CNC 가공에 사용되는 일반적인 알루미늄 합금

알루미늄 합금은 CNC 가공에서 가장 널리 사용되는 재료 중 하나입니다. 그러나 알루미늄 합금에는 다양한 등급이 있으며, 시리즈에 따라 물성이 크게 달라질 수 있습니다. 일반적인 알루미늄 합금은 대개 1xxx~7xxx 시리즈로 분류되며, 여기에 다이캐스팅용 알루미늄 합금도 포함됩니다.

1xxx 시리즈: 상업용 순수 알루미늄 (1050 / 1060 / 1070 / 1100)

이 등급의 알루미늄은 99.5% 이상의 함량을 포함하며, 실질적으로 상업용 순수 알루미늄으로 간주됩니다.

특징: 매우 부드러워 구부리거나 성형, 연마하기 쉬우며, 전기 전도성과 열 전도성이 뛰어납니다. 그러나 이 소재는 너무 부드러워 가공 시 절삭 공구에 달라붙는 경향이 있습니다. 또한 칩 배출이 어려울 수 있으며, 벽이 얇은 부품은 변형되기 쉽습니다.

대표적인 용도: 방열판, 전기 부품, 장식용 패널, 반사 부품 및 밝은 양극 산화 처리가 필요한 제품.

제한 사항: 강도가 매우 낮아 하중을 지탱해야 하는 용도에는 적합하지 않습니다.

2xxx 시리즈: 알루미늄-구리 합금 / 고강도 알루미늄 (2024 / 2017 / 2014)

구리는 주요 합금 원소입니다. 열처리를 거치면 이러한 합금은 매우 높은 강도를 얻을 수 있습니다. 이 합금들은 항공우주 분야에서 널리 사용되며, 흔히 ‘항공우주용 알루미늄’이라고 불립니다.

가공 특성: 이 소재는 매끄러운 절삭이 가능할 만큼 충분한 경도를 갖추고 있으며, 깨끗하고 쉽게 부서지는 칩을 생성하고 공구 마모도 적당한 수준입니다. 그러나 2xxx 계열 알루미늄은 내식성이 상대적으로 낮아 습한 환경에서는 문제가 발생할 수 있습니다.

또한 양극 산화 처리 성능이 대체로 좋지 않기 때문에, 외관용 양극 산화 처리가 필요한 경우에는 이러한 합금을 일반적으로 선택하지 않습니다. 게다가 열처리된 재료에는 상당한 내부 잔류 응력이 남아 있을 수 있습니다. 따라서 정밀 가공 전에 응력 제거 처리를 하는 것이 권장되며, 그렇지 않으면 부품이 뒤틀리거나 변형될 수 있습니다.

대표적인 용도: 항공기 구조 부품, 공구 및 고정구, 고강도 기계 부품, 그리고 방위 산업 관련 부품.

제한 사항: 습기 및 부식에 대한 내성이 약하며, 적합한 표면 처리 방법의 선택 폭이 좁습니다.

3xxx 계열: 알루미늄-망간 합금 / 내식성 알루미늄 (3003 / 3004)

망간은 주요 합금 원소입니다. 이러한 합금은 내식성이 뛰어나지만, 열처리를 통해 강도를 높일 수는 없습니다.

가공 특성: 이 소재는 상대적으로 연성이 높아 가공 시 절삭 공구에 달라붙을 수 있어, 칩 배출 효율이 떨어집니다. 강도는 보통에서 낮은 편이지만 내식성은 매우 뛰어납니다. 또한 양극 산화 처리를 통해 균일하고 미관상 우수한 표면 마감을 얻을 수 있습니다.

대표적인 용도: 물탱크 하우징, 실외용 장비 인클로저, 판금 부품 및 압력 용기.

4xxx 계열: 알루미늄-규소 합금 (4043 / 4032)

실리콘이 주된 합금 원소입니다. 이 합금들은 낮은 열팽창 계수와 우수한 내마모성으로 잘 알려져 있습니다. 4xxx 계열은 주로 주조 재료 및 용접 용도로 사용되며, 압출 재료로 사용되는 경우는 비교적 드뭅니다.

가공 특성: 실리콘 입자는 경도가 매우 높아 절삭 공구의 마모를 크게 유발할 수 있습니다. 따라서 PCD 다이아몬드 공구나 알루미늄 가공용으로 특별히 설계된 절삭 공구가 필요한 경우가 많습니다.

4xxx 계열 압출 제품은 CNC 가공에 거의 사용되지 않습니다. 대부분의 경우, CNC 가공은 주조 블랭크에 대한 2차 마무리 공정으로 수행됩니다.

대표적인 용도: 피스톤, 내마모성 슬라이딩 부품 및 용접 충전재.

5xxx 시리즈: 알루미늄-마그네슘 합금 / 내식성 알루미늄 (5052 / 5083 / 5056 / 5754)

마그네슘은 주요 합금 원소입니다. 5xxx 계열은 알루미늄 합금 중에서도 최고의 내식성을 자랑하며, 열처리를 통해 강도를 높일 수 없습니다.

가공 특성: 이 합금들은 비교적 인성과 연성이 뛰어나며, 절삭 공구에 달라붙는 경향이 뚜렷합니다. 또한 정밀 가공 후에도 표면에 공구 자국이 남을 수 있습니다.

그러나 5xxx 시리즈는 뛰어난 용접성과 매우 우수한 양극 산화 처리 결과를 보여줍니다. 5083은 다른 대부분의 5xxx 시리즈 합금보다 강도가 높으며, 두꺼운 판재 구조 부품에 매우 적합합니다.

