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제안 방법
- (b)와 같은 형태로 적층하여 배형몰드에 위치한 후 700°C의 A356 합금 용탕을 주입한 후 발생되는 가스량 및 가스 성분을 조사하였다.
- Fig. 1에서 나타내었듯이, 유기화합물 점결제를 이용하여 제조한 중자(이후 유기중자로 표기)와 무기화합물 점결제(물유리계)를 사용(무기중자로 표기)하여 특별히 고안된 중자 제조 금형을 이용하여 각각의 중자를 만들었다(Fig. 1의 왼쪽 위 유기중자-아래 무기중자). 이때 사용된 모래는 베트남사이며 AFS 55의 입도를 가지는 모래를 사용하였다.
- 본 연구에서는 유기화합물 점결제를 사용하여 제조한 유기중자와 무기화합 물점결제를 사용하여 제조한 무기중자를 이용하여 시험편(배형몰드로 제작)과 실린더 헤드 주조품을 제조하였다. 각각의 중자를 배형몰드에 적층하여 A356합금 용탕을 주입하여 이로부터 발생되는 가스량과 성분을 분석하였다. 또한 배형 몰드로 제조된 시험편 및 실린더 헤드는 중자와 접촉하는 부위의 시편을 채취하여 미세조직과 기계적 특성을 평가하였다.
- 각각의 중자를 적층 한 배형몰드에 A356 합금의 용탕을 주입 후 Fig. 2와 같이 미리 준비된 가스포집장치 및 휴대용 분석기를 이용하여 발생된 중자연소가스를 샘플링함과 동시에 가스발생량을 측정하였다. 최대한 정확한 가스발생량과 가스성분을 검출하고자 Fig.
- 채취한 시편은 이후 경면 연마를 하고 Keller 용액으로(175 ml 증류수 + 20 ml NHO3 + 3 ml HCl + 2 ml HF)시편을 선택적으로 부식시킨 후 광학현미경(Nikon, ECLIPSE MA200)을 이용하여 미세조직을 관찰하였다. 그리고 동일한 중자 접촉부위에서 인장시편을 채취하여 인장시험을 실시하였다. 합금의 인장강도와 연신율의 기계적 특성 평가에는 15개 이상의 시험편을 사용하여 그 평균치를 결과로 나타내었다.
- 2의 좌측에 나타낸 바와 같이 포집기를 설치하여 가스를 포집하였다. 그리고 부록에 서술된 방법으로 샘플링 한 가스를 분석하였다.
- 각각의 중자를 배형몰드에 적층하여 A356합금 용탕을 주입하여 이로부터 발생되는 가스량과 성분을 분석하였다. 또한 배형 몰드로 제조된 시험편 및 실린더 헤드는 중자와 접촉하는 부위의 시편을 채취하여 미세조직과 기계적 특성을 평가하였다. 이러한 실험/분석으로부터 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 유기화합물 점결제를 사용하여 제조한 유기중자와 무기화합 물점결제를 사용하여 제조한 무기중자를 이용하여 시험편(배형몰드로 제작)과 실린더 헤드 주조품을 제조하였다. 각각의 중자를 배형몰드에 적층하여 A356합금 용탕을 주입하여 이로부터 발생되는 가스량과 성분을 분석하였다.
- 2에 나타내었다. 용탕 주입 시 발생되는 유해 가스인 VOCs와 분진 및 금속류, 알데히드류의 발생량을 유기물 중자와 무기물 중자에 대하여 정성-정량 분석하여 비교평가 하였다. 가스 포집방법 및 분석 등의 방법은 부록에 자세히 언급해 놓았다.
- 유기, 무기중자를 이용하여 제조된 실린더 헤드 주조품(Rengine)에 대하여 기계적 특성을 평가하였다. 유기중자와 무기중자로 제조된 실린더 헤드부의 인장시험편은 Fig.
- 유기, 무기중자를 이용하여 제조된 실린더 헤드 주조품(Rengine)에 대하여 기계적 특성을 평가하였다. 유기중자와 무기중자로 제조된 실린더 헤드부의 인장시험편은 Fig. 17에 표기한 부위에서 채취하고 ASTM 370-05 시험편 규격으로 가공하여 인장시험 하였다. Fig.
- 이상의 유기, 무기중자의 가스발생량 및 가스성분을 검토한 결과 각각의 중자에서 발생되는 입자상 물질과 가스상의 물질 모두 무기점결제를 이용하여 제조된 무기중자에서 현저히 낮게 검출되었음을 알 수 있다. 이 후 각각의 중자를 적용한 합금의 미세조직과 기계적 특성을 조사하였다.
- 이상의 선행연구 결과를 바탕으로 하여 실제 실린더 헤드 금형에 유기, 무기중자를 배치하여 실린더 헤드 주조품을 제조하고 이의 미세조직과 기계적 특성을 조사하였다. Fig.
- 이와 반면에, 무기화합물 점결제(물-유리계, 촉진제, 첨가제)로 제조된 무기중자의 경우 수분증발에 관여된 소량의 증기만 배출되고 중자제조 및 주조 시 가스 발생량이 적어 주조품에서의 주조결함들이 감소될 뿐만 아니라, 이와 관련된 환경 부대설비의 설치가 필요하지 않으므로 결과적으로 이에 따른 여러 가지 생산비용이 절감될 수 있다[12,13] 따라서 본 연구에서는 무기화합물 점결제(inorganic binder)로 제조된 무기중자와 유기화합물 점결제를 사용하여 제조한 유기중자(shell core)를 실험실 규모의 배형몰드에 삽입하고 알루미늄 용탕을 주입하여 시간에 따른 가스발생량과 주요 발생가스 성분에 대하여 비교분석 하였다. 이와 함께 유기, 무기중자를 배형몰드 시험편과 실제 실린더 헤드의 주조품에 적용하여 합금의 미세조직과 기계적 특성을 평가하였다.
