− 6 − 한국주조공학회지 제34권 제1호 (2014. 2)

Alloy Wheel용 저압 주조 A356-T6 합금의 기계적 특성

유봉준·김정호·윤형석·어순철 *†

현대성우오토모티브코리아(주) 기술연구소, *한국교통대학교 신소재공학과

Mechanical Properties of Low-Pressure Die Cast A356-T6 alloysfor Automotive Wheels

Bong-Jun Yoo, Jeong-Ho Kim, Hyung-Seok Yoon and Soon-Chul Ur*†

Hyundai Sungwoo Automotive Korea, Co. Ltd. R&D Center, Chungju, Chungbuk 380-250, Korea*Dept. of Materials Science & Engineering/RIC-ReSEM, Korea National University of Transportation, Chungju, Chungbuk 380-702, Korea

Abstract

The mechanical properties of low-pressure die cast (LPDC) A356-T6 automotive road wheels are evaluated and correlated withtheir corresponding microstructures. In this study, two types of alloy wheels processed using different LPDC gating system areinvestigated. The yield stress, tensile stress, and elongation values tested at room temperature are correlated with the secondary den-drite arm spacing (SDAS) with respect to the gating system, and are also compared with similar studies. The SDAS and precipitatesare examined using optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive spectroscopy. The phase infor-mation is also investigated using X-ray diffraction. Charpy impact tests are also performed from −100oC to 200oC, and the fracturesurfaces are examined using SEM. The impact energy is demonstrated to increase with increasing temperatures without exhibitingspecific transition behaviors as in other nonferrous alloys. The fracture toughness is also evaluated using three point bend test withsingle-edged bend specimens. The obtained fracture toughness values are in good agreement with those in similar studies.

Key words: Mechanical property, SDAS, Impact test, Fracture toughness, A356-T6 alloy

1. 서 론

Aluminum road wheel은 steel wheel에 비해, 고충격 흡수

능력, 우수한 열전도율에 따른 제동 성능 및 안전성 향상, 정

밀도의 우수성에 의한 조종 안전성의 증대, 경량화에 따른 에

너지 절감 및 가속성 향상, 우수한 내식성 및 미려한 디자인

등의 강점을 가지고 있어, 현재 고급사양은 물론, 중소형 자동

차에 이르기까지 표준사양으로 선택되는 등 시장이 급속도로

확대되고 있다[1,2]. 특히 친환경, 에너지 절감 트렌드에 부응하

여, Hybrid 및 EV 등의 차세대 전기자동차에도 alloy wheel

의 적용이 크게 기대되고 있다. Alloy wheel의 제조는 통상,

단조(forging), 다이캐스팅(die casting), semi-solid forming and

multi-piece 공법으로 제조되고 있다[1,3,4]. 이들 중 단조 공법

을 활용한 공정이 미세조직의 치밀화에 의해 우수한 기계적

성질을 보이고 있으나, 주조 wheel에 비해 제조비용이 증가하

게 되어 일반적으로 저압주조 공법을 주로 적용하고 있다. 저

압주조법은 밀폐된 용기 내의 용탕면에 비교적 낮은 압력의

기체(공기 또는 불활성 가스)를 이용하여, 용탕 중에 들어가

있는 급탕관(stalk)을 통해 중력과 반대방향으로 용탕을 밀어

올려 급탕관 위쪽에 설치된 금형에 주입하는 주조법으로 현재

자동차용 alloy wheel의 제조에 널리 활용되고 있다[4-5]. 일반

적으로 저압주조 A356-T6 합금의 경우, 제반 기계적 성질은,

시편의 위치 및 공정에 따라 다소차이가 있으나, 0.2% offset

항복강도 185-235 MPa, 인장강도 230-310 MPa, 연신율 2-

5%, KIC 파괴인성 20-23 MPa√m로 알려져 있다[6,7].