대표적인 용도: 장비 인클로저, 전자 부품 하우징, 선박용 부품, 태양광 설치 구조물 및 장식용 부품. CNC 공법으로 가공된 알루미늄 하우징의 경우, 5052는 가장 흔히 선택되는 소재 중 하나입니다.

6xxx 시리즈: 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 — CNC 가공의 주력 소재

6xxx 시리즈는 CNC 가공 분야에서 가장 널리 사용되는 알루미늄 합금 계열입니다. 마그네슘과 실리콘이 주요 합금 원소입니다. 이 합금들은 T6 상태와 같은 열처리가 가능하며, 강도, 인성, 가공성, 내식성 및 비용 면에서 우수한 균형을 제공합니다.

6061 — 가장 널리 사용되는 알루미늄 합금

6061은 가공성이 뛰어나고, 절삭 공구에 달라붙는 경향이 상대적으로 적으며, 치수 안정성이 우수하여 엄격한 공차를 더 쉽게 제어할 수 있습니다. 또한 양극 산화 처리 후에도 일관된 결과를 보여줍니다.

이 제품은 CNC 가공된 알루미늄 부품이라면 거의 모든 범용 부품에 사용할 수 있습니다.

대표적인 용도: 자동화 고정구, 모듈 브래킷, 플랜지 및 다양한 정밀 구조 부품. 특별한 재질 요구 사항이 없는 한, 6061은 대개 안전하고 비용 효율적인 선택입니다.

6063 — 주로 압출 프로파일 제작에 사용됨

6063은 주로 압출 알루미늄 프로파일에 사용됩니다. 6061보다 연하며, 가공 시 약간 더 잘 달라붙을 수 있지만, 양극 산화 처리 후에는 뛰어난 표면 마감을 보여줍니다.

대표적인 용도: 압출 프로파일로 제작된 알루미늄 프레임, 장식용 트림 및 기계 가공 부품.

6063은 대량의 재료를 제거해야 하는 정밀 부품의 경우 일반적으로 최선의 선택이 아닙니다.

6082 — 고강도 6xxx 계열 합금

6082 합금은 비교적 높은 수준의 마그네슘과 실리콘을 함유하고 있으며, 다른 많은 6xxx 계열 합금보다 높은 강도를 자랑할 뿐만 아니라 우수한 내마모성과 내진성을 갖추고 있습니다.

대표적인 용도: 고강도 구조용 부품, 건설 및 산업용 기계 부품, 그리고 금형 지지판.

7xxx 시리즈: 알루미늄-아연-마그네슘-구리 합금 / 초고강도 알루미늄 (7075 / 7050 / 7068)

아연은 주요 합금 원소입니다. T6 또는 T73과 같은 상태로 열처리를 거친 후, 이러한 합금은 매우 높은 강도를 얻을 수 있습니다.

가공 특성: 7xxx 계열 알루미늄은 경도가 높고 절삭이 원활하며, 깨끗하고 잘 부서진 칩을 생성합니다. 그러나 가공 시 열 발생이 많으므로 충분한 절삭유를 공급하는 것이 필수적입니다.

또한 이러한 합금에는 상당한 내부 잔류 응력이 존재할 수 있습니다. 황삭 가공 후에는 공작물의 변형 위험을 줄이기 위해 정삭 가공에 앞서 응력 제거 또는 안정화 공정을 거치는 것이 권장되는 경우가 많습니다.

내식성은 5xxx 또는 6xxx 계열 알루미늄만큼 좋지 않습니다. 또한 양극 산화 처리된 표면은 색상이 더 어둡게 보이는 경향이 있으므로, 기능성 용도에는 일반적으로 경질 양극 산화 처리가 사용됩니다.

대표적인 용도: 항공우주 부품, 드론 구조물, 금형 및 다이 블록, 고급 고정구, 레이싱 부품.

제한 사항: 높은 재료비와 상대적으로 낮은 내식성.

다이캐스팅 알루미늄 합금 — CNC 주조 부품의 2차 가공

일반적인 등급: A380 (ADC10과 대략 동등) / A383 (ADC12와 대략 동등)

이 합금들은 실리콘 함량이 비교적 높습니다. 부품은 먼저 다이캐스팅 공정을 통해 성형되며, 이후 정밀 밀링, 드릴링, 태핑 및 기타 2차 가공에는 주로 CNC 가공이 사용됩니다.

가공 시의 과제: 단단한 실리콘 입자는 절삭 공구의 마모를 가속화합니다. 또한 다이캐스팅 블랭크에는 기공, 공극 및 기타 주조 결함이 포함될 수 있습니다.

자연색 양극 산화 처리는 실리콘 함량이 높고 주조 구조로 인해 표면이 고르지 않거나 미관상 좋지 않게 될 수 있으므로 일반적으로 적합하지 않습니다. 따라서 도장, 분체 도장 또는 기타 코팅 공정이 더 널리 사용됩니다.

대표적인 제품: 소형 가전제품용 모터 하우징, 밸브 바디 및 다이캐스팅 부품.

특수 용도용 알루미늄 등급

일반적인 알루미늄 합금 계열의 간략한 비교

재료 선정 권장 사항

• 일반 정밀 고정구 및 자동화 부품 → 6061-T6 — 비용 효율적이며 가장 폭넓은 용도에 적합합니다.
• 장비 하우징 및 외관 부품 → 5052
• 고강도 하중 지지 부품 또는 항공우주 부품 → 7075-T6
• 방열판 및 전기 부품 → 1060 / 1070
• 야외 또는 해양 환경 → 5083
• 압출 알루미늄 프레임 및 장식용 프로파일 → 6063
• 다이캐스팅 하우징의 2차 CNC 가공 → A383