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한국주조공학회지 (주조) update

JOURNAL OF THE KOREAN FOUNDRYMENS SOCIETY

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  • : 주조(~2000)→한국주조공학회지(2001~)

수록정보
수록범위 : 1권1호(1981)~41권5호(2021) |수록논문 수 : 2,084
한국주조공학회지 (주조)
41권5호(2021년 10월) 수록논문
최근 권호 논문
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1고용강화 페라이트계 구상흑연주철의 미세조직 및 기계적 성질에 미치는 Ni 및 Cu의 영향

저자 : 방현식 ( Hyeon-sik Bang ) , 김선중 ( Sun-joong Kim ) , 송수영 ( Soo-young Song ) , 김민수 ( Min-su Kim )

발행기관 : 한국주조공학회 간행물 : 한국주조공학회지 (주조) 41권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 411-418 (8 pages)

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Ni 혹은 Cu 첨가에 따른 고규소 고용강화 페라이트계 구상흑연주철의 기계적 성질과 미세조직 변화를 실험적으로 확인하기 위해, Ni 및 Cu 투입량을 3.0wt% 이내 그리고 0.9wt% 이내에서 조절하여 시편단위 사형주조를 진행하였다. 실험 결과 고용강화 페라이트계 구상흑연주철 내 Ni 혹은 Cu 함량이 증가하면 합금 내 강도 특성과 경도가 증가하였고 연성은 감소하였다. 한편, 합금 내 Ni 및 Cu 함량이 비슷한 경우, Ni이 포함된 고용강화 페라이트계 구상흑연주철보다 Cu가 포함된 합금이 더 높은 펄라이트 분율을 나타내었다. Ni이 포함된 고용강화 페라이트계 구상흑연주철의 미세조직에 미치는 기계적 성질의 경우에는 펄라이트 분율이 10% 이내일 때 강도, 경도, 연신율이 우수하였으나, 펄라이트 분율이 10% 이상 증가할 경우 급격한 연신율 감소를 나타내었다. 한편, Cu가 첨가된 고용강화 페라이트계 구상흑연주철의 경우에는 펄라이트 분율 증가에 따라 강도와 경도는 점점 증가하였으며 연신율은 점점 감소하는것을 확인하였다. 고용강화 페라이트계 구상흑연주철 내 첨가원소에 따른 이러한 미세조직과 기계적 성질 차이는 Cu 대비 Ni의 낮은 펄라이트 안정화 효과와 첨가원소 함량에 따른 기지상 강화효과 차이가 복합적으로 작용하였기 때문으로 판단된다.


In order to experimentally investigate the effect of Ni or Cu addition on microstructure and mechanical properties of high Si Solution Strengthened Ferritic Ductile cast Iron (SSF DI), a series of lab-scale sand casting experiment were conducted by changing initial concentration of Ni up to 3.0wt% or Cu up to 0.9wt% in the alloy. It was found that increase in Ni or Cu content in the alloy leads to increase in strength properties and hardness as well as decrease in ductility. The higher Ni or Cu content the SSF DI has, the higher fraction of pearlite was observed. At similar levels of Ni or Cu contents in the alloy, higher pearlite area fraction was observed in the Cu-containing SSF DI than that in the Ni-containing SSF DI. When the effect of the microstructure on the mechanical properties of Nicontaining SSF DI was considered, Ni-containing SSF DI was found to have excellent strength and hardness as well as good elongation when the pearlite fraction was controlled less than 10%. As the pearlite fraction in the Ni-containing SSF DI exceeds 10%, however, it shows drastic decrease in elongation. Meanwhile, gradual increase in strength and hardness, and decrease in elongation with respect to increase in pearlite fraction were observed in Cu-containing SSF DI. The different microstructure-mechanical property relationships between Ni-containing and Cu-containing SSF DI were due to the combined effect of the relatively weak pearlite stabilizing effect of Ni compared to that of Cu in high Si SSF DI, and matrix strengthening effect caused by the different amounts of those alloying elements required for similar pearlite fraction.

