KR102197770B1 - Manufacturing method of casting bronze having high tensile strength and casting bronze made therefrom - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 유기 주조재 제조방법은 Sn: 16 내지 22 중량%, 잔부 Cu 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 합금 용탕을 제조하는 단계; 상기 합금 용탕을 일정 형태의 금형에 주입시켜 유기 주조재로 주조하는 단계; 및 금형에서 취출한 후의 온도가 520 ℃ 이상인 상기 유기 주조재를 상온의 물에 급냉시키는 냉각단계;를 포함하는 인장강도가 우수한 유기 주조재를 제조할 수 있는 장점이 있다. The organic casting material manufacturing method according to the present invention comprises the steps of preparing a molten alloy consisting of Sn: 16 to 22% by weight, the balance Cu and other unavoidable impurities; Casting the molten alloy into an organic casting material by injecting the molten alloy into a mold of a predetermined shape; And a cooling step of rapidly cooling the organic casting material having a temperature of 520° C. or higher after being taken out of the mold in water at room temperature. It is possible to manufacture an organic casting material having excellent tensile strength.
Description
본 발명은 주조 결함을 감소시키고 인장강도가 높은 유기를 제조할 수 있는 유기 주조재 제조방법 및 이로부터 제조된 유기 주조재에 관한 것이다.The present invention relates to an organic casting material manufacturing method capable of reducing casting defects and producing an organic material having high tensile strength, and an organic casting material manufactured therefrom.
유기는 식기, 제기는 물론 악기, 일반 생활용품 등으로 사용되고 있는 구리-주석 합금을 의미한다. 유기는 제조방식에 따라 고온 가공 및 성형과 담금질로 만들어지는 방짜유기와, 일정한 틀에 유기 쇳물을 부어 최종 형상으로 만들어내는 주조유기가 있다. Organic refers to a copper-tin alloy that is used not only for tableware and ware, but also for musical instruments and general household items. There are two types of organic materials: Bangja organic, which is made by high-temperature processing, molding, and quenching according to the manufacturing method, and casting organic material, which is made by pouring organic molten water into a certain mold.
일반적으로 주석의 함량이 16% 이상이 되면 강도와 경도가 높은 반면에 연신율과 가공성이 매우 나빠져 주조용 합금으로만 활용이 가능한 문제가 있다. 예컨대, 중량비로 구리 78%와 주석 22%를 함유하는 방짜유기의 경우, 약 850°C에서 응고가 시작되면서 초정이라고 불리우는 α상이 나타나게 되고 799°C에서 응고가 완료되면서 β상 또는 α+β상이 나타나게 된다. In general, when the content of tin is 16% or more, strength and hardness are high, but elongation and workability are very poor, so that it can be used only as a casting alloy. For example, in the case of Bangja Organic, which contains 78% copper and 22% tin by weight, coagulation begins at about 850°C, resulting in an α-phase called primary crystal, and when coagulation is completed at 799°C, the β-phase or α+β-phase Will appear.
온도가 내려감에 따라 서서히 α상의 양이 많아지고 586°C에서 남아있던 β상은 공석반응을 통해 α+γ상으로 바뀌게 되며 다시 온도가 내려가면서 α상의 양이 늘어나게 되고 520°C에서 γ상은 또 다른 공석반응을 통해 α+δ상으로 바뀌게 된다. As the temperature decreases, the amount of α phase gradually increases, and the β phase remaining at 586°C changes to α+γ phase through eutectoid reaction.As the temperature decreases, the amount of α phase increases.At 520°C, the γ phase becomes another It is converted into α+δ phase through eutectoid reaction.
이어서, 다시 350°C에서 δ상은 α+ε상으로 변태를 하지만 실제로 주조조직에서는 ε상은 관찰되지 않으며 그 이유는 변태속도가 느려서 일반적인 냉각과정에서는 반응이 일어나지 않기 때문이다. Subsequently, at 350 °C again, the δ phase transforms into an α+ε phase, but the ε phase is not actually observed in the casting structure, because the transformation rate is slow and the reaction does not occur in a general cooling process.
최종적으로 중량비로 구리 78%와 주석 22%를 함유하는 방짜유기의 일반적인 주조조직은 수지상정(Dendrite) 형상의 α+δ상이 된다. 방짜유기의 주조조직에서 나타나는 δ상은 Cu31Sn8의 금속간 화합물로서 매우 취약하기 때문에, 연신율이 매우 낮고 깨지기 쉬워지는 문제가 있다. Finally, the general casting structure of Bangja Organic containing 78% copper and 22% tin by weight is a dendrite-shaped α+δ phase. Since the δ phase appearing in the cast structure of the anti-jamming organic material is very fragile as an intermetallic compound of Cu 31 Sn 8 , there is a problem that the elongation is very low and it is fragile.
