본 연구에서는 반응고 Al합금을 얻기 위해서 3상 2극의 전자교반장치를 이용하였으며, 주입온도와 주입전압을 변화시켜 Al합금의 초정입자크기, aspect ratio, 표준편차, 경도 및 공정 Si 입자의 크기 및 형상 변화를 조사하였다. 같은 주입온도에서는 주입전압이 증가함에 따라 aspect ratio, 표준편차 및 초정입자의 크기는 감소되었다. 전자교반식 수평연속주조방법에 의한 Al 합금의 최적제조 조건은 주입전압 220V, 주입온도 68$0^{\circ}C$이었으며, 이 조건에서 초정입자의 크기는 54$\mu\textrm{m}$이었고, aspect ratio는 1.56이었으며 그 표준편차는 0.4이었다. 그리고 공정 Si의 크기는 0.5$\mu\textrm{m}$이었으며 제조된 Al합금의 경도는 72.1 Hv를 나타내었다. 본 연구를 위해 제작된 3상 2극 전자교반장치에 의해서 매우 낮은 aspect ratio 및 표준편자를 갖는 반응고 A356 Al합금을 제조할 수 있었다.
본 연구에서는 반응고 Al합금을 얻기 위해서 3상 2극의 전자교반장치를 이용하였으며, 주입온도와 주입전압을 변화시켜 Al합금의 초정입자크기, aspect ratio, 표준편차, 경도 및 공정 Si 입자의 크기 및 형상 변화를 조사하였다. 같은 주입온도에서는 주입전압이 증가함에 따라 aspect ratio, 표준편차 및 초정입자의 크기는 감소되었다. 전자교반식 수평연속주조방법에 의한 Al 합금의 최적제조 조건은 주입전압 220V, 주입온도 68$0^{\circ}C$이었으며, 이 조건에서 초정입자의 크기는 54$\mu\textrm{m}$이었고, aspect ratio는 1.56이었으며 그 표준편차는 0.4이었다. 그리고 공정 Si의 크기는 0.5$\mu\textrm{m}$이었으며 제조된 Al합금의 경도는 72.1 Hv를 나타내었다. 본 연구를 위해 제작된 3상 2극 전자교반장치에 의해서 매우 낮은 aspect ratio 및 표준편자를 갖는 반응고 A356 Al합금을 제조할 수 있었다.
In this study, to fabricate the semi-solid Al alloy, the 3phase-2poles electromagnetic stirring system was adopted. The changes of primary grain size, aspect ratio, standard deviation, hardness and the size morphology of eutectic Si with pouring temperatures and input voltages were investigated. At ...
In this study, to fabricate the semi-solid Al alloy, the 3phase-2poles electromagnetic stirring system was adopted. The changes of primary grain size, aspect ratio, standard deviation, hardness and the size morphology of eutectic Si with pouring temperatures and input voltages were investigated. At the same pouring temperature, with increasing input voltage, aspect ratio, standard deviation and primary grain size were decreased. The optimum condition for fabrication of semisolid Al alloys by EMS horizontal continuous casting process was determined that the input voltage was 220V and the pouring temperature was 68$0^{\circ}C$. At this optimum conditions the primary grain size was 54$\mu\textrm{m}$, the aspect ratio was 1.56 and the size of eutectic Si was 0.5$\mu\textrm{m}$. The micro-hardness of the Al alloy was 72.1 Hv. The semi-solid A356 Al alloy which has very low aspect ratio and standard deviation value could be fabricated by adopting the EMS horizontal continuous casting facility that was manufactured for this study.
In this study, to fabricate the semi-solid Al alloy, the 3phase-2poles electromagnetic stirring system was adopted. The changes of primary grain size, aspect ratio, standard deviation, hardness and the size morphology of eutectic Si with pouring temperatures and input voltages were investigated. At the same pouring temperature, with increasing input voltage, aspect ratio, standard deviation and primary grain size were decreased. The optimum condition for fabrication of semisolid Al alloys by EMS horizontal continuous casting process was determined that the input voltage was 220V and the pouring temperature was 68$0^{\circ}C$. At this optimum conditions the primary grain size was 54$\mu\textrm{m}$, the aspect ratio was 1.56 and the size of eutectic Si was 0.5$\mu\textrm{m}$. The micro-hardness of the Al alloy was 72.1 Hv. The semi-solid A356 Al alloy which has very low aspect ratio and standard deviation value could be fabricated by adopting the EMS horizontal continuous casting facility that was manufactured for this study.
