KR102121460B1 - 이중 담금 과정을 포함하는 주조 공정 - Google Patents

이중 담금 과정을 포함하는 주조 공정 Download PDF

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Abstract

이 발명은 이중 담금 과정을 포함하는 주조 공정에 관한 것으로 더욱 자세하게 설명하자면 알루미늄의 주조 후 금형과 함께 1차 담금 용액에 넣어 공냉(Air Quenching)보다 느린 속도로 균일하게 담금질하여 금형과 주조품을 모두 보호하며, 금형에서 분리한 알루미늄 주조품을 320~350℃가 유지되는 열처리로에서 1~1.5시간 동안 뜨임처리(Tempering) 후, 2차 담금 용액에 넣어 수냉(Water Quenching)보다 빠른 속도로 담금질하여 금형을 강화하는 것을 특징으로 하는 주조 공정에 관한 것으로, 이 발명의 방법의 구성은, 알루미늄 잉곳(ingot)을 700~750℃의 온도로 용해하는 단계(S10), 상기의 용해된 알루미늄 용탕의 균일한 열전달을 위하여 용탕을 1차 교반하는 단계(S20), 상기의 교반된 알루미늄 용탕의 드로스(Dross)를 제거하는 단계(S30), 상기의 드로스가 제거된 알루미늄 용탕에 합금 원소를 장입하는 단계(S40), 상기의 합금 원소가 장입된 알루미늄 용탕을 2차 교반하는 단계(S50), 상기의 2차 교반된 알루미늄 용탕의 탈가스 처리 및 이물질 제거 단계(S60), 상기의 탈가스 처리 및 이물질이 제거된 알루미늄 합금 용탕을 금형에 주입하여 주조품을 생성하는 단계(S70), 상기의 생성된 알루미늄 주조품을 금형과 함께 열처리로에 넣어 냉각시키는 단계(S80), 상기의 냉각된 알루미늄 주조품을 금형과 함께 1차 담금 용액에 담가 냉각하는 1차 담금질 단계(S90), 상기의 1차 담금질이 끝난 알루미늄 주조품을 금형과 분리하는 단계(S100), 상기의 분리된 금형의 모서리에 발생된 스크랩을 제거하는 단계(S110), 상기의 스크랩 제거가 끝난 알루미늄 주조품을 열처리로에 넣어 풀림(Annealing)처리하는 단계(S120), 상기의 풀림처리 된 알루미늄 주조품을 2차 담금 용액에 담가 냉각하여 주조품의 표면을 강화시키는 2차 담금질 단계(S130), 상기의 2차 담금질을 마친 알루미늄 주조품을 알코올을 이용하여 고압세척한 후 건조하는 단계(S140), 상기의 세척/건조된 알루미늄 주조품에 케프라 코팅을 실시하는 단계(S150), 상기의 케프라 코팅 작업을 실시한 알루미늄 주조품을 상온에 4일가량 방치하여 시효경화시키는 단계(S160)를 포함하여 이루어지면 바람직하다.