한편, 전통적인 유기의 주조 방법은, 도 1에서 나타낸 바와 같이 물이 가득 채워진 반달 모양의 금형에 용해가 완료된 유기 용탕을 주입하여 바둑이라고 불리는 반달 모양의 유기 주조재를 만드는 것이다. On the other hand, the traditional organic casting method is to make a half-moon-shaped organic casting material called Go by injecting a melted organic molten metal into a half-moon-shaped mold filled with water as shown in FIG. 1.
이와 같은 전통적인 유기의 주조방법으로 제조된 주조재는, 응고 과정 중에서의 금형에 채워진 물과의 반응으로 인하여 도 2에서 보는 바와 같이 가스 결함, 산화물 결함 등의 많은 주조결함이 나타나게 된다. 이러한 유기 주조재의 주조결함으로 인하여 열간 압연, 열간 단조 등의 열간 가공과 절삭, 연마 등의 냉간 가공 단계를 거쳐서 완성되는 최종 유기 제품에는 표면 결함 및 표면 변색 등이 발생하여 제품 불량의 원인이 될 뿐만 아니라 또한 주조재의 인장강도가 150~230MPa로서 절대값이 낮고 인장강도의 편차가 심한 문제점이 있다. Casting materials manufactured by such a traditional organic casting method have many casting defects such as gas defects and oxide defects as shown in FIG. 2 due to reaction with water filled in the mold during the solidification process. Due to the casting defects of these organic castings, surface defects and discoloration occur in the final organic product completed through hot processing such as hot rolling and hot forging, and cold processing such as cutting and polishing, leading to product defects. In addition, the tensile strength of the cast material is 150-230 MPa, so the absolute value is low, and there is a problem in that the tensile strength varies greatly.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 종래 유기 주조재 대비 인장강도가 높은 유기 주조재 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention was conceived to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an organic cast material having higher tensile strength compared to the conventional organic cast material.
본 발명의 다른 목적은 간단한 방법으로 유기 주조재의 인장강도를 향상시킬 수 있는 유기 주조재 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an organic cast material capable of improving the tensile strength of the organic cast material by a simple method.
본 발명의 또 다른 목적은 제조되는 유기 주조재의 가스 결함, 산화물 결함 등의 주요 결함을 감소시켜 높은 품질의 유기 주조재를 제조할 수 있는 유기 주조재 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an organic cast material capable of producing a high quality organic cast material by reducing major defects such as gas defects and oxide defects of the organic cast material to be produced.
본 발명에 의한 유기 주조재 제조방법은 Sn: 16 내지 22 중량%, 잔부 Cu 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 합금 용탕을 제조하는 단계; 상기 합금 용탕을 일정 형태의 금형에 주입시켜 유기 주조재로 주조하는 단계; 및 금형에서 취출한 후의 온도가 520 ℃ 이상인 상기 유기 주조재를 상온의 물에 급냉시키는 냉각단계;를 포함한다.The organic casting material manufacturing method according to the present invention comprises the steps of preparing a molten alloy consisting of Sn: 16 to 22% by weight, balance Cu and other inevitable impurities; Casting the molten alloy into an organic casting material by injecting the molten alloy into a mold of a predetermined shape; And a cooling step of rapidly cooling the organic cast material having a temperature of 520° C. or higher after being taken out of the mold in water at room temperature.
본 발명의 일 실시예에 의한 유기 주조재 제조방법에서 상기 합금 용탕은 Sn : 16 내지 20 중량%, 잔부 Cu 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. In the method for manufacturing an organic cast material according to an embodiment of the present invention, the molten alloy may contain Sn: 16 to 20% by weight, the balance Cu, and other unavoidable impurities.
본 발명의 일 실시예에 의한 유기 주조재 제조방법에서 상기 금형에서 취출한 후의 상기 유기주조재의 온도는 520℃ 내지 799℃ 일 수 있다.In the method for manufacturing an organic casting material according to an embodiment of the present invention, the temperature of the organic casting material after being taken out from the mold may be 520°C to 799°C.
본 발명의 일 실시예에 의한 유기 주조재 제조방법에서 상기 냉각단계를 거친 유기 주조재의 인장강도가 500MPa 이상일 수 있다.In the method for manufacturing an organic casting material according to an embodiment of the present invention, the tensile strength of the organic casting material subjected to the cooling step may be 500 MPa or more.
본 발명의 일 실시예에 의한 유기 주조재 제조방법에서 상기 냉각단계를 거친 유기 주조재는 마르텐사이트 변태를 거친 것일 수 있다.In the method for manufacturing an organic casting material according to an embodiment of the present invention, the organic casting material that has undergone the cooling step may have undergone martensite transformation.