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2Al-Si-Cu 알루미늄 주조 합금의 열간 균열 민감성에 미치는 Cu 함량의 영향

저자 : 오승환 ( Seung-hwan Oh ) , 친밧문크대거 ( Chinbat Munkhdelger ) , 김헌주 ( Heon-joo Kim )

발행기관 : 한국주조공학회 간행물 : 한국주조공학회지 (주조) 41권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 419-433 (15 pages)

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Al-Si-Cu 합금은 구리 첨가에 따른 석출경화로 경도와 강도가 현저하게 강한 합금을 생성하는 장점이 있습니다. 그러나 구리를 첨가하면 Al-Si-Cu 합금의 응고 범위가 확장되고 합금은 응고 중에 발생하는 가장 흔하고 심각한 파단 현상 중 하나 열간 균열이 발생하기 쉽습니다. 합금의 열간 균열 특성에 대한 기존의 평가 방법은 이 특성에 대한 정량적 데이터를 제공하지 않는 상대적이고 정성적인 분석 방법입니다. 이 연구에서 Al-Si-Cu 주조 합금의 열간 균열 특성에 대한 더 신뢰할 수있는 정량 데이터를 얻기 위해 Instone et. al 이 개발 한 장치를 부분적으로 수정되었습니다. Cu 원소의 영향을 평가하기 위해 Al-Si-Cu 계 합금에서 4 가지 수준의 Cu 함량을 (0.5, 1.0, 3.0, 5.0) wt. %로 설정하고 각 합금에 대해 열간 균열 특성을 평가했습니다. Cu 함량이 증가함에 따라 열간 균열 강도는 (2.26, 1.53, 1.18, 1.04) MPa)로 감소했습니다. 열간 균열이 발생하는 시점, Cu 함량이 증가함에 따라 고액 공존 범위가 증가하여 동일 온도에서 해당 고상율 및 응고 속도가 감소하였다. 파단면의 형태는 수상 돌기에서 잔류 액상으로 덮인 수상 돌기로 바뀌었고, 열간 균열 발생 인근에서 CuAl2 상이 관찰되었다.


Al-Si-Cu alloys benefit from the addition of copper for better hardness and strength through precipitation hardening, which results in remarkably strong alloys. However, the addition of copper expands the solidification range of Al-Si-Cu alloys, and due to this, these alloys become more prone to hot tearing, which is one of the most common and serious fracture phenomena encountered during solidification. The conventional evaluation method of the hot tearing properties of an alloy is a relative and qualitative analysis approach that does not provide quantitative data about this phenomenon. In the present study, the mold itself part of a device developed in Instone et al. was partially modified to obtain more reliable quantitative data pertaining to the hot tearing properties of an Al-Si-Cu casting alloy. To assess the influence of Cu element, four levels of Cu contents were tested (0.5, 1.0, 3.0, and 5.0 wt.%) in the Al-Si-Cu system alloy and the hot tearing properties were evaluated in each case. As the Cu content was increased, the hot tearing strength decreased to 2.26, 1.53, 1.18, and 1.04 MPa, respectively. At the moment hot tearing occurred, the corresponding solid fraction and solidification rate decreased at the same temperature due to the increase in the solid-liquid coexistence range as the Cu content increased. The morphology of the fracture surfaces was changed from dendrites to dendrites covered with residual liquid, and CuAl2 phases were observed in the vicinity of hot tearing.

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3Al-xSi합금의 인장특성에 미치는 공정 Si입자의 파단과 미소기공율의 영향

저자 : 이충도 ( Choongdo Lee )

발행기관 : 한국주조공학회 간행물 : 한국주조공학회지 (주조) 41권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 434-444 (11 pages)

