[논문]Al-Si계 소실모형주조합금의 미세조직 및 인장성질에 미치는 주형재료의 영향

김정민; 이강래; 최경환

doi:10.7777/jkfs.2019.39.5.87

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The effects of mold materials on the microstructure and tensile properties were investigated to develop a mass production technique of aluminum alloy parts with excellent mechanical properties using a lost foam casting method. The microstructures of the plate-shaped cast alloy showed a tendency to b...

The effects of mold materials on the microstructure and tensile properties were investigated to develop a mass production technique of aluminum alloy parts with excellent mechanical properties using a lost foam casting method. The microstructures of the plate-shaped cast alloy showed a tendency to be finer in proportion to the thickness of the plate, and a remarkably fine structure was obtained by applying a steel chill or a ball as a mold material compared to general sand. When a steel ball was used, it was observed that the larger the ball, the finer the cast structure and the better the tensile properties. The microstructure and tensile properties of the cast parts with complex shapes were greatly affected by the gating system, but the positive effects of the steel chill and the steel ball as a mold material were clear.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Comparison of the two different steel shots used as mold materials for lost foam casting: (a) large size (S 200), (b) small size (S 100
그림 Fig. 2. Schematic diagram of plate cast specimen with steel chills
표 Table 1. Chemical compositions of alloys (wt.%)
그림 Fig. 3. A photograph of lost foam test casting indicating two flat walls.
그림 Fig. 4. Typical microstructure of plate shaped casting specimens with 5mm thickness prepared by different mold materials: (a) ordinary sand, (b) 5 mm thickness steel chill, (c) steel shots (S 100).
표 Table 2. SDAS (secondary dendrite arm spacing) forplate shaped cast specimens with 5 mm thickness
그림 Fig. 5. Average tensile properties of plate shaped casting specimens with 5 mm thickness prepared by different mold materials.
그림 Fig. 6. Effect of steel shot size on the microstructure of plate shaped casting specimens with different thickness: (a, c, e) small shots, thickness 5, 10, 20 mm, respectively, (b, d, f) large shots, thickness 5, 10, 20 mm, respectively.
그림 Fig. 7. Effect of steel shot size on the tensile properties of plate shaped casting specimens with different thickness.
그림 Fig. 8. Effect of mold materials on the tensile properties of test castings: SA (sand), CP (steel chill), SS (steel shots, S 100).
표 Table 3. SDAS (secondary dendrite arm spacing) forplate shaped specimens of various thickness cast withsteel balls two sizes as a mold
그림 Fig. 9. Typical microstructure for two different positions (B & S) of test castings: (a, c, e) part B & (b, d, f) part S; (a, b) sand mold, (c, d) steel chill, (e,f) steel shots (S 100).

AI 본문요약
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문제 정의

널리 알려진 바와 같이 Al-Si계 주조합금에 Sr을 소량 첨가하면 공정 Si의 개량화가 일어나 연신율 개선효과가 있으나 기공 발생경향은 증가하므로 보다 세심한 주조방안의 마련이 필요하다[11,12]. 주조합금의 기계적 성질을 높이고 기공의 발생을 억제하기 위한 방안으로는 냉각속도를 높이는 것이 효율적이므로 본 연구에서는 강재 칠(chill)이나 볼을 사용하여 주형의 냉각성능을 높이는 개념을 가지고 실험을 수행하였다[11,13,14].

제안 방법

판재형 및 양산용 Al-Si합금 주조시편을 소실모형주조법으로 제조하여 주형재료의 차이와 시편의 형상별 미세조직과 기계적 성질을 조사한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

모형 재료는 캐나다 StyroChem사의 T185F라는 EPS 100%를 원재료로 사용하여 약 40배로 발포하여 제조하였다. 한편, 소실모형주조용 모형은 표면 코팅을 한 상태로 사용하였는데, 코팅은 실리카 및 흑연을 포함한 수용성 코팅제((주)에이치코리아)에 물을 첨가하여 약 60^oBe를 갖도록 코팅액을 준비하여 수행하였다.
본 연구의 대상 알루미늄합금의 조성은 Table 1에 나타낸 바와 같이 Sr이 소량 첨가된 A356계 합금이며, 목표조성에 맞추어 Al 순금속(99.8%, 중량%), A356 상용합금, 및 Al10%Sr 모합금을 사용하였다. 용해는 대기상태의 전기유도로에서 이루어졌는데, 액상선 온도 이상 약 100℃의 과열도(superheat)를 가진 용탕을 준비하였다.
주조공정의 경우 알루미늄합금 용탕을 모래에 매립된 상태의 모형(pattern) 상부에 주입하는 방식으로 수행하였으며, 이때 주형용 모래로는 평균 입도 121 µm의 규사를 사용하였다. 한편 냉각속도를 높이기 위한 주형재료로는 5 mm 두께를 가지는 저탄소강 칠(chill)판재 및 Fig. 1과 같은 강재 볼들이 사용되었다

이론/모형

3과 같은 주조시편을 제조하였다. 주조가 완료된 합금은 판재형 인장시편으로 기계가공한 후 ASTME8 규격에 따라 시험을 수행하였으며, 주조 미세조직 특성은 광학현미경(OM) 및 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 조사하였다.