본 발명의 일 실시예에 의한 유기 주조재 제조방법에서 상기 냉각단계를 거친 유기 주조재는 α+β‘ 상의 복합조직 또는 α+γ’ 상의 복합조직을 포함할 수 있다.In the method for manufacturing an organic cast material according to an embodiment of the present invention, the organic cast material that has undergone the cooling step may include a composite structure of an α+β' phase or a composite structure of an α+γ' phase.
본 발명은 또한 유기 주조재를 제공하며, 본 발명에 의한 유기 주조재는 본 발명의 일 실시예에 의한 유기 주조재 제조방법으로 제조된 것일 수 있다.The present invention also provides an organic casting material, the organic casting material according to the present invention may be manufactured by the organic casting material manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 의한 유기 주조재 제조방법은 금형에서 취출한 직후 520℃ 이상의 유기 주조재를 상온의 물에 급냉시키는 단계를 포함함으로써, 간단한 방법으로 노냉 또는 공냉 등의 기타 다른 냉각방식을 이용한 경우 대비 높은 인장강도의 유기 주조재를 제조할 수 있는 장점이 있으며, 나아가 제조되는 유기 주조재의 결함을 최소화할 수 있는 장점이 있다.The organic casting material manufacturing method according to the present invention includes the step of quenching the organic casting material of 520°C or higher in water at room temperature immediately after being taken out of the mold, so that it is higher than the case of using other cooling methods such as furnace cooling or air cooling as a simple method. There is an advantage of being able to manufacture an organic cast material of tensile strength, and further, there is an advantage of minimizing defects of the organic cast material to be produced.
이러한 장점으로 인하여, 본 발명에 따른 유기 주조재 제조방법에 의해 제조된 유기 주조재는 식기, 제기, 악기 및 일반 생활용품 등에 적합하게 사용할 수 있는 장점이 있다. Due to these advantages, the organic casting material manufactured by the method for manufacturing an organic casting material according to the present invention has the advantage that it can be suitably used for tableware, pottery, musical instruments and general household goods.
한편, 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.On the other hand, even if it is an effect not explicitly mentioned, it is added that the effect described in the following specification expected by the technical features of the present invention and the provisional effect thereof are treated as described in the specification of the present invention.
도 1은 전통적인 유기의 주조방법을 대략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1과 같은 전통적인 유기의 주조방법으로 주조된 유기의 표면을 관찰한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 사용된 주조 금형을 도시한 것이다.
도 4는 구리-주석 합금의 평형반응과 상변태 온도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의해 제조된 유기의 표면을 관찰한 것이다.
도 6은 실시예 및 비교예에 의한 유기를 XRD를 통해 분석한 것이다. 1 schematically shows a traditional organic casting method.
2 is an observation of the surface of the organic cast by the traditional organic casting method as shown in FIG.
3 shows a casting mold used in an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the equilibrium reaction and phase transformation temperature of the copper-tin alloy.
5 is an observation of an organic surface prepared according to an embodiment of the present invention.
6 is an analysis of organic according to Examples and Comparative Examples through XRD.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the embodiments of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described later in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and are common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to those who have, and the invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same components throughout the specification.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in an embodiment of the present invention, which may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
본 발명을 상술함에 있어, 용어 「상온」은 가온되거나 감온되지 않은 자연 그대로의 온도로서, 예컨대, 상온은 약 10 내지 30℃ 정도의 온도를 의미할 수 있다. In the description of the present invention, the term "room temperature" is a natural temperature that is not heated or reduced, and for example, room temperature may mean a temperature of about 10 to 30°C.
본 발명을 상술함에 있어, 용어 「β‘상」은 구리-주석 평형 상태도에서 나타나지 않는 준안정상을 의미한다. 예컨대, 주석 16 내지 22 중량%인 유기 합금을 약 586 내지 799℃의 고온에서 급냉시키면, 상기 고온에서 존재하는 α+β상이 마르텐사이트 변태에 의해 α+β‘으로 상변태가 발생하게 되는데, 이 β’ 상을 의미하는 것일 수 있다. 또한 용어 「γ’상」은 구리-주석 평형 상태도에서 나타나지 않는 준안정상을 의미한다. 예컨대, 주석 16 내지 22 중량%인 유기 합금을 약 520 내지 586℃의 고온에서 급냉시키면, 상기 고온에서 존재하는 α+ γ상이 마르텐사이트 변태에 의해 α+ γ’으로 상변태하게 되는데, 이 γ' 상을 의미하는 것일 수 있다. In the above description of the present invention, the term "β"phase" means a metastable phase that does not appear in the copper-tin equilibrium state diagram. For example, when an organic alloy containing 16 to 22% by weight of tin is quenched at a high temperature of about 586 to 799°C, the α+β phase present at the high temperature undergoes a phase transformation to α+β' by martensitic transformation. 'May mean prize. In addition, the term "γ' phase" means a metastable phase that does not appear in the copper-tin equilibrium state diagram. For example, when an organic alloy containing 16 to 22% by weight of tin is quenched at a high temperature of about 520 to 586°C, the α+ γ phase present at the high temperature is transformed into α+ γ'by martensitic transformation. This γ'phase It may mean that.
