주물용 알루미늄 합금 종류｜AC4C·AC4D·AC7A 특성·선택 시뮬레이터
주물용 알루미늄 합금은 자동차 부품, 산업용 펌프 하우징, 감속기 케이스, 모터 프레임, 열관리 부품, 항공·방산 부품처럼 경량화와 복잡한 형상 구현, 기계적 성능이 동시에 필요한 제품에 널리 사용됩니다.
알루미늄은 가볍고 열전도성과 내식성이 우수하지만 순수 알루미늄만으로는 강도·주조성·내마모성·내열성을 모두 만족하기 어렵습니다. 그래서 Si·Cu·Mg·Ni 같은 원소를 조합해 주조 공법과 사용 환경에 맞는 합금으로 설계합니다.
AC4C·AC4CH : Al-Si-Mg 계열로 주조성과 열처리 후 성능의 균형을 검토할 때 자주 비교합니다.
AC4B·AC4D : Cu 또는 Cu·Mg가 포함되는 계열로 강도·가공성과 열처리 조건을 함께 봅니다.
AC7A : Al-Mg 계열로 내식성 방향의 특성을 검토할 수 있습니다.
AC5A·AC8A : 고온 강도와 내열 요구가 있는 부품에서 별도로 검토할 수 있습니다.
다이캐스팅은 AC 계열만 보고 선정하지 말고 ADC 계열과 전용 주조조건을 별도로 확인해야 합니다.
유동성과 충전성에 기여해 복잡 형상과 리브가 많은 주물에서 주조성을 검토할 때 중요합니다.
강도·가공성·열처리 응답성 방향에 영향을 줄 수 있으며 내식성과 균열 민감도는 별도로 봅니다.
강도·시효경화·내식성에 영향을 주며 AC4C·AC4CH·AC7A 계열 검토에서 중요합니다.
고온 강도와 내열성이 필요한 합금에서 검토하며 일반 하우징용 합금과 동일하게 보기는 어렵습니다.
이 글에서는 사형주조·금형주조에 많이 검토되는 AC 계열을 중심으로 AC3A·AC4A·AC4B·AC4C·AC4CH·AC4D·AC5A·AC7A·AC8A의 성격을 정리하고, 합금 선택 시뮬레이터와 CAD 체적 기반 중량·재료비 계산기까지 함께 제공합니다.
주물용 알루미늄 합금이란?
주물용 알루미늄 합금은 용융된 알루미늄 합금을 금형이나 사형에 주입하고 응고시켜 제품 형상을 만드는 재료입니다.
판재·봉재·압출재처럼 절삭·절곡·압출로 형상을 만드는 전신재와 달리 내부 리브, 보스, 유로, 포켓, 곡면과 복잡한 외형을 한 번에 구현할 수 있다는 장점이 있습니다.
주조용 알루미늄과 전신재 알루미늄 차이
| 구분 | 주조용 알루미늄 합금 | 전신재 알루미늄 합금 |
|---|---|---|
| 제조 방식 | 사형주조, 금형주조, 저압주조 등 | 압연, 압출, 단조, 인발 등 |
| 형상 구현 | 복잡한 곡면·리브·내부 공간에 유리 | 판재·봉재·형재 기반 가공에 유리 |
| 재료 선정 핵심 | 유동성, 수축, 기공, 응고, 열처리 | 성형성, 압연성, 용접성, 절삭성 |
| 대표 불량 | 수축공, 가스 기공, 열균열, 미충전 | 굽힘균열, 가공 변형, 용접 변형 |
| CAD 핵심 | 살두께, 필렛, 드래프트, 응고 방향 | 절곡, 압출 단면, 가공여유, 조립공차 |
사형주조·금형주조·다이캐스팅 차이
대형·복잡 형상과 비교적 낮은 금형 투자비가 장점입니다. 표면 품질·치수 정밀도·가공여유는 금형주조와 별도로 검토합니다.
금속 금형을 사용해 반복 생산하며 냉각조건과 금형 설계가 제품 물성과 치수 안정성에 큰 영향을 줍니다.
고속·고압 충전 방식으로 AC 일반주물과 재료·기공·금형·열처리 조건이 다르므로 ADC 계열을 별도로 검토합니다.
다이캐스팅은 충전속도·압력·금형온도·가스 기공·진공 여부와 후가공 조건이 일반 사형·금형주조와 다릅니다.
도면에는 가능하면 합금명 + 열처리 + 주조공법 + 가공면 + 품질검사 조건을 함께 지정하는 편이 좋습니다.
