한국어 
English 
Español 
हिन्दी 
العربية 
Português do Brasil 
Русский 
日本語 
Deutsch 
Français 
Türkçe 
Polski 
Tiếng Việt 
Italiano 
简体中文 알루미늄 합금을 동반한 자동차 경량화 트렌드
그림 1. 유럽 자동차의 평균 알루미늄 사용량 변화
오늘날 "경량"이라는 용어는 자동차 산업의 용어에서 미디어 뉴스에서 자주 사용되는 용어로 발전했습니다. "Made in China 2025"에서는 경량화도 자동차 산업 발전의 중요한 방향으로 간주되었습니다. 간단히 말해서 경량화란 차량의 무게를 최대한 줄이는 동시에 차량의 강도와 안전성을 확보하여 차량의 출력을 향상시키고 연료 소모를 줄이며 배기가스 오염을 줄이는 것입니다. 최근 몇 년 동안 환경 보호 및 에너지 절약 요구 사항이 엄격해짐에 따라 자동차 경량화는 세계 자동차 개발에서 멈출 수 없는 추세가 되었습니다. 유럽 알루미늄 협회(European Aluminium Association)에 따르면 자동차 품질 100kg당 100km당 0.6L의 연료를 절약하고 CO2800-900g을 줄일 수 있습니다. 알루미늄은 밀도가 강철의 1/3에 불과하며 가소성과 회복성이 좋습니다. 자동차에 이상적인 경량 소재입니다. 1970년대의 1차 오일 위기 동안, 유가 상승에 직면하여 전 세계의 자동차 제조업체들은 강철 라디에이터, 실린더 헤드 및 범퍼를 만들기 위해 알루미늄 합금을 사용하려고 했습니다. 연료 효율성. 그 이후로 자동차에서 알루미늄 합금의 비율이 증가하고 있습니다. 유명한 컨설팅 회사인 Ducker Worldwide가 발표한 연구 데이터에 따르면 유럽 자동차의 평균 알루미늄 소비량은 1990년 이후 50kg에서 현재 151kg으로 3배 증가했으며 2025년에는 196kg으로 증가할 것이라고 합니다.
그림 2. 유럽 자동차용 알루미늄(140kg) 유통비율(2012년 자료)
현재 경량 차량의 추세는 점점 더 치열 해지고 있으며 알루미늄 합금은 허브, 엔진, 라디에이터 및 오일 파이프에 널리 사용됩니다. 차체의 질은 자동차 전체 질량의 약 40%를 차지한다. 자동차 전체의 경량화를 위해서는 차체의 무게가 중요한 역할을 합니다. 2016년 유럽 바디 컨퍼런스(EuroCarBody 2016)에 따르면 알루미늄 합금의 적용률은 일부 고급 바디 인 화이트 모델의 품질의 절반 이상에 도달했습니다. ). 예를 들어 애스턴마틴의 DB11 알루미늄 합금 적용률은 86.1%, 혼다 2세대 NSX(아큐라 NSX)는 79.0%, 랜드로버 디스커버리 5세대는 62.9%로 높다. 그러나 일반 모델의 몸체에 알루미늄 합금을 적용하는 것은 여전히 비교적입니다. 잘 알려진 컨설팅 회사 Ducker Worldwide의 데이터에 따르면 2015년 차체에 알루미늄 합금 패널의 침투는 4%에 불과했습니다. 오늘날, 전체 알루미늄 차체는 여전히 피라미드의 끝 부분에 있는 기술이며 단지 사용됩니다. 일부 고급 모델에서. 경량 바디는 경량 제조업체 개발에서 중요한 연구 주제입니다.
그림 3. Aston Martin DB11 알루미늄 합금 적용 분포
2. 차량용 알루미늄 합금의 주요 유형
현재 자동차용 알루미늄 합금은 기본적으로 다이캐스트 알루미늄 합금과 이형 알루미늄 합금으로 나눌 수 있으며 그 중 다이캐스트 알루미늄 합금이 주로 사용되며 약 66%를 차지합니다. 변형된 알루미늄 합금은 압연 시트(18%), 압출 시트(11%) 및 소량의 단조 부품(5%)으로 더 나눌 수 있습니다. 2016년 주조 알루미늄 합금은 여전히 자동차 알루미늄 합금의 주요 형태이지만 2012년에 비해 점유율이 8%p 하락했다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 반면 경량 차체의 발달로 인해 압연 합금의 점유율이 시트는 2012년 13%에서 2016년 18%로 크게 증가했습니다. 동시에 압출 프로파일 및 단조품의 점유율은 크게 변하지 않습니다.