저압주조의 경우 gating system은 미세조직, 기공도, 기계적

Received: Dec. 13, 2013 ; Revised: Jan. 27, 2014 ; Accepted: Jan. 29, 2014†Corresponding author: Soon-Chul Ur (KNUT)Tel: +82-43-841-5385, Fax: +82-43-841-5380E-mail: scur@ut.ac.kr

Journal of Korea Foundry Society2014. Vol. 34 No. 1, pp. 006~013http://dx.doi.org/10.7777/jkfs.2014.34.1.006pISSN 1598-706X / eISSN 2288-8381

© Korea Foundry Society, All rights reserved.This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creative-commons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided theoriginal work is properly cited.

(8)

Alloy Wheel용 저압 주조 A356-T6 합금의 기계적 특성 − 7 −

성질, 수율 및 생산성에 영향을 미친다[8]. 건전한 미세조직과

생산성을 제고하기 위하여 현재 alloy wheel의 양산공정에서는

용탕 주입 게이트(gate)의 위치에 따라 side gate (SG)와

center gate (CG) 공정을 적용하고 있으며, 본 연구에서도 이

2가지 공정으로 제조된 alloy wheel을 대상으로 실험을 추진하

였다. 저압주조 Al wheel은 부품 부위별, 게이트(gate) 위치에

따라 기공도, 불순물의 함량, 석출물의 분포 및 크기, SDAS,

결정립도 등의 미세조직검사, 경도시험, 인장시험, 샤르피 충격

시험, 파괴인성시험, 피로시험 등의 제반 기계적 특성시험 및

전자현미경을 이용한 파면조사 등을 수행하여 특성 및 품질을

평가하여야 한다. 그러나 양산체제의 공정을 고려할 때, lot별,

wheel 부위별 각 시편에 대하여 전수 기계적 시험을 병행하는

것은 현실적으로 큰 제약이 따르며, 주기적으로 행해지는 디자

인 및 설계 변경에 대해 각 시험결과에 대한 데이터베이스로

활용하는데 큰 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 경량 주

조 소재 및 공정기술이 현재 제조되고 있는 A356계 road

wheel 부품에 적용된 사례를 중심으로 양산품에 대한 전반적인

기계적 성질을 체계적으로 조사하고, 미세조직과의 상호 연관

관계를 규명하여, 제한된 조건이지만 기본적인 데이터베이스로

활용하여 신속한 feed back과 함께 품질향상에 기여하고자 연

구를 진행하였다.

2. 실험 방법

본 시험에 사용된 시편은 저압 주조된 A356 (Al6.5Si0.3-

Mg0.2Fe0.1Zn)합금으로, Sr을 0.008 wt.%를 첨가하여 개량 처

리한 것으로, T6 열처리된 완성품 wheel의 spoke를 절취하여

종방향 응력방향으로 시편을 제작하였다. T6 열처리는 530oC

에서 8시간의 용체화 처리 후, 165oC에서 8시간의 시효처리를

실시하였다. Fig. 1에 gating system별 공정을 간략히 나타내

었다. Center gate 공정은 완제품 수율이 높고, 장비 및 금형

비가 상대적으로 저렴하며, 후처리 공정이 간단하고 자동화에

유리하나, 다소 낮은 기계적 성질을 보여주는 경향이 있다. 반

면, side gate 공정은 제품 경량화, 공정시간 단축 및 상대적

Fig. 1. Schematic diagram of gating system.

Fig. 2. (a) Schematic geometry of 3 point bend test specimen, (b) Enlarged geometry of notch area, (c) 3-point bend test experimental set-up,

(d) Specimens before and after KIC test.

(9)

− 8 − 유봉준·김정호·윤형석·어순철

으로 우수한 기계적 특성 등 장점이 있으나, 낮은 회수율 등

의 단점도 가지고 있다.

