A5052의 정의,특성,장점에서 용도·가공 설계의 포인트까지 해설

A5052는 알루미늄과 마그네슘을 주성분으로 하는 5000계 알루미늄 합금입니다. 경량이면서 중간 정도의 강도와 뛰어난 내식성을 가지며 용접성이나 성형성도 뛰어나 반도체 제조 장치나 산업 기계, 건축 자재 등 폭넓은 분야에서 이용되고 있습니다. 이번 내용에서는, A5052의 기본 지식이나 물리적·기계적 특성, 메리트에 대해 자세하게 해설합니다. 용도나 가공상의 포인트에 대해서도 정리하고 있으므로, 설계·개발 담당자는 끝까지 봐 주세요.

A5052의 정의

A5052의 화학 성분

A5052는 약 2%의 마그네슘을 첨가한 경량·중강도·고내식성의 알루미늄 합금으로, 알루미늄 합금 중에서 가장 일반적으로 사용되고 있습니다. A5052의 화학 성분은 다음과 같습니다.

단위 %

「A5052」의 「A」가 알루미늄 합금을, 「5」로 시작하는 4자리 숫자가 Mg를 주요 첨가 원소로 하는 것을 나타냅니다. 열처리에 의해 경화되지 않는 「비열처리 합금」으로 분류되어 압연이나 인발 등의 가공에 의해 「가공 경화」를 일으켜 강도를 높이는 것이 특징입니다. 가공 정도에 따라 다양한 「질별 기호」이 존재합니다. 범용성의 높이로부터, 단순히 「알루미늄판」이라고 말했을 경우에 A5052를 가리키는 일도 있습니다.

A5052와 A5052P/A5052S의 차이

「A5052P」나 「A5052S」라고 하는 기호가 나타내고 있는 것은 제품의 「형상」입니다.

• A5052 : 일반적인 판재
• A5052P: 압연된 판재
• A5052S：압출형재(or봉재)

설계상 필요한 형상에 따라 구분하여 사용되며, 판금으로 케이스를 만든다면 A5052P, 프레임이나 축에는 A5052S가 사용됩니다. 제조 방법이 다르기 때문에 기계적 특성에 약간의 차이가 있지만 합금으로서의 기본적인 성질은 동일합니다.

A5052의 기계적 및 물리적 특성

조견표

A5052의 대표적인 물리적·기계적인 수치(질별 H34의 경우)를 아래와 같이 정리합니다.

※상기는 대표치입니다. 질별 기호에 따라 값은 변동합니다.

열특성(열전도율·선팽창계수)

A5052는 열전도율이 높고 열을 전달하기 쉬운 성질을 가지고 있어 열을 효율적으로 내보내는 방열판 등에 이용됩니다. 단, 선팽창계수가 철(약 12×10-6/K)의 약 2배로 큰 점에는 설계상의 주의가 필요합니다. 온도변화에 따라 치수가 크게 변하기 때문에 정밀기기의 케이스나 다른 재료와 조합하는 경우는 열팽창을 흡수하는 클리어런스나 체결방법의 연구가 요구됩니다.

비중·밀도와 부품 중량 계산법

A5052의 밀도는 약 2.68g/cm³로 철(7.87g/cm³)의 약 1/3입니다. 비중으로서는, 철을 1.00으로 했을 때에 A5052는 약 0.34가 됩니다. 이와 같이 A5052는 철에 비해 매우 가볍고 제품의 경량화에 효과적입니다.

부품(판재)의 중량은 이하의 식으로 간이적으로 계산할 수 있습니다.

※10⁻⁶는 「mm³→cm³(×10⁻³)」와「g→kg(×10⁻³)」를 합성한 단위 환산 계수입니다.

예를 들면, 100mm×200mm×두께 5mm의 A5052판의 중량은, 상기의 식에 적용하면 약 0.268kg입니다. 실제로는 가공 구멍이나 공차도 있기 때문에 대략값이지만, 밀도가 철의 1/3이기 때문에 같은 형상이라면 중량을 약 1/3로 억제할 수 있습니다.

응력-변형선 그래프에서 보는 소성역과 절곡성

A5052는 강재와 같은 명확한 항복점을 나타내지 않고 부드럽게 소성변형으로 이행합니다. 항복 후에도 바로 파단되지 않고 일정한 강도를 유지하면서 계속 변형되는 영역이 넓은 것이 특징입니다.
「항복하고 나서 파단할 때까지의 소성역이 넓다」라고 하는 특성이, A5052의 뛰어난 절곡 가공성이나 성형성으로 연결되어 있습니다. 절곡 가공시 재료가 끈질기게 변형되어 균열이 잘 가지 않기 때문에 복잡한 형상의 부품도 안정적으로 제작 가능합니다.

A5052의 장점

여기에서 A5052의 장점을 살펴 보겠습니다.