통상적으로 주조유기는 주물을 두드려 펴는 방짜유기에 비해 생산과정 상에서 인력의 소모가 적고, 생산공정이 현저히 단순화될 수 있다는 장점이 있으나, 방짜유기에 비해 쉽게 갈라지고 깨지는 문제점이 있다. 이에 본 출원인은 주조유기가 갖는 생산과정 간소화의 효율을 극대화 하면서도, 상술한 약점을 보완하기 위한 연구를 수행하였다. In general, the casting oil machine has the advantage that it consumes less manpower in the production process and the production process can be remarkably simplified compared to the bangja oil machine, but there is a problem that it is easily cracked and cracked compared to the bangja oil machine. Accordingly, the applicant of the present invention has conducted a study to compensate for the above-described weaknesses while maximizing the efficiency of simplification of the production process of the foundry.
연구 결과, 주석을 16 내지 22 중량% 포함하며, 잔량의 구리를 포함하는 함량 범위에 있어서, 냉각 조건을 조절함으로써 제조되는 유기 주조재의 상이 마르텐사이트 변태를 거친 α+β‘상 또는 α+γ’ 상인 경우, 좋게는 α+β‘상과 α+γ’상이 공존하는 경우, 종래 다른 방식으로 제조된 유기 대비 인장강도와 같은 물리적 특성이 현저히 향상됨을 확인하였다.As a result of the study, in the content range of 16 to 22% by weight of tin and containing the remaining amount of copper, the phase of the organic cast material produced by controlling the cooling conditions is α+β' phase or α+γ' undergoing martensitic transformation. In the case of the phase, preferably, when the α+β' phase and the α+γ' phase coexist, it was confirmed that physical properties such as tensile strength were significantly improved compared to the organic prepared in a different manner.
이에, 본 발명에 의한 유기 주조재 제조방법은 방법은 Sn: 16 내지 22 중량%, 잔부 Cu 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 합금 용탕을 제조하는 단계; 상기 합금 용탕을 일정 형태의 금형에 주입시켜 유기 주조재로 주조하는 단계; 및 금형에서 취출한 후의 온도가 520℃ 이상인 상기 유기 주조재를 상온의 물에 급냉시키는 냉각 단계; 를 포함하여, 제조되는 유기주조재의 인장강도가 우수한 것을 특징으로 한다. Accordingly, the method for manufacturing an organic cast material according to the present invention includes: preparing a molten alloy consisting of Sn: 16 to 22% by weight, the balance Cu and other inevitable impurities; Casting the molten alloy into an organic casting material by injecting the molten alloy into a mold of a predetermined shape; And a cooling step of rapidly cooling the organic cast material having a temperature of 520° C. or higher after being taken out of the mold in water at room temperature. Including, it characterized in that the tensile strength of the organic casting material to be produced is excellent.
구체적으로, 도 4의 구리-주석 합금의 평형반응과 상변태 온도를 살펴보면, 본 발명과 같은 함량 범위에서 520 ℃ 이상 범위에서 냉각을 수행하는 경우 β상 또는 γ이 생성됨이 예측되나, 본 발명의 경우 유기 주조재를 상온의 물에 급냉시키는 단계를 포함하여, 원자 확산을 저해함으로써 β상 또는 γ상이 아닌 β‘ 상 또는 γ’상이 생성되는 특징이 있으며, 이러한 상변태 상의 제어를 통하여 인장강도 등과 같은 기계강도가 현저히 높은 유기 주조재를 제조할 수 있는 장점이 있다.Specifically, looking at the equilibrium reaction and the phase transformation temperature of the copper-tin alloy of FIG. 4, it is predicted that β phase or γ is generated when cooling is performed in a range of 520° C. or higher in the same content range as in the present invention. Including the step of quenching the organic cast material in water at room temperature, there is a characteristic that a β'phase or a γ'phase is generated instead of a β phase or a γ phase by inhibiting atomic diffusion, and mechanical such as tensile strength through the control of such a phase transformation phase There is an advantage of being able to manufacture an organic cast material having remarkably high strength.
이때, 상기 기타 불가피한 불순물은 구리 또는 주석에 포함될 수 있는 모든 불순물을 포함하며, 불순물의 함량은 전체 중량의 5% 이하, 구체적으로는 3% 이하, 더욱 구체적으로는 1% 이하일 수 있으나, 구체적인 원재료의 순도 등에 따라 달라질 수 있다. At this time, the other inevitable impurities include all impurities that may be included in copper or tin, and the content of impurities may be 5% or less, specifically 3% or less, more specifically 1% or less of the total weight, but specific raw materials It may vary depending on the purity of.