Description

이중 담금 과정을 포함하는 주조 공정{Casting Process Including Double Dip Process}
이 발명은 이중 담금 과정을 포함하는 주조 공정에 관한 것으로 더욱 자세하게 설명하자면 알루미늄의 주조 후 금형과 함께 1차 담금 용액에 넣어 공냉(Air Quenching)보다 느린 속도로 균일하게 담금질하여 금형과 주조품을 모두 보호하며, 금형에서 분리한 알루미늄 주조품을 320~350℃가 유지되는 열처리로에서 1~1.5시간 동안 뜨임처리(Tempering) 후, 2차 담금 용액에 넣어 수냉(Water Quenching)보다 빠른 속도로 담금질하여 금형을 강화하는 것을 특징으로 하는 주조 공정에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 무게가 10% 감소하면, 평균적으로 5~7% 수준의 연비 절감이 가능하며 이러한 이유로 기존의 철강(Steel)소재보다 가벼우면서 충분한 강도를 가지고 있는 알루미늄이 여러 업계에서 각광받고 있다. 지금까지는 주요 브랜드 중 아우디나 재규어, 랜드로버 등의 고급 자동차 브랜드를 중심으로 알루미늄 소재 사용 비율이 증가하는 추세였으나, 최근에는 일반 자동차 제조업계에서도 알루미늄 사용 비율이 증가하고 있으며, 특히 미국 내 주요 시장조사기관인 Ducker Worldwide사는 2025년까지 자동차 내 알루미늄 소재의 사용 비율이 2015년 대비 2배 이상 증가할 것으로 전망하고 있다.
알루미늄의 가장 대표적인 특징인 높은 비강도 특성과 함께 알루미늄이 각광받고 있는 이유는 첨가할 수 있는 합금이 굉장히 다양하기 때문이기도 하다. 특히 Si, Cu, An, Mg, Li, Fe, Ti, Mn, Sn 등의 합금이 첨가되어 금속간화합물 구성함으로써 고용강화제의 역할을 하며 알루미늄의 강도를 보강한다.
또 다른 알루미늄 강도 보강 방법에는 열처리 법이 있으며, 특히 열처리 후 담금질을 하는 방법은 대부분의 금속 강도를 보강하는 방법으로 사용되고 있다. 이는 고온의 금속을 급랭시켜 금속 내에 전위를 밀집시켜 재료를 경화하는 방법으로, 강도가 세지는 장점이 있으나, 잔류응력의 증가로 인하여 취성이 함께 증가하는 단점도 존재한다. 특히 주조품의 온도를 낮추기 위해 행하는 담금질의 경우 주조품 내부의 취성파손을 야기할 수 있다는 문제가 존재한다.
대한민국등록특허공보 공개번호 10-1998-0019541
이에 이 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 알루미늄 주조 후 금형과 함께 250~300℃가 유지되는 로에 넣어 10~20분 동안 냉각한 후, 1차 담금 용액에 넣어 금형과 주조품을 모두 보호한 후, 320~350℃가 유지되는 열처리로에서 1~1.5시간 동안 뜨임처리 후, 2차 담금 용액에서의 냉각으로 주조품을 경화시키는 이중 담금 과정을 포함하는 주조 공정을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 수단으로 이 발명의 방법의 구성은, 알루미늄 잉곳(ingot)을 700~750℃의 온도로 용해하는 단계, 상기의 용해된 알루미늄 용탕의 균일한 열전달을 위하여 용탕을 1차 교반하는 단계, 상기의 교반된 알루미늄 용탕의 드로스(Dross)를 제거하는 단계, 상기의 드로스가 제거된 알루미늄 용탕에 합금 원소를 장입하는 단계, 상기의 합금 원소가 장입된 알루미늄 용탕을 2차 교반하는 단계, 상기의 2차 교반된 알루미늄 용탕의 탈가스 처리 및 이물질 제거 단계, 상기의 탈가스 처리 및 이물질이 제거된 알루미늄 합금 용탕을 금형에 주입하여 주조품을 생성하는 단계, 상기의 생성된 알루미늄 주조품을 금형과 함께 열처리로에 넣어 냉각시키는 단계, 상기의 냉각된 알루미늄 주조품을 금형과 함께 1차 담금 용액에 담가 냉각하는 1차 담금질 단계, 상기의 1차 담금질이 끝난 알루미늄 주조품을 금형과 분리하는 단계, 상기의 분리된 알루미늄 주조품의 모서리에 발생된 스크랩을 제거하는 단계, 상기의 스크랩 제거가 끝난 알루미늄 주조품을 열처리로에 넣어 풀림(Annealing)처리하는 단계, 상기의 풀림처리 된 알루미늄 주조품을 2차 담금 용액에 담가 냉각하여 주조품의 표면을 강화시키는 2차 담금질 단계, 상기의 2차 담금질을 마친 알루미늄 주조품을 알코올을 이용하여 고압세척한 후 건조하는 단계, 상기의 세척/건조된 알루미늄 주조품에 케프라 코팅을 실시하는 단계, 상기의 케프라 코팅 작업을 실시한 알루미늄 주조품을 상온에 4일가량 방치하여 시효경화시키는 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
또한 이 발명의 구성으로 상기의 탈가스 처리 및 이물질 제거 단계를 마친 알루미늄 용탕의 온도는, 670~700℃로 이루어지면 바람직하다.
또한 이 발명의 구성으로 상기한 알루미늄 주조품을 금형과 함께 열처리로에 넣어 냉각시키는 단계의 알루미늄 주조품과 금형 장입 시 열처리로의 온도는 250~300℃으로, 약 10~20분 동안 로냉(furnace cooling)하여 금형의 표면과 열처리로의 온도를 유사하게 이루어지면 바람직하다.
또한 이 발명의 구성으로 상기한 풀림처리는, 190~240℃의 온도에서 1~1.5시간만큼 지속하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 이 발명의 구성으로 상기한 1차 담금 용액은, 파라핀계 광유 100 중량부에 브라이트스톡 20중량부와 터펜폴리머레진 5중량부를 포함하여 합성되는 것이 바람직하다.
또한 이 발명의 구성으로 상기한 2차 담금 용액은, 물 100 중량부에 폴리알킬렌글리콜 2~8중량부로 합성되며, 상기의 폴리알킬렌글리콜은 옥시에틸렌 100중량부에 옥시프로필렌 50~100중량부를 포함하여 합성되는 것이 바람직하다.