그림 4. 2016년과 2012년 유럽 자동차 알루미늄 합금 비교
a. 주조 알루미늄 합금
주조 알루미늄 합금은 대부분의 자동차에서 가장 널리 사용되는 알루미늄 합금 유형이며, 휠, 엔진 부품, 언더프레임, 완충기 브래킷 및 스페이스 프레임과 같은 구조 부품에 널리 사용됩니다. 자동차 산업에서 주조 알루미늄 합금 휠은 알루미늄 도금 비율이 가장 빠르게 성장하는 부품입니다. 현재 대부분의 알루미늄 합금 휠은 A356 합금을 사용하여 저압 주조로 제조되며 일부 고급 휠은 압출 주조, 다이 단조 또는 스피닝으로 제조됩니다. 엔진의 실린더 블록과 실린더 헤드는 모두 알루미늄 합금의 장점인 우수한 열전도성과 내식성을 요구합니다. 현재 많은 국내외 자동차가 알루미늄 실린더 블록과 실린더 헤드를 사용하고 있지만 여전히 고강도와 고저항이 요구되는 일부 장소에서는 주철이 사용됩니다. 최근 몇 년 동안 새로운 Al-Si-Cu-Mg-Fe 합금의 개발과 해당 주조 기술의 개발로 알루미늄 합금 주조의 성능이 향상되어 디젤 엔진을 포함한 엔진 부품에 알루미늄 합금의 적용이 더욱 촉진되었습니다. 실린더 헤드의 주조 방법도 중력 주조 및 저압 주조와 같이 다양합니다. 또한 주조 알루미늄 합금은 완충기 브래킷, 전기 자동차 배터리 팩 및 구조용 캐비닛과 같은 구조 부품에 널리 사용되었습니다. 이들 부품은 대부분 복잡한 형상의 박판 부재이기 때문에 Al-Si 합금을 사용한 고압 주조법으로 제조되는 경우가 많다.
b.변형 알루미늄 합금
주조 알루미늄 합금과 비교할 때 자동차에서 변형 알루미늄 합금의 평균 적용 비율은 여전히 작습니다. Ducker Worldwide의 조사에 따르면 변형 알루미늄 합금은 2016년 자동차 알루미늄 합금의 34%에 불과했습니다(압연 시트의 경우 18%, 압출 프로파일의 경우 11%, 단조의 경우 5%). 그러나 전체 알루미늄 바디를 사용하는 일부 고급 모델에서는 변형 알루미늄의 비율이 주조 알루미늄의 비율보다 훨씬 높습니다. 현재 업계는 전체 알루미늄 본체 기술을 포함한 변형 알루미늄 합금의 연구 개발 및 응용 기술에 막대한 투자를 했으며 그 비율이 급격히 증가했습니다. Ducker Worldwide는 알루미늄 합금 본체 기술의 급속한 발전으로 인해 자동차에 변형 알루미늄 합금(특히 압연 시트)을 적용하는 것이 급속한 성장을 이끌 것이라고 예측합니다(그림 1 참조).
자동차용 이형 알루미늄 합금은 주로 5xxx계(Al-Mg계), 6xxx계(Al-Mg-Si계), 소량의 2xxx계(Al-Cg계), 7xxx계(Al-Zn- 마그네슘 유형). 그 중 5xxx 계열 합금은 열처리 및 강화가 불가능하며 성형성이 우수하다. 그러나 성형 후 항복점이 길어지고 표면에 주름이 생겨 제품의 외관 품질에 영향을 미치므로 주로 이너 패널과 같은 복잡한 형상에 사용된다. 6xxx 시리즈 합금은 Mg와 Si의 고용체와 Mg2Si 상의 노화 석출에 의해 열처리 및 강화될 수 있습니다. 코팅 및 건조 후 강도가 향상되고 내덴트성이 높아 외부 패널 및 차체 프레임의 요구 사항에 적합합니다. 강도, 강성. 압연 시트를 제외하고 압출 프로파일은 범퍼, 에너지 흡수 상자, 전면 종방향 빔의 전면 섹션, 문턱, 후면 종방향 빔의 후면 섹션과 같은 동일한 단면의 구조 부품에 일반적으로 적합한 중요한 자동차 변형 알루미늄 합금이기도 합니다. 중간 강도 6xxx는 높은 압출 속도와 표면 품질, 압출 중 시효 경화 특성으로 인해 압출 프로파일의 주요 재료입니다. 고강도 7xxx 알루미늄 합금은 또한 고강도가 요구되는 압출 프로파일을 생산하는 데 사용됩니다. 동시에 충격 강도를 향상시키기 위해 프로파일의 프로파일은 대부분 "입", "일" 및 "메쉬"입니다.
