정밀주조

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정밀주조에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

라인이 길어져서 상당히 넓은 장소를 필요로 하므로 래피드 쉘 프로세스를 이용하면 코팅시간의 단축과 주형건조실을 작게 할 수 있는 장점이 있다.
3) 주조공정의 개발
예전부터 주조방법은 중력주조법, 반전가압주조법, 흡인주조법, 원심주조법 등이 정밀주조에 이용되어 왔다. 근래 이와는 다른 특수한 주조방법이 개발되어 생산에 적용되고 있는데 이방법은 주입한다기 보다 용탕을 주형내에 빨아올리는 주조법으로 CLA 프로세스라고 불리고 있다.
CLA 프로세스는 주형을 밀폐된 용기에 넣고 탕구만 밑으로 나오게하여 용탕에 담구어 용기를 진공으로 감압하여 용탕이 주형 속으로 흡인되게하는 주조법이다. 주형속에 용탕이 충만하여 응고되면 용기속을 다시 대기압 상태로하여 탕도, 탕구 등에 있는 미응고 용탕을 용해로로 다시 흘러내리게 한다. 이 주조법의 특징으로 얇은 주물을 제조할 수 있고, 용탕의 회수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 이에의 적용상품은 골프채의 헤드(METAL WOOD)에 적용될 수 있는 방법이다. 그러나 이 방법은 특허와 고가의 장비에 제한을 받고 있으며 공정제어가 어려운 약점이 있다.
4) 일방향응고법
항공기 제트엔진의 고압터빈의 1, 2단의 터빈 날개는 최근 일방향응고법에 의한 단결정 주조조직상의 정밀주조품이 채용되고 있다. 일방향응고법에 의한 기술발달은 과거의 결정미세화조직보다 훨씬 우수한 기계적 성질을 나타내고 있다. 이는 일방향응고법에 의한 정밀주조품이 통상의 주조조직과는 달리 매크로조직이 날개의 축방향과 같은 방향으로 주상정이 성장되어 있거나 또는 하나의 결정으로 주조됨으로써 회전하는 축방향에 열피로를 감소시키고 결정입계에서 발생할 수 있는 악영향을 제거함으로써 수명을 더욱 향상시킬 수 있는 기술이다.
일방향응고법의 원리는 주물의 응고시에 결정을 성장시키고자 하는 방향으로 가능한 높은 열구배를 주형에 부여하는 방법이다. 통상 주조되는 금속은 내열합금으로 진공용해로에서 용해되며 주조시 주형가열장치가 되어 있는 진공분위기에서 특별히 제작된 주형하강장치를 이용하여 천천히 아래로 끌어내리면서 응고시키는 방법이다. 주입된 용탕의 일단을 양호한 열전도체의 수냉동판과 접촉시켜 이곳으로부터 응고가 시작되도록 한다. 수냉판 이외의 가열로는 주형을 응고 온도이상 일정하게 유지시켜야 하며, 이 경우 발열재료나, 주형을 전기적으로 가열되는 기술 등이 필요하다. 결정의 성장은 냉각판위에 놓여있는 주형을 냉각판과 함께 아주 천천히 내림으로써 촉진되며 응고속도를 제어하는 기술이 필요하다. 또한 결정의 응고방향을 용이하게 하기 위해 종자결정을 사용함으로써 단결정 성장 기술에 적용하고 있으며 제트 엔진의 터빈 블레이드 제조의 핵심 기술로 알려져 있다.
5) 티타늄합금의 정밀주조 기술
Ti합금의 정밀주조품은 비중이 낮고, 강도가 높으며 내식성이 좋으므로 내열성이 그렇게 높게 필요하지 않은 부분에 사용되어 왔다. 특히 항공엔진부품으로써 많이 사용되어 왔으며 대표적인 주조합금은 Ti-6Al-4V이다.