내식성이 뛰어난

A5052는 표면에 치밀하고 안정된 산화피막(알루미나막)을 자기 형성하기 때문에 무처리로도 녹이 잘 슬지 않는 재료입니다. 염분을 포함한 환경에서의 내식성(내해수성)도 뛰어나 선박 부품이나 연안 지역에서 사용되는 옥외 설비에 매우 적합합니다. 내식성을 높이고 싶은 경우에는 아노다이징 처리가 사용됩니다.
또한 Mg 함유량이 2.2~2.8%로 억제되어 응력 부식 균열(SCC)에 안전합니다. Mg를 많이 함유한 고강도 합금의 경우 인장응력 하에서 입계 갈라짐을 발생시키는 SCC의 리스크가 있지만, A5052의 Mg 함유량은 적기 때문에 SCC의 우려는 거의 없습니다.

가볍고 중간 정도의 강도

A5052는 알루미늄 합금 중 「중간 정도」의 강도를 가진 것으로 평가됩니다. 인장 강도는 약 260MPa로 순알루미늄이나 3xxx계보다 높지만, 초초두랄루민이나 두랄루민에 뒤떨어집니다. SS400과 비교하여 인장강도는 절반 정도이지만 밀도가 1/3이기 때문에 비강도에서는 A5052가 유리합니다.
강성도 철의 1/3이지만 중량으로는 동등합니다. 단, 박판의 경우에는 형상 설계에 의한 고안이 요구됩니다. A5052는 강도와 가벼움의 균형이 잡혀 있어 많은 용도에서 필요 충분한 강도를 발휘하며 성형 및 접합도 용이한 사용이 간편한 재료입니다.

우수한 성형성

A5052는 소성 가공성(성형성)이 뛰어나며, 판금 가공(절곡 가공 및 인발 가공)에 적합합니다. 절곡 가공으로는 잘 깨지지 않으며 얇은 절곡 부품 등에 매우 적합합니다. A5052-H34판의 경우 판 두께 t에 대해 내측 절곡 반경 r=t 정도로 문제 없이 굽힐 수 있습니다. 인발 가공이나 프레스 성형에 있어서도 비교적 양호한 가공성을 나타내, 일반적인 인발 가공품이나 절곡·인발 복합 가공품에 널리 적용되고 있습니다. 절삭 가공에도 적합하며 변형이 잘 생기지 않으며 치수 안정성이 높다는 점도 특징입니다. 자동차 부품, 케이스, 일용품 등 프레스, 구부림, 절삭 등 다양한 가공법으로 널리 이용되고 있습니다.

용접성이 높음

A5052의 장점 중 하나가 뛰어난 용접성입니다. 용접 시 잘 깨지지 않고 각종 용접 방법에 적합하며 용접 구조용 재료로 채택되었습니다. 고강도의 다른 알루미늄 합금(2000계 및 7000계)과 비교하여 용접 후의 성능 저하가 적고, 같은 계통의 알루미늄 합금(5000계 및 6000계 등)과의 용접에서도 높은 강도를 유지할 수 있습니다.
비자성이기 때문에 용접 중 자성에 의한 문제도 없습니다. 종합적으로 볼 때 A5052는 「알루미늄 합금 중 가장 용접이 쉬운 그룹」에 속하며 용접 구조를 수반하는 부품에 채택됩니다. 용접에 의한 시효 강화는 기대할 수 없지만, 다른 비열처리 합금과 비교하여 용접에 의한 강도 저하가 적기 때문에 용접 구조물에 적합합니다.

A5052의 용도

A5052의 우수한 특성은 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.

자동차·철도

A5052는, 자동차의 차체 외장 패널, 내장 부품(엔진 룸 칸막이판, 트렁크 바닥판, 연료 탱크등), 모터 스포츠 용도(래디에이터 주위의 슈라우드, 소품 스테이)에 이용됩니다. 연료 탱크에서는 휘발유나 수분에 의한 부식에 강한 점이 호평입니다.
철도 차량에서는, 차체 구체나 내장판에 A5052나 A5083이 선정되어 지하철이나 재래선 차량의 측판·지붕판 등에 내식성과 가공성의 높이에서 채용되고 있습니다.

선박·해양 분야

A5052는 내해수성이 높고 소형선박의 선체·갑판, 마린용 탱크, 항만시설의 난간·사다리, 해양플랜트의 배관 등에 이용되고 있는 재료입니다.
염분에 의한 금속 부식이 심한 해변 환경에서도 도장 없이 장기간 내구성이 있어 아노다이징 처리를 하면 내식 수명이 연장됩니다. 어업용 가두리와 양식, 마정박 등 강도보다 내구성과 가벼움이 우선인 해상·해중 구조물에 적합하고 다른 금속에 비해 녹이 잘 슬지 않는 점이 평가되고 있습니다.

건축·건설 자재

건축·건설 자재 분야에서의 A5052의 용도는, 지붕재나 외장재, 내장으로서는 장식 패널이나 천장판, 건설 자재로서는 가설 비계판 등입니다. 경량으로 녹슬기 어렵고, 가공이 용이하기 때문에, 옥외의 도로 표지나 안내판 등에도 이용되어 건축·토목의 분야에서 폭넓게 활용되고 있습니다.