그림 5. 압출 프로파일용 “Day”형 에너지 흡수 상자(왼쪽 충돌 전, 오른쪽 충돌 후)
3. 자동차 알루미늄 합금의 도전과 발전 방향
알루미늄 합금은 자동차 경량화에 중요한 역할을 하지만 동시에 중요한 문제에 직면해 있습니다. 사실 경량화는 단순히 무게를 줄이는 것이 아니라 차량의 성능, 안전성, 비용, 무게의 균형을 맞추는 것입니다. 현재 자동차 알루미늄 합금의 핵심 저항은 여전히 높은 비용으로 인해 전체 알루미늄 바디의 적용은 고급 모델에만 국한되고 일시적으로 많은 경제 모델로 확장 할 수 없습니다. 알루미늄 합금의 성능 제한도 개발을 제한하는 중요한 요소입니다. 일부 부품에서는 여전히 강철을 대체할 수 없습니다. 동시에 알루미늄 합금의 연결 기술, 특히 주철-알루미늄, 강철-알루미늄, 마그네슘-알루미늄 등의 다중 재료 접합 기술도 알루미늄 합금을 자동차에 적용하는 주요 요소입니다. 아우디의 신형 A8 D5는 20년 넘게 쓰던 전체 알루미늄 차체를 '폐기'하고 상당한 무게의 고강도강을 사용했다. 이에 영향을 받아 D5 모델은 이전 모델보다 51KG 더 늘었지만 차체의 비틀림 강성은 24%로 높아져 안전성은 크게 향상됐으며 비용은 대폭 절감됐다.
6차 프레임워크 프로그램에 따라 EU는 2004년부터 2009년까지 9개 국가 및 지역에서 38개 유닛을 조직하여 초경량 차체 공동 연구 개발 프로젝트(SuperLight-Car)를 구현했습니다. 이 프로젝트의 경험은 자동차 알루미늄 합금의 추가 개발이 새로운 고성능 합금 및 새로운 생산 기술의 개발에 중점을 두어야 함을 보여줍니다. R&D 작업은 또한 자원을 통합해야 합니다. 완성차 업체는 원자재, 부품 공급업체 및 관련 과학 연구 기관과 협력하여 선진 경량화 기술을 공동으로 연구하고 경량 산업 체인 구축을 추진하는 데 앞장서겠습니다.
주요 참고 자료:
1.Hirsch, J.(2014). 자동차 애플리케이션용 알루미늄의 최근 개발. 중국 비철금속학회 거래, 24(7), 1995-2002.
2.Hirsch, J.(2011). 혁신적인 경량 자동차 디자인의 알루미늄. 재료 거래, 52(5), 818-824.
3. Lahaye, C., Hirsch, J., Bassan, D., Criqui, B., Sahr, C., Goede, M., & Volkswagen, AG(2008). 초경량 자동차의 다재질 경량 BIW 디자인에 알루미늄의 기여[C]. HIRSCH J, SKROTZKI B, GOTTSTEIN G. 알루미늄 합금에 관한 11차 국제 회의의 절차. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA(pp. 2363-2373).
4. 자동차의 알루미늄 함량. 더커 월드와이드, https://www.ducker.com/
5. 경량화 가능성을 열어주는 자동차의 알루미늄. 유럽 알루미늄 협회, https://www.european-aluminium.eu/
6. Goede, M., Stehlin, M., Rafflenbeul, L., Kopp, G., & Beeh, E. (2009). 초경량 자동차 – 다중 재료 설계 및 기능 통합으로 인한 경량 구조, European Transport Research Review, 1: 5-10.
7.2016 European Body Conference(EuroCarBody) 정보.
