[논문]소실모형주조법으로 제조한 박판형 Al-Si합금에서의 주형 충전 및 기계적 성질

김정민; 이재철; 최진영; 조재익; 최경환

doi:10.7777/jkfs.2017.37.6.186

[국내논문] 소실모형주조법으로 제조한 박판형 Al-Si합금에서의 주형 충전 및 기계적 성질
Mold Filling and Mechanical Properties of Thin Sectioned Al-Si Alloy Fabricated by Lost Foam Casting Process 원문보기

한국주조공학회지 = Journal of Korea Foundry Society, v.37 no.6, 2017년, pp.186 - 192

김정민 (한밭대학교 신소재공학과) , 이재철 (한밭대학교 신소재공학과) , 최진영 (한밭대학교 신소재공학과) , 조재익 (한국생산기술연구원 서남지역본부) , 최경환 (한국생산기술연구원 뿌리산업기술연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

The lost foam casting method was used to fabricate Al-Si alloy thin sheet specimens; the effects of chemical composition and process variables on the mold filling and mechanical properties were investigated. The mold filling capability was observed to be proportional to the pouring temperature, and both the vibration imposed during the casting and the application of a pattern coating had rather negative effects. The mold filling capability also decreased with the addition of Mg or TiB. When the Mg content increased, the tensile strength of the cast alloy was enhanced, but the elongation decreased. However, after T6 heat treatment, both the strength and the elongation were improved. TiB addition for grain refining or pattern coating did not significantly affect the tensile properties.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 소실모형주조법으로 주형 충전이 어려운 박판형 주조제품의 제조에 필요한 기술개발을 목표로 Al-Si계 알루미늄합금의 주형 충전성과 기계적 성질에 미치는 화학조성, 공정변수 등의 영향을 조사하고자 하였다.

제안 방법

박판형 Al-Si계 주조시편을 소실모형주조법으로 제조하여 화학조성 및 공정변수에 따른 주형충전성과 기계적 성질을 조사한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
1에서와 같이 두께 3 mm의 얇은 판재 2개가 부착된 모형을 준비하여 주입된 용탕이 모형을 분해하면서 얼마나 유동 및 충전하였는지를 조사하여 그 평균길이를 비교하는 방식으로 진행하였다. 인장시험용 시편을 제조하기 위해서 사용한 박판형 모형은 Fig. 2에서 나타낸 바와 같이 3 mm의 두께를 가지는 판재형태이며, 여기서 채취한 소재를 판재형 인장시험편으로 기계가공한 후 ASTM B 557M 규격에 따라 인장시험을 수행하였다. 주조시편들의 미세조직 특성은 주로 광학현미경(OM) 및 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 조사하였다.

대상 데이터

Al 및 Mg 순금속(99.8%, 중량%), A356 상용합금, 그리고 Al-5%Ti-1%B 및 Al-10%Sr 모합금을 원재료로 하여 대기상태의 전기유도로에서 용해를 한 후 목표 주입온도에 맞추어 액상선 온도 이상 50~150°C의 과열도(superheat)를 가진 상태로 용탕을 준비하였다. 다만, 주입온도의 영향을 파악 하는 경우를 제외하고는 주입온도는 50°C의 과열도를 가지는 조건을 기본으로 고정하였으며, 가능한 신속한 주입으로 주입 시간을 최소화하는 방식으로 실험이 진행되었다.

데이터처리

2에서 나타낸 바와 같이 3 mm의 두께를 가지는 판재형태이며, 여기서 채취한 소재를 판재형 인장시험편으로 기계가공한 후 ASTM B 557M 규격에 따라 인장시험을 수행하였다. 주조시편들의 미세조직 특성은 주로 광학현미경(OM) 및 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 조사하였다.