Ti합금은 용해중 산화가 쉽고 주형재료와 반응이 잘되며 수축공이 생기기 쉬운 결점이 있으므로 주물을 만들기 용이하지 않다.
따라서 건전한 정밀주조품을 얻기 위해 다른 정밀주조법과는 달리 특수한 제조장치, 후처리 기술이 필요하다. 용해는 진공용해를 하며 용해 중 도가니 재료와 반응을 일으켜 산화하기 때문에 내화물제 도가니를 사용할 수 없어 수냉 구리 도가니를 사용한다. 이 용해법을 스컬 용해(skull melting)라고 한다.
용해와 주조는 진공용해와 진공분위기에서 행한다. 용해는 도가니를 수냉구리 도가니를 사용하기 때문에 고주파유도용해로를 사용할 수 없으므로 진공아크용해나 전자빔용해법을 사용하지만 라이닝 원가, 합금성분 변동이 적은 아크용해법이 쓰여지고 있다.
주형에는 세라믹 쉘 주형이 사용되고 있는데 용탕과 접촉하는 주형의 내벽면에는 Ti합금과 반응이 적은 재질의 내화물이 사용된다. 주입되는 합금에 따라 알루미늄-실리케이트나 산화이트리움이 선택되어 사용된다.
주입금속인 Ti-6Al-4V의 정밀주조품의 표면오염층은 0.08～0.2mm정도로 보고되고 있으며 표면오염층의 두께는 산소농도가 높을수록 두껍게된다고 한다. 표면오염층의 제거방법에는 케미칼 밀링이나 기계가공에 의해 제거됨으로써 피로수명이 최대로 향상된다고 한다.
의료용 생체재료는 인체에 독성이나 알레르기 반응을 나타내지 않고 또한 화학적으로 안정하여야 한다. 아울러 생체재료와 생체와의 상호작용을 의미하는 생체조직적 합성이 있어야 한다. 최근 티타늄 소재는 생체용 재료로 각광을 받고 있는데 특히 티타늄은 경량이면서 내부식성이 뛰어나고 금속재료 중 비교적 낮은 탄성계수를 지니고 있기 때문에 인체내에 고정하는 고정기기용 재료로 사용되고 있다. 티타늄 인공고관절용은 정밀주조에 의해 주조되고 있으며 최근 국내에서도 생산을 위한 연구가 진행되고 있다.
6) 고품질 용탕 정련 기술
고품질이 용구되는 항공엔진의 고압터빈 블레이드에는 진공용해에 의한 Ni기 내열합금이 이용되고 있는데 그 합금의 멜팅 정련의 품질에 따라 터빈 블레이드의 불량율이 크게 좌우된다. 터빈 블레이드의 불량의 대부분은 자이그로 검사에서 발견되는 매우 작은 비금속개재물 때문이다. 비금속개재물의 결함은 멜팅 슬록 중에서 함유되는 질소량과 산소량이 크게 영향을 끼치고 있다. 진공용해 Ni기 내열합금은 밀도가 비교적 낮고 고온강도가 우수하나 주물 제조시 비금속개재물, 열간균열 및 미세한 기공 등의 결함이 발생하기 쉬운 금속이다. 멜팅 슬록의 용해정련법을 개량하여 질소량 및 산소량을 감소시키면 비금속개재물의 결함을 낮출 수 있다고 보고되고 있으므로 이에 대한 용해정련법도 연구 개발진행 중이다.
7) 주형 탈사법의 개량 기술
통상적인 주형 탈사의 방법은 주형을 깨뜨린 후 내화물 제거를 위해 쇼트나 샌드로 블라스트하는 방법이다. 근래에 표면이 부드러운 알루미늄합금이나 마그네슘합금 등은 워트 제트 또는 수중방전 충격법 등을 이용하고 있다. 세라믹 코어를 제거하는 방법에는 코어 구멍이 큰 경우, 워트 제트법으로 제거하나, 터빈 블레이드 같은 구멍이 작고 가늘고 긴 모양이나

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