[논문]나선형 기계 교반 장치를 이용한 Al 합금 레오로지 소재의 제조

배정운; 한수훈; 강충길

doi:10.5228/kspp.2008.17.1.009

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Recently, industries and academic institutes have been interested in the rheology forming technology for light weight materials. However, this rheocasting process has advantages such as the high initial investment cost and the lower mechanical properties than thixocasting. In this study, the continu...

Recently, industries and academic institutes have been interested in the rheology forming technology for light weight materials. However, this rheocasting process has advantages such as the high initial investment cost and the lower mechanical properties than thixocasting. In this study, the continuous fabrication of rheological material with a spiral stirring equipment(mechanical stirring system) was newly devised to overcome the disadvantages of rheocasting process. The experimental parameters were stirring time($0{\sim}1200sec$), stirring velocity ($0{\sim}100rpm$) and stirring temperature($650{\sim}680^{\circ}C$). The optimal conditions for fabricated rheological material of A6061 alloy were stirring time at 300sec, stirring velocity at 60rpm and stirring temperature at $650^{\circ}C$. At these results, the equivalent diameter was $45{\sim}65{\mu}m$, mean roundness was $1.4{\sim}1.6$ and Vickers hardness was 60Hv.

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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 미세한 결정립과 균일한 구상화 조직을 가지는 레오로지 소재를 특수하게 설계된 교반자를 이용하여 기계적 교반방식을 이용하여 제조하는 장치의 개발을 제시하고, 개발된 장비를 이용하여 제조한 구조용 A6061 알루미늄 소재의 응용가능성을 검토하였다.

제안 방법

나타내었다. 실험변수는 교반시간, 교반 속도, 교반온도이다.
준비된 컵에 받아 급냉하였다. 제조한 소재는 중앙부와 벽면부로 나누어 조직을 관찰하였으며, 그 모식도를 Fig. 4에 나타내었다.
1에 보이는 바와 같다. 하부교반자는 도가니로에 고정이 되 고상 부교 반자는 회전이 가능하도록 하여 하 부교 반자와 상부교반자의 상호 작용에 의하여 용 탕에 기계적 교반을 할 수 있도록 설계하였다.

대상 데이터

알루미늄 합금의 레오로지 소재를 제조하기 위하여 Table 1과 같은 구조용 A6061 알루미늄 합금을 사용하였다.

성능/효과

(3) 구조용 A6061 알루미늄 합금에 대하여 각각 설정된 실험 조건으로 제조한 레오로지 소재의 성질을 측정하기 위하여 MTS 장비를 사용하여 인장시험을 실시하였고, 3D X-Ray CT-scan 장비를 사용하여 소재 내부의 결함을 조사하여 기공 및 수축공의 함유량이 3vol% 로 측정되어 양호한 상태의 레오로지 소재를 얻을 수 있었다.
3에 DSC 장비를 이용하여 A6061 알루미늄 합금의 온도에 대한 고상율의 관계선도를 나타내었다. DSC 결과에서 성형가능 온도 영역은 665~ 645℃(fs=0~0.5)로 20℃ 사이의 좁은 구간임을 확인할 수 있었다.
9에 나타내었다. 교반 속도가 빠른 lOOrpm 인 #9 실험조건에서 수축공과 내부기공이 많이 분포하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 현상의 원인은 상부교반자의 회전이 빠를수록 하부교반자와의 상호운동에서 와류가 심하게 발생하여 공기의 포집이 많아진 것으로 판단된다[4~5].
7에 교반시간, 교반속도, 교반온도에 따른 레오로지 소재의 등가지름을 나타내었다. 교반 시간을 증가 시켰을 경우 600sec까지 등가지름이 증가하다가 다시 감소하는 경향을 보였으며, 교반 속도를 증가 시켰을 경우에는 80rpm까지 등가 지름이 증가하다가 다시 감소하는 경향을 보였다. 교반 온도를 상승시켰을 때에는 660℃까지 감소하다가 다시 증가하는 경향을 나타내고 있으며, 등가 지름은 45~65#의 크기 분포를 나타내었다.

참고문헌 (5)

G. Chiarmetta, 1996, Thixoforming of Automobile Components, Proc. Of the 4th Int. Conf. on Semisolid Processing of Alloys and Composites, pp. 204-207
C. G. Kang, H. K. Jung, Semisolid Forming Process- Numerical Simulation and Experimental Study, Metallurgical and Materials Transactions, Vol. 32B, pp. 363-372
C. G. Kang, H. K. Jung, 2001, A study on Solutions for Avoiding Liquid Segregation Phenomena in Thixoforming Process: Part II. Net Shape Manufacturing of Automotive Scroll Component, Metallurgical and Materials Transactions, Vol. 32B, No. 1, pp. 129-136
P. K. Seo, J. H. Ko, C. G. Kang, 2005, Characteristics of Microstructure and Reheating of A356 Aluminum Alloy by Pressure Rotation Equipment, 2005 Proceeding of the Korean Society for Technology of Plasticity in autumn, pp. 227-230
A Hellawell, 1996, Grain evolution in conventional and rheo-castings, Proceedings of the 4th International Conference on Semi-Solid Processing of Alloys and Composites, Sheffield, June 1996, pp. 60-65

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