선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 특히 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 티타늄 금속과 티타늄 전용 매몰재에 대한 연구가 절실히 요구된다. 따라서 본 연구의 목적은 티타늄을 주조 시 가장 적합한 매몰재의 주형온도를 측정하여 양질의 주조체를 제작함에 있다. 이를 위하여 티타늄매몰재의 주형온도를 변화시켜 주조 후 티타늄 주조체의 미세조직변화 와 기계적 성질변화에 관하여 비교 평가하였다.
- 본 연구에서는 순수티타늄을 주조시 가장 적합한 매몰재의 주형온도를 측정하고자 티타늄매몰재의 주형온도를 변화시켜 주조한 후 티타늄 주조체의 미세조직 관찰 및 경도시험을 시험한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 티타늄 주조체의 미세조직을 관찰하기 위하여 먼저 시편을 경면 연마 후 증류수 100㎖, 불산 10㎖ 속에 담구어 약 20초간 에칭하였다. 그리고 합금의 기지조직의 변화를 관찰하기 위하여 광학현미경과 주사전자현미경을 이용하여 관찰하였으며, 티타늄 주조체의 기포내에 분포되어있는 탄화물의 분포는 EDS(JXA -8100, Jeol, Japan)분석을 이용하여 분석하였다.
- A: OMEGA INC)을 사용하여 측정하였다. 매몰재 내부의 온도를 측정하기 위하여 시편을 매몰 시 thermocouple 봉이 들어갈 공간의 확보는 시편에 영향을 미치지 않는 부위에 utylity wax를 이용하여 매몰 후 소환하여 공간을 획보 하였다. 주조 후 주조체를 제거하기 위하여 통법에 따라 매몰재를 제거하여 시편을 취출 하였다.
- 티타늄 주조체를 제작하기 위하여 표면이 매끈하면서도 두께가 3㎜로 일정하게 제작되어 시판되고 있는 합성수지 판(Arysta, korea)을 이용하여 15×15×3㎜의 정사각형으로 절단하여 sprue wax를 사용하여 주입선을 부착 후 Italy, Manfredi사의 Investment TICOAT S+L)티타늄 전용 매몰재인 인산염계 실리카·알루미나 매몰재로 매몰하였다. 매몰재의 혼액은 액17㎖에 분말 100g을 넣고 1분 동안 기포발생을 방지하기 위하여 Jelenko사의 vaccum mixer기 를 이용하여 진공혼합 후 2bar의 압력에서 Palamat practic ELT 가압매몰기(Heaeus Kulzer사, Germany)로 매몰하였다. 진공매몰 후 통법에 따라 furnace에 넣고 승온온도를 10℃/min로 하여 300℃에서 1시간, 600℃에서 1시간, 980℃에서 1시간 계류 후 주형의 온도를 500℃, 400℃, 300℃, 200℃로 각각 냉각되도록 furnace내에서 서서히 로냉 한 후 진공원심 주조기인 Neutrodyn Easyti(Manfredi사, Italy) 주조기를 이용하여 아르곤 가스 분위기에서 진공원심 주조하였다.
- 시판되고 있는 합성수지 판(Arysta, korea)을 이용하여 주입선을 부착하고 티타늄 전용 매몰재의 혼액비는 제조회사의 지시에 따라 진공혼합 후 2bar의 압력에서 가압진공매몰한 후 소환시켰다. 소환 시 승온 온도는 10℃/min로 하여 300℃에서 1시간, 600℃에서 1시간, 980℃에서 1시간 계류 후 주형의 온도를 furnace내에서 500℃, 400℃, 300℃, 200℃로 각각 냉각되도록 서서히 로냉 한 후 아르곤 가스 분위기에서 진공원심 주조하여 티타늄 주조체 내부에 발생한 기포를 광학현미경으로 관찰한 결과는 Fig.
- 진공매몰 후 통법에 따라 furnace에 넣고 승온온도를 10℃/min로 하여 300℃에서 1시간, 600℃에서 1시간, 980℃에서 1시간 계류 후 주형의 온도를 500℃, 400℃, 300℃, 200℃로 각각 냉각되도록 furnace내에서 서서히 로냉 한 후 진공원심 주조기인 Neutrodyn Easyti(Manfredi사, Italy) 주조기를 이용하여 아르곤 가스 분위기에서 진공원심 주조하였다. 이때 로 내의 온도 및 매몰재 내부의 온도는 Model HH21 microprocess themometer 및 type T thermocouple(U.S.A: OMEGA INC)을 사용하여 측정하였다. 매몰재 내부의 온도를 측정하기 위하여 시편을 매몰 시 thermocouple 봉이 들어갈 공간의 확보는 시편에 영향을 미치지 않는 부위에 utylity wax를 이용하여 매몰 후 소환하여 공간을 획보 하였다.