도면 사양을 구체적으로 적는 이유
주물용 알루미늄 합금 계열별 특징
| 합금 계열 | 대표 등급 | 특징 | 주의점 | 적용 검토 예 |
|---|---|---|---|---|
| Al-Si | AC3A | 유동성과 주조성 방향 | 강도·열처리 요구 별도 확인 | 대형 하우징, 복잡 형상 |
| Al-Si-Mg | AC4A, AC4C, AC4CH | 주조성·강도·열처리 균형 | 기공·열처리 변형 관리 | 펌프 바디, 구조용 주물 |
| Al-Si-Cu | AC4B | 강도·가공성 방향 | 내식성과 균열 조건 확인 | 기계 하우징, 엔진 주변 |
| Al-Si-Cu-Mg | AC4D | 열처리 후 강도 향상 방향 | 열처리·단면·기공 영향 큼 | 고하중 기계 부품 |
| Al-Cu-Ni-Mg | AC5A | 내열·고온 강도 방향 | 부식·가공·서비스 온도 확인 | 내열 기계 부품 |
| Al-Mg | AC7A | 내식성·연성 방향 | 용탕 산화와 주조성 관리 | 부식환경 구조부품 |
| Al-Si-Cu-Mg-Ni | AC8A | 내열·고온 강도 요구 대응 | 공법·열사이클·열처리 확인 | 엔진 주변·내열 주물 |
탕 흐름과 충전성이 중요한 대형·복잡 주물에서 검토할 수 있습니다.
Al-Si-Mg 계열로 주조성과 열처리 후 기계적 성능의 균형을 검토할 때 유용합니다.
Cu가 포함된 계열로 강도와 가공성을 보면서 부식환경을 함께 확인합니다.
열처리 조건과 제품 단면, 기공 수준이 실제 물성에 미치는 영향을 함께 봐야 합니다.
습윤·부식환경에서 검토할 수 있지만 코팅과 이종금속 접촉도 같이 관리해야 합니다.
일반 하우징의 단순 고강도 대체재가 아니라 실제 사용온도와 열사이클 기준으로 판단합니다.
AC4C와 AC4CH 차이는?
AC4C와 AC4CH는 모두 Al-Si-Mg 계열로 이해할 수 있지만 AC4CH는 불순물 관리와 고순도 방향의 관리가 적용되는 경우가 있습니다.
따라서 단순히 “AC4CH가 무조건 상위재질”이라고 보기보다 연신율, 피로 특성, 기공 수준, 열처리, 공급사 품질기준과 실제 제품 두께를 기준으로 결정하는 편이 안전합니다.
알루미늄 주물 합금 선택 시뮬레이터
아래 도구는 주조공법과 우선 성능, 열처리, 사용환경을 기준으로 설계 초기 후보를 좁히기 위한 참고용입니다.
주물용 알루미늄 합금 선택 도우미
실제 재질 확정이 아니라 주조업체와 비교할 후보군을 빠르게 만드는 용도입니다.
• 실제 인장강도·연신율은 부품 두께, 냉각속도, 기공, 시험편 위치와 열처리 영향을 받습니다.
• 다이캐스팅은 ADC 계열과 전용 금형·기공조건을 별도로 확인하세요.
• 압력용·인양·자동차 안전·항공 부품은 도면과 인증기준을 우선 적용하세요.
열처리 F·T5·T6 차이
| 질별 | 일반적인 개념 | 설계·생산에서 확인할 것 |
|---|---|---|
| F | 주조 후 별도 질별 조정을 최소화한 공급상태 | 기공, 주조상태 물성, 치수안정성, 가공성 |
| T5 | 주조 후 냉각과 인공시효 중심의 처리 | 경도, 시효조건, 치수변화, 부품두께 |
| T6 | 용체화 처리·급랭·인공시효를 포함하는 대표적 처리 | 강도, 연신율, 뒤틀림, 기공, 가공순서 |
T6는 강도 향상에 도움이 될 수 있지만 복잡한 주물에서는 뒤틀림, 치수변화와 내부기공 영향이 커질 수 있습니다.
정밀 베어링 보어, 실링면, 커버 조립면이나 누설시험이 필요한 하우징은 열처리 전후 가공 순서까지 주조업체와 함께 결정하는 편이 좋습니다.
시험편 물성과 실제 주물 부품 물성은 다를 수 있습니다
규격표에 표시되는 인장강도·연신율·경도는 시험편의 제조조건과 평가조건을 기준으로 관리됩니다.
