알루미늄합금 압주물과 같은 부피의 주철의 중량 차이는 핵심은 양자 밀도의 현저한 차이에서 비롯되며, 이 차이는 알루미늄합금 압주물이 경량화 분야에서 광범위하게 응용되는 관건적인 원인이 된다.ADC12, A380과 같은 일반적인 압주 알루미늄 합금의 밀도는 2.68-2.8g/cm³ 구간에 집중되어 있지만, 주철 (회색 주철, 잉크 주철) 의 밀도는 7.0-7.4g/cm³ 사이이며, 밀도 비율로 계산하면 같은 부피에서 알루미늄 합금 압주 부품의 중량은 주철의 30~40%, 즉 경량화 비율은 60~70% 에 달하며, 서로 다른 번호의 알루미늄 성분과 알루미늄 합금 배율의 차이는 소폭의 파동이 존재한다.
압주 알루미늄 합금의 재질 특성으로 볼 때 밀도가 낮은 것이 경량화를 실현하는 기초이다.ADC12는 광범위하게 응용되는 압주 알루미늄 합금으로 밀도는 2.68-2.71g/cm³이고 주요 성분은 알루미늄, 실리콘, 구리이다. 그 중 알루미늄의 비중은 85% 를 넘는다. 알루미늄의 천연밀도는 2.7g/cm³에 불과하다. 실리콘, 구리 등 원소를 첨가하여 강도를 높여도 전체 밀도는 주철보다 훨씬 낮다.A380 압주 알루미늄 합금의 밀도는 2.8g/cm³로 실리콘 함량이 더 높기 때문에(9-12%) ADC12보다 약간 높지만 여전히 회색 주철 밀도(7.2-7.4g/cm³)의 40% 에도 못 미친다.이러한 밀도가 낮은 특성으로 인해 알루미늄 합금 압주 부품은 같은 부피 하에서 중량이 주철 부품보다 크게 낮을 수 있다. 자동차 변속기 하우징을 예로 들면, ADC12 압주 알루미늄 합금으로 제조하면 같은 부피의 회색 주철 하우징에 비해 중량이 약 65% 감소할 수 있다. 이는 신에너지 자동차, 항공 우주 등 분야에서 알루미늄 압주 부품을 우선적으로 선택하는 핵심 원인이기도 하다.
주철의 고밀도는 그 성분과 미시구조에서 비롯되는데 이는 그 중량이 알루미니움합금보다 훨씬 높은 관건이기도 하다.회주철의 주요 성분은 철, 탄소 (흑연 형태가 존재함) 인데, 그 중 철의 비중은 90% 를 넘고, 철의 밀도는 7.87g/cm³ 이다. 흑연의 밀도가 2.25g/cm³ 에 불과하더라도 흑연이 회주철에 조각 형태로 분포되어 있기 때문에 전체 밀도를 낮추는 데 한계가 있다. 회주철의 밀도는 7.2-7.2.4g/cm³ 를 유지하고 있다.잉크 주철은 구화 처리를 통해 흑연을 구형으로 만들어 기체에 대한 흑연의 분리 작용을 줄이고 강도를 대폭 향상시켰지만 그 밀도는 여전히 7.0-7.2g/cm³로 회주철보다 약간 낮을 뿐 알루미늄합금 압주물과의 밀도 차이는 여전히 현저하다.체적이 1000cm³인 부품의 경우 ADC12 알루미늄합금으로 주조하면 무게가 약 2.7kg이다. 회주철로 제조하면 무게가 약 7.3kg으로 무게차가 4.6kg에 달해 경량화 효과가 뚜렷하다.
실제 응용에서 알루미늄합금 압주 부품의 경량화 비율은 구조 설계의 영향을 받기도 한다.알루미늄합금의 강도는 주철보다 낮지만 압주공예를 통해 복잡한 박벽구조설계를 실현할 수 있으며 구조강도를 보장하는 전제하에 부피와 중량을 더욱 최적화할 수 있다.예를 들어, 자동차 엔진 실린더 덮개는 ADC12 압주 알루미늄 합금으로 제조할 때 벽 두께는 2-3mm로 설계할 수 있지만, 주철 부품은 강도를 보장하기 위해 벽 두께가 보통 8~10mm에 달해야 한다. 부피 차이를 무시하더라도 벽 두께로 인한 재료 사용량 감소만 놓고 보면 알루미늄 압주 부품의 무게는 10~20% 더 낮아질 수 있다.그러나 이런 구조최적화에 따른 경량화는 밀도차의 기초에서 건립된것으로서 핵심은 여전히 알루미니움합금과 주철의 밀도차이에 의존하고있다.
주의해야 할 점은 부동한 류형의 주철과 알루미니움합금압주물의 중량차비례가 약간 다를수 있다는것이다.예를 들어, 잉크 주철 밀도는 7.0-7.2g/cm³로 ADC12 알루미늄합금(2.68-2.71g/cm³)에 비해 같은 부피의 알루미늄합금 주물은 약 62~63% 가볍습니다.반면 회주철 밀도는 7.2-7.4g/cm³로 A380 알루미늄합금(2.8g/cm대비 경량화 비율은 약 61~62% 였다.이런 소폭의 차이는 주철의 흑연 형태와 알루미늄합금의 합금 원소 함량에서 비롯되지만, 전체적으로 알루미늄합금 압주 부품이 같은 부피의 주철보다 60~70% 가볍다는 핵심 결론은 변하지 않는다.
종합적으로 알루미늄합금 주물은 2.68-2.8g/cm³의 밀도 낮은 특성으로 같은 부피 7.0-7.4g/cm³의 주철에 비해 중량이 60~70% 감소할 수 있으며, 이 경량화 우세는 공업 제조에서 주철을 대체하는 중요한 재료가 되게 하며, 특히 중량에 민감한 분야에서는 이러한 비율 차이가 재료 선택의 핵심 방향을 결정한다.
호원길고
