[논문]전자교반을 응용한 Al6061 레오로지 소재의 단조공정

강성식; 오세웅; 강충길

doi:10.5228/kspp.2007.16.6.443

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The semi-solid process has been developed near net-shape components for kinds of methods. Thixo-forming with reheating prepared billet and rheo-forming with cooled melt until semi-solid state. Material is applied electromagnetic stirring system to slurry with aluminum 6061 alloy. An experiment has v...

The semi-solid process has been developed near net-shape components for kinds of methods. Thixo-forming with reheating prepared billet and rheo-forming with cooled melt until semi-solid state. Material is applied electromagnetic stirring system to slurry with aluminum 6061 alloy. An experiment has variation factors which are pressure, solid-fraction, stirring current and stirring time. The mechanical properties are compared to forge sample with to apply heat treatment T6. This study is researched function a virtual pressure and fine shape zone. Optimum pressure is found to prevent defect of porosity.

주제어

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문제 정의

본 연구는 구조용 합금인 A16061 을 전자교반력을 이용하여 레오로지 소재로 만든 후 간접식 단조공정에서 제품의 성형 조건을 알아보고, 성형 후 조직 관찰과 함께 열처리 전후의 기계적 특성을 검토하여 간접식 단조공정의 최적 성형조건을 제시하고자 한다.

제안 방법

전자교반 실험을 위하여 A16061 소재를 먼저 도가니로(Furnace)에 넣고 용해를 시킨 후 전자교반 장치 안에 위치한 비자성체 컵에 용탕을 넣는다. 용탕의 온도 및 냉각속도를 측정하기 위하여 열전대(K-type) 를 이용하여 교반시 온도를 측정하였다. 전자교반 동안 교반 입력전류를 과도하게 상승시킬 경우 원심력으로 인하여 용탕이 넘쳐흐를 위험이 있어 가우스메타(Gauss-meter)를 사용하여 교반 입력전류를 서서히 올려 60A로 유지하였다.
2는 열량분석기를 이용하여 A16061의 온도별 액상률을 조사한 것이다. 이 분석표를 참고하여 액상률37%, 45%, 50%의 온도인 640℃, 645℃, 647℃에서 전자교반을 한 Rheo-slurry 를 만들었다.
용탕의 온도 및 냉각속도를 측정하기 위하여 열전대(K-type) 를 이용하여 교반시 온도를 측정하였다. 전자교반 동안 교반 입력전류를 과도하게 상승시킬 경우 원심력으로 인하여 용탕이 넘쳐흐를 위험이 있어 가우스메타(Gauss-meter)를 사용하여 교반 입력전류를 서서히 올려 60A로 유지하였다.
전자교반을 이용한 A16061 레오로지 소재의 반용융 간접식 단조공정에서 제품성형성 평가와 기계적 성질의 향상에 관한 실험을 수행하였으며 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

성능/효과

(1) 각 온도 조건에서 표면이 뛰어난 성형제품은 성형조건 640℃ 에서 200MPa 이상, 645 ℃ 에서 170MPa 이상, 647℃ 에선 150MPa 이상에서 얻을 수 있었다.
(2) 온도별 조건에서 가압력 증가에 따라, 인장강도도 증가함을 알 수 있었으며, 성형조건 640℃에서 220MPa, 645℃ 와 647℃ 에선 250MPa 에서 오히려 인장강도가 저하되었다. 각 조건에서 일정이상의 높은 가압력은 반용융 소재의 액상을 비산 시 키고, 금형 캐비티 안에는 고상의 소재만 남기 때문이다.
(3) T6 열처리 후 액상률이 37%인 640℃일 때 가장 높은 인장강도 349MPa 을 가졌지만 가압부와 비가압부의 인장강도 편차가 컸다. 하지만 액상률이 50%인 647℃ 에선 가압부와 비가압부의 인장강도 편차가 가장적었다.
B 의 조직사진은 위치 ③과 동일하다. 각 위치에서 조직사진을 관찰한 결과, 위치 ③은 액상과 고상이 고루 분포되어 가장 좋은 인장강도를 보이고 있으며, 위치 ①은 가압 부분이었지만 조직의 변화가 거의 없었기 때문에 위치 A와 위치 B의 인장강도가 유사하게 나왔다.
실험 조건 중 640℃에서는 200MPa 이상, 645℃ 에서는 170MPa 이상, 647℃에서는 150MPa 이상에서 표면이 뛰어난 성형 제품을 얻었다. 실험 중 가장 높은 온도였던 647℃의 경우 Fig.

참고문헌 (9)

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S. Toyoshima, Y. Takashashi, 1991, A Numerical Simulation of Forming Process for Semi-solid Materials, ISIJ, Vol. 3, pp. 557-582
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상세보기
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상세보기
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