인장시험은 만능시험기(Instron-4485)를 사용하여 ASTM

E8/E8M-11 방법에 따라 gage length 2.54 cm의 표준 환봉

시편을 준비하여 2 mm/min의 속도로 실시하였다. Gating

system별로 각각 30개씩 인장시험을 실시하여, 최대값과 최소

치를 제외하고 평균하여 0.2% 보정항복강도, 인장강도, 연신율

(%)을 구하였다. 인장시험이 끝난 시편의 guide 부분을 절단하

여, vibration polishing을 한 후 미세경도(micro-Vickers)시험

을 실시하였으며, 시편별로 각각 12회 실시하여, 최대값과, 최

소치를 제외한 10개의 data를 평균하여 시편 당 대표 경도값

을 얻었다. 밀도측정은 아르키메데스 방법을 사용하였다. 또한

시편별로 일부분을 절취하여 광학현미경(OM)과 주사전자현미경

(SEM; Hitachi 3200S)으로, 2차 수지상 간격 SDAS를 측정

하였으며 시편당 5회 이상 측정한 평균값을 구하여 해당 시편

의 기계적 성질과의 상관관계 규명에 활용하였다. 충격시험은

V-notch 샤르피(Charpy) 모드(ASTM E23)로 ASTM A370에

따른 10 mm × 10 mm × 55 mm(노치깊이 2 mm) 표준시편을

사용하였다. 액체질소와 가열로를 이용하여 −100oC~200oC의

온도범위에서 30oC 구간별로 충격시험을 실시하였으며 온도에

따른 충격에너지의 변화거동을 관찰하였다. 충격시험 후 파단면

의 늘어난 가로 폭의 변형율(lateral expansion ratio)도 조사하

였으며, 주사전자현미경으로 파단양상의 변화를 관찰하였다. 미

세조직분석은 광학현미경과 SEM/EDS을 이용하였으며, 상분석

은 X-선 회절시험(Bruker AXS ADVANCE D-8)를 활용하여

진행하였다. 파괴인성(KIC)용 시편은 ASTM E-399[9]에 따라

Fig. 2(a)~(b)과 같이 single edge notched bend (SENB)시편

을 EDM (elecro-discharge machining)방법으로 제작하였으며,

KIC측정은 Fig. 2(c)와 같이 MTS (Landmark Servohydraulic

Test System, Model 370.103)를 사용하여 상온에서 3 point

bend test 방법으로 진행하였다. Fig. 2(d)에 시험전후의 시편

사진을 나타내었다. 시편의 제원은 Fig. 2(a)~(b)를 기준으로,

길이 (L) = 74 mm, span(S) = 64 mm, 폭(W) = 16 mm, 높이(B)

= 8.2 mm, pre-crack을 포함한 노치깊이(a) = 7 mm, 노치 열림

부위(gage length) = 6 mm, 노치의 폭(N) = 2 mm로 하였다. KIC

측정값의 해석은 식(1)에 의거하여 계산하였다. 여기서 PQ은

균열개시 하중이고, 파괴인성은 PQ에서의 KQ를 계산하고 평면

변형율 파괴인성조건(B ≥ (2.5(KQ/σys)2))에 부합할 때 KIC로 계

상하였다. 시험 후 판단면은 SEM관찰을 통하여 파단양상을

조사하였다. 또한 기공율(porosity)은 OM 및 SEM을 이용하여

기공의 크기와 개수를 5회 이상 측량한 후 면적 기공율을 구

하였다.

(1)

where, =

3. 실험결과 및 고찰

Gating system별 항복강도, 인장강도, 연신율(%), 밀도, 미세

경도값(micro Vickers hardness; HVN)과, 광학현미경 관찰을

통한 해당 SDAS의 평균값을 측정하여 Table 1에 나타내었다.

전반적인 기계적 물성은 일반적인 상용 저압주조 A356-T6 합

KQ

PQS

BW3 2⁄

---------------- f a

W-----⎝ ⎠⎛ ⎞=

f a

W-----⎝ ⎠⎛ ⎞

3a

W-----⎝ ⎠⎛ ⎞1 2⁄

2 1 2a

W-----+⎝ ⎠

⎛ ⎞------------------------- 1.99

a

W-----– 1

a

W-----–⎝ ⎠

⎛ ⎞ 2.15 3.93–a

W----- 2.7+

a

W-----⎝ ⎠⎛ ⎞ 2

⎩ ⎭⎨ ⎬⎧ ⎫

×

Table 1. Mechanical properties and SDAS of low pressure die cast A356-T6 alloys.

