M. Schütze¹, J. Ganzenmüller², M. Becker³, C. Mangos¹, G. Piazza², L. Kallien¹, E. Beeh²
¹아알렌 대학교; ²독일 항공우주센터 (DLR), 슈투트가르트; ³오스카 프레히 GmbH + Co. KG, 숀도르프
산업계의 e-모빌리티로의 전환은 모터 하우징, 기어박스 및 커버와 같은 고압 다이캐스팅(HPDC) 부품의 경제적인 생산을 위한 기회입니다. 이러한 부품은 주로 알루미늄 합금으로 대량 생산됩니다. 구조용 주물에 고강도 마그네슘 합금을 사용하면 경량 구조에서 추가적인 무게 감소의 잠재력이 있습니다 [1].
내부 결함이 적은 고품질 주물을 제조하기 위해 주조 공정은 지난 몇 년 동안 업그레이드되었습니다. 이러한 개선 사항 중 하나는 알루미늄 합금에 대해 가능한 최고의 주조 품질을 제공하는 오스카 프레히 GmbH의 Vacural® 다이캐스팅 공정입니다 [2]. 이 공정은 진공 보조 다이캐스팅과 다릅니다. 진공은 투입 공정의 시작부터 금형이 완전히 채워질 때까지 지속적으로 적용됩니다. 공정에서 용융된 재료는 용광로에서 파이프를 통해 주조 챔버로 직접 흡입됩니다. 폐쇄 시스템은 투입 중 용융물의 산화를 줄입니다. 금형이 채워질 때까지 약 70mbar의 진공이 달성되어 다이캐스팅 부품의 공기 혼입을 줄입니다.
Vacural® 다이캐스팅 공정은 마그네슘에도 동일한 이점을 제공합니다. BMWK의 지원을 받는 InDrutec-E 프로젝트에서 AZ91, AS31 및 AE 44-2의 세 가지 다른 합금이 주조 및 테스트되었습니다. 이 연구를 위해 모든 합금은 진공 보조를 통해 4mm 플레이트로 주조되었으며 Vacural® 다이캐스팅과 비교되었습니다. 이후 평판 시편을 정적 및 피로 강도 테스트했습니다.
[그림 1] 세 가지 마그네슘 합금의 기계적 성질 변화 (왼쪽) 및 Vacural® 다이캐스팅으로 인한 AS 31의 피로 강도 증가 (오른쪽)
그림 1 (왼쪽)의 결과는 Vacural® 다이캐스팅의 결과로 인장 강도 및 항복 강도와 같은 정적 성질의 증가를 보여줍니다. 세 가지 합금 모두에서 강도와 연성의 상당한 증가가 조사되었습니다. AZ 91 및 AE 44-2의 경우 고급 주조 공정으로 인한 피로 강도의 주목할 만한 증가는 보이지 않았습니다. 반면에 AS 31의 경우 피로 강도의 상당한 상승이 관찰되었습니다. AS 31의 두 가지 주조 공정에 대한 피로 거동 비교가 그림 1의 오른쪽 그림에 나와 있습니다.
조사 결과 Vacural® 다이캐스팅 공정은 마그네슘 합금의 기계적 성질에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 추가 조사를 위해 Vacural® 공정과 결합된 합금 AS 31은 전기 파워트레인 애플리케이션 [3]을 위한 기어박스 커버의 경량화 잠재력을 보여주기 위해 사용되었습니다.
참고 문헌
- [1] Magnesium: Eigenschaften, Anwendungen, Potenziale; Kainer, K.U., Ed., 1st ed.; WILEY-VCH Verlag GmbH: Weinheim, 2000, ISBN 3527299793.
- [2] https://www.frechusa.com/vacural-technology
- [3] Beeh, E. (2023, 15. Februar). Leichtbau- und Ressourcenschonungspotentiale bei Druckgussteilen [Konferenzbeitrag]. Fachtagung für neue Fahrzeug- und Werkstoffkonzepte, Stuttgart, Germany.