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A356.2 합금의 수축과 기공에 미치는 주조 조건의 영향
The Effect of Casting Conditions on Shrinkage and Porosity of A356.2 Alloys 원문보기

한국주조공학회지 = Journal of Korea Foundry Society, v.37 no.6, 2017년, pp.193 - 198  

전규태 (한국기술교육대학교 에너지 신소재 화학공학부) ,  김기영 (한국기술교육대학교 에너지 신소재 화학공학부) ,  김석준 (한국기술교육대학교 에너지 신소재 화학공학부)

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In this study, volumes of shrinkage and porosity of A356.2 alloys during casting were analyzed as a function of melt temperature, pouring diameter, mold temperature, and Sr content. The temperature of the melt barely affected the shrinkage and porosity formation. The pouring diameter determined the ...

주제어

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제안 방법

  • 본 연구에서는 주조용 합금으로 사용되는 A356.2 합금을 이용하여 점진적 응고 기술에 필요한 정보인 수축량과 기공량을 주입 온도, 주입구 구경, 금형 온도, Sr 양에 따라 계산 및 측정하였다.

대상 데이터

  • 본 실험에서는 A356의 개량 합금인 A356.2 합금을 사용하였으며, 조성은 Table 1과 같다[11,12]. A356.
  • 점진응고를 통해 수축을 보상하기 위해서는 적용하고자 하는 제품에서 어느 위치에 얼마만큼의 수축이 발생하는지에 관한 정보가 반드시 필요하다. 본 연구에서는 주조용 합금으로 널리 사용되는 A356합금에서 불순물로 여겨지는 원소들을 줄여 개량한 A356.2 합금을 이용하였다. 정확한 고액구간 판단을 위하여 사전에 상용 시뮬레이션 프로그램인 JMat-Pro를 이용하여 고상선과 액상선을 계산하고 DTA (Differential Thermal Analysis)분석을 통하여 직접 측정하여 실험의 정확성을 더하였다[9].
  • 실험은 Table 2와 같이 용탕 온도, 주입구 구경, 금형 온도, 첨가된 Sr 양 총 4가지 변수로 하였으며, 본 논문에서 각각의 시편명은 용탕 온도-주입구경-금형 온도-Sr 양 순으로 기입하였다. Fig.

데이터처리

  • 2 합금을 사용하였으며, 조성은 Table 1과 같다[11,12]. A356.2합금의 액상선과 고상선을 알아내기 위하여 상용 소프트웨어인 JMat-Pro를 이용하여 계산하였다. 그 결과 Fig.
  • 계산한 각 시편의 밀도 값을 이용하여 아래의 식을 통해 기공의 양을 아르키메데스의 원리로 계산하였으며, 샘플당 5번씩 측정하여 표준편차와 평균값을 도출했다.
  • 2 합금을 이용하였다. 정확한 고액구간 판단을 위하여 사전에 상용 시뮬레이션 프로그램인 JMat-Pro를 이용하여 고상선과 액상선을 계산하고 DTA (Differential Thermal Analysis)분석을 통하여 직접 측정하여 실험의 정확성을 더하였다[9]. 그 후 수축 및 기공량 측정을 위해 사용되는 금형들의 종류 중 Tatur mold를 이용하여 용탕 온도, 주입구 구경, 금형 온도 그리고 Sr양에 따른 수축의 정도와 기공의 분포 및 양을 계산 및 측정하여 점진적 응고제어 기술 개발에 기여하고자했다[10].

이론/모형

  • 예열을 하는 조건의 경우 용탕이 주입되기 시작할 때 예열 히터의 전원을 차단하였다. 금형은 방향성 응고를 유도할 수 있는 수축 측정용 금형인 Tatur mold를 이용하였다[13].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
알루미늄 합금이 각광받는 이유는? 이 외에도 알루미늄은 다른 합금보다 재활용이 용이하여 차세대 에너지 산업에서도 많은 연구가 이뤄지고있다[3]. 이렇게 알루미늄 합금이 각광 받고 있는 이유는 첨가물에 따라 알루미늄 합금의 성질이 달라지기 때문이며, 기계적 성질이 향상되어 가벼우면서도 고강도의 합금을 만들수 있기 때문이다[2]. 그러나 알루미늄 합금은 응고가 진행되는 동안 수축이 발생하며 내부에서는 기공이 발생한다[4].
알루미늄 합금은 응고시 수축과 내부에서는 기공이 발생하는데 이로 인한 문제는? 그러나 알루미늄 합금은 응고가 진행되는 동안 수축이 발생하며 내부에서는 기공이 발생한다[4]. 수축은 외관 불량의 원인이 되며, 내부에서 발생하는 경우 기계적 성질을 저하시키는 원인이 된다. 기공 또한 제품의 기계적 성질을 떨어뜨리고, 심한 경우 제품 파단의 원인이 되기도 한다[5]. 수축을 보완하기 위한 방법으로 압탕을 설치하는 등의 주조방안 등이 있지만, 이는 최종적으로 제품화하는 단계에서 제거해야 하는 부분이므로 제품의 회수율 측면에서 효율을 저하시킨다[6].
점진응고란? 이러한 문제를 해결하는 새로운 방법으로 ‘점진적 응고제어 기술(Tailored additive casting)’이 제안되었다[7]. 점진응고는 수축하는 부위를 예상하여 적절한 시간에 적절한 양으로 순차적으로 나누어서 주입하는 방법으로 앞선 주조방안에 비해 회수율을 크게 증가시킬 수 있는 방법이다. 점진응고와 유사한 방식으로 수축공을 감소시키기 위해 연속주조 방식이 고안되었으나, 연속주조는 단순한 형상의 제품 제조에 국한되어 있다[8].
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참고문헌 (16)

