong Kim ),정재헌 ( Jaeheon Jeong ),김상우 ( Sangwoo Kim ),김윤준 ( Yoonjun Kim ),김동응 ( Dongeung Kim ),신제식 ( Jesik Shin ) 한국주조공학회 2021 한국주조공학회지 Vol.41 No.6

본 연구에서는 주철-알루미늄 이종재료의 계면결합강도를 향상시키기 위하여 탈흑연 열처리를 통해 주철 표면에서 일정 깊이까지의 흑연을 제거하였다. 열처리 시간이 증가함에 따라 흑연이 제거되는 깊이는 증가하였으며, 열처리 시간과 깊이 사이에 선형 관계가 나타났다. 일정 깊이의 흑연이 제거된 주철에 알루미늄을 다이캐스팅 공법으로 주조접합하여 주철에서 흑연이 제거된 공간을 알루미늄으로 채운 후, 계면 반응 및 알루미늄 침투 깊이를 조사하고 계면접합강도를 평가하였다. 다이캐스팅 공법을 통한 알루미늄은 탈흑연 열처리된 주철 표면에서 일정한 깊이까지 채워지는 것으로 확인되었으며, 주철-알루미늄 계면에 금속간화합물이 생성되지는 않은 것으로 확인되었다. 계면접합강도는 열처리 시간과는 큰 관계없이 90MPa 수준의 접합강도를 나타내었으며 이는 탈흑연열처리를 하지 않은 소재의 접합강도 12MPa에 비해 매우 높은 강도이며, 주철의 탈흑연 영역에서 고압 다이캐스팅 공정에 의해 침투된 알루미늄 용탕이 응고되면서 언더컷 구조의 기계적 결합에 의한 것으로 생각된다. In this study, to improve the interfacial bond strength of cast iron-aluminum dissimilar materials, graphite was removed to a certain depth from the cast iron surface through de-graphitization heat treatment. As the heat treatment time increased, the depth at which graphite was removed increased, showing a linear relationship between the heat treatment time and depth. Aluminum was filled to a certain depth on the de-graphitized cast iron surface through die-casting method, and no intermetallic compounds were formed on the cast iron-aluminum interface. The interfacial bonding strength showed a value of 90 MPa regardless of the heat treatment time, which is very high compared to the 12MPa bonding strength of the material without de-graphitization heat treatment. This result is thought to be due to the mechanical bonding of the undercut structure as the liquid aluminum, penetrated by the high pressure die-casting process, solidified in the de-graphitized region of the cast iron.

알루미늄합금 재료의 산화막 형성이 피로거동에 미치는 영향

김종천(Jong Cheon Kim),정성균(Seong Kyun Cheong) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.4

본 논문에서는 알루미늄 7075-T6 재료의 부식 기간별 표면 산화막 형성이 피로거동에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 사용된 알루미늄 재료는 부식에 대한 부동태화 현상으로 부식저항 특성이 높은 금속으로 알려져 있다. 알루미늄 합금은 다른 재료에 비해 가볍고 강한 재료 특성 때문에 항공기 부품 산업과 같은 다양한 산업분야에서 널리 사용되고 있다. 때문에 부식에 대한 재료의 피로거동 특성과 부식에 대한 부동태화 특성에 대한 연구가 요구된다. 4절점 회전 굽힘 시험기를 사용하여 부식 기간별 재료의 피로거동 특성을 확인하였고, 표면 거칠기를 측정하여 부식 기간별 알루미늄 재료의 표면 부식 정도를 평가하였다. 또한 전자주사현미경을 통해 파단면 분석 및 재료 표면에 형성된 산화막을 측정하였다. 실험결과 초기 부식 4주 동안은 부식이 활발히 진행되어 피로수명은 크게 감소하고 표면 거칠기는 증가하였다. 하지만 4주 이후부터 재료의 부동태화 현상으로 부식 반응이 둔화되는 경향을 보였다. 전자주사현미경을 통한 분석에서도 표면 산화막의 성장이 4주 이후부터 둔화되어 재료 표면의 산화막이 보호층 역할을 하여 더 이상의 부식진행을 방지한다는 결론은 얻었다. In this study, the effects of surface oxide film formation on the fatigue behavior of 7075-T6 aluminum alloy were analyzed in terms of the corrosion time of the alloy. The aluminum material used is known to have high corrosion resistance due to the passivation phenomenon that prevents corrosion. Aluminum alloys have been widely used in various industrial applications such as aircraft component manufacturing because of their lighter weight and higher strength than other materials. Therefore, studies on the fatigue behavior of materials and passivation properties that prevent corrosion are required. The fatigue behavior in terms of the corrosion time was analyzed by using a four-pointing bending machine, and the surface corrosion level of the aluminum material in terms of the corrosion time was estimated by measuring the surface roughness. In addition, fractographic analysis was performed and the oxide films formed on the material surface were studied by scanning electron microscopy (SEM). The results indicated that corrosion actively progressed for four weeks during the initial corrosion phase, the fatigue life significantly decreased, and the surface roughness increased. However, after four weeks, the corrosion reaction tended to slow down due to the passivation phenomenon of the material. Therefore, on the basis of SEM analysis results, it was concluded that the growth of the surface oxide film was reduced after four weeks and then the oxide film on the material surface served as a protection layer and prevented further corrosion.