성능/효과

(1) 판재형 소실모형주조합금의 미세조직은 판재의 두께에 비례하여 미세해지는 경향을 나타내었으며, 또한 일반적인 모래에 비해 강재 칠 또는 볼을 주형재료로 적용하면 현저하게 미세해진 조직을 얻을 수 있었다.
(2) 일반적으로 알려진 바와 같이 판재형 주조합금의 인장강도 및 연신율의 경우 미세조직이 미세해지면 향상되는 경향을 나타내었다.
(3) 주형재료로 강재 볼을 적용한 경우 볼의 크기가 클수록 더 미세한 조직과 우수한 인장성질을 가지는 것으로 관찰되었다.
(4) 양산용 주조부품의 경우 형상이 복잡하므로 주조방안에 따라 미세조직과 인장성질이 크게 영향을 받는 것으로 나타났으나 강재 칠과 볼의 긍정적인 효과는 명확한 것을 확인할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Sr이 첨가된 합금은 연신율 개선효과는 있으나 어떤 문제가 있어 세심한 주조방안의 마련이 필요한가?	특히, 본 연구에서는 연성이 우수한 주조합금에 주안점을 두었으므로 Sr이 첨가된 합금을 대상으로 하였다. 널리 알려진 바와 같이 Al-Si계 주조합금에 Sr을 소량 첨가하면 공정 Si의 개량화가 일어나 연신율 개선효과가 있으나 기공 발생경향은 증가하므로 보다 세심한 주조방안의 마련이 필요하다[11,12]. 주조합금의 기계적 성질을 높이고 기공의 발생을 억제하기 위한 방안으로는 냉각속도를 높이는 것이 효율적이므로 본 연구에서는 강재 칠(chill)이나 볼을 사용하여 주형의 냉각성능을 높이는 개념을 가지고 실험을 수행하였다[11,13,14].
	소실모형주조의 장점은?	소실모형주조(Lost foam casting or evaporative pattern casting)는 언더컷이 포함된 복잡한 형상의 부품을 제조하는데 유리하고 층류형태의 주형충전거동을 보이는 등 여러 가지 장점을 나타내지만 다른 유사 주조공정에 비해 유동도가 상대적으로 부족하고 인장성질이 낮은 등의 단점도 가지고 있다[1-4]. 최근 저자들은 기존에 주로 주철제품에 적용되던 소실모형주조법을 알루미늄합금에 적용하는 연구를 진행하여 왔으며, 박판형 소형주조시편의 유동도와 인장성질에 미치는 화학조성 및 공정변수의 영향을 조사하였다[5,6].
	소실모형주조법으로 제조한 알루미늄 주조부품의 기계적 성질이 일반적인 사형주조제품에 비해 낮은 이유는 무엇에 기인하는가?	소실모형주조법으로 제조한 알루미늄 주조부품의 기계적 성질은 일반적인 사형주조제품에 비해 약간 낮을 것으로 예상되는데, 이것은 분해가스의 발생과 더불어 소실모형주조용 모래주형의 낮은 냉각속도에 기인하다. 또한 같은 이유로 기공과 같은 주조결함의 발생이 일어나기 쉬우므로 실제 소실모형주조부품의 기계적 성질을 파악하고 개선하기 위한 많은 조사가 필수적이다[9,10].

참고문헌 (15)

Jiang W, Fan Z, Liu D, Liao D, Dong X and Zong X, Mater. Sci. Eng. A., "Correlation of microstructure with mechanical properties and fracture behavior of A356-T6 aluminum alloy fabricated by expendable pattern shell casting with vacuum and low-pressure, gravity casting and lost foam casting", 560 (2013) 386-403.
Kumar S, Kumar P and Shan HS, J. Mater. Process. Tech., "Optimization of tensile properties of evaporative pattern casting process through Taguchi's method", 204 (2008) 59-69.

상세보기
Saghi S, Divandari M and Kharrazi YHK, Iranian J. Mater. Sci. Eng., "Flow behavior of molten metal in aluminum LFC process", 1 (2004) 39-46.
Liu Z, Pan Q, Chen Z, Liu X and Tao J, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, "Heat transfer characteristics of lost foam casting process of magnesium alloy", 16 (2006) 445-451.

상세보기
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
Kim JM, Lee JC, Choi JY, Cho JI and Choe KH, J. Korea Foundry Society, "Mold filling and mechanical properties of thin sectioned Al-Si alloy fabricated by lost foam casting process", 37 (2017) 186-192.
Sonnernberg F, Lost foam casting made simple, AFS Technical Publication, USA (2008) 41-57, 173-200.
Siavashi K, 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)
Trumbulovic L, Acimovic Z, Gulisija Z and Andric L, Mater. Letters, "Correlation of technological parameters and quality of castings obtained by the EPC method", 58 (2004) 1726-1731.

상세보기
Jafari H, Idris MH and Shayganpour A, 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
Samuel AM, Garza-Elizondo GH, Doty HW and Samuel FH, Mater. Design, "Role of modification and melt thermal treatment processes on the microstructure and tensile properties of Al-Si alloys", 60 (2015) 99-108.
Wang L and Shivkumar S, J. Mater. Sci., "Strontium modification of aluminium alloy castings in the expendable pattern casting process", 30 (1995) 1584-1594.

상세보기
Akhil KT, Arul S and Sellamuthu R, 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
Sun S, Yuan B and Liu M, 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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Ronald BA, Prakash CA, Karthik MS and Arun KVJ, Perspectives Sci., "Influence of steel shot size on the permeability of mould", 8 (2016) 444-446.

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