가공 설계의 포인트

여기에서는 A5052를 다룰 때 설계자가 알아야 할 가공의 포인트를 설명합니다.

절곡 가공과 판 두께 방향의 특성

A5052의 판재 절곡 가공에서는 판 두께가 두꺼울수록 절곡 반경에 여유를 두어야 합니다. 후판(5mm 초과)을 직각으로 구부릴 경우, 내측 절곡 R은 판 두께의 1.5배 이상이 권장됩니다. 후판에서는 중립축의 이동이나 응력 분포가 커져 깨질 위험이 증가하기 때문입니다.
압연 방향에 대해 직각(판폭 방향)으로 구부리는 쪽이 잘 깨지지 않는다고 되어 있습니다. 중요한 절곡 가공에서는 사전에 시험 절곡을 실시하여 균열이나 스프링 백의 상태를 확인하는 것이 좋습니다.

절삭·선반·레이저 가공시의 주의점

A5052는 절삭 및 선반 가공에서는 비교적 양호한 절삭성을 나타냅니다. 단, 끈질기게 견디는 힘이 있기 때문에 칩이 길게 늘어나기 쉽고 공구에 물리기 쉬운 점에 주의해야 합니다. 대책으로는 예리한 공구날 끝과 충분한 절삭유제, 적절한 이송량이 유효합니다.
레이저 절단에서는 높은 반사율과 양호한 열전도성으로 설정의 최적화가 요구됩니다. 정밀한 마감이 필요한 경우는 기계 가공이나 전단도 검토해 주십시오. 절삭 버나 칩이 물리는 것에 주의하여 최적의 조건으로 가공합시다.

기타 재질과의 용접성 주의

A5052는 용접성이 우수한 반면 이종 재료와의 용접에는 주의가 필요합니다. 알루미늄과 철이나 구리 등 이종 금속의 직접 용접은 어렵고, 취약한 금속 간 화합물을 생성할 수 있기 때문입니다. 접합에는 볼트나 리벳 등의 기계적 체결을 검토합시다.
또한 스테인레스 등 다른 금속과 접촉시켜 습기가 있는 환경에서 사용하면 전식(갈바닉 부식)이 발생하여 A5052 측이 우선적으로 부식됩니다. 수지제 와셔를 끼우는 등 절연할 필요가 있습니다.

A5052에 대한 Q&A

A5052의 단점은 무엇입니까?

A5052의 주요 단점은 다른 고강도 알루미늄 합금에 비해 강도가 다소 낮고 고온 환경에서의 내열성도 낮다는 점입니다. 높은 강도나 고온에서의 사용이 요구되는 용도에는 적합하지 않습니다. 열처리에 의한 경화가 불가능한 점도 단점이며, 강도 향상에는 가공 경화가 필요합니다.

A5052는 어디에서 구할 수 있습니까?

A5052는 유통량이 풍부하고 구하기 쉬운 알루미늄 합금입니다. 판재로서 널리 유통되고 있으며, 주로 금속 가공업자나 전문 상사로부터 구입할 수 있습니다.

표면 처리「아노다이징」에 적합합니까?

A5052는 아노다이징(양극 산화 처리)에 적합한 합금입니다. 아노다이징 표면 처리로 내식성이 향상되고 착색 아노다이징도 균일하게 마감 되어 야외 부품이나 장식용으로 많이 사용되고 있습니다.

아노다이징 표면 처리 확인  진행 여부를 구별하는 방법은?

아노다이징(양극산화) 피막은 절연성을 갖기 때문에 테스터의 저항 모드로 전도성 여부를 측정했을 때 전류가 흐르지 않으면 아노다이징 처리된 가능성이 높습니다. 다만 도장막 등 다른 피막도 절연성을 가질 수 있으므로, 단순 전류의 흐름 여부만의 판단으로는 주의해야 합니다.

A5052를 식별하는 방법이 있습니까?

A5052를 외모로 판별하는 것은 어렵고, 보통은 제조사의 각인이나 재질 증명서로 확인합니다. 알 수 없는 경우는 화학 분석이나 전도율 측정에 의해 판별합니다.

정리

A5052는 가볍고 높은 내식성과 적당한 강도를 겸비한 알루미늄 합금입니다. 절곡이나 프레스와 같은 가공성이나 용접성도 뛰어나 자동차·선박·건축 분야 등 폭넓은 용도로 사용되고 있습니다. 철에 비해 비중이 1/3로 가볍고 비강도도 우수하므로 경량화가 요구되는 설계에 매우 적합합니다. 설계 시에는 열팽창이나 이종 금속과의 접촉, 가공 특성을 고려해야 하는데 특성을 제대로 이해하면 제품 경량화와 높은 내구화에 크게 기여합니다. 이번 내용에서 소개한 내용을 참고하여 제품 설계 및 개발에 A5052를 활용하시기 바랍니다.