더욱 구체적으로, 상기 합금 용탕을 제조하는 단계는, 고온에서 합금 원료인 주석 및 구리를 각각 칭량하고, 이를 용해로에서 함께 용해하여 합금 용탕을 제조한다. 이때, 상기 고온은 주석 및 구리를 용해시킬 수 있는 온도인 경우 제한이 없으며, 구체적으로는 900 ℃ 이상 1400℃ 이하, 더욱 구체적으로는 1000℃ 이상, 1300 ℃ 이하 일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. More specifically, in the step of preparing the molten alloy, tin and copper, which are alloy raw materials, are each weighed at a high temperature and melted together in a melting furnace to prepare a molten alloy. At this time, the high temperature is not limited when the temperature at which tin and copper can be dissolved, specifically 900° C. or more and 1400° C. or less, and more specifically 1000° C. or more and 1300° C. or less, but the present invention is limited thereto. It does not become.
본 발명의 일 실시예에 의한 유기 주조재 제조방법에서 상기 합금 용탕을 제조하는 단계에서 혼합되는 주석의 함량은 16 내지 22 중량%일 수 있다. 상술한 범위 내에서 강도가 높은 유기 주조재를 제조할 수 있는 장점이 있으며, 주석의 함량이 22 중량%를 초과하는 경우, 상기 유기 주조재를 상온의 물에 급냉시키는 냉각단계에서 유기 주조재가 β 단상조직으로 이루어져 취성이 일어날 수 있으며, 주석의 함량이 16 중량% 미만인 경우, 강도와 내구성이 저하되어 변형되기 쉽고, 방짜유기와 같은 미려한 색을 가지기 어려운 문제점이 있다. In the method for manufacturing an organic casting material according to an embodiment of the present invention, the content of tin mixed in the step of preparing the molten alloy may be 16 to 22% by weight. There is an advantage of being able to manufacture an organic cast material having high strength within the above-described range, and when the content of tin exceeds 22% by weight, the organic cast material is β in the cooling step of quenching the organic cast material in water at room temperature. Brittleness may occur due to a single-phase structure, and when the content of tin is less than 16% by weight, the strength and durability are deteriorated, so that it is easy to deform, and there is a problem that it is difficult to have a beautiful color such as Bangja organic.
특히, 주석 함량이 16 내지 20 중량%인 범위에서는 연신율을 3% 이상으로 유지하면서 인장강도가 500 MPa 이상으로 우수한 장점이 있다.In particular, in the range of the tin content of 16 to 20% by weight, the elongation is maintained at 3% or more and the tensile strength is 500 MPa or more.
본 발명에 의한 유기 주조재 제조방법은 상기 합금 용탕을 금형에 주입시켜 유기 주조재로 주조하는 단계를 포함한다. 이때, 금형의 형상은 제조하고자 하는 유기 주조재의 형상에 따라 달라짐이 자명하며, 금형의 재질 또한 합금 용탕에 변형 또는 용해되지 않는 통상의 금형인 경우 제한 없이 이용 가능하다.The method for manufacturing an organic cast material according to the present invention includes the step of injecting the molten alloy into a mold and casting it into an organic cast material. At this time, it is obvious that the shape of the mold varies depending on the shape of the organic casting material to be manufactured, and the material of the mold can be used without limitation in the case of a conventional mold that is not deformed or dissolved in the molten alloy.
다음으로, 본 발명에 의한 유기 주조재 제조방법은 상기 유기 주조재가 일정온도에 이르면 금형에서 취출한 후, 상온의 물에 급냉시키는 냉각단계를 포함한다. 이때, 유기 주조재의 온도는 용탕온도 및 금형온도에 따라 달라질 수 있으나 520 내지 799 ℃, 바람직하게는 600 내지 750 ℃일 수 있다. 상술한 바와 같이, 방짜유기와 달리 주조유기 또는 주물유기는 후술하는 α+δ 상의 영향으로 쉽게 깨져 활용도가 낮은 문제점이 있다. 그러나, 본 발명은 금형에서 취출한 후, 특정 온도 범위의 유기 주조재를 상온의 물에 급냉시키는 단계를 포함함으로써, 공정의 단순화를 도모함과 동시에 인장강도와 같은 물리적인 특성을 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 구체적으로, 본 발명에 의한 유기 주조재 제조방법으로 제조된 주물 유기의 인장강도는 전통방식으로 제조한 주물 유기 대비 2배 이상, 최대 4배까지 향상된 인장강도를 가지며, 공냉을 통해 냉각한 주물 유기 대비 1.5배 이상, 최대 3.5배 향상된 인장강도를 가지는 장점이 있으며, 이에 따라 식기, 생활용품 등에 활용이 더욱 용이한 장점이 있다. Next, the organic cast material manufacturing method according to the present invention includes a cooling step of taking out the organic cast material from a mold when the organic cast material reaches a certain temperature, and then quenching it in water at room temperature. At this time, the temperature of the organic casting material may vary depending on the molten metal temperature and the mold temperature, but may be 520 to 799 °C, preferably 600 to 750 °C. As described above, unlike the Bangja oil, the casting oil or the casting oil is easily broken due to the influence of the α+δ phase to be described later, and thus the utilization is low. However, the present invention includes the step of quenching the organic cast material of a specific temperature range in water at room temperature after being taken out of the mold, thereby simplifying the process and at the same time remarkably improving physical properties such as tensile strength. There is an advantage. Specifically, the tensile strength of the casting organic produced by the method for manufacturing the organic casting material according to the present invention has an improved tensile strength of more than 2 times and up to 4 times that of the casting organic produced by the traditional method, and the casting organic cooled through air cooling. It has an advantage of having an improved tensile strength of 1.5 times or more and a maximum of 3.5 times compared to that, and accordingly, it is more easy to use for tableware and household items.
