알루미늄 Casting mold는 통상 5~10만 Shots의 생산 수명을 가지는데 수명이 다한 Mold의 폐기 요인을 살펴보면 균열, 조기파손, 정밀도, 휨, 마모 등의 다양한 원인들 중에 균열로 인해 폐기로 이어지게 되는 사례가 약 70%의 비중을 차지하고 있다. 알루미늄 Casting mold는 용해된 재료를 주입하여 Mold에 재료가 채워지면서 필연적으로 Mold는 열피로를 받는데 Mold는 제품생산초기 2만 Shots의 제품을 생산하기도 전에 조기균열이 발생되어 Mold의 폐기로 이어지는 사례도 종종 있으며 20만 Shots를 사용해도 균열이 없고 형상 정밀도를 유지하면 Mold는 지속적으로 사용할 수 있는데 이처럼 열피로와 균열은 Mold의 수명과 밀접한 관련이 있다. 본 연구에서는 알루미늄 용탕을 12만 Shots를 생산에 사용한 Two cavity 구조의 Mold의 주요 부품 중에 STD61로 제작한 Left-, Right-slide core는 12만 Shots를 생산하는 동안 동일한 조건의 생산 공정을 반복 하였는데 그럼에도 불구하고 Left-slide core 에서는 균열이 육안으로 관찰되었고 Right- slide core 에서는 균열이 관찰되지 않았다. Left-, Right-slide core와 최초의 건전한 Base 시편과 비교실험 하여 열피로 현상을 분석 하였다. Slide core 의 크기는 외경 20？, 길이 60mm의 원통형 구조이며 Mold 개폐시 Slide core는 전진과 후진을 반복하는데 Slide core의 60mm 중에 20mm 구간은 용탕에 잠기는 부위이다. Slide core의 20mm 구간의 용도는 제품일부분을 중공 시키는 역할을 하는데 중공된 제품은 파이프와 강제체결을 하는데 이때 이탈을 방지하고자 제품 내부에 작은 ...
알루미늄 Casting mold는 통상 5~10만 Shots의 생산 수명을 가지는데 수명이 다한 Mold의 폐기 요인을 살펴보면 균열, 조기파손, 정밀도, 휨, 마모 등의 다양한 원인들 중에 균열로 인해 폐기로 이어지게 되는 사례가 약 70%의 비중을 차지하고 있다. 알루미늄 Casting mold는 용해된 재료를 주입하여 Mold에 재료가 채워지면서 필연적으로 Mold는 열피로를 받는데 Mold는 제품생산초기 2만 Shots의 제품을 생산하기도 전에 조기균열이 발생되어 Mold의 폐기로 이어지는 사례도 종종 있으며 20만 Shots를 사용해도 균열이 없고 형상 정밀도를 유지하면 Mold는 지속적으로 사용할 수 있는데 이처럼 열피로와 균열은 Mold의 수명과 밀접한 관련이 있다. 본 연구에서는 알루미늄 용탕을 12만 Shots를 생산에 사용한 Two cavity 구조의 Mold의 주요 부품 중에 STD61로 제작한 Left-, Right-slide core는 12만 Shots를 생산하는 동안 동일한 조건의 생산 공정을 반복 하였는데 그럼에도 불구하고 Left-slide core 에서는 균열이 육안으로 관찰되었고 Right- slide core 에서는 균열이 관찰되지 않았다. Left-, Right-slide core와 최초의 건전한 Base 시편과 비교실험 하여 열피로 현상을 분석 하였다. Slide core 의 크기는 외경 20？