[논문]알루미늄 합금의 소실모형주조 시 유동도에 미치는 주조 조건의 영향

신승렬; 한상원; 이경환; 이진형

[국내논문] 알루미늄 합금의 소실모형주조 시 유동도에 미치는 주조 조건의 영향
The Effect of Casting Conditions on the Fluidity during Lost Foam Casting of Al Alloy 원문보기

한국주조공학회지 = Journal of Korea Foundry Society, v.24 no.1, 2004년, pp.34 - 39

신승렬 (한국과학기술원 재료공학과) , 한상원 (한국과학기술원 재료공학과) , 이경환 (한국생산기술연구원 신소재개발본부) , 이진형 (한국과학기술원 재료공학과)

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The effects of casting condition and hot melt glue during Lost Foam Casting were investigated on the fluidity of Al alloy melt. The fluidity increased linearly with increasing pouring temperature in thick castings but non-linearly in thin casting due to the difference in main heat flow direction. The metal flow velocity was in range of $0.5{\sim}2.7$ cm/s in no evacuation condition and the minimum value of it was measured after the melt flow through the hot melt barrier. The mold evacuation improved the metal flow velocity by around $0.5{\sim}1$ cm/s. And the reaction zone layer thickness was about 1 cm in no-evacuation conditions but about 0.6 cm in mold evacuation condition of 710 torr due to the easier removal of pyrolsis product of EPS. And hot melt barrier thickness of 0.6 mm increased the reaction zone layer thickness up to about 2.5 cm. The fluidity decreased remarkably with an enlarged thickness of hot melt due to a lot of pyrolysis products.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러므로 이들 변수들을 적절하게 조절함으로써 용탕의 유동도를 개선할 수 있다. 그러나 지금까지의 많은 연구들이 변수들의 한정된 범위에서 주로 이루어져 왔기 때문에 본 연구에서는 주입온도, 주조체의 두께와 몰드감압 압력과 같은 변수의 넓은 범위에 있어서 유동도에 대한 조사가 이루어졌다[4-6]. 또한 패턴의 각 부분들, 즉 탕도(gate), 탕구, 주조체 패턴들의 결합에 사용되는 접착제 (i.
예를 들어 가장 평범한 접착제인 GA1467의 경우 단위 그램 당 2269 cc 의 가스량을 생성하는 반면, 완전하게 분해된 폴리스티렌의 경우 1700“의 가스를 생성한다[7]. 그러므로 본 연구에서 접착제가 유동도에 미치는 영향도 함께 조사하였다.
또한, 丁형 시험주조에 비해 비교적 긴 채널 길이를 가지는 Fig. 2의 通 시험주조는 유동도에 대한 감압과 패턴의 영향을 조사하기 위해 만들어졌다. Fig.

제안 방법

1의 丁형 시험주조는 소실모형주조에서 주입온도와 주조체의 두께, 몰드 감압의 효과를 조사하기 위해 만들어졌다. 词 시험주조는 세 개의 채널을 가지며, 각각 17, 11, 7mn囲 두께를 갖도록 제작되었다. 이들은 탕구저 (sprue base)에 hot melt glue를 사용하여 결합되었고, 상용 알루미늄 합금용 코팅 재료인 EBACOTE로 두께가 Q18mm가 되도록 코팅하였다.