  1. W.S. Miller a, L. Zhuang a, J. Bottema a, A.J. Wittebrood a, P. De Smet b, A. Haszler c and A. Vieregge c, Meterials Science and Engineering, "Recent development in aluminium alloys for the automotive industry", A 280 (2000) 37-49. 

  2. Kim HJ and Jeong CY, J. Korea Foundry Society, "Effect of Fe, Mn content on the castability in Al-9wt%Si-Mg system alloys for high elongation", 33 (2013) 233-241. 

  3. Youn JW, Jeon JB, Park JM, Seo SY, Lim JT, Kim SJ and Kim KY, Met. Mater. Int., "Influence of the permeability of networked primary Si on the ejection of hypereutectic Al-Si melts by centrifugation", 23 (2017) 378-384. 

  4. M. Avalle, G. Belingardi, M.P. Cavatorta and R. Doglione, Int J Fatigue, "Casting defects and fatigue strength of a die cast aluminium alloy: a comparison between standard specimens and production components", 24 (2002) 1-9. 

  5. H. Mayer, M. Papakyriacou, B. Zettl and S.E. Stanzl-Tschegg, Int J Fatigue, "Influence of porosity on the fatigue limit of die cast magnesium and aluminium alloys", 25 (2003) 245-256. 

  6. Kim HJ, Lee SM, Park SO, Yoon JM, Kwon YN, Sung SY, Kim KY and Kim YJ, KSMTE, "Development of the unified casting-forging technology by progressively solidification control method for manufacturing net shape aluminium alloy parts with 90% yield and 400 MPa tensile strength", (2014) 51-51. 

  7. Kim HJ, Lee JH, Hwang KC, Bae JC and Lee SM, "Casting method and casting device", 23 July 2015. 

  8. Gang GP, Kim SY and Lee SH, Korean J. Met. Mater., "Review of the Control Parameter for Hydraulic Mold Oscillation in Continuous Casters", 55 (2017) 320-321. 

  9. Jeon KS, Roh HR, Kim MS, Kim JH and Park JP, Korean J. Met. Mater, "Microstructure and high temperature plastic deformation behavior of Al-12Si based alloy fabricated by an electromagnetic casting and stirring process", 55 (2017) 388-389. 

  10. Kwon EH, Kwon JH, Kim BC and Han JW, Korean J. Met. Mater, "Effect of overflow geometry and injection speed on the casting product during the magnesium alloy Die-casting process for Thin-walled electronic housing components", 55 (2017) 518. 

  11. S.R.Shrma, Z.Y.Ma and R.S. Mishra, Scripta Materialia, "Effect of friction stir processing on fatigue behavior of A356 alloy", 51 (2004) 238. 

  12. Guanhai Yan, Shengdun Zhao, Shenggiang Ma and Hongtao Shou, MATER CHARACT, "Microstructural evolution of A356.2 alloy prepared by the SIMA process", 69 (2012) 46. 

  13. Umewo Honma and Akihiko Kamio, JILM, "Castability of aluminum-base alloys", 28 (1978) 607-619. 

  14. D. Siva Prasad1 Dr. A. Rama Krishna, IJAST, "Production and Mechanical Properties of A356.2 /RHA Composites", 33 (2011) 51-58. 

  15. Kazufumi Morimoto, Yoji Awano and Motoyuki Nakamura, The Journal of the Japan Foundrymen's Society, "effect of dissolved gas on the formation ratio of interior and exterior shrinkage in hypoeutectic al-si alloys", 63 (1991) 757-762. 

  16. D. Emadi, J.E. Gruzleski and J.M. Toguri, Metall. Mater. Trans. B, "The Effect of Na and Sr Modification on Surface Tension and Volumetric Shrinkage of A356 Alloy and Their Influence on Porosity Formation", 24B (1993) 1056. 

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