자동차경량화의발전과함께알루미늄합금주물은자동차에점점더 널리사용되고있습니다. 자동차차체에사용되는일부얇은벽 주물은주로고압주조이며휠 허브, 엔진블록및 실린더헤드와같은일부복잡한구조의주물은대부분저압주조로형성됩니다. 저압주조는안정적인충진, 속도제어가능, 압력하에서응고되어공급이용이하다는특징이있습니다. 그러나저압주조의충전공정에대한관심은충분하지않았습니다. 최근일부연구자들은저압주조공정에서가압속도가너무빠르면용융금속의충전속도가임계충전속도값(0. 5m/s)을초과하여혼입및 슬래그포획결함이발생하고주조비용이감소한다는사실을발견했습니다. 기계적특성. 저압주조의충전과정에서가압속도와주조의구조는혼입결함에영향을미칩니다. 따라서이 주제에서는수치시뮬레이션과실험을결합하여구조가다르고가압속도가다른세 가지평면주물을비교합니다. 혼입결함의원인을규명하고저압주조의원활한충진공정설계에대한참고자료를제공하기위해연구를수행했습니다.
테스트방법
주로주조구조와가압속도가충전공정에미치는영향을조사합니다. 따라서그림 1과같이구조가다른세 가지간단한모델을설계했습니다. 주물의크기는 280mm×150mm×30mm입니다. 세개의평판주물의중심위치는폭포구조의높이가다릅니다. 낙하높이는각각 0, 15, 30mm입니다. 주물의품질에대한구조의영향.
Flow-3D 소프트웨어를사용하여세 가지모델과서로다른충전압력을시뮬레이션했습니다. 소프트웨어에서혼입모델을적용하여다양한방식의충진과정중 혼입량을분석합니다. 이세 가지모델을 STL 파일로저장하고 Flow-3D로가져옵니다. 주조메쉬는 5백만개로나뉩니다. 소프트웨어의자체데이터베이스에따르면주조재료는 ZL101A, 주입온도는 700℃, 합금점도는 0. 0019Pa-, 금형재료는 H13 강철, 예열온도는 250℃입니다. 이세 가지모델의경우시뮬레이션을위해 2000, 1200, 600 및 300Pa/s의부스팅속도를순서대로입력합니다.
시뮬레이션결과에따라가장크고가장작은혼입량을가진모델이시험생산을위해선택됩니다. ZL101A는현장의가스용광로에서제련되며, 수정및 정제를위해 Al-10Sr 및 Al-5Ti-1B 마스터합금이사용됩니다. 공정의파라미터설계는시뮬레이션의파라미터설정과일치합니다. 알루미늄합금상태의일관성을보장하기위해이 실험은도가니에서완료되었습니다. 성공적으로생산된주물의주조기계적특성을분석합니다. 각주물에대해 4개의 M6 인장샘플을채취합니다. 샘플링위치는그림 2에나와있습니다. 각모델은 6개의주물, 총 24개의인장샘플을분석하며국제인장시험이채택됩니다. 표준 DIN EN ISO 6892-1. 기계적특성이가장낮은샘플을채취하고파단분석에 SEM을사용하여기계적특성저하의근본원인을분석합니다.
V3. 1 도식을예로들어그림 3과같이충전과정중 혼입분포를관찰합니다. 충전시간이 2. 9 초일때 용융금속이꾸준히상승하고충전이 3. 6 초에도달하면용융금속이폭포영역으로들어가심한난류와심각한혼입을일으키고충전공정이계속됨에따라낙하영역에서생성된 혼입가스는용융금속이상승함에따라주물에무작위로분포되는것을볼 수있습니다.
시뮬레이션결과는다양한가압속도로충전한후의모델별공기량분포를보여줍니다. 모델 V1의공기량이적고가압속도가증가함에따라공기량이약간증가하는것을볼 수있습니다. 과급속도증가여부에관계없이모델 V2와 V3는혼입정도가다르며분포가다릅니다.
부스트속도와낙하구조물이공기량에미치는영향을명확히하기위해각 방식별공기량을정량적으로분석하고, 그림 5와같이 Flow-3D를통해각 방식별공기량을도출했습니다. 혼입의정량적분석결과에서낙하구조물이없는경우부양속도가증가함에따라혼입량이증가하고, 낙하구조물이있는경우부양속도가증가해도혼입량은크게변하지않으며, 동일한종류의증가압력속도하에서낙하구조물의높이가증가하면혼입량이크게증가한다는것을알 수있습니다. 따라서주조물의낙하구조가혼입량에영향을미치는주요요인입니다. 낙하구조물이없는경우가압속도가함몰량에영향을미칩니다.
실제주조물의기계적특성및 드랙처분석
V1 모델과 V3 모델의경우, 생산시험생산에동일한충전압력속도인 300 Pa/s를사용했습니다. 각모델별로 12개씩생산되었습니다. 주조품질이양호하고윤곽이선명한것을알 수있습니다. 그중 6개는인장테스트바 가공을위해선택되었습니다.
주물의인장강도와연신율은그림 7과같이인장시험을통해얻을수 있습니다. 낙하구조가없는주물의인장강도와연신율은비교적안정적이며평균인장강도는 191MPa이고평균연신율은 5에도달할 수있음을알 수있습니다. 3 %; 30mm 낙하구조의주물의인장강도와연신율연신율은상대적으로낮은값을갖습니다. 평균인장강도는 178MPa이고평균연신율은 3.8%에불과합니다. 낙하구조에서인장강도가 160MPa보다낮은샘플을선택하고그림 8과같이파단에대해 SEM 분석을수행합니다. 파단표면에비교적큰 스케일결함이있는것을확인할수 있습니다. 시뮬레이션결과분석과결합하여주된이유는낙하구조물에서심각한함몰거동이발생하기때문입니다.