SpecimenYield strength

(MPa)Ultimate tensile strength (MPa)

Elongation(%)

Hardness(HVN)

SDAS(µm)

Density(g/cc)

Porosity(%)

SG 202.3 265.4 5.65 97.2 23.0 2.697 0.494

CG 199.4 251.8 3.16 94.4 41.9 2.696 0.508

Fig. 3. Optical micrographs of A356-T6 alloys showing typical dendrites; (a) CG, (b) SG.

(10)

Alloy Wheel용 저압 주조 A356-T6 합금의 기계적 특성 − 9 −

금의 기계적 물성을[6,7] 만족시키고 있으며, Table 1에 나타

난바와 같이 side gate 주조시편의 SDAS가 center gate에 비

해 조밀하고 이에 따르는 인장강도 및 경도특성이 우수한 것을

알 수 있었다. 또한 wheel 제조사에서 특히 주안점을 두고 있

는 연신율은 여타 비교 부품소재의 연신율(2% 미만) [10-11]에

비해 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다. Fig. 3(a)와(b)에

gating system별 SDAS 크기를 비교할 수 있는 미세조직 사

진을 나타내었다. 2가지 공정에 의한 미세조직은 모두 조대 기

공, 편석 등 macro 결함이 없는 건전한 조직을 보여주고 있으

며, 여기에 side gate 공정에 의한 미세조직이 center gate 공

정에 비해 매우 미세한 SDAS를 갖는 것을 알 수 있었다.

Fig. 1의 금형 설계에서 알 수 있듯이, spoke 부위에 대한 응

고시간은 side gate 공정의 경우 center gate 공정에 비해 상

대적으로 짧으며, 빠른 냉각속도에 의해 SDAS의 미세화가 이

루어진 것으로 추정할 수 있다[8,12]. 또한 Sr 첨가에 의해 공

정 Si 상이 섬유상으로 개량된 것을 확인할 수 있다. 주사전자

현미경과 에너지 분산분광분석기(SEM/EDS)를 이용하여 분석한

석출상의 종류 및 분산 정도를 Fig. 4의 미세조직사진에 나타

내었다. Fig. 4와 같이, 각 시편에는 약간의 미세기공이 존재

하며 center gate공정 미세조직이 side gate공정에 비해 다소

높은 기공도를 갖는 것을 알 수 있다. 다만 그 차이가 미미하

여 직접적 영향을 규명하기에는 다소 제한적이지만, 낮은 기공

도에 의해 side gate 시편에서의 기계적 성질향상에 부가적인

영향이 있을 것으로 추정되었다. 즉 상대적으로 미세한 SDAS

를 나타내는 side gate 공정 시편이 center gate 시편에 비해

높은 강도와 연신율을 갖는데 주된 기구로 작용하고 기공도

Fig. 4. SEM micrographs of A356-T6; (a) center gate, (b) center gate with higher magnification, (c) side gate, (d) side gate with higher

magnification.

Fig. 5. XRD pattern of low pressure die cast A356-T6 alloy.

(11)

− 10 − 유봉준·김정호·윤형석·어순철

등 여타의 미세조직 개선기구가 부가적 영향을 준 것으로 판

단할 수 있었다. 석출물로서 침상의 β-AlFeSi와 구형상의

FeMg3Si6Al8 등이 검출되었으며, Mg2Si는 확인할 수 없었다.

As-cast A356합금의 경우 µm 크기의 Mg2Si상이 T6 열처리

를 하는 동안 수십~수백 nm 크기로 미세 분해가 일어나는 것

으로 알려져 있어, 보다 정확한 관찰을 위하여는 고배율의

TEM분석이 필요할 것으로 판단되었다[11]. 석출물의 분율은

Fig. 5의 X-선 회절분석결과에 나타난 바와 같이, 그 양은 X-

선 회절시험의 분해능(5~7 vol.%) 이하로 존재하는 것으로 추

정할 수 있었다.

