자전거 프레임 재료 비교
밀도 (kg/m^3) 항복강도 (MPa) 스틸 7850 120 (=약12 kg/mm^2) AL 6061-0 2700 110 AL6061-T4 2700 110 AL 6061-T6 2700 241 AL 7050-0 2730 145 AL 7050-T6 2730 475 순수 티타늄 4506 170 합금 티타늄 4700 1000
자전거의 프레임의 손상은 심한 충돌의 경우 항복강도에 해당하고 대부분은 피로파괴에 의한 균열의 진전에 의해 발생한다. 피로강도는 항복강도의 대략 40% 정도로 피로강도에 해당하는 응력이 반복 작용하는 경우 피로파괴가 발생한다. 프레임의 용접부분이나 접합부분과 같은 취약한 부분에서 가장 먼저 발생한다.
알루미늄이 스틸의 대략 1/3정도로 가벼우면서도 스틸과 유사한 항복강도이다. 즉 철과 동일한 두께로 설계가 가능하면서도 무게는 1/3수준으로 만들 수 있다. 티타늄은 밀도가 철의 절반 수준으로 알루미늄보다는 무거우나 항복강도가 알루미늄에 2배정도, 합금의 경우 5배까지 증가 시킬수 있다. 항복강도는 열처리에 의해 크게 달라진다. 인장강도 및 항복강도가 최대 2~3배 상승 가능하다.
T4 혹은 T6은 열처리를 말하는 것으로 템퍼링이란 열처리 기술은 일정한 온도에서 적어도 1시간이상 유지시켜 금속의 조직을 바꾸는 방법이다. 로(전기로)안에서 하므로 에너지 소비가 많다. 원가상승의 원인이 된다.
열처리된 알루미늄을 용접하면 용접부분이 열처리 전 상태로 돌아가서 항복강도가 저하된다. 따라서 용접후 열처리를 다시 시행해야 한다.
AL 6061
합금성분
실리콘 0.4 ~ 0.8% by weight
철 0 ~ 0.7%
구리 0.15 ~ 0.40%
망간 0 ~ 0.15%
마그네슘 0.8 ~ 1.2%
크롬 0.04 ~ 0.35%
아연 0 ~ 0.25%
티탄 0 ~ 0.15%
기타 각 0.05% 이하, 합계 0.15%l
Aluminum 나머지 부분
6061-0
열처리 되지않는 6061알류미늄의 인장강도는150MPa정도이고 항복강도는 110MPa이다. 파괴직전 강도에서의 연신율은 16%이다.
6061-T4
T4 열처리된 6061의 인장강도는 207Mpa이고 항복강도는 110MPa이다. 연신율은 16%이다.
6061-T6
열처리에 의해 인장강도는 290MPa이고 항복강도는 241MPa이다. 연신율은 8~10%이다.
사용처
6061은 항공기 날개등 구조물 구성에 널리 사용되며 요트에도 많이 사용된다.
7005와 비슷하게 자전거 프레임에 보통 사용된다.
용접
6061은 TIG로 용접성이 좋다. 용접한후 기계적 물성치가 6061-0으로 떨어진다. 즉 열처리 하였던 6061-T6은 용접후 80%로 항복강도 및 인장강도의 감소가 일어 날수 있다.
따라서 용접한후 다시 전체 프레임에 대해 열처리를 수행하여야 한다.
가공성
압출에 의해 파이프나 판형태로 쉽게 가공이 가능하다.
AL 7075
7075알류미늄은 좋은 내구강도와 평균가공성을 가지나 용접이 어렵고 다른 많은 합금에 비해 부식에 대한 저항이 약하다.
7075-0
열처리 안된 7075의 인장강도는 276MPa이고 항복강도는 145MPa이다. 연신율은 10%이다.
7075-T6
템퍼링된 7075-T6의 인장강도는 520Mpa이고 항복강도는 475Mpa이다.
사용처
7075는 항공기날개 등과 같은 강도와 무게가 동시에 만족되는 곳에 사용되며 등산장비와 자전거부품등에 사용된다.
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알루미늄 합금의 분류입니다..
흔히 이공(20)계열이니 육공(60)계열이니 칠공(70)계열이니 합니다...
이렇군요...
Series(계열) Major Additions(주요 첨가물) Other Frequent Additions(부속 첨가물) Heat Treatable(열처리성)
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1XXX None None No
2XXX Cu (구리) Mg, Mn, Si(마그네슘,망간,규소) Yes
3XXX Mn (망간) Mg, Cu (마그네슘, 구리) No
4XXX Si (규소) None Most No
5XXX Mg (마그네슘) Mn, Cr (망간,크롬) No
6XXX Mg, Si (마그네슘, 규소) Cu, Mn (구리,망간) Yes
7XXX Zn (아연) Mg, Cu, Cr (마그네슘,구리,크롬) Yes
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흠..이런 글이 있네요...
일공,삼공,오공 그리고 대부분의 사공계열은 석출경화를 기대할수 없어 내화학성이 요구되는 제품의 재료로 쓰고...
이공,육공,칠공계열은 석출경화가 이루어짐으로 구조용 재료로 쓴다...(요 3가지는 열처리가 가능하군요...)