2개의 볼트를 갖는 고강도 알루미늄 합금 일면전단 볼트접합부의 내력

강현식,김태수 한국강구조학회 2018 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.30 No.2

This study is aiming at investigating the ultimate behaviors and curling influence on the ultimate strength in high strength aluminum alloys (7075-T6) single shear two-bolted connections using finite element analysis. The validation of finite element analysis for predicting the ultimate behaviors was verified through the comparison between previous test results and analysis predictions. Strength reduction due to curling occurrence was estimated quantitatively. Parametric analyses with extended variables were conducted and the conditions of curling occurrence according to end distance and edge distance were suggested. Finally, modified equation was suggested considering curling influence on the ultimate strength of aluminum alloys 7075-T6 bolted connections. 본 연구는 유한요소해석을 적용하여 고강도 알루미늄 합금(7075-T6)의 2개 볼트로 구성된 일면전단 볼트접합부의 구조거동과면외변형에 의한 최대내력에 미치는 영향을 조사하는 것을 연구목적으로 한다. 볼트접합부의 구조거동을 예측하는데 있어 기존실험결과와해석결과의 비교를 통해 유한요소해석의 타당성을 검증하였다. 면외변형 발생으로 볼트접합부의 내력저하정도를 정량적으로 평가하였다. 연단거리에 대한 추가적인 변수해석이 수행되었고 하중방향연단거리와 하중직각방향연단거리에 따른 면외변형 발생조건을 제시하였다. 최종적으로 알루미늄 합금 7075-T6 볼트접합부에 대한 면외변형의 영향을 고려한 수정내력식을 제안하였다.

고속전철 내 · 외장재용 알루미늄 합금 주조재의 특성 평가

김기주(Kee Joo Kim) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集A Vol.42 No.7

일반적으로 자동차, 철도 등 수송기기의 출력 및 고속화는 추진기관의 성능향상과 아울러 구조물의 경량화가 선행되어야 한다. 본 연구에서는 고속전철의 내 · 외장재로서 알루미늄 합금을 선정하고 이중에서도 특히 우수한 기계적 물성과 경량화의 달성이 가능한 합금계를 후보로 선정하고자 하였다. 실험 결과 주조재의 특성은 외산 주조재에 비하여 기계적특성이 뒤떨어지지 않았다. 본 연구에서 문헌조사를 통하여 선정된 합금계인 6063, 6N01, 6061, 6060, 6005 및 5083알루미늄 합금의 경도, 미세조직 및 인장물성은 캐나다 알칸사에서 제조한 외산재 알루미늄 합금의 물성과 유사한 결과를 나타내었다. It is essential to improve the performance of the propulsion engine as well as the weight of the structure to increase the output and speed of vehicles such as automobiles and trains. It was manufactured by adopting aluminum alloy as the candidate alloy of lightweight alloy to be used for interior and exterior materials of high-speed train. The investigation of more reliable lightweight aluminum and aluminum alloys for interior or exterior materials is the focus of this study. The characteristics of the casting material showed the mechanical characteristics that are not inferior to those of the foreign materials. The hardness, microstructure and tensile properties of the 6063, 6N01, 6061, 6060, 6005 and 5083 aluminum alloys selected as present study by literature research were similar to those of external materials (made by Alcan, Canada).