- 따라서 본 연구의 목적은 티타늄을 주조 시 가장 적합한 매몰재의 주형온도를 측정하여 양질의 주조체를 제작함에 있다. 이를 위하여 티타늄매몰재의 주형온도를 변화시켜 주조 후 티타늄 주조체의 미세조직변화 와 기계적 성질변화에 관하여 비교 평가하였다.
- 매몰재 내부의 온도를 측정하기 위하여 시편을 매몰 시 thermocouple 봉이 들어갈 공간의 확보는 시편에 영향을 미치지 않는 부위에 utylity wax를 이용하여 매몰 후 소환하여 공간을 획보 하였다. 주조 후 주조체를 제거하기 위하여 통법에 따라 매몰재를 제거하여 시편을 취출 하였다. 주조체에 붙어있는 매몰재는 sand blasting을 하여 제거하고, 미세조직 관찰을 위하여 호마이카를 사용하여 마운팅 한 후 통법에 따라 emery paper로 연마한 후 polishing clothes에 diamond paste를 사용하여 연마하였다.
- 주조 후 주조체를 제거하기 위하여 통법에 따라 매몰재를 제거하여 시편을 취출 하였다. 주조체에 붙어있는 매몰재는 sand blasting을 하여 제거하고, 미세조직 관찰을 위하여 호마이카를 사용하여 마운팅 한 후 통법에 따라 emery paper로 연마한 후 polishing clothes에 diamond paste를 사용하여 연마하였다. 시험에 사용된 순수 Ti 의 화학조성은 Table 1과 같다.
- 주형의 온도는 소환 시 980℃에서 1시간 계류 후 furnace 내에서 200℃, 300℃, 400℃, 500℃까지 냉각되도록 서서히 로냉하여 각각 아르곤 가스 분위기에서 진공원심 주조한 후 연마하여 경도시험을 하였다. 매몰재주형의 온도 변화에 따른 주조체의 주조부위에 대한 경도값의 변화를 알아보기 위하여 주입선을 부착한 부위인 a부위에서부터 시작하여 주조체가 완성된 끝 부위 방향인 h부위까지 1㎜ 간격으로 경도를 측정한 결과는 표3과 같고 이를 그래프로 표시하면 그림 10과 같다.
- 매몰재의 혼액은 액17㎖에 분말 100g을 넣고 1분 동안 기포발생을 방지하기 위하여 Jelenko사의 vaccum mixer기 를 이용하여 진공혼합 후 2bar의 압력에서 Palamat practic ELT 가압매몰기(Heaeus Kulzer사, Germany)로 매몰하였다. 진공매몰 후 통법에 따라 furnace에 넣고 승온온도를 10℃/min로 하여 300℃에서 1시간, 600℃에서 1시간, 980℃에서 1시간 계류 후 주형의 온도를 500℃, 400℃, 300℃, 200℃로 각각 냉각되도록 furnace내에서 서서히 로냉 한 후 진공원심 주조기인 Neutrodyn Easyti(Manfredi사, Italy) 주조기를 이용하여 아르곤 가스 분위기에서 진공원심 주조하였다. 이때 로 내의 온도 및 매몰재 내부의 온도는 Model HH21 microprocess themometer 및 type T thermocouple(U.
- 티타늄 주조체를 제작하기 위하여 표면이 매끈하면서도 두께가 3㎜로 일정하게 제작되어 시판되고 있는 합성수지 판(Arysta, korea)을 이용하여 15×15×3㎜의 정사각형으로 절단하여 sprue wax를 사용하여 주입선을 부착 후 Italy, Manfredi사의 Investment TICOAT S+L)티타늄 전용 매몰재인 인산염계 실리카·알루미나 매몰재로 매몰하였다.
- 2㎏으로 10초 동안 가하여 10회를 측정하여 평균치를 얻었다. 티타늄 주조체의 경도는 주입선을 부착한 부위인 a 부위에서부터 시작하여 주조체가 완성된 끝 부위 방향인 h 부위까지 주조체의 부위에 대한 경도값의 변화를 알아보기 위하여 주입선을 부착한 부위에서 1㎜ 간격으로 측정하였다. 주조체의 부위별로 경도를 측정하기 실체현미경(Japan, Nikon model SMZ 800)으로 관찰한 경도시험용 시편의 사진은 Fig.
