고강도 알루미늄 합금 소재의 온간 성형성 분석 연구

Abstract

최근 지구 온난화와 자동차 수요의 급격한 증가에 따라 화석연료 자원고갈 이 심화되고 있어, 세계 각국은 자동차 연비 및 배기가스 규제를 점차 강화 하고 있다. 충돌 및 연비 안전 규제가 강화되면서 고강도, 경량화 소재가 주로 적용되고 있는 추세이며, 자동차 연비 향상의 대안으로 국내·외 자동차 업계에서는 신소재 개발을 중심으로 하는 차량 경량화 기술 개발이 활발하 게 진행 중이다. 대표적 경량화 소재인 알루미늄은 일반적으로 강재에 비해 비중이 1/3의 수준이고 친환경 소재라는 특성이 있으며, 마그네슘, FRP 등의 타 소재에 비해 소재의 공급 및 양산성이 상대적으로 우수한 장점이 있다. 그러나 고강도 알루미늄 합금의 경우 소재의 난성형성으로 인해 제품 제조 공정이 주로 압출 및 주조 공법으로 제약되고, 이에 따른 주변 연결 제품 전체의 설계를 변경해야 하는 문제점이 있다. 차체 부품제작을 위한 일반적인 공법은 스탬핑(Stamping)이 요구되지만, 높은 스프링백 현상으로 성형성이 우수한 온도 범위에서의 스탬핑을 수행하는 온간 성형 기술이 필요하다. 온간 성형법은 일반 가공법으로 성형이 불가능한 소재를 파손 없이 드로잉(Drawing) 및 스탬핑할 수가 있고, 중간 열처리 공정의 생략이 가능하며 소재의 물성치 변화를 통한 스프링백 양의 저감 효과를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 기가 Steel 소재를 대체하여 차량의 구조재로 사용되기 위한 강도를 만족할 수 있는 인장강도 500MPa급의 시효 경화형 합금인 7000계 알루미늄 합금 소재 중, 후보 소재의 물성 평가와 미세조직 분석을 통해 잠재적 가능성이 높은 A7075-T6 소재를 연구를 위한 최종 소재로 선정하였다. 선정된 소재의 열처리 조건 분석을 바탕으로 온간 성형을 위한 용체화 처리의 적정 조건을 도출하였고, Sample 제조를 통한 온간 성형성 분석으로 스프링백 현상의 저감을 검증하였다. 최종적으로 제작 제품과 Steel 제품을 포함한 6종의 대체제품군 정하중 비교 실험을 통해, 온간 성형법을 적용한 고강도 알루미늄 합금 소재로, 기존 Steel 소재를 대체할 수 있는 가능성을 확보하였다.