Al 합금을 포함한 금속재료의 경우 일반적으로 인장강도 (또

는 항복강도)는 결정립크기 또는 SDAS (L)의 제곱근에 반비

례하는 Hall-Petch 식을 따르는 것으로 알려져 있다[11,12]. 그

러나, 본 연구의 경우 SDAS 분포 데이터의 제한으로 인해

비례식을 구성하기에 어려움이 있는바, 본 연구결과의 정도를

간접적으로 확인하기 위하여 A356-T6 소재에 대한 유사 연구

자료[11,12]와 비교 검토하여 Fig. 6에 외삽하였다. Fig. 6에서

확인할 수 있듯이, 비교 연구 연구결과의 항복강도 및 인장강

도는 SDAS의 제곱근에 반비례하는 Hall-Petch 관계식을 따르

고 있으며, 제한적 SDAS 범위지만 본 연구의 실험결과도 유

사한 경향을 보이고 있고, 같은 SDAS 값에서도 우수한 항복

강도 및 인장강도를 보이고 있음을 알 수 있었다. 이는

SDAS 영향뿐 아니라, 기공도 및 석출물의 크기 및 분산 정도

등의 부가적인 요인에 따라 차이가 발생한 것으로 판단되었다.

또한 석출경화형 (또는 분산강화형) 재료의 경우 제 2상의 입

자간 간격과 물성사이의 관계는 Hall-Petch 식과 유사성을 보

이는 것으로 알려져 있다[12,13]. 하지만, 본 연구의 경우 또

한 Fig. 4~5에 나타난 바와 같이 석출물의 분율이 매우 낮고,

불균일한 분산을 이루고 있어 제2상에 의한 강화기구의 정량화

해석은 이루어질 수 없었다. 미세경도 또한 다른 금속재료에서

흔히 보여지는 강도 대 경도와의 비례관계[14]를 따르는 것으

로 판단되었다.

−100oC~200oC의 온도범위에서 30oC 내외의 온도 구간별로

충격시험을 실시한 충격에너지의 변화거동을 Fig. 7에 나타내

었다. 또한 충격시험 후 파단면의 늘어난 가로폭 확장율을 조

사하여 온도변화에 따르는 변화거동을 Fig. 8에 나타내었고,

주사전자현미경으로 관찰한 파단양상의 변화를 Fig. 9~10에 제

시하였다. 일반적으로, 연신율과 충격에너지는 온도에 따라 증

가하며, 인장강도와 반비례하는 것으로 알려져 있으나, Al 합

금의 경우 SDAS간격이 작아짐에 따라 충격에너지가 증가하는

경향이 보고된 바 있다[10]. 온도증가에 따라 충격에너지는 단

순 선형비례 양상을 보여주고 있으며, 면심입방결정구조(fcc)를

갖는 다른 금속소재에서와[15] 같이 연성-취성 천이온도

(DBTT)는 관찰되지 않았다. 또한 시험구간 전반에 걸쳐 각 공

Fig. 8. Lateral expansion ratio after impact test as a function of tem-

perature for A356-T6 alloys.

Fig. 6. Tensile property relation with respect to SDAS (L) for A356-

T6 alloys.

Fig. 7. Impact energy as a function of temperature for A356-T6 alloys.

(12)

Alloy Wheel용 저압 주조 A356-T6 합금의 기계적 특성 − 11 −

Fig. 9. SEM micrographs of fracture surfaces after impact test for center gate specimens; (a) −60oC, low magnification, (b) −60oC, medium

magnification, (c) −60oC, high magnification, (d) 25oC, low magnification, (e) 25oC, medium magnification, (f) 25oC, high

magnification, (g) 200oC, low magnification, (h) 200oC, medium magnification, (i) 200oC, high magnification.