- 티타늄 주조체의 미세조직을 관찰하기 위하여 먼저 시편을 경면 연마 후 증류수 100㎖, 불산 10㎖ 속에 담구어 약 20초간 에칭하였다. 그리고 합금의 기지조직의 변화를 관찰하기 위하여 광학현미경과 주사전자현미경을 이용하여 관찰하였으며, 티타늄 주조체의 기포내에 분포되어있는 탄화물의 분포는 EDS(JXA -8100, Jeol, Japan)분석을 이용하여 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용한 금속재료는 grade 2 순수티타늄을 사용하였다. 티타늄 주조체를 제작하기 위하여 표면이 매끈하면서도 두께가 3㎜로 일정하게 제작되어 시판되고 있는 합성수지 판(Arysta, korea)을 이용하여 15×15×3㎜의 정사각형으로 절단하여 sprue wax를 사용하여 주입선을 부착 후 Italy, Manfredi사의 Investment TICOAT S+L)티타늄 전용 매몰재인 인산염계 실리카·알루미나 매몰재로 매몰하였다.
데이터처리
- 경도시험은 Vicker’s micro-hardness tester(Japan, model DmH-1)를 사용하여 하중 2.2㎏으로 10초 동안 가하여 10회를 측정하여 평균치를 얻었다.
성능/효과
- 1. 매몰재 주형의 내부온도를 400℃ 와 500℃로하여 주조하였을 때 주조체 내부에 둥근 모양이면서 표면이 매끈한 동굴형 기포가 발생되었다.
- 2. 주형의 온도가 200℃에서 500℃로 증가 할수록 조직은 조대화 되었다.
- 3. 매몰재 주형의 온도가 200℃에서 300℃로 상승하면 경도치는 296에서 330으로 1, 2배 증가하여 미세한 변화를 보이지만, 200℃에서 400℃로 상승하면 경도는 296에서 471로 1.6배 증가하였고, 200℃에서 500℃로 상승하면 296에서 574로 약 2배로 경도는 증가하였다.
- 4. 티타늄 금속의 주조 주형의 온도가 400℃이상에서는 주조체 표면에 균열이 발생하기 시작하였다.
- 5. 순수티타늄 금속의 주조에 적합한 매몰재 주형의 온도는 300℃로 판단된다.
- 4는 매몰재를 소환 시 980℃에서 1시간 계류 후 주형의 온도를 furnace내에서 ⒜는 200℃까지 ⒝는 300℃, ⒞는 400℃, ⒟는 500℃까지 냉각되도록 서서히 로냉 한 후 아르곤 가스 분위기에서 진공원심 주조하고, 티타늄 주조체 표면의 매몰재만 제거하여 주조체 표면의 상태를 전자현미경으로 관찰한 사진이다. Fig. 4에서 ⒜, ⒝와 같이 매몰재의 주형온도를 980℃에서 200℃와 300℃까지 냉각한 후 주조한 주조체의 표면에서는 균열이 발생하지 않았지만, 매몰재 주형의 온도를 400℃로 높여서 주조한 주조체 표면의 일부에서는 균열이 발생하였고, 매몰재 주형의 온도를 500℃로 하여 주조하였을 때는 ⒟와 같이 균열의 폭이 주형의 온도를 400℃로 하여 주조한 주조체 표면의 균열보다 크게 증가하는 경향을 나타내었다. 균열의 상태를 10,000배로 확대한 전자현미경 사진은 Fig.
- 하지만 매몰재 주형의 온도를500℃로 하여 주조하였을 때는 ⒟와 같이 sprue부착부위와 상관없이 주조체 내면에 전반적으로 넓게 분포된 심한 기포가 발생하였다. 따라서 매몰재 주형내부의 온도가 400℃에서 500℃로 증가 할수록 기포발생은 급변하게 증가하는 경향을 나타내었다. 티타늄은 300℃에서 대기 중에 산소가 티타늄 금속(hexagonal)표면층으로 확산되어 온도가 높아짐에 따라 확산되는 산소양이 증가하며, 티타늄을 대기환경의 전기로에서 가열하여 시편 표면의 색은관찰하면 노란색 (300℃), 보라색(400℃), 파란색(500℃), 회색(600∼800℃), 흰색(900∼1000℃)을 뛰게되어 본래의 티타늄금속의 색인 은백색(silver-white color)과 다르게 나타난다.
