알루미늄 압출 온도: 공정 윈도우, 합금계, 그리고 다이에 미치는 비용

모든 합금계에는 압출 온도 범위가 있으며, 그 범위는 좁습니다. 이 범위 아래에서는 프레스의 압력이 부족하고, 위에서는 표면이 손상되거나 금속이 결정립계에서 용융되기 시작합니다. 윈도우는 고상선에 의해 설정되고, 균질화 처리에 의해 하향 조정되며, 합금계에 따라 100 °C 이상 변동합니다. 이 페이지에서는 공개된 범위, 6xxx 합금이 용해선에서 보이는 단계적 변화, 그리고 부실한 온도 제어가 실제 생산량에서 초래하는 비용을 설명합니다.

합금계별 범위

중요한 세 가지 온도는 고상선, 균질화 유지 온도, 압출 범위입니다. 상용 합금의 균질화는 일반적으로 고상선보다 20~50 °C 낮으며 초기 열간 가공 온도에 실용적으로 최대한 가깝게 설정되므로, 아래 수치들이 서로 연동됩니다.

합금계	고상선 (°C)	균질화 (°C)	압출 (°C)
1XXX	640 ~ 650	560 ~ 605	450 ~ 550
2XXX	500 ~ 650	480 ~ 530	400 ~ 480
3XXX	630 ~ 645	530 ~ 620	480 ~ 520
5XXX	570 ~ 630	380 ~ 550	400 ~ 480
6XXX	580 ~ 620	560 ~ 600	430 ~ 500
7XXX	500 초과	400 ~ 500	390 ~ 450

합금계별 대표적인 고상선, 균질화 및 압출 온도. 압출 범위는 스트로크 시작 시의 빌렛 온도이며, 다이에서의 온도가 아닙니다.

이 표에서 프레스 운전 방식을 결정하는 두 가지가 있습니다. 7xxx 범위인 390~450 °C는 6xxx 범위보다 약 60 °C 낮으며, 6xxx가 여전히 압출하기에 너무 뻣뻣한 영역과 겹칩니다. 또한 윈도우의 폭은 온도에 비례하지 않습니다. 2xxx는 80 °C, 6xxx는 70 °C, 7xxx는 60 °C에 걸쳐 있지만, 7xxx 윈도우는 상한에서 초기 용융에 의해 제한되는데, 그 이유는 고상선이 가공 범위 바로 위에 있기 때문입니다.

6xxx는 용해선에서 단계적 변화가 있음

6xxx 합금에서 중요한 한계는 빌렛 온도가 아니라 다이 출구에서 프로파일이 도달하는 온도입니다. 이 한계는 빌렛이 다이에 들어갈 때 Mg와 Si가 고용 상태에 있는지에 따라 달라집니다. 빌렛을 가공 범위로 바로 가열하여 용해선 아래에 유지하면 Mg2Si가 여전히 입자로 존재하여 프로파일이 더 일찍 파손됩니다. 빌렛이 용해선 위를 통과하거나 과열 후 급냉되면 Mg와 Si가 고용 상태에 있어 프로파일이 초기 용융 전까지 20~30 °C 더 뜨겁게 운전할 수 있습니다.

합금	Mg2Si가 존재할 때의 프로파일 한계	Mg와 Si가 고용 상태일 때의 프로파일 한계
6060	590 °C	620 °C
6063	591 °C	612 °C
6082	570 °C	595 °C

빌렛을 고용한계선(solvus) 아래 및 위로 가열했을 때 표면이 파손되는 프로파일 표면 온도. 고용한계선은 6060의 경우 약 475 °C, 6082의 경우 약 540 °C입니다.

이는 야금학적 호기심이 아니라 프레스 실무의 핵심 사항입니다. 6060 소재를 460 °C까지 바로 예열하는 현장은 입자가 존재하는 상태로 합금을 가공하는 것이며, 460 °C가 공표된 430~500 °C 범위 내에 충분히 들어감에도 불구하고 더 낮은 상한선이라는 대가를 치르는 것입니다. 상한은 도표가 아니라 금속이 다이로 가져가는 상태에 의해 결정됩니다.

온도 제어는 정돈이 아니라 생산량의 문제입니다

공정 창이 좁기 때문에 제어 정밀도가 속도를 결정합니다. 공표된 수치는 명확합니다. ±20 °C 이내로 제어하면 최적 정압 압출 속도가 완전한 등온 운전 대비 약 10퍼센트 감소합니다. 제어가 ±50 °C까지 흘러가면 그 수치는 50퍼센트 감소입니다. 중요한 것은 다이 출구 온도이며, 이는 변형 일이 스트로크를 따라 열을 더하기 때문에 노 내 빌렛 온도와 같지 않습니다.