Fig. 10. SEM micrographs of fracture surfaces after impact test for side gate specimens; (a) −100oC, low magnification, (b) −100oC, medium

magnification, (c) −100oC, high magnification, (d) 25oC, low magnification, (e) 25oC, medium magnification, (f) 25oC, high

magnification, (g) 200oC, low magnification, (h) 200oC, medium magnification, (i) 200oC, high magnification.

(13)

− 12 − 유봉준·김정호·윤형석·어순철

정별 시편의 충격에너지 값은 서로 유사한 것을 알 수 있었다.

다만 side gate공정시편이 center gate 공정시편에 비해 상온

이상에서 온도에서 다소 높은 값을 보이고 있으며, 이는 상대

적으로 미세한 SDAS에 기인한 연신율과 직접 관련이 있는

것으로 추정된다[10]. A356-T6 합금은 널리 알려진 재료임에

도 불구하고 온도대비 충격에너지에 관한 연구는 상대적으로

진행되지 않아 많은 자료를 분석하기에 어려움이 있으나, 유사

한 SDAS 크기를 갖는 Sr 개량형 A356-T6 합금의 고온 충

격시험결과와 (수냉 Cu 몰드 사용, 100oC~150oC에서 1시간

이내 유지한 경우 8~11 J) [16] 비교한바 매우 유사한 결과를

나타내고 있다. 참고로 본 연구에서의 저압주조 공정에는 SC

계열 주철제 수냉 몰드를 사용였다. 또한 상온 충격에너지 값

은 Table 2에 나타낸바와 같이 spoke부위 A356-T6합금에 대

한 유사 연구시험 결과[10]에 비해 매우 높은 것을 확인할 수

있었으며, 이는 개량효과와 더불어 상대적으로 낮은 기공도에

기인한 것으로 판단되었다.

충격시험 후의 가로폭 확장율은 충격에너지가 변형에너지로

변화되는 양상을 통해 충격 특성을 간접적으로 확인할 수 있

는 도구로 종종 활용되고 있다. Fig. 8에 나타난 바와 같이,

온도증가에 따라 가로폭 확장율이 전반적으로 증가하는 것을

알 수 있으며, 100oC이상의 온도에서 급격히 증가하는 것을

확인할 수 있다. 온도상승에 따라 보통 체심입방계 철강재료의

경우 전단파괴부분(shear fracture portion)의 증가가 가로폭 확

장율에 영향을 미치며, 벽개파괴부(cleavage fracture fraction)와

의 특정비에 따라 DBTT 천이현상이 일어나는 것으로 알려져

있으나, Al 합금 등의 비철계 금속재료의 경우 벽개파괴부와

전단파괴부의 천이현상관찰이 어려운바, 온도상승에 따라 슬립

및 점성유동의 증가에 의한 열적연화 효과(effect of thermal

softening)가 가중된 것으로 판단된다[17].

Fig. 9~10에 나타난 바와 같이, 전반적 파단의 양상은 딤플

(dimple) 조직을 나타내고 있어, 전형적인 연성파괴임을 알 수

있다. 또한 저온에서는 딤플내부에 내부크랙의 생성과 이들의

축적(accumulation)을 확인할 수 있으며, 이 영향에 의해 낮은

충격에너지 흡수 값을 보이는 것으로 해석할 수 있다. 온도증

가에 따라 딤플의 크기가 증가하는 것 또한 확인할 수 있었다.

