레들 형상이 알루미늄 주조제품에 미치는 영향

Abstract

알루미늄은 높은 내식성과 우수한 경량성을 바탕으로 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다. 특히 우수한 비 강도를 가져 수송기와 운송 장비 등 연료 절감을 위한 소재로 각광 받고 있다. 알루미늄을 대량으로 제조하는 방법 중 주조 공정은 가장 오래 사용되어온 제조방법이나 용탕이 금형 내에서 응고하는 과정 중에 수축공, 기공 등의 주조결함이 발생하기 쉽다. 따라서 최종 주물의 품질 및 생산효율을 동시에 만족시키기 위해서는 응고과정을 정확하게 이해하고 이를 통하여 건전한 주조방안을 수립할 필요가 있다. 최근에는 주조방법의 결함을 최소화하기 위하여 CAE를 통한 슬리브, 베이신, 응고 해석 등의 다양한 연구가 진행되고 있다. 하지만 주조공정에서 공통적으로 사용하는 용탕 주입의 레들 형상에 대한 국내외 연구는 미비하다. 본 연구에서는 새로운 레들 주입구 형상을 제안하고 레들을 검증 하였다. 용탕의 주입 특성을 수치로 Z-cast프로그램을 사용하여 유동해석 및 열해석을 하였다. 유동해석은 0도~90도로 3초간(0.2sec에 6도) 레들을 회전하였으며 유량을 분석하였다. Normal레들은 초기 주입이 없으며 약1.0초부터 주입이 시작되었으며 주입 0.5초후 과도한 용탕 배출이 되었다. Long 레들은 초기부터 주입 되었으며 균일한 용탕이 배출되었다. 열해석 결과를 보면 Normal 레들은 용탕의 분산낙하로 인한 온도손실이 발생하는 것을 알 수 있으며 새롭게 제안한 Long 레들은 분산낙하 현상이 없고 그로인한 온도손실이 적은 것을 알 수 있었다. 시제품 제작을 위하여 금형제작을 하였으며 주입구형상은 포밍금형으로 제작 하였다. 레들의 재질은 스테인리스 2T 판재를 성형하여 최종 레들을 제작하였다. 이를 이용하여 양산제품을 주조하였고 산업용 단층촬영기 (Industrial computer tomography analysis)를 이용하여 내부 기포를 확인 하였는데 Normal레들의 경우 Porosity 0.09% Long레들의 경우 0.05% 결과를 확인하였다. 또한 인장시험을 위하여 시편4호로 주조-가공 하였다. 인장시험 결과 Normal레들 시편은 Axial force 28.2kN, Long레들 주조시편은 34.78kN로 Long레들로 주조한 인장시편이 우수한 결과를 확인하였다.