이 발명의 주조 공정에 따라 완성된 알루미늄 주조품의 경우 금형과 함께 1차 담금 과정을 진행하여 금형과 주조품을 모두 보호하여 금형의 경우 수명이 연장되고, 주조품의 경우 취성파손 등의 내부 결함율이 감소하며 또한 2차 담금 과정까지 진행된 주조품의 경우 기존의 주조 공정에 따라 완성된 알루미늄 주조품에 비하여 고강도의 주조품을 얻을 수 있다.
도 1은 이 발명 실시예에 따른 이중 담금 과정을 포함하는 주조 공정 흐름도이다.
이하, 이 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과에 대한 이점이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 실시 가능한 예 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시예에 의해서 한정되거나 제한되는 것이 아니고, 이 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 균등물 내지 대체물들을 포함하는 다양한 변화, 부가 및 변경이 가능하다.
또한, 본원의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어의 표현은, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되며, 이 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 이 발명 실시예에 따른 이중 담금 과정을 포함하는 주조공정 흐름도이다.
도 1에 도시된 것과 같이 이 발명 실시예에 따른 이중 담금 과정을 포함하는 주조 공정 흐름도의 구성은, 상기의 목적을 달성하기 위한 수단으로 이 발명의 방법의 구성은, 알루미늄 잉곳(ingot)을 700~750℃의 온도로 용해하는 단계(S10), 상기의 용해된 알루미늄 용탕의 균일한 열전달을 위하여 용탕을 1차 교반하는 단계(S20), 상기의 교반된 알루미늄 용탕의 드로스(Dross)를 제거하는 단계(S30), 상기의 드로스가 제거된 알루미늄 용탕에 합금 원소를 장입하는 단계(S40), 상기의 합금 원소가 장입된 알루미늄 용탕을 2차 교반하는 단계(S50), 상기의 2차 교반된 알루미늄 용탕의 탈가스 처리 및 이물질 제거 단계(S60), 상기의 탈가스 처리 및 이물질이 제거된 알루미늄 합금 용탕을 금형에 주입하여 주조품을 생성하는 단계(S70), 상기의 생성된 알루미늄 주조품을 금형과 함께 열처리로에 넣어 냉각시키는 단계(S80), 상기의 냉각된 알루미늄 주조품을 금형과 함께 1차 담금 용액에 담가 냉각하는 1차 담금질 단계(S90), 상기의 1차 담금질이 끝난 알루미늄 주조품을 금형과 분리하는 단계(S100), 상기의 분리된 금형의 모서리에 발생된 스크랩을 제거하는 단계(S110), 상기의 스크랩 제거가 끝난 알루미늄 주조품을 열처리로에 넣어 풀림(Annealing)처리하는 단계(S120), 상기의 풀림처리 된 알루미늄 주조품을 2차 담금 용액에 담가 냉각하여 주조품의 표면을 강화시키는 2차 담금질 단계(S130), 상기의 2차 담금질을 마친 알루미늄 주조품을 알코올을 이용하여 고압세척한 후 건조하는 단계(S140), 상기의 세척/건조된 알루미늄 주조품에 케프라 코팅을 실시하는 단계(S150), 상기의 케프라 코팅 작업을 실시한 알루미늄 주조품을 상온에 4일가량 방치하여 시효경화시키는 단계(S160)를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 때 알루미늄 잉곳을 용해하는 단계(S10)의 온도는 700~750℃가 바람직하며 이 온도가 700℃ 미만일 경우 알루미늄이 충분히 용해되지 않을 수 있으며, 750℃를 초과할 경우 이어지는 교반과정에서 수소가 과잉 충진되어 올바른 알루미늄 용탕을 획득할 수 없게 되어 바람직하지 않다.
또한 이 때 이물질이 제거된 알루미늄 용탕을 금형에 주입하는 단계(S70)에서 용탕의 온도는 670~700℃인 것이 바람직하며, 이 온도가 670℃ 미만일 경우 알루미늄 용탕이 금형에 주입되기 전에 응고되어버리는 문제가 발생할 수 있으며, 700℃를 초과할 경우 경도와 강도, 연신력이 감소되는 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
또한 이 때 알루미늄 주조품을 금형과 함께 열처리로에 넣어 냉각시키는 단계(S80)에서 열처리로의 온도는 250~300℃에서 10~20분간 이루어지는 것이 바람직하며, 열처리 온도가 250℃ 미만일 경우 알루미늄의 강도가 떨어질 수 있고, 300℃를 초과할 경우 1차 담금질 단계(S90)에서 금형에 냉간 충격을 줄 수 있으며, 냉각 시간이 10분 미만일 경우 충분한 로냉이 이루어지지 않아 알루미늄 주조품 내에 잔류응력이 충분히 해소되지 못하며, 20분을 초과할 경우 주조품 내의 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
또한 이 때 스크랩 제거가 끝난 알루미늄 주조품을 열처리로에 넣어 풀림처리하는 단계(S120)에서 풀림 온도는 190~240℃로 1~1.5시간만큼 이루어지는 것이 바람직하며, 열처리 온도가 190℃미만일 경우 주조품의 강도에 충분한 영향을 주지 못하고, 240℃를 초과할 경우 이후 이루어지는 2차 담금질 단계에서 주조품의 균열을 야기할 수 있으며, 풀림 시간이 1시간 미만일 경우 주조품의 강도 변화에 충분한 영향을 주지 못하고, 1.5시간을 초과할 경우 알루미늄 주조품의 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.