KIC측정은 상온에서 3 point bend test 방법으로 진행하였고,

해석은 식(1)에 의거하여 계산하였다. 평면변형율 파괴인성조건

[B ≥ (2.5(KQ/σys)2)]에 부합하는 KQ값을 KIC로 계상한바, center

gate 시편의 KIC = 20.65 MPa√m, side gate 시편의 KIC = 20.68

MPa√m 측정되었다. 구조용 Al 합금의 KIC는 일반적으로

20~23 MPa√m[6,7]로 알려져 있고, 저압주조 A356-T6에 대한

결과(KIC = 21.2 MPa√m) [4]와도 유사한 특성을 보여주고 있

어, 본 부품의 경우는 안정적인 파괴인성값을 보이고 있음을

알 수 있었다. 파괴인성은 일반적으로 인장 응력과 반비례의

관계를 가지고 있으나, 미세조직, 개재물, 불순물, 조성, 열처리

이력 등의 금속학적 변수와 온도, 변형율, 시편두께 등의 시험

조건에 의해 크게 영향을 받아 아직 명확한 관계 정립은 어려

운 것이 현실이다[18]. 본 연구에서도 제한된 크기 범위의

SDAS 데이터로 인해 미세조직과 파괴인성과의 연관성을 규명

하는데 어려움이 있었으나 연구가 진행되어 보다 많은 데이터

가 축적된다면 이러한 상관관계를 추정함은 물론 금속학적 해

석이 가능할 것으로 사료된다.

4. 결 론

Sr 개량처리된 A356 (Al6.5Si0.3Mg0.2Fe0.1Zn)합금을 저압

주조한 후 T6 열처리시킨 완성품 road wheel의 기계적 성질

을 gating system별로 조사하여 미세조직과 함께 해석하였다.

기계적 시험으로 인장시험, 미세경도시험, 충격시험, 파괴인성시

험을 실시한 후 사용된 시편의 미세조직을 검사하여 미세조직

과의 상관관계를 규명하고자 하였으며 결과를 종합하면 다음과

같다.

1) 전반적인 인장강도, 항복강도, 미세경도 특성은 상용 저압

주조 A356-T6 합금의 기계적 물성을 만족시키고 있으며, 항복

강도, 인장강도, 연신율 모두 다른 유사 연구결과에 비해 매우

우수한 것을 확인할 수 있었다.

2) 2가지 공정에 의한 시편은 모두 건전한 미세조직을 보여

주고 있고, 여기에 side gate 공정에 의한 미세조직이 center

gate 공정에 비해 매우 미세한 SDAS와 제한적이기는 하나 다

소 낮은 기공도를 갖는 것을 알 수 있었으며 이에 따라 side

gate 공정 시편이 center gate 공정시편에 비해 높은 강도와

연신율을 갖는 것을 알 수 있었다.

3) 석출물로서 침상의 β-AlFeSi와 구형상의 FeMg3Si6Al8 등

이 검출되었다. 석출물의 분율은 X-선회절시험의 분해능이하로

존재하는 것으로 추정할 수 있었다.

5) 온도증가에 따라 샤르피 충격에너지는 단순선형 비례 양

상을 보여주고 있으며, 연성-취성 천이온도는 관찰되지 않았다.

또한 시험구간 전반에 걸쳐 각 공정별 시편의 충격에너지 값

은 유사한 결과를 나타내었으나 side gate공정시편이 center

gate 공정시편에 비해 상온 이상에서 온도에서 다소 높은 값을

보이고 있음을 확인할 수 있었다. 이는 상대적으로 미세한

SDAS에 기인한 연신율과 직접 관련이 있는 것으로 판단되었

다. 유사 연구자료와 비교 결과 우수한 상온 및 고온 충격흡

Table 2. SDAS and impact energy of low pressure die cast A356-T6alloys at room temperature.

SpecimenSDAS(µm)

Porosity(%)

Impact energy (J)

Remarks

Reference wheel 1

42 ± 7 0.48 2.24 ± 0.20 [10]

Reference wheel 2

39 ± 4 0.95 2.75 ± 0.32 [10]

CG 41.9 0.508 7.42 ± 0.30

SG 23.0 0.494 7.53 ± 0.25

(14)

Alloy Wheel용 저압 주조 A356-T6 합금의 기계적 특성 − 13 −

수특성을 갖는 것을 알 수 있었고 이는 미세 SDAS 조직, 개

량효과, 제한적 범위지만 상대적으로 낮은 기공도에 기인한 것

으로 판단되었다. 또한 충격시험 후 파단면의 늘어난 가로폭

변형률을 조사하여 온도변화에 따르는 변화거동을 미세조직과

연계하여 해석하였다.