, 길이 60mm의 원통형 구조이며 Mold 개폐시 Slide core는 전진과 후진을 반복하는데 Slide core의 60mm 중에 20mm 구간은 용탕에 잠기는 부위이다. Slide core의 20mm 구간의 용도는 제품일부분을 중공 시키는 역할을 하는데 중공된 제품은 파이프와 강제체결을 하는데 이때 이탈을 방지하고자 제품 내부에 작은 리브를 성형하였고 성형을 위해 Slide core 외각에(곡률반경 R1 깊이1mm, 길이 16mm)세 곳에 홈가공을 하였다. Slide core의 열처리는 담금질을 1030 ℃ 에서 하였고 템퍼링은 600 ℃ 에서 하였다. 생산 공정 시 Slide core의 온도 변화를 알기위해 열화상카메라를 통해 생산 공정을 실측 하였고 약 200~695 ℃ 의 온도 변화가 반복됨을 알 수 있었다. 시편채취에 앞서 두 개의 Slide core를 방사선 투과 검사(RT)를 하였는데 Left-slide core 에서 약 10mm 깊이의 균열이 관찰되었고 Right-slide core 는 균열이 발견되지 않았다. 두 개의 Slide core 시편을 7, 29, 10, 14mm 간격으로 절단하여 성분검사, 경도시험, 조직검사를 하였다. 주요 결과를 살펴보면 첫째, Left-slide core 시편1의 표면을 연마하여 균열을 관찰하였는데 제품을 중공 시키고 파이프와 체결을 하기위해 Slide core 외각에 세부위에 홈 가공을 하였는데 이 세부위에서 균열이 시작되어 중심으로 진행되었음을 알 수 있었고 Right-slide core는 균열이 발견되지 않았다. 둘째, 광학현미경 관찰결과 Left-slide core가 Right-slide core보다 열피로를 더 받았음을 알 수 있었는데 이는 홈가공의 곡률반경 차이 Left- slide core(곡률반경 R1, 깊이1mm, 길이 16mm), Right-slide core(곡률반경 R0.5, 깊이1mm, 길이 16mm)와 가공오차, Mold의 표면 마찰상태, 냉각(Mist cooling)의 불균일 등에 기인한 좌, 우 비대칭적 성형으로 인해 열피로가 다르게 진행된 것으로 판단된다. 셋째, Left-slide core의 균열부위를 주사전자현미경으로 관찰을 하였는데 산화물이 다량 관찰되었다. 이는 Mold에 알루미늄 용탕이 채워지면서 Slide core는 가열되었고 생산 공정이 반복되면서 Mold표면과 Mold안의 공기는 온도가 상승하게 되어 화학반응을 하기 좋은 분위기가 형성되었다. 고온 가열된 공기 중의 산소원자는 Fe와 반응하여 Fe2O3의 산화물이 생성되고 반복생산을 통해 점진적으로 산화가 진행되었다. Fe의 산화물은 산소는 친화력이 높은 Si, Cr으로 전이하여 화학반응을 하였고 산화물(Fe2O3, SiO2, CrO2)은 점점 증가하여 산화물 Boundary line으로 발전 되었다. 이러한 열피로에 의한 균열은 고온산화에 의해 정의 할 수 있다. 고온산화는 공기 중의 Void와 산소 등의 산화성 가스 하에서 발생한다. Fe 표면으로의 이동 및 표면에서의 흡탈착과 해리반응 포함한 화학반응과 생성된 산화층은 Wustite(Fe1-δO)로 형성되고 Wustite의 안정영역은 570 ℃ 이상에서 상당히 넓은 영역에 걸쳐 있으며 570 ℃ 이하에서는 α-iron과 자광철(magnetite)로의 공석반응이 일어난다. 산화된 Fe는 산소와 친화력이 높은 Si, Cr으로 전이하여 화학반응을 하였고 Fe2O3, SiO2, CrO2 등의 산화물을 형성했다. STD61 slide core를 균열 없이 장기간 사용하기 위해서는 파이프와 체결을 위해 가공한 세부위의 홈가공을 하지 않도록 하여 열피로가 응집되지 않는 구조의 건전한 원형 Slide core 사용을 제시한다.
