압출은 금속 플라스틱 가공의 핵심 기술로, 압력을 가하여 블랭크가 다이 구멍 밖으로 흘러나오도록 하여 원하는 단면 모양의 프로파일을 생성합니다. 알루미늄 합금 압출은 주로 400~500°C의 온도에서 작동하는 전방 열간 압출을 사용하며 일반적으로 압출 비율은 10~100입니다.
전체 공정에는 주조 잉곳 가열(구배 가열 온도 제어), 다이 예열, 압출 변형, 온라인 담금질, 연신 교정 및 인공 노화가 포함됩니다. 주요 매개변수에는 압출 비율 λ, 압출 온도, 압출 속도 및 압출력이 포함되며, 이는 서로 결합되어 제품 품질을 종합적으로 결정합니다.
주조 잉곳 가열
잉곳 가열은 소성 변형에 필요한 온도(일반적으로 400~500°C)를 달성하고 미세 구조를 균질화하는 동시에 주조 편석을 제거하는 것을 목표로 하는 압출 공정의 중요한 전처리 단계입니다.
가열방식은 주로 산업용 주파수 유도가열을 채용하여 빠른 온도상승과 균일한 열분포 등의 장점을 가지고 있습니다. 저항로 가열은 대량 생산에 적합합니다. 공정 사양에 따르면 반경 방향 온도 차이는 ±5°C 이하, 축 방향 온도 차이는 ±10°C 이하여야 합니다. 일반적으로 구배 가열 기술이 채택되는데, 잉곳의 앞쪽 끝(다이 측 근처)은 뒤쪽 끝보다 10~30°C 낮은 온도를 유지하여 압출 중 변형열과 마찰열의 균형을 유지함으로써 출구 과열을 방지합니다.
다이 가열
다이 가열은 압출 공정에서 중요한 준비 단계로, 다이 온도를 잉곳 온도와 일치시켜 유동성과 용접 품질을 손상시킬 수 있는 다이 구멍을 통한 금속 흐름 중 상당한 온도 차이로 인한 과도한 냉각을 방지하는 것을 목표로 합니다.
가열 방법은 저항 가열로를 사용하며, 다이 예열 온도는 일반적으로 450~500°C로 유지되고 유지 시간은 2시간 이상으로 균일한 연소를 보장합니다. 주요 공정 요구 사항: 다이 온도는 다이를 통한 금속 흐름 중 열 손실을 보상하기 위해 잉곳의 전면 온도(10~30°C)보다 약간 높아야 합니다.
다이, 압출 실린더 및 주조 잉곳 간의 온도 일치가 중요합니다. 다이 온도가 지나치게 낮으면 프레싱 피크 값이 증가하고 금속 유동성이 감소하며 용접 품질이 저하되거나 심지어 다이 막힘이 발생할 수 있습니다. 반대로 온도가 너무 높으면 다이강의 강도와 내마모성이 손상되어 다이 파손이 가속화될 수 있습니다. 정밀한 온도 제어(±5°C)와 철저한 번스루(burn-through)는 프로파일의 압출 안정성과 표면 품질을 보장하는 데 중요합니다.
압출 변형
압출 변형은 금속이 고압 하에서 다이 구멍을 통해 흐르는 소성 성형의 핵심 공정입니다. 잉곳은 압출 실린더 내의 압출 샤프트에 의해 구동되어 3축 압축 응력 상태를 생성합니다. 금속은 전환 브리지(중공 프로파일)를 통해 또는 직접 다이 구멍으로 들어가 단면 형상이 변형됩니다.
주요 공정 매개변수에는 압출 비율 λ(일반적으로 10~100), 압출 온도(400~500°C), 압출 속도(축 속도 2~15mm/s) 및 압출력이 포함됩니다. 압출 시 발생하는 변형열 및 마찰열로 인해 금속 온도가 30~80°C 상승할 수 있으며, 이는 경사 가열 또는 속도 제어를 통한 균형이 필요합니다.
온라인 담금질
온라인 담금질은 압출 공정과 열처리 간의 원활한 통합 역할을 합니다. 이는 압출 다이 구멍의 잔열을 활용하여 급속 냉각을 달성하고, 용해된 강화상(예: Mg2Si)을 높은 온도에서 실온까지 응고시켜 후속 노화에 유리한 조건을 만듭니다.