6) KIC측정은 상온에서 3 point bend test 방법으로 진행

하였고, 평면변형율 파괴인성조건[B ≥ (2.5(KQ/σys)2)]에 부합하

는 KQ값을 KIC로 계상한바, center gate 시편의 KIC = 20.65

MPa√m, side gate 시편의 KIC = 20.68 MPa√m 측정되었으며,

유사연구와 비교하여 안정적인 파괴인성값을 보이고 있음을 알

수 있었다.

감사의 말

This research was supported by the Regional Innovation

Center (RIC) Program which was conducted by the Ministry

of Trade, Industry and Energy of the Korean Government.

References

[1] Polmear IJ, Mater. Trans. JIM, “Recent developments in light

alloys”, 37 (1996) 12-31.

[2] Sanders RE, J. Minerals, “Technology innovation in aluminum

products”, 53 (2001) 21-25.

[3] Liu D, Atkinson HV, Kapranos P, Jirattiticharoean W and

Jones H, Mater. Sci. Eng. A, “Microstructural evolution and

tensile properties of thixoformed high performance aluminium

alloys”, 361 (2003) 213-224.

[4] Lee K, Kwon YN and Lee S, Eng. Fract. Mech., “Correlation

of microstructure with mechanical properties and fracture

toughness of A356 aluminum alloys fabricated by low-

pressure-casting, rheo-casting, and casting-forging processes”,

75 (2008) 4200-4216.

[5] Bonollo F, Urban J, Bonatto B and Botter M, la metallurgia

italiana, “Gravity and low pressure die casting of aluminium

alloys: a technical and economical benchmark”, 6 (2005) 23-

32.

[6] Boyer HE and Gall TG, Metal Handbook, desk edition, ASM,

USA, (1985) 659.

[7] Editors of Wikimedia Foundation, Inc. Wikidepia homepage.

retrieved Oct. 10, 2013, http://en.wikipedia.org/wiki/Alumin-

ium_alloy.

[8] Lee BD, Baek UH and Han JW, J. of Mater. Eng. and Perform.,

“Optimization of gating system design for die casting of tin

magnesium alloy-based multi-cavity LCD housings”, 21

(2012) 1893-1903.

[9] ASTM E 399-9, ASTM International, 100 Barr Harbor Drive,

PO Box C700, West Conshohocken, PA, USA. (2009).

[10] Merlin M, Timelli G, Bonollo F and Garagnani GL, J. Mater.

Proc. Tech., “Impact behavior of A356 alloy for low-pressure

die casting automotive wheels”, 209 (2009) 1060-1073.

[11] Ran G, Zhou J and Wang QG, J. Alloys. Comp., “The effect of

hot isostatic pressing on the microstructure and tensile

properties of an unmodified A356-T6 cast aluminium alloy”,

421 (2006) 80-86.

[12] F. Grosselle, G. Timelli, F. Bonollo, A. Tiziani and E. D. Corte,

La Metallurgica Italiana, “Correlation between microstructure

and mechanical properties of Al-Si cast alloys” 6 (2009) 25-32.

[13] Ur S-C and Joo J-H, J. KPMI, "Coarsening of dispersoid and

matrix in ODS NiAl" 4 (1997) 48-54.

[14] Zhang P, Li SX and Zhang ZF, Mater. Sci. Eng. A, “General

relationship between strength and hardness”, 529 (2011) 62-73.

[15] Dieter GE, Mechanical Metallurgy, SI Metric ed., McGraw-

Hill Book Company, USA, (1988), p. 477.

[16] Shivkumar SS, Wang S and Keller C, J. Mater. Eng. Perform.,

“Impact properties of A356-T6 alloys”, 3 (1994) 83-90.

[17] Johnson GR and Cook WH, Proc. of the 7th international

symposium on ballistics, International Ballistics Committee,

Hague, Netherland, 21 (1983) 541-547.

[18] R. O. Ritchie, Nature Mater., “The conflicts between strength

and toughness”, 10 (2011) 817-822.

(15)