일반적으로, 주석 함량이 16 내지 22 중량%인 구리-주석 합금을 냉각시키면 799 ℃에서 포정반응으로 액상 구리-주석이 α+β상이 되며, 586 ℃에서 공석변태를 통해 β상이 α+γ상으로 변태되고, 520 ℃에서 공석변태를 통해 γ상이 α+δ상으로 변태된다. In general, when a copper-tin alloy having a tin content of 16 to 22% by weight is cooled, the liquid copper-tin becomes α+β phase due to entrapment reaction at 799°C, and the β phase becomes α+γ phase through eutectoid transformation at 586°C. It is transformed, and the γ phase is transformed into an α+δ phase through eutectoid transformation at 520°C.
반면, 본 발명과 같이 금형에서 취출 후 520 내지 799℃ 온도 범위 내의 유기 주조재를 상온의 물에 급냉하는 경우, 공냉 또는 노냉과 달리 α+β’상의 복합조직 또는 α+γ’상의 복합조직, 더욱 구체적으로는 α+β’상의 복합조직 및 α+γ’상의 복합조직이 함께 형성되며, α+δ상을 실질적으로 포함하지 않는 특징이 있다. 반면, 공냉 방식을 통한 냉각의 경우, 냉각 과정 도중 δ상이 형성되어 α+δ 상의 복합조직을 형성하게 되며, 주물 유기에 있어서 이러한 α+δ상은 금속간 화합물로서 기계적 특성이 매우 낮으며, 충격에 취약하고 연신율이 낮은 문제점이 있다. 이러한 차이가 본 발명의 실시예에 의한 유기 주조재의 인장강도에 영향을 미치는 것으로 판단되며, 결과적으로 본 발명은 간단한 방법으로도 제조되는 유기 주조재의 상을 제어하여 높은 물성을 갖는 유기 주물을 제조할 수 있는 장점이 있다. On the other hand, when the organic casting material within the temperature range of 520 to 799°C is quenched in water at room temperature after being taken out of the mold as in the present invention, unlike air cooling or furnace cooling, α+β' phase composite structure or α+γ' phase composite structure, More specifically, a complex structure of an α+β' phase and a complex structure of an α+γ' phase are formed together, and the α+δ phase is substantially not included. On the other hand, in the case of cooling through the air cooling method, the δ phase is formed during the cooling process to form a complex structure of the α+δ phase.In the casting organic, the α+δ phase is an intermetallic compound and has very low mechanical properties and is resistant to impact. It is weak and has a problem of low elongation. It is determined that this difference affects the tensile strength of the organic casting material according to the embodiment of the present invention, and as a result, the present invention can produce an organic casting having high physical properties by controlling the phase of the organic casting material manufactured by a simple method. There is an advantage to be able to.
더 나아가, 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 유기 주조재에 포함된 α+β‘상 : α+γ’상의 비율은 XRD를 비교 분석한 결과 1:1내지 10일 수 있다. 이러한 범위에서, 유기 주조재의 인장강도를 더욱 향상시키면서도, 표면이 매끄러워 사용감이 우수한 유기를 제조할 수 있는 장점이 있다.Furthermore, the ratio of the α+β “phase: α+γ” phase included in the organic cast material manufactured according to an embodiment of the present invention may be 1:1 to 10 as a result of comparing and analyzing XRD. In this range, while further improving the tensile strength of the organic casting material, there is an advantage of manufacturing an organic material having a smooth surface and excellent feeling of use.
본 발명은 또한 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 유기 주조재를 포함한다. 본 발명에 의한 유기 주조재는 상술한 바와 같이 통상의 유기 주조재와 달리 높은 인장강도를 나타낼 수 있으며, 표면에 발생할 수 있는 결함 등을 최소화 하여 높은 품질을 갖는 것을 특징으로 한다.The present invention also includes an organic cast material produced according to an embodiment of the present invention. As described above, the organic casting material according to the present invention can exhibit high tensile strength unlike a conventional organic casting material, and has high quality by minimizing defects that may occur on the surface.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 아래 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples and comparative examples. The following examples are only intended to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.
