원심주조(연속주조)실험

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e.2는 폴리싱 후 비커스 경도기를 이용한 경도값을 기하학적으로 평균을 내어 각조별로 정리해 놓았다.
Table.2 비커스 경도기를 이용한 각 조별 평균경도 값의 기하학적 Data
조별
경도값(HV) 5sec Test load=100gf
1조
116.5
120.5
120.23
114.63
128.2
2조
116.1
106.3
123.3
123.3

3조
119.7
119.0
118.8
101.0
4조
118.8
109.03
115.93
5조
103.93
92.83
106.87
116.7

Fig.6 기하학적 평균경도 값의 변화그래프
비커스 경도기를 이용한 각 조별 Data를 분석해 보면 회전속도 즉, RPM에 따라 평균경도 값이 줄어드는 경향을 볼 수 있다. 1조는 120(HV), 2조는 117.25(HV), 3조는 114.625(HV), 4조는 113.9(HV), 5조는 105.1(HV)이듯이 조작변수인 회전속도에 따라 많은 차이를 보였다. 이러한 결과의 원인으로는 주입시간을 변수로 두지 않은 것으로 사료된다. 주입시간은 주물의 중량이 커짐에 따라서 길어지기 일쑤이다. 그러나 너무 길면 용탕의 통로가 되는 당구계부분의 주형이 과열되어서 소착이 생기거나 혹은 주형내부에 융착을 일으켜서 주형을 파괴하거나 혹은 주형의 열팽창으로 인한 파손 등을 일으켜서 주물에 결함이 생기기도 한다. 또한 조작변수로 둔 회전속도의 큰 영향을 받은 것으로 사료된다. Zn용융이 응고하는 도중 회전속도가 빨라지게 되면서 용탕은 강하게 주형에 격돌하여 용탕의 흐름은 와류, 난류가 돼버려 주형의 파손, 불순물의 혼입 등의 이유로 주물의 불량원인이 되기도 한다.
또한 몰드 온도에 의해서 나온 결과라 사료된다. 조별로 하면서 각각의 몰드를 그대로 사용하였기 때문에 응고점을 높여준 것이라고 할 수 있다.
(2)Fig.7~Fig.11은 각조별 회전속도에 따른 미세구조를 광학현미경(OM)을 이용하여 200배로 확대하여 찍은 폴라로이드 사진이다.
Fig.7 회전속도 rpm300 × 200 Fig.8 회전속도 rpm400 × 200
Fig.9 회전속도 rpm500 × 200 Fig.10 회전속도 rpm600 × 200
Fig.11 회전속도 RPM700 × 200
각조별 사진을 관찰하게 되면 같은 크기 공간 안에 입자의 크기들이 서로 다른 것을 확인 할 수 있는데 이는 불순물의 유입의 영향으로 입도크기의 변화가 생긴 것으로 사료되고 또한 사진을 찍을 때 잘나온 부분만을 찍었기 때문에 평균입도 사진으로 결정내리기 어렵다. 마지막으로 평균 경도값의 증가의 이유와 같은 것으로 사료된다.
(3)Table.3은 폴라로이드 사진에 5번 선을 5㎝선을 그어 그 안에 입자의 수가 얼마나 있는가를 기하학적으로 측정한 Data를 나타내었다.(1㎝/200=0.005㎝,1㎝=>50㎛)
Table.3 기하학적 평균입도 Size 측정 Data
조별
평균 입도 크기(㎛)
1조
=18.5
2조
=21.74
3조
=29.4
4조
=33.3
5조
=41.67
Fig.12 기하학적 평균입도 값의 변화 그래프
Table.3의 표를 관찰하게 되면 Fig.7~ Fig.11까지 사진의 입자크기를 한눈에 확인 할 수 있다. 점점 입자의 크기들이 회전속도와 비례하여 단적으로 늘어나는 것을 볼 수 있는데 (2)설명과 같은 맥락인 것으로 사료된다.
(4)Pycnometer을 이용한 진밀도와 기하학적으로 측정한 비중의 Data를 Table과 그 래프로 나타내었다.
Table.4 각 조별 Pycnometer을 이용한 진밀도 Data
조별
Pycnometer[진밀도]/비중 (/㎤)
1조
6.2904 / 6.9474
6.2085 / 6.5526
6.1211 / 6.2162
2조
6.5165
6.4799
6.5971
3조
6.8006
6.8062
6.2600
4조
6.9672
6.2908
6.8261
5조
6.7021
6.7998
6.7383
Fig.13 Pycnometer을 이용한 진밀도 평균값 그래프
Pycnometer을 이용한 진밀도와 기하학적으로 측정한 밀도값을 1조 것만으로 비교해 보면 다소 차이는 있지만 유사하다는 것을 알 수 있는데 경도측정 Data와 기하학적으로 평균입도를 측정한 결과를 비교해 보면 상반되는 결과라 할 수 있다. 기본적인 이론에 의하면 입자가 커질수록 경도값은 작아지고 밀도값 또한 작아져야 하는데 이 공정에서는 반대로 밀도값이 증가하는 양상을 보였다. 회전속도가 빠르면 빠를수록 압력이 커져 밀도값을 증가시켜줘 입자의 조밀화 현상이 일어난 것으로 사료된다.
(4)인장기(UTM)을 이용한 최대인장강도와 연신율, 파괴강도, 항복강도의 Data를 나타내었다.
Table.5 각 조별 인장기(UTM)을 이용한 물성값
기본적인 Data와 다른조 Data를 비교하지 못하여 어떻게 나왔고 왜 이렇게 나왔는지 잘 모르겠지만 우선 진밀도 측정한 Data와 맥락을 같이 하자면 어느정도 공정에 오류를 많이 뽑을 수 있다. 그중에서 이 공정에서는 표면의 노치, 내부의 기공으로 인한 최대인장강도 값이 200MPa으로 나온 것으로 사료된다.
4. 참고문헌
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SPIN CASTING,   원심주조,   연속주조,   주조실험