열처리 종류는 이런것들이 있습니다.
T3 : 냉간가공 후 자연시효
T4 : 자연시효
T6 : 인공시효
T8 : 냉간가공 후 인공시효
2014,6061,7075의 재원도 나와있네요..
읇어 봅니다.
AL2014-T4 : 4.4Cu , 0.5Mg , 0.8Mn , 0.8Si (단위 : 중량의 %)
AL6061-T6 : 0.28Cu , 0.2Cr , 1.0Mg , 0.6Si
AL7075-T651 : 1.6Cu, 0.23Cr , 2.5Mg , 5.6Zn
요기까지야 뭐...고리타분한 학구적인 내용뿐이군요...
뒤적뒤적...그림하나가 눈에 띕니다...ㅎㅎㅎ
항복강도(Yielding Strength)가 나타나 있군요 ^-^
AL1XXX(ColdWork - 냉간가공) : 30 ~ 125 MPa , 약 5 ~ 20 ksi
AL5XXX(ColdWork) : 125 ~ 250 MPa , 약 20 ~ 35 ksi
AL6XXX(Heat Treat - 열처리) : 300 MPa , 약 45 ksi
AL2XXX(Heat Treat) : 400 MPa , 약 58 ksi
AL7XXX(Heat Treat) : 500 MPa , 약 73 ksi
(단위 - MPa : Mega Neuton per square meter , ksi : kilo pounds per square inchs)
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< AL6061 >
두랄루민입니다.
1. 화학성분(%)
Cu: 0.15~0.4, Si: 0.4~0.8, Mg: 0.8~1.2, Zn: 0.25 이하, Mn: 0.10 이하,
Cr: 0.04~0.35, Fe: 0.7 이하, AL: 나머지 성분
2. 기계적 성질
2-1. 인장강도(kg/m^2)
열처리 T4: 21 이상
열처리 T6: 30 이상
2-2. 항복 강도(kg/m^2)
열처리 T4: 11 이상
열처리 T6: 25 이상
2-3. 신율(%)
열처리 T4: 18 이상
열처리 T6: 10 이상
3. 특성 및 용도
표면 처리성, 내식성이 우수하며, 중간정도 강도, T6인것은 연강과 비슷하고 냉간
가공성은 양호하며 차량용재, 선반용재, 기계부품, 각종 구조재에 사용
< AL7075 >
가격은 AL6061보다 비싸지만, 좀더 높은 강도를 요구하는 곳에 사용합니다.
1. 화학성분(%)
Cu: 1.2~2.0, Si: 0.4 이하, Mg: 0.45~0.8, Zn: 5.1~6.1, Mn: 0.20 이하,
Cr: 0.18~0.35, Fe: 0.5 이하, AL: 나머지 성분
2. 기계적 성질
2-1. 인장강도(kg/m^2)
열처리 T6: 54 이상
2-2. 항복 강도(kg/m^2)
열처리 T6: 47 이상
2-3. 신율(%)
열처리 T4: 7 이상
열처리 T6: 10 이상
3. 특성 및 용도
절삭성이 우수하며, 항공기 용재, 구조재, 온동기기, 고속회전체등에 사용
< SUS304 >
가장 많이 사용하는 스테인레스 강입니다.
1. 화학성분(%)
Cr: 18, Ni: 8, Fe: 나머지 성분
2. 특성 및 용도
뛰어난 내식성을 갖고 있지만, 염소 성분에 약하기 때문에
해수나 소금 성분이 많은 하수와 직접 접하는 부분은 가격은 비싸지면 Mo 성분을
첨가한 SUS 316 사용합니다.
< SM45C >
구조용 탄소강이며, 탄소의 함량이 0.45% 정도이기 때문에 SM45C로 명명합니다.
S45C는 JIS(일본 공업 규격)입니다. 가급적 KS 규격인 SM45C 사용을 추천합니다.
1. 화학성분(%)
C: 0.42~0.48, Si: 0.45 이하, Mn: 0.60~0.90, P: 0.03 이하, S: 0.035 이하
Fe: 나머지 성분
2. 기계적 성질
2-1. 경도(Hardness Brinell):
201~269
2-2. 인장 강도(kg/m^2)
70 이상
3. 특성 및 용도
볼트, 너트, 크랑크 축핀, 핀 등 가장 많이 사용하는 구조용 강입니다.
< SM35C >
탄소 함량이 0.35% 정도로서, SM45C 보다 강도면에서 낮습니다.
< SCM >
Cr, Mo의 합금으로서 가장 많이 사용하는 SCM 4종의 경우 인장강도(kg/m^2)가
100 이상입니다. 주로 높은 강도를 요구하는 기어류, 축, 암류 등에 사용합니다.
< MC-NYLON >
뛰어난 기계적 특성을 갖는 합성 수지로서
내마모성, 자기윤활성, 내약품성, 치수 안전성, 열적성질, 소음방지, 내부식성,
내피로성이 우수합니다.
각종 롤러, 기어, 라이너, 가이드, 부싱, 제품가이더, 스타휠, 임펠러, 콘베이어 롤러 등에 사용합니다.
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