[실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4][Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4]
유기 주조재 제조Organic casting material manufacturing
용융 교반식 전기 용해로를 이용하여 흑연 도가니에서 합금 원료인 구리를 용해한 후에 주석을 장입하고 용해하여 합금 용탕을 제조하고, 상기 용해로에서 제조한 합금 용탕을 도 3과 같은 주조 금형에 주입시켜 유기 주조재를 주조하였다. 이때, 각 실시예 및 비교예의 구리, 주석의 조성 및 냉각 조건은 표 1과 같다. After dissolving copper as an alloy raw material in a graphite crucible using a melt-stirring electric melting furnace, tin is charged and dissolved to prepare a molten alloy, and the molten alloy prepared in the melting furnace is injected into a casting mold as shown in FIG. Was cast. At this time, the composition and cooling conditions of copper and tin in each Example and Comparative Example are shown in Table 1.
실시예의 경우에는 상기 합금 용탕을 주조 금형에 주입시겨 주조한 후, 유기 주조재를 금형에서 취출한 후에 바로 상온의 물에 급냉시켰다. 이때, 유기 주조재의 취출 온도는 650 ℃였다. 비교예 1의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 전통 유기의 주조방법인 물이 가득 채워진 금형에 용해가 완료된 유기 용탕을 주입하는 방법으로 유기 주조재를 제조하였으며, 비교예 2 내지 4의 경우, 상기 합금 용탕을 주조 금형에 주입시켜 주조한 유기 주조재를 금형에서 취출한 후에 공냉시켰다. In the case of the embodiment, the molten alloy was poured into a casting mold for casting, and then the organic cast material was taken out from the mold and then quenched in water at room temperature. At this time, the extraction temperature of the organic cast material was 650°C. In the case of Comparative Example 1, as shown in FIG. 1, an organic cast material was manufactured by injecting a melted organic molten metal into a mold filled with water, which is a traditional organic casting method, and in Comparative Examples 2 to 4, The molten alloy was injected into a casting mold, and the cast organic cast material was taken out from the mold and then air-cooled.
유기 주조재의 인장특성 평가Evaluation of tensile properties of organic casting materials
상기 실시예 및 비교예에 의해 제조된 유기 주조재를 기계가공하여 시험편을 제작한 뒤, 각 시험편의 인장강도 및 연신율을 인장 시험기를 사용하여 상온에서 측정하고, 이를 표 2에 정리하였다. 이때, 인장 강도 측정은 인장시험기(Universal Testing Machine)를 이용하였으며, ASTM B557M에 따라 측정을 수행하였다. After manufacturing a test piece by machining the organic cast material prepared by the above Examples and Comparative Examples, the tensile strength and elongation of each test piece was measured at room temperature using a tensile tester, and summarized in Table 2. At this time, the tensile strength was measured using a tensile testing machine (Universal Testing Machine), and the measurement was performed according to ASTM B557M.
표 2를 참고하면, 합금 용탕을 주조 금형에 주입시켜 주조한 유기 주조재를 금형에서 취출한 후에 바로 수냉처리한 실시예 1, 2 및 3의 인장강도는 모두 500 MPa 이상인 것을 알 수 있다. 전통 유기 주조방법인 물이 가득 채워진 반달 모양의 금형에 용해가 완료된 유기 용탕을 주입하여 주조된 바둑이라고 불리는 반달 모양의 유기 주조재인 비교예 1의 인장강도 202MPa와 비교하면, 본 발명에 따른 실시예 1, 2 및 3의 인장강도는 약 2배 이상 상승하였다. 이러한 인장강도 상승의 결과는, 전통적인 유기의 주조방법으로 제조된 주조재는 응고 과정 중에서의 금형에 채워진 물과의 반응으로 인하여 가스 결함, 산화물 결함 등의 많은 주조결함이 발생하여 인장강도가 낮지만, 실시예는 합금 용탕을 주조 금형에 주입시켜 주조하여 가스 결함, 산화물 결함 등의 주조결함을 최대한 억제시키기 때문에 인장강도가 대폭 상승한 것으로 해석된다. Referring to Table 2, it can be seen that the tensile strengths of Examples 1, 2, and 3 in which the molten alloy was injected into the casting mold and the cast organic cast material was taken out of the mold and immediately water-cooled were 500 MPa or more. Compared with the tensile strength of 202 MPa of Comparative Example 1, which is a half-moon-shaped organic casting material called Go, which is cast by injecting a melted organic molten metal into a half-moon-shaped mold filled with water, which is a traditional organic casting method Tensile strengths of 1, 2 and 3 increased more than about twice. The result of this increase in tensile strength is that the cast material manufactured by the traditional organic casting method has low tensile strength due to the occurrence of many casting defects such as gas defects and oxide defects due to reaction with water filled in the mold during the solidification process. In the examples, it is interpreted that the tensile strength has increased significantly because casting defects such as gas defects and oxide defects are suppressed as much as possible by casting molten alloy into a casting mold.
