Al7075-T6 합금 판재 적용 차체 부품의 성형 강도 확보를 위한 온단 비등온 성형 공정 연구

Abstract

지구 온난화와 온실 효과에 대한 우려가 커지면서 많은 국가들이 이산화탄소 배출에 대한 규제를 강화하였다. 그 중 자동차 산업은 이산화탄소를 발생시키는 주요 산업으로 지목 되었고, 자동차가 운행하며 발생시키는 이산화탄소 양을 줄이기 위한 가장 효과적인 방법이 경량화라는 사실에 주목하게 되었다 [1]. 경량화에 적합한 소재들에 대한 연구가 활발히 진행 되었으며, 마그네슘 합금, 폴리머를 적용한 복합재, 알루미늄 합금 등이 스틸을 대체할 미래 소재로 관심을 받았다. 그 중 알루미늄 합금은 주조 및 가공이 용이하고 재활용성이 우수하여 자동차 제조사들이 선호하게 되었다. 강화된 배기 가스 규제와 더불어 충돌 안전 규제도 차체에 고강도 알루미늄 합금의 적용 비율을 증가시키는 데에 큰 역할을 했다. 그러나 성형 기술의 한계로 인해 일부 부품에만 사용되고 있는 실정이다. 특히 알루미늄 합금 중 높은 비강도를 가지는 Al-Zn-Mg-Cu계(7000계) 합금은 철강 소재를 대신하여 차량의 구조용 부품으로 사용할 수 있는 합금이지만 상온에서의 성형성이 낮은 한계로 인해 소재를 승온하여 성형하는 공법들을 사용하고 있다. 본 논문에서는 고강도 알루미늄 합금인 Al7075-T6 판재의 온간 성형 후 성형품의 강도 확보에 대한 연구를 다루었다. 소재의 성형성을 개선하기 위하여 온간 비등온 성형 공법을 사용하였다. 일반적인 온간 성형 공법은 판재를 퍼니스(furnace)에서 균일하게 가열 후 금형으로 이송하여 성형하지만, 본 연구에서는 비등온 금형에서 국부적으로 가열하여 성형하였다. Al7075-T6 합금에 열을 가하면 발생하는 강도 저하를 최소화하기 위해 급속 가열이 가능한 금형을 제작 하였으며, 가열 속도 및 온도 균일성을 검토하였다. 검증을 마친 금형에서 원형 컵 드로잉 실험을 진행하였으며, 기존 공법과 동일한 성형성을 담보하는 것을 증명하였다. 또한 성형 후 인장 강도는 원소재 대비 99.8% 수준, 경도는 95.8% 수준을 달성하여 제안 공정의 우수성을 확인하였다.