냉각 방법은 합금 특성에 따라 선택됩니다. 공기 냉각은 6063과 같이 담금질 감도가 낮은 합금에 적합합니다. 물 미스트 냉각은 6xxx 시리즈 합금에 가장 일반적으로 사용되는 방법으로, 제어 가능한 냉각 속도와 최소한의 변형을 제공합니다. 침수 냉각은 냉각 속도가 ≥50°C/s인 7xxx 시리즈와 같은 높은 담금질 민감도 합금에 사용됩니다.
중요한 공정 요구 사항: 담금질 전에 프로파일 온도가 합금 고용체 온도(일반적으로 ≥500°C)를 초과해야 합니다. 냉각은 단계 침전 강화로 이어질 수 있는 국부적인 냉각 부족을 방지하기 위해 균일하고 속도가 충분해야 합니다.
스트레치 롤링
스트레치 롤링은 압출 후 중요한 마무리 공정으로 사용됩니다. 프로파일에 축 방향 장력을 가함으로써 압출 및 담금질 공정 중에 발생하는 굽힘, 비틀림 및 잔류 응력을 제거하는 동시에 치수 정확도를 미세 조정합니다.
주요 기술적 포인트: 연신량은 0.5% ~ 2.0% 이내로 제어되어야 합니다(프로파일 모양, 벽 두께 및 정밀도 요구 사항에 따라 다름). 지나치게 낮은 연신은 효과적인 교정을 달성할 수 없으며, 과도한 연신은 단면적 축소, 치수 편차 또는 파단을 초래할 수 있습니다. 스트레칭 과정에서 추가적인 굽힘을 방지하기 위해 균일한 클램핑과 강제 라인 정렬을 보장합니다.
인공 노화
인공 노화는 압출 프로파일에 최종 기계적 특성을 부여하기 위한 중요한 열처리 공정입니다. 담금질 후 프로파일을 가열하고 노화로에서 유지하여 과포화 고용체로부터 강화상(예: 6xxx 시리즈의 Mg2Si)의 균일한 석출을 촉진하여 경도와 강도를 크게 향상시키는 나노 규모의 분산 석출물을 형성합니다.
일반적인 공정 매개변수: 6xxx 시리즈의 노화 온도는 180~200°C이고 유지 시간은 2~4시간입니다. 7xxx 시리즈는 온도와 시간 조합이 더 복잡한 2단계 노화를 사용합니다. 에이징 공정 중에는 국부적인 과시효 또는 과소시효를 방지하기 위해 노 온도 균일성(±3°C 이내)을 엄격하게 제어해야 합니다.
안도산산화
전기영동 코팅
분말 코팅
열간압연
열간압연은 금속 빌렛을 재결정 온도 이상으로 가열하여 압연 변형을 일으키는 성형 공정입니다. 가열 온도는 일반적으로 금속 융점의 0.6~0.9배 범위이며, 알루미늄 합금 열간 압연 온도는 일반적으로 350~450°C로 설정됩니다.
열간압연 시 금속은 가공경화와 동적 재결정이 동시에 진행되어 소성이 크게 향상되고 변형 저항이 감소하여 고감소 생산에 적합합니다. 주요 장비로는 열간압연기(2롤, 4롤, 멀티롤)가 있는데, 회전하는 롤을 통해 빌렛에 압력을 가해 빌렛의 두께를 줄이고 폭을 늘리는 장치이다.
열간 압연의 주요 기능은 주조 잉곳(평평하거나 둥근 잉곳)을 판금, 스트립 또는 바 빌렛으로 변환하는 것입니다. 주조 구조를 분해하고 기공과 수축 구멍을 제거합니다. 기계적 특성을 향상시키면서 입자 크기를 미세화합니다.
냉간 압연
냉간 압연은 금속 재결정 온도 이하에서 수행되는 압연 변형 공정으로, 일반적으로 실온에서 수행됩니다. 알루미늄 합금의 냉간 압연 전에 열간 압연 빌렛은 연화, 열간 압연 미세 구조 제거 및 변형 저항 감소를 위해 어닐링을 거쳐야 합니다.
냉간 압연은 상당한 가공 경화를 특징으로 하며, 변형 중에 금속의 강도는 증가하고 소성은 감소합니다. 최소 단일 패스 감소(일반적으로 10%~30%)로 목표 두께를 달성하려면 중간 어닐링과 결합된 여러 패스가 필요합니다. 냉간압연제품은 우수한 표면품질과 높은 치수정밀도(두께공차 ±0.01mm)를 가지며, 가공경화도 조정을 통해 기계적 성질을 정밀하게 제어할 수 있습니다.
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