알루미늄 Casting mold는 통상 5~10만 Shots의 생산 수명을 가지는데 수명이 다한 Mold의 폐기 요인을 살펴보면 균열, 조기파손, 정밀도, 휨, 마모 등의 다양한 원인들 중에 균열로 인해 폐기로 이어지게 되는 사례가 약 70%의 비중을 차지하고 있다. 알루미늄 Casting mold는 용해된 재료를 주입하여 Mold에 재료가 채워지면서 필연적으로 Mold는 열피로를 받는데 Mold는 제품생산초기 2만 Shots의 제품을 생산하기도 전에 조기균열이 발생되어 Mold의 폐기로 이어지는 사례도 종종 있으며 20만 Shots를 사용해도 균열이 없고 형상 정밀도를 유지하면 Mold는 지속적으로 사용할 수 있는데 이처럼 열피로와 균열은 Mold의 수명과 밀접한 관련이 있다. 본 연구에서는 알루미늄 용탕을 12만 Shots를 생산에 사용한 Two cavity 구조의 Mold의 주요 부품 중에 STD61로 제작한 Left-, Right-slide core는 12만 Shots를 생산하는 동안 동일한 조건의 생산 공정을 반복 하였는데 그럼에도 불구하고 Left-slide core 에서는 균열이 육안으로 관찰되었고 Right- slide core 에서는 균열이 관찰되지 않았다. Left-, Right-slide core와 최초의 건전한 Base 시편과 비교실험 하여 열피로 현상을 분석 하였다. Slide core 의 크기는 외경 20？, 길이 60mm의 원통형 구조이며 Mold 개폐시 Slide core는 전진과 후진을 반복하는데 Slide core의 60mm 중에 20mm 구간은 용탕에 잠기는 부위이다. Slide core의 20mm 구간의 용도는 제품일부분을 중공 시키는 역할을 하는데 중공된 제품은 파이프와 강제체결을 하는데 이때 이탈을 방지하고자 제품 내부에 작은 리브를 성형하였고 성형을 위해 Slide core 외각에(곡률반경 R1 깊이1mm, 길이 16mm)세 곳에 홈가공을 하였다. Slide core의 열처리는 담금질을 1030 ℃ 에서 하였고 템퍼링은 600 ℃ 에서 하였다. 생산 공정 시 Slide core의 온도 변화를 알기위해 열화상카메라를 통해 생산 공정을 실측 하였고 약 200~695 ℃ 의 온도 변화가 반복됨을 알 수 있었다. 시편채취에 앞서 두 개의 Slide core를 방사선 투과 검사(RT)를 하였는데 Left-slide core 에서 약 10mm 깊이의 균열이 관찰되었고 Right-slide core 는 균열이 발견되지 않았다. 두 개의 Slide core 시편을 7, 29, 10, 14mm 간격으로 절단하여 성분검사, 경도시험, 조직검사를 하였다. 주요 결과를 살펴보면 첫째, Left-slide core 시편1의 표면을 연마하여 균열을 관찰하였는데 제품을 중공 시키고 파이프와 체결을 하기위해 Slide core 외각에 세부위에 홈 가공을 하였는데 이 세부위에서 균열이 시작되어 중심으로 진행되었음을 알 수 있었고 Right-slide core는 균열이 발견되지 않았다. 둘째, 광학현미경 관찰결과 Left-slide core가 Right-slide core보다 열피로를 더 받았음을 알 수 있었는데 이는 홈가공의 곡률반경 차이 Left- slide core(곡률반경 R1, 깊이1mm, 길이 16mm), Right-slide core(곡률반경 R0.5, 깊이1mm, 길이 16mm)와 가공오차, Mold의 표면 마찰상태, 냉각(Mist cooling)의 불균일 등에 기인한 좌, 우 비대칭적 성형으로 인해 열피로가 다르게 진행된 것으로 판단된다. 셋째, Left-slide core의 균열부위를 주사전자현미경으로 관찰을 하였는데 산화물이 다량 관찰되었다. 이는 Mold에 알루미늄 용탕이 채워지면서 Slide core는 가열되었고 생산 공정이 반복되면서 Mold표면과 Mold안의 공기는 온도가 상승하게 되어 화학반응을 하기 좋은 분위기가 형성되었다. 고온 가열된 공기 중의 산소원자는 Fe와 반응하여 Fe2O3의 산화물이 생성되고 반복생산을 통해 점진적으로 산화가 진행되었다. Fe의 산화물은 산소는 친화력이 높은 Si, Cr으로 전이하여 화학반응을 하였고 산화물(Fe2O3, SiO2, CrO2)은 점점 증가하여 산화물 Boundary line으로 발전 되었다. 이러한 열피로에 의한 균열은 고온산화에 의해 정의 할 수 있다. 고온산화는 공기 중의 Void와 산소 등의 산화성 가스 하에서 발생한다. Fe 표면으로의 이동 및 표면에서의 흡탈착과 해리반응 포함한 화학반응과 생성된 산화층은 Wustite(Fe1-δO)로 형성되고 Wustite의 안정영역은 570 ℃ 이상에서 상당히 넓은 영역에 걸쳐 있으며 570 ℃ 이하에서는 α-iron과 자광철(magnetite)로의 공석반응이 일어난다. 산화된 Fe는 산소와 친화력이 높은 Si, Cr으로 전이하여 화학반응을 하였고 Fe2O3, SiO2, CrO2 등의 산화물을 형성했다. STD61 slide core를 균열 없이 장기간 사용하기 위해서는 파이프와 체결을 위해 가공한 세부위의 홈가공을 하지 않도록 하여 열피로가 응집되지 않는 구조의 건전한 원형 Slide core 사용을 제시한다.
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