실제 제품은 벽 두께, 냉각속도, 탕구 위치, 응고 방향, 수축공, 가스기공, 열처리 편차와 가공 후 잔여두께 때문에 시험편과 다른 결과가 나올 수 있습니다.
따라서 자동차 구조부품이나 반복하중을 받는 부품은 합금명과 카탈로그 인장강도만으로 강도를 확정하지 말고 실제 제품 위치와 품질조건을 함께 관리하는 것이 중요합니다.
알루미늄 주물에서 자주 발생하는 결함
두꺼운 단면의 응고가 늦어지면서 내부 수축부가 생길 수 있습니다.
용탕 가스, 난류, 배기와 공정조건 영향으로 작은 기공이 발생할 수 있습니다.
급격한 단면 변화, 구속, 필렛 부족과 응고수축이 영향을 줄 수 있습니다.
두께 변화 완화, 필렛, 응고 유도와 가공여유를 주조업체와 함께 검토합니다.
주물 설계 단계에서 확인할 항목
- 급격한 살두께 변화가 있는지 확인합니다.
- 두꺼운 보스와 리브가 한곳에 집중되어 Hot Spot을 만들지 확인합니다.
- 리브·보스 뿌리에 충분한 필렛이 있는지 확인합니다.
- 가공 후 남는 실제 벽 두께가 지나치게 얇아지지 않는지 확인합니다.
- 실링면·유로·압력부 주변에 기공 리스크가 집중되지 않는지 확인합니다.
- 탕구와 라이저, 금형 냉각 방향을 주조업체와 함께 검토합니다.
- 드래프트를 마지막에 추가하지 말고 금형 이형방향과 함께 초기부터 적용합니다.
리브가 두꺼울수록 무조건 좋은 것은 아닙니다
주물 부품에서 리브를 두껍게 만들면 강성이 올라갈 것처럼 보이지만 리브와 외벽의 접합부에 두꺼운 단면이 집중되면 응고가 늦어지고 수축공이 발생할 가능성이 커질 수 있습니다.
필요한 강성은 리브 높이·방향·개수와 전체 단면구성으로 확보하고 국부적으로 큰 덩어리가 생기는 형상은 줄이는 것이 좋습니다.
NX·Solid Edge·SolidWorks에서 주물 설계할 때 확인할 흐름
CAD 모델링 체크리스트
- Physical Material에 실제 합금명과 밀도를 관리합니다.
- 주조공법을 Part Attribute나 도면 주기에 명시합니다.
- 최소·최대 살두께 분포와 급격한 단면변화를 확인합니다.
- 보스·리브 접합부와 내부 코너의 필렛을 확인합니다.
- 금형 이형방향과 드래프트를 검토합니다.
- 가공면과 주조 그대로 남기는 면을 구분합니다.
- 기공 민감부와 누설시험 영역을 표시합니다.
- 열처리 전 가공인지, 열처리 후 정삭인지 공정순서를 정리합니다.
- 나사산·베어링·실링면의 가공여유를 확인합니다.
- CAD 체적과 실제 합금 밀도로 목표중량을 확인합니다.
CAD 체적 기반 알루미늄 주물 중량·재료비 계산
NX, Solid Edge, SolidWorks, Creo 등에서 확인한 체적을 입력하면 완성 부품의 이론 중량과 임의의 재료 여유율을 반영한 참고값을 계산할 수 있습니다.
알루미늄 주물 이론 중량·재료비 계산기
CAD 체적과 적용 합금 밀도를 입력하세요. 최종 밀도는 재질규격과 공급사 성적서를 우선합니다.
• 입력 여유율은 실제 주조 수율과 동일하지 않습니다.
• 실제 원가에는 Runner·Gate·Riser, 재용해, 불량률, 열처리, 가공과 검사비용이 추가됩니다.
• 견적은 주조업체의 공법별 Yield 데이터를 우선 적용하세요.
STEP 파일을 주조업체에 보낼 때 주의할 점
STEP 파일은 외형 형상 전달에는 편리하지만 재질, 가공 기준면, 열처리, 기공 허용기준, 검사조건과 주조공법이 자동으로 완전하게 전달되는 것은 아닙니다.
따라서 STEP 파일만 메일로 전달하기보다 다음 자료를 함께 보내는 것이 좋습니다.
- STEP 또는 Parasolid 3D 형상
- 2D 도면 PDF
- 재질과 열처리 상태
- 주조 공법
- 가공면과 Datum
- 기공·수축공 허용 기준
- 누설시험 여부와 시험조건
- CTQ와 주요 치수
- 표면처리 조건
B-Rep 형상 검사도 같이 진행
주조해석이나 금형설계로 넘기기 전에는 열린 면, 자가교차, 극단적으로 짧은 Edge, 잘못된 Fillet, 중복 Body와 비정상 Geometry가 없는지 확인하는 것이 좋습니다.
