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문제 정의
- 그러나 A1 합금의 주조온도 구간에서도 다소 다량의 가스 분해물이 발생하는데 , 700℃ 에서 약 40"%의 가스 분해물이 발생한다고 보고된바 있다[5]. 그러므로 기포를 제어하여 건실한 주물을 얻기 위해서는 이에 대한 영향을 고찰해볼 필요가 있으며, 본 연구에서는 여러 주조조건에서 발생하는 수소가스 기포결함의 발생기구를 조사하였다.
제안 방법
- 1. Schematic apparatus of set designed to investigate the effects of gas products on the hydrogen gas pick-up in the melt.
- 이렇게 준비된 용탕을 이용하여 감압주조시험을 수행하였다. 이때 준비된 용탕의 무게는 200 g이었으며, 석영 플라스크 안에 준비된 EPS는 용탕과 같은 부피 (0.
- 석영 플라스크 안에서 EPS는 완전히 기체로 분해하여 carbon black을 형성할 때까지 반응하였으며, 이렇게 준비된 용탕을 이용하여 감압시험을 수행하였다. 준비된 시편들은 Archimedes법을 이용하여 밀도를 측정 하였고 이를 다시 수소량으로 환산하였다[6-9].
- 이 주조시험에 대한 패턴은 각각 다른 두께의 채널(17, 11, 7 mm)을 가졌으며, 이것은 sprue base에 hot 이미를 이용하여 부착되었다. 그리고 상용 알루미늄 합금용 단열코팅(EBACOTE)으로 약 0.18 mm 두께로 패턴을 코팅하였으며, 코팅의 두께는 무게 측정법을 이용하여 결정하였다. 코팅된 패턴을 주형 플라스크 내에 설치하고 비점 결사로 채워넣으며 진동을 가하였으며 모래 충전은 약 1。분간 수행되었다.
- 4 kPa(710 torr)가 되도록 감압하였으며 몰드 상단의 주입컵을 통해 A1 합금 용탕 (A356)을 주입하였다. 丁형 주조시험에서는 주입온도를 680℃에서 830。(2까지 변화시켰으며, 동시에 진공을 걸어주지 않은 경우와 진공을 걸어준 경우로 나누어 실험하였다. Fig.
- 주조 시 주조품의 채널은 밀도를 구하기 위해서 40 mm의 길이로 절단되었으며, 시편들의 기공량이 측정되었다. 또한, 기공형성에 대한 기구를 조사하기 위하여 기공 내부의 탄소량을 EDS 및 WDS 분석을 이용하여 측정하였다.
- 4 (test casting-M)는 용탕 선단의 반응층이 크게 형성하도록 단면을 두껍게 하였고, 패턴, 용탕 및 반응 층의 용이한 식별을 위해 패턴의 표면을 수성잉크로 도포하였으며, 잉크의 수분이 남아 있지 않도록 오랜 시간 건조하였다. 이때 용탕의 주입은 test casting-L의 조건과 동일한 770。(2에서 이루어졌고 충진 거동은 일반 동영상 카께라를 이용하여 기록하였다.
- 기공이 소실모형 주조 중에 형성되는 방법에는 세 가지가 있다. 첫 번째 방법은 포획된 액체 EPS의 기화에 의한 기포 형성이다. 두 번째 방법은 포획된 기체 EPS에 의한 기포 형성이다.
이론/모형
- 준비된 시편들은 Archimedes법을 이용하여 밀도를 측정 하였고 이를 다시 수소량으로 환산하였다[6-9].
성능/효과
- EPS 자체를 직접 용탕과 반응시킨 선례의 경우에 반웅량과 반웅시간에 의존하여 수소량이 증가하는 것을 보인 바가 있으나[9], 단지 가스 상만을 반응시킨 경우에도 용탕의 수소가스용해가 관찰되었다. 일반적으로 소실모형주조에서 A1 합금 주조체 내의 기공결함은 EPS의 액체 분해물에 의해 생성되는 것으로 알려져 있으나[3, 4] 본 실험에서는 EPS의 가스분해물이 실제공정 중에도 용탕의 가스용해에 영향을 줄 수 있음이 확인되었다.
- 946 mm)채널시편에서 기공도 분포를 보여준다. 가장 적은 기공도는 750。(2의 주입온도에서 감압을 한 조건에서 얻을 수 있었으며 이 때의 기공도는 대략 0.3vol.%의 값을 가졌다.
- %의 값을 가졌다. 대부분의 시편의 경우에 기공도는 시편의 위치가 채널의 끝으로 갈수록 증가하는 경향을 보였으며, 93.4kPa(710torr)의 감압은 약 0.4voL%정도의 기공도를 감소시켰다. Fig.
- 6(d)에 세 개의 채널의 입구부분(-B)과 끝부분(-E)의 기공도를 주입온도의 함수로 나타내었다. 각각의 채널에서 최소 기공도를 나타내는 최적의 주입온도를 관찰할 수 있으며, 17 mm와 11 mm의 두께의 경우에는 75C TC에서 최소 기공도를 가졌다. 그러나 7 mm 두께를 가지는 채널의 경우 최소 기공도를 보이는 최적 주조온도는 800吃로 중가하였다.
- 8로부터 기공들이 세 가지의 모든 방법으로부터 형성되었음을 알 수 있으며, 그래프에서 X기호는 결과의 신빙성을 조사하기 위해 WDS로 분석한 결과이며, 대부분 EDS의 결과의 범주 내에 있음을 알 수 있다. 즉, 두꺼운 시편의 낮은 주입온도에서나 얇은 시편에서의 높은 탄소함량은 기포가 포획된 액체 EPS에 의해 생성되었고, 높은 주입온도에서의 낮은 탄소 함량은 기포가 다량의 가스 분해물과 일부 크기가 작은 액체 분해물에 의해 생성되었음을 의미한다.
- 1) 소실모형주조에서 AT합금의 수소가스 pick-upe EPS의 액체 분해물 뿐만 아니라 가스 분해물에 의해서도 영향을 받았다.
- 2) A1 합금의 수소용해는 유동길이방향게 걸쳐 증가하는 경향을 보였으며, 주형 플라스크 내 감압은 기공도를 감소시켰다.
- 3) 최소 기공도를 나타내는 최적의 용탕선단온도가 존재하였으며, 낮은 주입온도에서는 상대적으로 많은 액체 분해물의 용탕 내로의 포획에 의해 기포결함이 발생하였고, 높은 주입온도에서는 액체 분해물 뿐만 아니라 기체 분해물에 의해서도 영향을 받았다.
- 4) 용탕의 유동 중에 응고된 주조체의 경우 큰 패턴 분해물의 조각의 혼입으로 내부에 큰 기공결함을 남겼으며, 대부분 2 vol.% 이상의 기공도를 보였으며, 패턴 분해물이 용탕 내로 혼입되는 과정이 제시되었다.
- 5) 패턴 재료의 분해물이 용탕 충진 중 용탕 내로 혼입되는 과정이 시각적으로 관찰되었으며, 비교적 높고 단면이 커서 가스 분해물이 많이 생성되는 조건에서는 반응층이 두껍게 발달하는 것이 관찰되었다.
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