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문제 정의
국내에서는 이러한 반응 고 합금제조방법으로 간단한 원리로 높은 전단력을 낼 수 있고 구형화된 조직을 쉽게 얻을 수 있는 기계적 교반법에 관한 연구는 많이 이루어 졌으나, 대량생산을 위한 전자교 반법에 대한 연구는 부족한 실정"이다. 따라서 반용융 가 공용 반응고 A1 합금을 연속적으로 대량 생산할 수 있기 위해서는 전자교반법을 적용한 연속 주조 기술의 기초 연구가 요구되는 실정으로서, 본 연구에서는 A356 Al합금을 대상으로 하여 전자교반을 이용한 연속주조 방법을 적용하였을 때, 초정입자의 크기, aspect ratio, 표준편차, 공정 Si입자의 크기에 미치는 주입온도, 주입전압등의 공정변수의 영향 에 대하여 조사하였다.
제안 방법
A356 A1 합금을 전자교반을 이용한 연속주조 방법에 의하여 제조 할경우, 초정입자의 크기, aspect ratio, 표준편 차, 공정 Si입자의 크기에 미치는 용탕주입온도, 주입전압 등의 공정변수의 영향에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
그림 1의 장치와 그림 2의 mold를 사용하여 용탕의 주 입온도를 680℃로 고정시킨 상태에서 주입전압을 140, 180, 220V로 변화시켜 미세조직을 관찰하였다. 그림 3은 용탕의 주입온도를 680℃로 고정시킨 다음 주입전압의 변화에 따른 미세조직의 변화를 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
또한 A356 합금의 액상선과 고상선 측정을 위해 DTA (MTC 1000)을 사용하여 액상선과 고상선을 구하였다. DTA측정결과 A356 합금의 액상선온도는 620℃ 이며, 고 상선온도는 56(TC로 측정되었다.
0) 를 이용하여 초정입자크기와 aspect ratio를 측 정하였으며, 공정 Si입자의 형상 및 크기를 주사전자현미경 으로 관찰하였다. 또한 재료의 기계적인 성질을 알기 위해 시편의 표면을 깨끗이 연마한 후 미세 비커스 경도기(Mitutoyo, MVK-H100) 을 이용하여 하중 300g, 시간 10sec의 조건에서 측정하였으며, 동일 조건하에서 주형의 표면부에서 중심부로 1mm 간격으로 10회 측정한 후 평균 값을 산출하였다.
또한 주입전압 및 용탕주입온도에 따른 미세조직의 변화 와 초정입자크기 및 aspect ratio에 미치는 영향을 조사하기 위해 제작된 시편을 0.5% HF시약 (증류수 99.5㎖ + HF 0.5㎖) 로 45초 가량 에칭한 후 광학현미경을 이용하여 미세조직의 변화를 관찰하였으며, 화상분석기 (Image-Pro Plus 3.0) 를 이용하여 초정입자크기와 aspect ratio를 측 정하였으며, 공정 Si입자의 형상 및 크기를 주사전자현미경 으로 관찰하였다. 또한 재료의 기계적인 성질을 알기 위해 시편의 표면을 깨끗이 연마한 후 미세 비커스 경도기(Mitutoyo, MVK-H100) 을 이용하여 하중 300g, 시간 10sec의 조건에서 측정하였으며, 동일 조건하에서 주형의 표면부에서 중심부로 1mm 간격으로 10회 측정한 후 평균 값을 산출하였다.
주입전압이 A356합금의 응 고시 미세조직에 미치는 영향을 조사하기 위하여 A356합 금을 고주파 용해로에서 용해한 후 전자교반기내에 장치된 챔버형 Cu 몰드에 용탕을 주입하여 무교반 및 전자교반된 상태에서 챔버형 Cu 몰드내에 6 C/min의 냉각수를 흘려 강제 수냉방식을 채택하여 냉각하였다. 주입전압은 무교반 및 140V, 180V, 220V로 변화를 주었고, 주입온도를 650 ℃, 680℃, 그리고 750℃로 각각 변화를 주어 주입온도 및 주입전압이 미세조직에 미치는 영향을 조사하였다. 그림 1 은 전자교반시험장치의 개략적인 모식도이다.
주입전압의 증가에 따라 수지상정조직의 파쇄가 뚜렷이 나타남에 따라 주입전압을 220V로 고정시킨 후 주입온도 의 영향을 조사하였다. 그림 5는 주입전압을 220V로 고정 시키고 용탕의 주입온도를 변화시켰을 때 시편의 middle부 (a) 와 중심부(b) 의 미세조직 변화를 관찰한 것으로서, 주 입온도가 65CTC 의 경우 구상화된 조직과 rosette형태의 조 직 (화살표 표시부) 이 공존하고 있는 반면에, 주입온도가 680℃이상으로 증가되면 구상화는 크게 증가되어 650℃ 에서 관찰되었던 rosette형태의 조직도 사라지고 거의 구상 화된 조직만이 관찰되었다.