- 이것은 주형의 온도가 증가할수록 티타늄 주조체의 산화물 형성이 증가한 결과로 판단되며, 이로 인하여 향 후 보철물의 사용 시 파절로 진행되는 심각한 결함을 초래 할 것으로 판단된다. 따라서 순수티타늄 금속의 주조에 적합한 매몰재 주형의 온도는 300℃인 것을 확인 할 수 있었다.
- 즉, 300에서 500℃로 온도가 증가함에 따라 산소확산막이 두껍께 생성되기 때문에 티타늄의 주조온도 시 매몰재의 주형 온도가 티타늄 주조체에 미치는 영향은 매우 중요하다고 판단된다. 따라서 티타늄을 주조 시 산화막이 형성되기 시작하는 300℃에서는 산소의 향이 미흡하여 기포가 거의 발생하지 않았지만 400℃에서는 주입선 입구 부위에서 기포가 발생하기 시작하였고, 500℃로 온도가 증가함에 따라 티타늄 주조체 의 전체 부위에 기포가 발생한 것은 주조체의 표면은 물론 내부에 산소의 고용량이 증가하여 발생한 것으로 보인다. 한편 고온의 티타늄 용탕이 저온의 매몰재 주형 속으로 주조될 때 티타늄의 높은 용융온도와 고상+액상 공존구역이 좁아 응고가 급속하게 완료된다(문수, 2006).
- 6은 매몰재를 소환 시 980℃에서 1시간 계류 후 주형의 온도를 furnace내에서 ⒜는 200℃까지 ⒝는 300℃, ⒞는 400℃, ⒟는 500℃까지 냉각되도록 서서히 로냉 하여 각각 아르곤 가스 분위기에서 진공원심 주조하고, 티타늄 주조체를 연마 후 에칭하여 전자현미경으로 관찰한 미세조직사진이다. 순수티타늄 주조체의 조직사진은 주형의 온도에 무관하게 전형적인 widmanstatten조직으로 나타났다. 주형의 온도를 200℃에서 500℃로 상승시켜 주조하였을 경우 냉각속도가 늦어짐에 따라 α상의 조대화 현상이 현저히 일어남을 알 수 있었다.
- 주형의 온도를 200℃에서 500℃로 상승시켜 주조하였을 경우 냉각속도가 늦어짐에 따라 α상의 조대화 현상이 현저히 일어남을 알 수 있었다.
- 티타늄 주조체의 경도는 주입선을 부착한 부위인 a부위에서부터 시작하여 주조체가 완성된 끝 부위 방향인 h부위까지 갈수록 즉 주입선 부위에서 멀어 질수록 티타늄 주조체의 경도값은 점차 감소하는 경향을 보였고, 완성된 주조체의 끝 부위에서 주입선 부위에 가까울수록 경도는 증가하였다. 주입선에 가까울수록 티타늄 주조체의 경도치가 증가한 것은 융해된 금속이 응고하는 과정에서 주입선에 가까운 부위가 빨리 냉각됨으로 인하여 조직이 미세화 돤 것으로 판단되고, 주입선 부위에서 멀어 질수록 경도가 감소한 것은 주입선에서 멀어 질수록 융해금속이 응고하는 과정에서 서냉되어 조직이 조대화 된 결과로 판단된다.
후속연구
- 따라서 티타늄은 주조 시 거의 모든 기체, 액체, 고체 재료들과 강하게 반응하여 주형내부의 온도가 증가 할수록 주형내부에서 액상의 고온 티타늄과 고상의 저온 매몰재가 결합하여 매몰재의 계면반응이 일어난다. 이 과정에서 온도변화에 따른 산화물의 형성량과 매몰재의 성분이 분해되어 발생되는 가스의 영향과 산화억제용으로 사용된 아르곤 가스 분위기의 영향도 기포생성에 기여한 것으로 생각되어 이에 대한 추가적인 연구의 진행이 요구된다.
- 6배 증가하고, 200℃에서 500℃로 상승하면 296에서 574로 약 2배의 경도가 증가하였다. 이것은 주형의 온도가 증가할수록 티타늄 주조체의 산화물 형성이 증가한 결과로 판단되며, 이로 인하여 향 후 보철물의 사용 시 파절로 진행되는 심각한 결함을 초래 할 것으로 판단된다. 따라서 순수티타늄 금속의 주조에 적합한 매몰재 주형의 온도는 300℃인 것을 확인 할 수 있었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.