- 이와 반면에, 무기화합물 점결제(물-유리계, 촉진제, 첨가제)로 제조된 무기중자의 경우 수분증발에 관여된 소량의 증기만 배출되고 중자제조 및 주조 시 가스 발생량이 적어 주조품에서의 주조결함들이 감소될 뿐만 아니라, 이와 관련된 환경 부대설비의 설치가 필요하지 않으므로 결과적으로 이에 따른 여러 가지 생산비용이 절감될 수 있다[12,13] 따라서 본 연구에서는 무기화합물 점결제(inorganic binder)로 제조된 무기중자와 유기화합물 점결제를 사용하여 제조한 유기중자(shell core)를 실험실 규모의 배형몰드에 삽입하고 알루미늄 용탕을 주입하여 시간에 따른 가스발생량과 주요 발생가스 성분에 대하여 비교분석 하였다. 이와 함께 유기, 무기중자를 배형몰드 시험편과 실제 실린더 헤드의 주조품에 적용하여 합금의 미세조직과 기계적 특성을 평가하였다.
- 용탕 주입 전 배형몰드를 약 150°C로 예열한 후 용탕을 주입하였다. 이후 발생되는 연소가스를 포집한 후 환경측정 분석 장비를 이용하여 가스성분과 발생량을 측정하였다. 이 실험에 사용된 포집기(GilAir-3 Personal Air Sampler, Gilian, USA) 및 분석장치를 Fig.
- 이후 전기로에서 용탕온도를 720°C로 유지시키면서 질소가스를 이용하여 Bubbling 탈가스 처리 한 후 용탕을 10분간 안정화시켜 용탕을 준비하였다.
- 인장시험편은 ASTM 370-05 Sub size형태로 제작하였다. 인장시험기는 Instron-5989시험기를 사용하여 1 mm/min 의 변형속도로 인장시험을 실시하였으며, 이와 동시에 인장시험기에 부착된 비접촉식 비디오신율계(Non-contacting Advanced Video Extensometers-AVE, Instron)를 이용하여 연신율을 측정 하였다.
- 유기중자와 무기중자 사용에 따른 주조품의 기공율과 미세조직을 관찰하기 위하여 시험편의 중앙부에서 각각 동일한 중자 접촉부위에서 시편을 채취하였다. 채취한 시편은 이후 경면 연마를 하고 Keller 용액으로(175 ml 증류수 + 20 ml NHO3 + 3 ml HCl + 2 ml HF)시편을 선택적으로 부식시킨 후 광학현미경(Nikon, ECLIPSE MA200)을 이용하여 미세조직을 관찰하였다. 그리고 동일한 중자 접촉부위에서 인장시편을 채취하여 인장시험을 실시하였다.
- 9와 같이 중자와 접촉된 부분을 연마하여 각 부위당(M, S, B) 5차례 이상의 DAS측정을 실시하여 그 평균 값을 나타내었다. 측정배율은 50배이며, 2차수지상이 최소 5개가 연속적인 곳을 기준으로 하여 평가하였다. 배형몰드로 주조한 시편의 DAS측정결과 유기중자의 평균값이 30 µm, 무기중자의 평균값은 27.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용한 합금은 A356 합금(AC4C)이며, 그 화학 조성을 Table 1에 타내었다. 먼저 잉곳을 절단하여 1.
- 유기중자와 무기중자 사용에 따른 주조품의 기공율과 미세조직을 관찰하기 위하여 시험편의 중앙부에서 각각 동일한 중자 접촉부위에서 시편을 채취하였다. 채취한 시편은 이후 경면 연마를 하고 Keller 용액으로(175 ml 증류수 + 20 ml NHO3 + 3 ml HCl + 2 ml HF)시편을 선택적으로 부식시킨 후 광학현미경(Nikon, ECLIPSE MA200)을 이용하여 미세조직을 관찰하였다.
- 1의 왼쪽 위 유기중자-아래 무기중자). 이때 사용된 모래는 베트남사이며 AFS 55의 입도를 가지는 모래를 사용하였다. 제조한 175 × 22.
- 합금의 인장강도와 연신율의 기계적 특성 평가에는 15개 이상의 시험편을 사용하여 그 평균치를 결과로 나타내었다. 인장시험편은 ASTM 370-05 Sub size형태로 제작하였다. 인장시험기는 Instron-5989시험기를 사용하여 1 mm/min 의 변형속도로 인장시험을 실시하였으며, 이와 동시에 인장시험기에 부착된 비접촉식 비디오신율계(Non-contacting Advanced Video Extensometers-AVE, Instron)를 이용하여 연신율을 측정 하였다.
데이터처리
- 배형몰드로 주조한 유기중자 및 무기중자 시편의 DAS(Dendrite Arm Spacing: 이하 DAS 표기)를 측정한 위치를 Fig. 9에 나타내었고 DAS 측정 결과값을 Fig. 10과 11에 나타내었으며, Fig. 9와 같이 중자와 접촉된 부분을 연마하여 각 부위당(M, S, B) 5차례 이상의 DAS측정을 실시하여 그 평균 값을 나타내었다. 측정배율은 50배이며, 2차수지상이 최소 5개가 연속적인 곳을 기준으로 하여 평가하였다.
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