본실험에 사용된 전자교 반 장치는 3상 2극의 형태로서 출력은 30kw이고 최대 회 전수는 분당 3600회이며 공급되는 전압의 세기를 변화시키 기 위해 변압기를 사용하였다. 주입전압이 A356합금의 응 고시 미세조직에 미치는 영향을 조사하기 위하여 A356합 금을 고주파 용해로에서 용해한 후 전자교반기내에 장치된 챔버형 Cu 몰드에 용탕을 주입하여 무교반 및 전자교반된 상태에서 챔버형 Cu 몰드내에 6 C/min의 냉각수를 흘려 강제 수냉방식을 채택하여 냉각하였다. 주입전압은 무교반 및 140V, 180V, 220V로 변화를 주었고, 주입온도를 650 ℃, 680℃, 그리고 750℃로 각각 변화를 주어 주입온도 및 주입전압이 미세조직에 미치는 영향을 조사하였다.
대상 데이터
5) 본 연구를 위해 제작된 3상 2극 전자교반장치에 의해서 매우 낮은 aspect ratio 및 표준편차를 갖는 반응고 A356 Al합금을 제조할 수 있었다.
본 실험에 사용된 재료는 A356 합금으로서 합금성분을 Table 1에 나타내었다. 온도에 따른 고상율의 변화를 식(1)의 Scheil방정식12)에 의해 예측하였으며, 온도에 따른 A356 합금의 고상율의 변화를 Table 2에 나타내었다.
본 연구에 사용된 전자교반기는 3상 2극의 형태로서 최대 출력이 30kw이고 분당 최대회전수가 3600회로 본 연구를 위해서 자체 제작되었으며 이와 같은 전자교반장치에 의해서 매우 낮은 aspect ratio 및 표준편차를 갖는 반응고 A356 Al합금을 제조할 수 있었다.
DTA측정결과 A356 합금의 액상선온도는 620℃ 이며, 고 상선온도는 56(TC로 측정되었다. 본실험에 사용된 전자교 반 장치는 3상 2극의 형태로서 출력은 30kw이고 최대 회 전수는 분당 3600회이며 공급되는 전압의 세기를 변화시키 기 위해 변압기를 사용하였다. 주입전압이 A356합금의 응 고시 미세조직에 미치는 영향을 조사하기 위하여 A356합 금을 고주파 용해로에서 용해한 후 전자교반기내에 장치된 챔버형 Cu 몰드에 용탕을 주입하여 무교반 및 전자교반된 상태에서 챔버형 Cu 몰드내에 6 C/min의 냉각수를 흘려 강제 수냉방식을 채택하여 냉각하였다.
그림 1 은 전자교반시험장치의 개략적인 모식도이다. 시험에 사용된 몰드는 자체 제작된 Cu챔버형 수냉 몰드로서 그림 2에 나타내었으며 정확한 온도측정을 위해 열전대를 몰드 밑부 분에서부터 4cm되는 부분의 중앙부에 설치하여 온도를 측정하였다.
성능/효과
1) 같은 용탕주입온도에서 주입전압이 증가할수록, 즉 교반력이 증가할수록 초정입자의 aspect ratio, 표준편차 및 초정 입자의 크기가 감소되었다.
2) 구상화 조직을 위한 최적 제조조건은 용탕주입온도 68CTC 에서 주입전압 220V 이었으며, 이 조건으로 제조하 였을 때 초정입자의 크기는 54㎛이었고, aspect ratio는1.56, 표준편차는 0.4이었으며, 공정 Si입자의 크기는 0.5 ㎛이었다.
3) 냉각곡선 분석결과 액상선 부근에서 응고시간이 길수 록 구상화 조직을 얻기 위한 교반효과가 향상되었다.
4) 주입전압 및 주입온도가 상승할수록 공정 Si입자의 크기가 감소하였으며 경도값은 증가하였다.
38이었다. 따라서 주입온도가 상승함 에 따라 aspect ratio가 감소 (구상화 정도는 증가) 하였으 며 표준편차도 감소한다는 것을 알 수 있다. 그림 7은 주입전압을 220V로 일정하게 유지하고 주입온도를 변화시켜 구한 냉각곡선으로서 주입온도가 650℃ (a) 의 경우에는 냉 각속도가 5.
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