Claims (6)

  1. 알루미늄 잉곳(ingot)을 700~750℃의 온도로 용해하는 단계;
    상기의 용해된 알루미늄 용탕의 균일한 열전달을 위하여 용탕을 1차 교반하는 단계;
    상기의 교반된 알루미늄 용탕의 드로스(Dross)를 제거하는 단계;
    상기의 드로스가 제거된 알루미늄 용탕에 합금 원소를 장입하는 단계;
    상기의 합금 원소가 장입된 알루미늄 용탕을 2차 교반하는 단계;
    상기의 2차 교반된 알루미늄 용탕의 탈가스 처리 및 이물질 제거 단계;
    상기의 탈가스 처리 및 이물질이 제거된 알루미늄 합금 용탕을 금형에 주입하여 주조품을 생성하는 단계;
    상기의 생성된 알루미늄 주조품을 금형과 함께 열처리로에 넣어 냉각시키는 단계;
    상기의 냉각된 알루미늄 주조품을 금형과 함께 1차 담금 용액에 담가 냉각하는 1차 담금질 단계;
    상기의 1차 담금질이 끝난 알루미늄 주조품을 금형과 분리하는 단계;
    상기의 분리된 알루미늄 주조품의 모서리에 발생된 스크랩을 제거하는 단계;
    상기의 스크랩 제거가 끝난 알루미늄 주조품을 열처리로에 넣어 풀림(Annealing)처리하는 단계;
    상기의 풀림처리 된 알루미늄 주조품을 2차 담금 용액에 담가 냉각하여 주조품의 표면을 강화시키는 2차 담금질 단계;
    상기의 2차 담금질을 마친 알루미늄 주조품을 알코올을 이용하여 고압세척한 후 건조하는 단계;
    상기의 세척/건조된 알루미늄 주조품에 케프라 코팅을 실시하는 단계;
    상기의 케프라 코팅 작업을 실시한 알루미늄 주조품을 상온에 4일간 방치하여 시효경화시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 이중 담금 과정을 포함하는 주조 공정.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기의 탈가스 처리 및 이물질 제거 단계를 마친 알루미늄 용탕의 온도는,
    670~700℃인 것을 특징으로 하는 이중 담금 과정을 포함하는 주조 공정.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기한 알루미늄 주조품을 금형과 함께 열처리로에 넣어 냉각시키는 단계에서,
    알루미늄 주조품과 금형 장입 시 열처리로의 온도는 250~300℃이며,
    10~20분 동안 로냉(furnace cooling)하여 금형의 표면과 열처리로의 온도를 유사하게 하는 것을 특징으로 하는 이중 담금 과정을 포함하는 주조 공정.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기한 풀림처리는,
    190~240℃의 온도에서 1~1.5시간만큼 지속되는 것을 특징으로 하는 이중 담금 과정을 포함하는 주조 공정.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기한 1차 담금 용액은,
    파라핀계 광유 100 중량부에 브라이트스톡 20중량부와 터펜폴리머레진 5중량부를 포함하여 합성되는 것을 특징으로 하는 이중 담금 과정을 포함하는 주조 공정.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기한 2차 담금 용액은,
    물 100 중량부에 폴리알킬렌글리콜 2~8중량부로 합성되며,
    상기의 폴리알킬렌글리콜은 옥시에틸렌 100중량부에 옥시프로필렌 50~100중량부를 포함하여 합성되는 것을 특징으로 하는 이중 담금 과정을 포함하는 주조 공정.
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