[논문]전기자동차용 알루미늄 서스펜션 반응고 성형품의 기계적 특성

강병무; 박범석; 이상용

전기자동차용 알루미늄 서스펜션 반응고 성형품의 기계적 특성
Mechanical Properties of Thixoformed Aluminum Suspension Parts for Electric Vehicles 원문보기

강병무 (한국기계연구원 재료공정부) , 박범석 (한국기계연구원 재료공정부) , 이상용 (한국기계연구원 재료공정부)

Recently, many automobile parts produced by semi-solid forming(SSF) process has been applied for improved weight reduction, better environmental protection and energy savings. SSF process was well developed for high volume production of light weight aluminum components. In this paper, knuckle has been manufactured with A357 by SSF and thor investigated for microstructures and mechanical properties followed by various heat-treatment conditions. It was found that the examined microstructure was equiaxed at the whole cross-section area and as a result, the mechanical properties were satisfied by 100MPa YS, 260MPa UTS and $14\%$ elongation.

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문제 정의

본 연구에서는 전기자동차의 고강도 및 경량화를 위하여 반응고 성형법을 이용하여 자동차 샤시 현가장치 부 품인 knuckle을 성형했으며, 제조후 열처리에 따른 미세 조직과 기계적 성질을 조사했다.

제안 방법

3은 반응고 성형직후 overflow가 제거된 knuckle의 사진이며, 외관 상으로 큰 결함은 발견되지 않았다. knuckle의 미세조직 관찰을 위해 중앙 단면을 절단한 후 광학현미경으로 분 석했다. 또한 성형직후와 T6열처리한 시편의 기계적 특성을 알아보기 위해 Instron Series IX 인장시험기를 사용하였다.
knuckle의 미세조직 관찰을 위해 중앙 단면을 절단한 후 광학현미경으로 분 석했다. 또한 성형직후와 T6열처리한 시편의 기계적 특성을 알아보기 위해 Instron Series IX 인장시험기를 사용하였다.
그리고 K-Type 열전대를 장착하기 위하여 중심부와 표면부위에 깊이 20mm의 hole을 뚫었 다. 용량이 25kW, 1kHz이며, 출력으로 제어되는 수평식 유도가열기를 이용하여 주어진 소재에 대하여 최적의 반 응고가열조건을 구하였다. Fig.

대상 데이터

본 시제품 성형에 사용된 A357 소재의 조성은 Table 1에 나타내었으며, 고액공존구역의 온도범위는 560-613ºC이다. 직경 3" 의 원소재를 직경 65mm, 길이 100mm가 되도록 가공했다. 그리고 K-Type 열전대를 장착하기 위하여 중심부와 표면부위에 깊이 20mm의 hole을 뚫었 다.
본 시제품 성형에 사용된 A357 소재의 조성은 Table 1에 나타내었으며, 고액공존구역의 온도범위는 560-613ºC이다. 직경 3" 의 원소재를 직경 65mm, 길이 100mm가 되도록 가공했다.

성능/효과

(1) 소재의 공급된 거리에 따라 미세조직은 피스톤과 부딪히는 부분을 제외하고는 거의 비슷한 구상의 조직을 갖고 있었으며, 중심부위는 고상입자의 분율이 다른 부 위보다 높았으며 양쪽 끝단부위에는 다른 곳보다 조직의 치밀도가 떨어졌다. 따라서 성형중 소재의 유동 및 압력 제어를 통해 조직의 균일성을 확보하는 것이 필요한 것으로 나타났다.
(2) 반응고성형 후의 knucklee 평균 항복강도는 l00MPa, 인장강도는 260MPa 연신율은 15%(중심부위 22%)를 나타냈다.
(3) T6열처리를 함으로써 중심부위를 제외하면 항복강 도는 260MPa, 인장강도는 345MPa로 증가하였으나, 연 신율은 4%로 크게 낮아졌다.
(1) 소재의 공급된 거리에 따라 미세조직은 피스톤과 부딪히는 부분을 제외하고는 거의 비슷한 구상의 조직을 갖고 있었으며, 중심부위는 고상입자의 분율이 다른 부 위보다 높았으며 양쪽 끝단부위에는 다른 곳보다 조직의 치밀도가 떨어졌다. 따라서 성형중 소재의 유동 및 압력 제어를 통해 조직의 균일성을 확보하는 것이 필요한 것으로 나타났다.
다른 자료에는 T6열처리 후에 항복강도 290MPa, 인장강도 345MPa, 연 신율 10%로 보고된 것도 있다[6]. 반응고 성형된 부품의 인장강도는 squeeze casting에 비해 약간 우수하며, 단조 품에 비해 약간 떨어졌다.
Squeeze cast, 단조 및 반응고 성형법을 이용한 공정 에서의 기계적 성질을 Table 3에 나타내었다[4][5]. 본 연구에서 인장시험 자료와 비교해 볼 때 반웅고 성형의 경우 성형직후는 항복값은 약간 떨어지나 인장강도는 15-40MPa정도 높게 나타났다. T6 열처리 후에는 항복 및 인장값이 20MPa정도 높게 나타났다.

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