이것이 등온 압출에 계측 장비를 투자할 가치가 있는 이유입니다. 빌렛이 컨테이너에 의해 냉각되고 변형 하에서 가열되는 동안 출구 온도를 일정하게 유지하려면 램이 스트로크를 따라 감속해야 하며, 이 때문에 속도 램프를 설정값이 아니라 프로그램으로 지정합니다. 단일 정속 램으로 운전하는 프레스는 정의상 등온이 아닙니다.

최대 압력이 공정 창의 일부를 차지합니다

다른 경계는 프레스 용량이며, 이는 정상 상태 하중이 아닙니다. 빌렛을 움직이기 시작하려면 돌파 압력 또는 최대 압력이 필요하며, 이는 통상 계산이 제시하는 정상 상태 수치보다 높습니다. 최대 압력을 포함하면 주어진 압력과 램 속도에서 사용 가능한 최대 압출비가 정상 상태 압력만으로 도출한 수치 대비 거의 40퍼센트 감소합니다. 따라서 정상 상태 수치로는 충분해 보이는 프레스가 매 스트로크 시작 시 용량이 부족할 수 있으며, 이는 깔끔한 압력 한계가 아니라 긴 빌렛이나 경질 합금에서의 정지로 나타납니다.

공정 창이 다이에 미치는 영향

다이는 이 모든 것의 고온 측에 위치합니다. 알루미늄 프레스에서 베어링은 윤활 없이 약 1050 °F (565 °C)에서 운전되며, 강에 점착하는 금속과 맞닥뜨립니다. 이 작동 온도가 강종 선택을 강제합니다. H13과 그 유럽 등가강 1.2344는 해당 온도에서 경도와 템퍼링 저항성을 유지하고 질화 처리에 반응하기 때문에 전 세계적으로 사용됩니다. 냉간 금형에 적합한 강종은 베어링에서 경도를 잃고 변형되며, 다이가 눈에 보이는 마모를 보이기 전에 프로파일이 흐트러집니다.

이 연결은 반대 방향으로도 성립합니다. 출구 온도를 높이는 모든 요인은 다이 수명을 단축합니다. 즉, 더 높은 빌렛 온도, 더 빠른 램, 더 긴 베어링, 변형 일에 의해 가열되어야 하는 더 차가운 다이입니다. 이 사이트의 표면 페이지는 베어링이 너무 뜨거워질 때 발생하는 현상을, 마모 페이지는 베어링이 잃는 것을 설명합니다.

이것이 다이 강재 주문에 주는 시사점

압출용 강종은 크롬 열간 금형강인 AISI H13 및 그 유럽 등가강 1.2344이며, 다이 제작 현장에서 기계 가공하고 경화·템퍼링하며 베어링을 질화 처리할 수 있도록 어닐링 상태로 공급됩니다. 압출 공구용 1.2344 ESR 프로그램은 다음에서 확인할 수 있습니다: 1.2344 ESR H13 압출 공급 페이지, 해당 강종은 다음에서: H13 공구강 페이지에, 케이스는 공구강 질화 페이지. 다이가 너무 뜨겁게 운전될 때 표면에서 발생하는 현상은 다음에서: 픽업 및 다이 라인 페이지, 열 입력을 제어하는 베어링은 다음에서: 다이 베어링 길이 페이지, 부품별 등급은 압출 다이 강재 선정 페이지, 그리고 시험 후 이어지는 수정은 압출 다이 보정 페이지.

이 범위로 프레스를 설정하기 전에

이는 상용 합금에 대한 공표된 범위이며, 특정 프레스나 프로파일에 대한 설정값이 아닙니다. 특정 작업에서 통하는 압출 온도는 합금, 압출비, 형상, 컨테이너 및 다이에 따라 달라지며, 공표된 범위는 목표값이 아니라 허용 범위입니다. 프로파일 온도 한계는 출처에 명시된 특정 합금 및 예열 조건에 대한 것입니다. 최종 설정은 프레스에서 확립됩니다.

출처: Extrusion of Aluminium Alloys, T. Sheppard, Kluwer Academic Publishers, 1999, 표 5.1 및 5.1~5.10절, 베어링 작동 온도는 Aluminum Extrusion Technology, P. K. Saha, ASM International, 2000에서 발췌.