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본 연구에서는 미소기공과 Si석출상의 파단으로 구성되는 유효기공 면적분율에 대한 인장특성의 결함민감도 관점에서 Al-Si합금의 인장특성을 공정 Si입자의 분포양상 변화에 대하여 평가하고자 하였다. Al-xSi(x=2,5,8,11)합금의 주방상태 미세조직인 망상구조의 공정 Si입자는 T4처리를 통하여 과립형태로 변형시켰으며, CT분석과 주사전자현미경 관찰을 통하여 미소기공의 분포와 크기를 평가하였다. CT분석과 주사전자현미경의 비교분석을 통하여 인장변형과정에서의 균열성장이 최대 기공율을 포함하는 국부영역에서 발생함을 확인할 수 있었다. 그럼에도 불구하고 이들 분석방법에는 미소기공 인접영역에서의 소성변형집중과 미소기공의 분포양상에 의해 파생되는 실제적인 차이를 포함하기 때문에 정확히 일치된 결과를 얻을 수 없었다. 유효기공 면적분율의 변화에 대한 인장강도와 연신율의 변화는 과립형태보다 망상구조 정출상의 분율변화에 더욱 민감한 의존도를 가진다.


This study investigated the overall dependence of the tensile properties of Al-Si alloys on the distribution aspect of a eutectic Si particle in terms of defect susceptibility to the effective void area fraction, referring to the sum of pre-existing microvoids and the damage evolution of the Si particle. The network morphology of as-cast Al-xSi (x=2,5,8,11) alloys was modified to a granular type via a T4 treatment, after which a computational topography (CT) analysis and scanning electron microscope (SEM) observations were utilized to evaluate the size and distribution of the microvoids. The CT and SEM analyses indicated that the main cracks grow along local regions that possess the highest porosity level. The local plastic deformation around the microvoids and the distribution aspect of the microvoids induced a practical difference between the iso-volumetric CT measurement and the SEM fractography outcomes. The results demonstrated that the overall dependence of the ultimate tensile strength (UTS) and elongation on the effective void area fraction is more sensitive to the variation of the area fraction of the Si particle in the network morphology than in the granular type; this is due to the sequential damage evolution of the neighboring Si particles in the eutectic Si colony.

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4내열 주조 합금(IN-657) 파괴 거동 해석을 위한 Ni-Cr-Nb-C 시스템 열역학 모델링

저자 : 김동응 ( Dongeung Kim )

발행기관 : 한국주조공학회 간행물 : 한국주조공학회지 (주조) 41권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 445-453 (9 pages)

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다양한 합금계에 대한 계산열역학은 CALPHAD 기법으로 잘 알려져있다. 실험적으로 측정된 열역학 특성들을 활용하여 각상에 대한 Gibbs 에너지 모델 파라미터들을 구하여, 주로 실험적으로 측정되지 못한 영역에 대한 예측이나 실험 결과에 대한 열역학 해석에 활용되고 있다. 본 연구에서는 내열 주조 합금 (IN-657)이 장시간 사용 후에 일정 영역에서 파괴되는 현상의 열역학적 해석을 위해 Ni-Cr-Nb-C 사원계 시스템의 열역학 모델링을 수행하였고, Cr 함량에 따른 시스템의 안정상, 온도에 따른 상분율 및 Ni2Cr상의 long range ordering 파라미터를 계산하였고 실험결과와 비교하였다. 계산된 열역학 물성들은 실험으로 보고된 파괴 온도 영역 및 해당 영역에서 생성된 안정상에 대한 결과를 잘 설명한다. CALPHAD 기법을 통한 열역학 모델링은 다양한 주조 합금의 열역학적 거동을 해석하고 예측하는데 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.


Computational thermodynamics for various alloy systems is well known as the CALPHAD technique. Gibbs energy model parameters for each phase are obtained from experimentally measured thermodynamic properties and are mainly used to predict areas not experimentally measured and to analyze experimental results thermodynamically. In this study, the thermodynamic modeling of the Ni-Cr-Nb-C quaternary system is conducted for a thermodynamic analysis of the phenomena by which heat-resistant cast alloys (IN-657) are destroyed in certain areas after long-term use. The stable phases in the system according to the Cr content, phase fraction depending on the temperature, and long-range ordering parameters for the Ni2Cr phase are calculated and compared to results obtained experimentally. The calculated thermodynamic properties suitably explain the experimentally reported fracture temperature range and the results of stable phases formed in the fractured areas. Thermodynamic modeling through the CALPHD method is expected to be useful for analyzing and predicting the thermodynamic behaviors of various cast alloys.

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