[논문]결정립 제어 레오로지 소재의 성형공정과 기계적 성질

서판기; 강충길

결정립 제어 레오로지 소재의 성형공정과 기계적 성질
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서판기 (부산대하교 대학원 정밀기계공학과) , 강충길 (부산대학교 기계공학부)

The microstructure and mechanical properties of rheocast A356 aluminum alloy by electromagnetic stirring are studied. In the electromagnetic stirring, main parameters are stirring current and stirring time. Stirring current is ranged from 0 A to 60 A, and stirring time is 20, 40, and 60 sec. In the rheocasting, injection velocity and applied pressure are changed. In this paper, the effect of stirring current and stirring time on the morphology and mechanical properties are investigated and analyzed.

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문제 정의

시험편은 두께의 영향을 파악하기 위하여 최소 4 mm, 최대 20 mm로 변화를 주었으며, 충전거리는 225 mm하여 제작하였다. 레오성형실험 이후 시험편의 각 부위별 미세조직을 관찰하였으며, 초정상과 공정상으로 구분한 경도를 측정하여 교반전류와 교반시간이 기계적 성질에 미치는 영향을 파악하고자 하였다.
본 연구에서는 전자교반을 이용하여 레오로지 (rheology) 소재를 제조하고 두께와 형상이 변하는 금형을 제작하여 직접 레오성형에 적용하였다. 전 자교반에서 교반전류와 교반시간을 주요변수로 하여 레오성형 후 미세조직과 기계적 성질에 미치는 영향을 파악하고자 하였다.

제안 방법

전자교반장치 내부에서 용탕은 교반되면서 서서 히 온도가 감소되어 레오로지 상태가 된다. 교반전류는 0, 20, 40, 60 A, 교반시간은 20, 40, 60 sec로 변화시키면서 실험하였다. 교반이 끝난 후 레오로 지 소재의 급격한 온도감소를 방지하기 위하여 빠른 시간 내에 성형장비에 주입되었다.
전자교반을 하는 동안 전자교반장치 내에 설치된 코일은 많은 열을 발생하게 된다. 따라서 급속히 온도가 상승하여 전자기 코일이 과열되는 현상을 방지하기 위하여 냉각수를 이용해서 전자 교반장치의 온도상승을 방지하였다. 또한, 전자교 반장치 내에서 용탕의 온도 및 냉각 속도를 제어 하기 위하여 K-type의 열전대를 설치하였다.
따라서 급속히 온도가 상승하여 전자기 코일이 과열되는 현상을 방지하기 위하여 냉각수를 이용해서 전자 교반장치의 온도상승을 방지하였다. 또한, 전자교 반장치 내에서 용탕의 온도 및 냉각 속도를 제어 하기 위하여 K-type의 열전대를 설치하였다. 실험 은 교반전류, 교반시간, 사출조건, 가압력을 변수 로 하였으며, 실험 조건은 Table 같다.
본 연구에서는 전자교반을 이용하여 레오로지 (rheology) 소재를 제조하고 두께와 형상이 변하는 금형을 제작하여 직접 레오성형에 적용하였다. 전 자교반에서 교반전류와 교반시간을 주요변수로 하여 레오성형 후 미세조직과 기계적 성질에 미치는 영향을 파악하고자 하였다.
또한, 전자교 반장치 내에서 용탕의 온도 및 냉각 속도를 제어 하기 위하여 K-type의 열전대를 설치하였다. 실험 은 교반전류, 교반시간, 사출조건, 가압력을 변수 로 하였으며, 실험 조건은 Table 같다.
1에 나타낸 바와 같다. 전자교반장 치 내부에 비자성체 용기를 제작하여 전자교반을 하였다. 전자교반을 하는 동안 전자교반장치 내에 설치된 코일은 많은 열을 발생하게 된다.
전자교반장치를 이용하여 A356 합금의 결정립 제어 레오로지 소재의 제조실험과 기계적 성질을 평가한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

대상 데이터

2에 나타내었다. 시험편은 두께의 영향을 파악하기 위하여 최소 4 mm, 최대 20 mm로 변화를 주었으며, 충전거리는 225 mm하여 제작하였다. 레오성형실험 이후 시험편의 각 부위별 미세조직을 관찰하였으며, 초정상과 공정상으로 구분한 경도를 측정하여 교반전류와 교반시간이 기계적 성질에 미치는 영향을 파악하고자 하였다.
실험에 사용된 소재는 주조용 합금으로 주로 사용되는 A356 합금을 사용하였다. 전자교반장치 의 구성은 Fig.

성능/효과

(1) 교반전류가 40 A 까지 증가함에 따라 구상화 정도가 향상되었으며, 결정립의 크기도 감소하였다. 하지만, 60A 에서는 미세조직이 불균일하였으며, 결정립의 크기도 증가하였다.
(2) 교반시간이 40sec 일 때 구상화된 결정립이 가장 균일하게 분포하였으며, 결정립의 크기가 가장 작았다. 20, 60sec 의 교반시간에서는 로제트 형 상의 결정립이 많았으며 액상편석이 발생하였다.
(3) 교반전류와 교반시간에 따라 경도의 차이는 크지 않았으며, 초정상에서는 (48~55)HV, 공정상 에서는 (104~114)HV 의 경도값을 나타내었다.
교반전류가 약하거나 교반시간이 짧을 경우, 충 분한 교반이 이루어지지 않기 때문에 수지상 조 직과 로제트 형상의 결정립이 생성된다. 반면에 교반전류가 강하거나 교반시간이 길어질 경우, 위 치에 따라서 미세조직이 불균일하게 되며, 결정립 사이의 응집으로 인하여 결정립의 형상은 구상화 되지 않았으며 크기도 증가하는 양상을 보였다.

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