성능/효과

1) 주형 충전성은 주입온도에 비례하는 것으로 관찰되었으며, 주조과정 중 부과하는 진동은 충전성에는 약간 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 진동으로 인해 용탕의 냉각 속도가 증가한 것을 미세조직 관찰을 통해 알 수 있었다.
2) Al-Si계 합금의 주형 충전성은 Mg의 함량 증가 및 TiB 결정립 미세화로 인해 감소하는 경향을 나타내었다.
3) 모형코팅을 적용한 경우 주형 충전성이 감소하는 거동을 보였으며, 주입온도가 낮고 모형의 두께가 얇을수록 그 감소정도가 뚜렷하였다.
4) 합금원소 Mg의 첨가량이 증가하면 주조합금의 강도는 증가하나 연신율은 감소하는 경향을 보였으며, T6 열처리 후에는 강도와 연신율 모두 개선되는 것으로 나타났다.
5) TiB 첨가 결정립 미세화 및 모형코팅의 경우 인장특성에 크게 영향을 미치지는 않았으며, 결정립 미세화로 인해강도는 약간 증가하나 연신율은 약간 저하되는 것으로 조사 되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소실모형주조란 어떠한 방법인가?	예를 들어, 박판형 알루미늄 주조제품을 소실모형주조법으로 건전하게 제조하는 것은 난이도가 있으며 주형 충전거동에 미치는 여러 공정변수들의 영향을 체계적으로 조사하여 정보를 축적 하는 것이 필요하다. 소실모형주조는 주입된 용탕이 모형을 분해하면서 주형을 충전하는 방법이기 때문에 다른 일반적인 중력 주조에 비해 상대적으로 충전이 어렵기 때문이다[4,5].
	소실모형주조공정의 장점은 무엇인가?	최근 들어 자동차 부품산업 등에서 다시 많은 관심을 받고 있는 소실모형주조(Lost foam casting or evaporative pattern casting)공정은 복잡한 형상의 주조제품을 제조할 수 있고 주형 모래의 재활용이 용이할 뿐만 아니라 용탕의 주형충전과 정이 층류형태를 가지는 등 다른 주조공정에 비해 여러 우수한 점들을 가지고 있다[1-3]. 하지만 현재까지 소실모형주조법은 주로 주철제품의 제조에 적용되었고 알루미늄합금에 대한 관련 연구개발은 상대적으로 많이 부족한 상황이다.
	소실모형주조법이 알루미늄합금에 적용하기 어려운 이유는 무엇인가?	예를 들어, 박판형 알루미늄 주조제품을 소실모형주조법으로 건전하게 제조하는 것은 난이도가 있으며 주형 충전거동에 미치는 여러 공정변수들의 영향을 체계적으로 조사하여 정보를 축적 하는 것이 필요하다. 소실모형주조는 주입된 용탕이 모형을 분해하면서 주형을 충전하는 방법이기 때문에 다른 일반적인 중력 주조에 비해 상대적으로 충전이 어렵기 때문이다[4,5].

참고문헌 (17)

S. Kumar, P. Kumar and H.S. Shan, J. Mater. Process. Tech., "Optimization of tensile properties of evaporative pattern casting process through Taguchi's method", 204 (2008) 59-69.

상세보기
S. Saghi, M. Divandari and Y.H.K. Kharrazi, Iranian J. Mater. Sci. Eng., "Flow behavior of molten metal in aluminum LFC process", 1 (2004) 39-46.
Kim JM, Ha TH and Choe KH, J. Korea Foundry Society, "Mechanical properties and mold filling capability of Al-Si-Mg casting alloy fabricated by lost foam casting process", 36 (2016) 153-158.

원문보기 상세보기
F. Sonnernberg, AFS Technical Publication, Lost foam casting made simple, American Foundry Society, Schaumburg, IL, USA (2008) 41-57, 173-200.
K. Siavashi, Ph.D. Thesis, Univ. of Birmingham, The effect of casting parameters on the fluidity and porosity of aluminum alloys in the lost foam casting process, (2011).
K.R. Ravi. R.M. Pillai, K.R. Amaranathan, B.C. Pai and M. Chakraborty, J. Alloys Compd., "Fluidity of aluminum alloys and composite: a review", 456 (2008) 201-201.

상세보기
E.N. Pan and K.Y. Liao, AFS Trans., "Study on flowability of EPC A356 Al alloys", 106 (1998) 233-242.
L. Trumbulovic, Z. Acimovic, Z. Gulisija and L. Andric, Mater. Letters, "Correlation of technological parameters and quality of castings obtained by the EPC method", 58 (2004) 1726-1731.

상세보기
H. Jafari, M.H. Idris and A. Shayganpour, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, "Evaluation of significant manufacturing parameters in lost foam casting of thin-wall Al-Si-Cu alloy using full factorial design of experiment", 23 (2013) 2843-2851.

상세보기
W. Abdul-Karem and K.F. Al-Raheem, Int. J. Eng. Sci. Tech., "Vibration improved the fluidity of aluminum alloys in thin wall investment casting", 3 (2011) 120-135.
M.D. Sabatino and L. Arnberg, Int. J. Cast Met. Res., "Effect of grain refinement and dissolved hydrogen on the fluidity of A356 alloy", 18 (2005) 181-186.

상세보기
Kwon YD and Lee ZH, Mater. Sci. Eng. A, "The effect of grain refining and oxide inclusion on the fluidity of Al-4.5Cu-0.6Mn and A356 alloys", 360 (2003) 372-376.

상세보기
M. Karimian, A. Ourdjini, M. H. Idris and H. Jafari, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, "Effect of pattern coating thickness on characteristics of lost foam Al-Si-Cu alloy casting", 22 (2012) 2092-2097.

상세보기
X.J. Liu, S.H. Bhavnani and R.A. Overfelt, J. Mater. Process. Tech., "Simulation of EPS foam decomposition in the lost foam casting process", 182 (2007) 333-342.

상세보기
PANDAT. CompuTherm, LLC, Madison, WI, USA. Available online: http://www.computherm.com
K.T. Akhil, S. Arul and R. Sellamuthu, Procedia Mater. Sci., "The effect of section size on cooling rate, microstructure and mechanical properties of A356 aluminium alloy in casting", 5 (2014) 362-368.

상세보기
S. Sun, B. Yuan and M. Liu, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, "Effects of moulding sands and wall thickness on microstructure and mechanical properties of Sr-modified A356 aluminum casting alloy", 22 (2012) 1884-1890.

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