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September 2017 71 어떻게 경량화하나? 수송기기의 무게를 줄이기 위한 방법으로는 설계 최적화와 소재기술 개발이 있다. 여기서 는 소재기술 개발을 통한 경량화를 중점적으 로 살펴보도록 한다. 경량화의 관건은 바로 소재의 밀도(density) 다. 철의 밀도는 7.874g/cm 3 이다. 대표적인 경량화 소재인 알루미늄의 밀도는 2.70g/ cm 3 이며, 마그네슘과 타이타늄의 밀도는 각 각 1.738g/cm 3 , 4.54g/cm 3 이다. 이들 소재로 동일한 크기의 판재를 만들었을 때 철로 만든 것보다 알루미늄으로 만든 것이 더 가벼운 것 은 밀도의 차이 때문이다. 그렇다고 해서 자 동차의 모든 부품을 알루미늄이나 마그네슘 으로 만들 수는 없는 노릇이다. 강도 (strength) 또한 고려해야 하기 때문이다. 따라서 일반적으로 경량화 소재기술에 대한 연구 및 개발은 베이스가 될 소재를 결정한 다음 합금 또는 열처리와 같은 후처리를 통해 강도를 높이는 식으로 이뤄진다. 합금(alloy) 은 베이스가 되는 금속에 합금원소를 첨가함 으로써 강도나 가공성, 내식성 등을 향상시 키는 것이다. 열처리(heat treatment)*는 가 열이나 냉각 등을 통해 소재의 특성을 개량 하는 공정이다. 열처리에는 가공 또한 포함된 다. 재료연구소(KIMS) 경량금속연구실 김수 현 책임연구원은 “알루미늄, 타이타늄, 마그 네슘 등 베이스가 되는 소재가 결정되면 합금 의 경량화 정도 역시 결정된다. 다음으로는 다양한 종류의 합금원소를 첨가해 강도를 높 이는데, 강도를 향상시키는 것에도 한계는 존 재한다”고 이야기했다. 경량화를 위한 다양한 소재 수송기기 경량화 소재기술 연구의 초점은 철 열처리의 종류 - 풀림(annealing): 일정 온도에서 가열한 뒤 천천히 냉각하는 것. 가공 경화 효과를 제거하 고 조직을 미세화 한다. - 불림(normalizing): 강을 고온에서 가열해 조직을 오테나이트화 한 뒤 공기 중에서 냉각 하는 것. - 담금질(quenching): 강을 오스테나이트 상태에서 급냉하여 마르텐사이트로 바꾸는 것. 필요에 따라 뜨임과 병행한다. - 뜨임(tempering): 담금질한 마르텐사이트 조직은 경도가 높으므로 조직과 기계적 성질 을 안정화하기 위해 다시 열처리를 한다. 담금질한 조직의 잔류응력을 줄여 필요한 상태 를 유지시키는 방법으로, 마르텐사이트를 분해해 페라이트와 시멘타이트로 변화시킨다.