성능/효과

1. 시편이 두꺼워질수록 유동길이는 중가하였고, 11 mm의 두께를 갖는 패턴의 경우 유동길이가 주입온도에 따라 직선적으로 증가하였으며 Lf=-8.36 + 0.03TP, (RJ0.92)의 함수를 가졌다.
2. 얇은 채널(7 mm)의 경우 유동도는 주입온도에 따라 비선형적인 경향^을 보였으며, 주형 내 감압을 하지 않은 경우와 감압을 한 경우, 각각 Lf=6.047 + 2.065X* 10 xXexp(TP/43.93), (R2= 0.947)오+ Lf= 74.47 + 5.2X106Xexp(TP/49.69), (R2=0.936)의 함수를 가졌으며, 유동도에 있어서 급격한 증가를 보이는 임계 주* 입온도가 감압에 의해 감소하였다.
3) 몰드 내 감압도가 증가할수록 유동길이는 직선적으로 증가하였으며, 두께가 두꺼운 채널일수록 감압에 더 영향을 받는 것으로 보이며. 패턴의 밀도가 낮을수록 유동길이는 증가하였다.
4) 몰드 내 감압은 용탕의 유동속도를 증가시켰으며 접착 부위에서 hot melt 의 사용은 용탕의 유동에 장애물 역할을 하였다. 반응층의 두께는 감압을 하지 않은 경우 약 1 cm 정도의 길이를 가졌고, 감압을 한 경우에는 약 0.
5) hot m미t의 두께가 증가함에 따라 용탕의 유동성이 저하되었고, 주조체 내부에 형성되는 기공결함의 양도 증가하였다.
가장 두꺼운 채널(17mm)의 경우 모든 조건에서 채널이 용탕으로 채워졌고, 중간 두께의 채널(11 mm)의 경우 감압을 한 조건에서는 67(TC의 주입조건에만 불완전한 충전을 보였다. 감압을 하지 않은 조건에서는 유동도가 주입온도에 따라 비교적 직선적으로 증가하였으며, 최소자승법에 의해서 유동길이, Lf=-8.36+ 0.03 Tp, (R2 二 0.92)의 함수를 가졌다. 단, Tp는 주입온도를 나타내며, R2은 Coefficient of Determination 값으로서 Correlation coefficient(R)의 자승값이다.
이렇게 패턴분해물의 제거속도가 유동도에 영향을 미치기 때문에 비슷한 맥락에서 패턴분해물의 제거가 용이한 작은 Casting Modulus 값이 유리할 수 있다고 볼 수 있다. 그러므로 주조패턴의 두께가 17 mm, 11 mm, 7 mm 로 감소함에 따라 Casting Modulus 7} 4.946 mm, 3.537 mm, 24 mm로 감소하기 때문에 본 실험에서는 두께가 얇아질수록 유동도가 더 증가하여야 하겠지만 이러한 반대의 결과는 주형으로 혼입되는 용탕의 양과 주요 열전달 방향에 대한 영향이 Casting Modulus보다 유동도에 더 큰 영향을 미치는 것으로 사료된다. 그러나 동일한 체적에 있어서 다른 Casting Modulus 값을 갖는 경우에서는 앞에서 설명한 이론에 의한 결과가 기대된다.

참고문헌 (9)

H. F. Shroyer, 'Cavityless Casting Mold and Method of Making Same', U.S.Patent No. 2,830,343, April 15 (1958)
T. R. Smith, 'Method of Casting , U.S. Patent No. 3,157,924, November 25 (1964)
H. L. Tsai and T. S. Chen, Transactions of the AFS, 'Modeling of Evaporative Pattern Process, Part I : Metal Flow and Heat Transfer During the Filling stage', 96 (1988), 881-890
E. N. Pan and K. Y. Liao, Transactions of the AFS, 'Study on F10wability of EPC A356 Alloy', 106 (1998),233-242
X. Liu, c. W. Ramsay and D. R. Askeland, Tranaactions of the AFS, 'Study onMold Filling Control Mechanisms in the EPC Process', 102 (1994), 903-914
J. Fu, H. L. Tsai and D. R. Askeland, Transactions of the AFS, 'Mold Filling in Thin Section Castings produced by the Expandable Pattern Casting Process', 103 (1995), 817-828
C. E. Bates, J. Griffin and H. Littleton, 'Expandable pattern Casting, vol. I: Process Manual' edited by AFS Publication, ( 1994), 49
S. I. Bakhtiyarov, R. A. Overfelt and A. Alagarsamy, Proceeding of Lost Foam Casting in AFS lOOTH Casting Congress, 'Measurements of Decomposed EPS Gases Pressure and Molten Metal-Polymeric Foam Interface Velocity During Counter Gravity Lost Foam Casting', Dallas, Texas, USA, (2001), 3-16
S. R, Shin, H, J, Choi, K. W. Lee and Z. H. Lee; J. of the Korean Foundrymens Society, 'Hydrogen gas pick-up of AI-alloy Melt during Lost Foam Casting', 22 (2002), 167173

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