불완전한 B-Rep은 STEP 변환 자체는 성공하더라도 Mold Split, Boolean, 유동·응고해석 단계에서 오류를 만들 수 있습니다.
알루미늄 주조 공정을 영상으로 보면 이해가 빠릅니다
주물 도면에서 추가로 확인하면 좋은 품질 항목
| 항목 | 설계자가 정할 내용 | 주조업체와 협의할 내용 |
|---|---|---|
| 가공여유 | 가공면, 완성 치수와 Datum | 공법별 가공여유와 변형량 |
| 기공 | CTQ·실링·나사부 위치 | X-ray, 단면검사, CT 등 검사방법 |
| 누설 | 압력·유로·실링 기능 | 시험압력, 시간, 허용누설량 |
| 열처리 | F·T5·T6 등 요구상태 | 치수변형·교정·후가공 순서 |
| 표면처리 | 아노다이징·도장 등 기능 | 주조표면 상태와 전처리 조건 |
| 비파괴검사 | 중요부위와 검사항목 | 샘플링, 판정기준, 검사장비 |
알루미늄 주물 관련 디크리노랗 내부자료
주물용 알루미늄 합금 FAQ
AC4C는 Al-Si-Cu 합금인가요?
아닙니다. AC4C는 일반적으로 Al-Si-Mg 계열로 분류합니다. Al-Si-Cu 방향은 AC4B, Al-Si-Cu-Mg 방향은 AC4D와 구분해서 이해하는 것이 좋습니다.
AC4C와 AC4CH 중 어떤 것이 더 좋은가요?
무조건 상위·하위로 나누기 어렵습니다. 연성, 피로하중, 불순물 관리, 열처리, 기공 기준과 부품 두께를 기준으로 주조업체와 비교해야 합니다.
다이캐스팅 부품에 AC4C를 사용하면 안 되나요?
다이캐스팅은 일반 사형·금형주조와 공정조건이 다르므로 AC 계열 표만 보고 결정하면 안 됩니다. ADC 계열과 실제 다이캐스팅 공정·기공·금형조건을 별도로 검토해야 합니다.
내식성이 중요하면 AC7A를 선택하면 되나요?
AC7A는 Al-Mg 계열로 내식성 방향의 특성을 검토할 수 있지만 실제 부식성능은 염화물, 이종금속 접촉, 체류수, 코팅 손상과 표면처리에도 영향을 받습니다.
T6를 하면 모든 알루미늄 주물이 더 강해지나요?
그렇지 않습니다. 합금의 열처리 가능 여부, 기공, 벽 두께, 냉각속도와 형상에 따라 결과가 달라집니다. 강도는 올라가더라도 뒤틀림과 치수변화가 커질 수 있습니다.
CAD 체적으로 실제 주조 원가까지 계산할 수 있나요?
완성품 이론 중량 계산에는 유용하지만 실제 원가에는 Runner·Gate·Riser 수율, 불량률, 재용해, 열처리, 가공, 표면처리, 검사와 포장비가 추가됩니다. 실제 견적은 주조업체 수율을 기준으로 계산해야 합니다.
STEP 파일만 주조업체에 보내면 충분한가요?
형상 전달에는 유용하지만 재질, 열처리, 가공기준, 기공 허용조건과 검사요구가 누락될 수 있습니다. 2D 도면과 품질 요구사항을 함께 전달하는 편이 안전합니다.
주물용 알루미늄 합금 선택 정리
주조공법 결정 → 우선 요구성능 정의 → AC 합금 후보 선정 → 열처리 검토 → 살두께·필렛·드래프트 점검 → 기공·누설 기준 정의 → 시험주조 → 양산조건 고정
주물용 알루미늄 합금은 인장강도 숫자 하나만 보고 선택하는 재질이 아닙니다.
주조성, 기공 민감도, 응고, 열처리, 내식성, 내열성, 가공성, 벽 두께와 금형구조까지 같이 봐야 실제 양산품에서 원하는 품질을 얻을 수 있습니다.
설계 초기에는 AC4C·AC4D·AC7A·AC5A·AC8A처럼 합금의 방향을 먼저 좁히고, 최종 단계에서는 실제 주조공법·제품 단면·기공 기준·열처리·검사방법과 공급사 공정능력을 기준으로 재질을 확정하는 것이 좋습니다.
