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[국내논문] 고성형성 합금 제조를 위한 가스 분무성형 공정
Processing of Metallic Materials by Gas Atomized Spray Forming 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.14 no.7 = no.79, 2005년, pp.587 - 594  

백경호 (충남대학교 신소재공학부 응용소재공학과) ,  석현광 (한국과학기술연구원)

초록
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분무성형공정은 급냉응고 및 결정입자 제어에 따른 고품위 소재 개발의 장점과 함께 고밀도 near-net-shape 제품의 제조가 가능한 합금제조기술이다 분무성형체의 미세조직은 적층표면에 도달하는 액적들의 평균 열용량, 즉 고상분율에 의하여 결정되며, 이는 액적의 비행과정에서의 분사가스-액적간의 열전달과 적층표면에서의 열유입과 열유출 속도에 영향을 받는다. 실제 다양한 공정변수들이 복합적으로 미세조직 형성과정에 영향을 미치지만, 균일한 미세조직을 얻기 위하여서는 적층표면에서의 온도와 고상분율을 항상 일정하게 제어하여야만 한다 즉, 적층표면 온도를 분무 성형공정중에 지속적으로 측정하여 이를 공정 제어 시스템에 feedback하여 원하는 적층표면온도를 유지하도록 공정변수를 제어하는 것이 필수적이다. 분무성형에 제조된 성형체는 합금원소의 편석이 없고 미세한 등방성의 결정립으로 이루어진 특징적인 미세조직을 나타낸다 이와 같은 미세조직으로 인하여 분무성형체는 우수한 성형성과 기계가공성을 나타내며, 또한 분무성형-후속가공된 최종 제품은 잉곳주조에 의하여 제조된 것과 비교하여 크게 향상된 기계적 성질을 가진다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 기고에서는 분무성형공정의 주요공정 단계와 미세조직 형성과정을 기술하고, 상업적 응용성 이 큰 Al-Si 합금과 고속도공구강에 대한 분무성 형공정의 적용 사례를 보고하고자 한다.

가설 설정

  • 동시에 분사액적은 주위의 낮은 온도의 분사가스에 의하여 복사 및 대류에 의한 열전달로 냉각된다. 일반적으로 복사에 의한 열전달의 기여도는 무시할 정도로 작으므로 액적의 냉각은 대류에 의해서만 일어난다고 가정 한다. 또한 액적의 크기가 충분히 작아서 액적 내부에서의 온도구배를 무시하면, 즉 액적내부의 온도가 균일하다고 가정하면, 과냉된 액적의 열이력은 Newtonian 냉각을 한다고 가정할 수 있다.
  • 일반적으로 복사에 의한 열전달의 기여도는 무시할 정도로 작으므로 액적의 냉각은 대류에 의해서만 일어난다고 가정 한다. 또한 액적의 크기가 충분히 작아서 액적 내부에서의 온도구배를 무시하면, 즉 액적내부의 온도가 균일하다고 가정하면, 과냉된 액적의 열이력은 Newtonian 냉각을 한다고 가정할 수 있다. 그러므로 구형의 액적이 냉각될 때의 열평형식은 다음과 같다[1].
  • 6m에서의 평균 엔탈피와 고상분율은 각각 577℃와 약 50v/o 이다. 이상의 결과는 분무된 액 적 이 모두 성형체의 형성에 기여 한다는 가정을 근거로 한다. 그러나 실제 성형체의 형성에 기여하는 액적의 적층효율은 액적의 고상분율과 적층 표면의 상태에 따라 크게 달라진다.
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참고문헌 (14)

  1. P. S. Grant, 1995, Spray forming, Prog. in Mater. Sci., Vol. 39, p. 497 

  2. A. Leatham, 1999, Spray forming: alloys, products, and Markets, JOM-e, Vol. 51, No.4, electronic print 

  3. S. L. Dai, Y. Wu, L. Del Castillo, E. J. Lavemia, 1997, Microstructure and properties of spray deposited high Li AI-Li-Mg-Ge-Zr alloys, Scripta Materialia, Vol. 37, p. 265 

  4. R. L. Kennedy, R. M. Forbes Jones, R. M. Davis, M. G. Benz, W. T. Carter, 1996, Superalloys made by conventional vacuum melting and a novel spray forming process, Vacuum, Vol. 47, p. 819 

  5. V. C. Srivastava, R. K. Mandai, S. N. Ojha, 2001, Microstructure and mechanical properties of Al-Si alloys produced by spray forming process, Mater. Sci. Eng. A, Vol. 304-306, p. 555 

  6. T. Ebert, F. Moll, K. U. Kainer, 1997, Spray forming of magnesium alloys and composites, Powder Metall., Vol. 40, p. 126 

  7. C. R. M. Afonso, C. Bolfarini, C. S. Kiminami, N. D. Bassim, M. J. Kaufman, M. F. Amateau, T. J. Eden, J. M. Galbraith, 2001, Amorphous phase formation in spray deposited AlYNiCo and AlYNiCoZr allys, Scripta Materialia, Vol. 44, p. 1625 

  8. B. Cantor, K. H. Baik, P. S. Grant, 1997, Development of microstructure in spray formed alloys, Prog. in Mater. Sci., Vol. 42, p. 373 

  9. K. H. Baik, P. S. Grant, B. Cantor, 2004, The equiaxed-banded microstructural transition during low pressure plasma spraying, Acta Materialia, Vol. 52,p.199 

  10. P. Mathur, D. Apelian, A. Lawley, 1989, Analysis of the spray deposition process, Acta Materialia, Vol. 37, p. 429 

  11. 석현광, 이호인, 김병조, 이재철, 2000, 분무성형-압출에 의한 과공정 Al-Si-X 합금의 제조 및 프로펠러 샤프트 (추진축) 소재로서의 응용 가능성 평가, 대한금속재료학회지, 제 38 권, p. 892 

  12. 석현광, 이재철, 신돈수, 이호인, 1999, 분무성형에 의한 Al-25Si-X 내마모 합금 제조 및 실 린더 라이너 소재로서의 응용 가능성 평가, 대한금속재료학회지, 제 37권, p. 966 

  13. 백경호, 이언식, 안상호, 1995, 분무주조 고속도공구강의 탄화물 생성 거동, 대한금속재료학회지, 제 34권,p.425 

  14. 이언식 , 박우진, 안상호, 1997, Spray forming으로 제조된 고속도공구강에서 열간단조에 따 른 탄화물 분포 및 인성의 변화, 대한금속재료학회지 , 제 35권, p. 825 

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