이에 반해, 합금 용탕을 주조 금형에 주입시켜 주조한 유기 주조재를 금형에서 취출한 후에 공냉처리한 비교예 2, 3 및 4의 인장강도는 274 내지 282MPa으로서 수냉처리한 실시예의 인장강도에 비하여 매우 낮은 것을 알 수 있다. 이는, 공냉처리한 비교예는 α+δ상으로 이루어지지만, 수냉처리한 실시예는 α상과 β’상의 복합조직 또는 α상과 γ’상의 복합조직으로 이루어지기 때문에 인장강도가 대폭 상승한 것으로 해석된다. On the other hand, the tensile strength of Comparative Examples 2, 3 and 4, which was air-cooled after the molten alloy was injected into the casting mold and the cast organic cast material was taken out of the mold, was 274 to 282 MPa. You can see that it is low. It is interpreted that the air-cooled comparative example is composed of α+δ phase, but the water-cooled example is composed of a composite structure of α-phase and β'phase or a composite structure of α-phase and γ'phase, so that the tensile strength is greatly increased. do.
3. 유기 주조재 표면의 결함 확인3. Checking for defects on the surface of organic casting materials
실시예 1 및 비교예 1에 의한 유기 주조재의 표면을 광학현미경으로 촬영하고 이를 도 2(비교예 1) 및 도 5(실시예 1)로 나타내었다. 도 2 및 도 5를 대비하면, 전통적인 방식을 이용하여 냉각한 비교예 1의 경우, 표면에 다수의 결함이 존재하는 것을 확인할 수 있으나, 실시예 1의 경우 표면 결함이 거의 존재하지 않음을 확인할 수 있다.The surfaces of the organic cast materials according to Example 1 and Comparative Example 1 were photographed with an optical microscope and are shown in FIGS. 2 (Comparative Example 1) and FIG. 5 (Example 1). Comparing FIGS. 2 and 5, in the case of Comparative Example 1 cooled using a traditional method, it can be confirmed that a number of defects exist on the surface, but in the case of Example 1, it can be confirmed that almost no surface defects exist. have.
4. 유기 주조재의 상분석 결과 4. Phase analysis result of organic casting material
실시예 1 내지 3 및 비교예 2 내지 4의 유기 주조재를 X선 회절분석법(XRD)를 통해 각각 분석하고 이를 도 6으로 나타내었다. The organic cast materials of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 4 were analyzed by X-ray diffraction analysis (XRD), respectively, and are shown in FIG. 6.
도 6을 참고하면, 실시예 1 내지 3에서는 α+γ‘상 및 α+β’ 상이 복합적으로 형성되며, α+δ상을 실질적으로 포함하지 않는 것을 알 수 있으며, 비교예 2 내지 4의 유기 주조재는 α+δ상 만이 분포함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 6, it can be seen that in Examples 1 to 3, the α+γ' phase and the α+β' phase are formed in combination, and the α+δ phase is substantially not included. It can be seen that only the α+δ phase is distributed in the cast material.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, the present invention has been described by specific matters and limited embodiments and drawings, but this is provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments, and the present invention is Those of ordinary skill in the relevant field can make various modifications and variations from this description.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, and all things that are equivalent or equivalent to the claims as well as the claims to be described later fall within the scope of the spirit of the present invention. .
Claims (7)
상기 합금 용탕을 일정 형태의 금형에 주입시켜 유기 주조재로 주조하는 단계; 및
상기 유기 주조재를 금형으로부터 520 ℃ 이상의 온도에서 상온의 물에 급냉시키는 냉각단계;를 포함하며,
XRD 분석에 의한 α+β‘상 : α+γ’상의 비율이 1:1내지 10이며, 인장강도가 500 MPa 이상인 인장강도가 우수한 유기 주조재 제조 방법.
Sn: preparing a molten alloy containing 16 to 22% by weight, the balance Cu and other inevitable impurities;
Casting the molten alloy into an organic casting material by injecting the molten alloy into a mold of a predetermined shape; And
Including; a cooling step of quenching the organic cast material in water at room temperature at a temperature of 520 ℃ or more from the mold,
A method of manufacturing an organic cast material having excellent tensile strength with a ratio of α+β' phase: α+γ' phase by XRD analysis of 1:1 to 10, and tensile strength of 500 MPa or more.
상기 합금 용탕은 Sn : 16 내지 20 중량%, 잔부 Cu 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 인장강도가 우수한 유기 주조재 제조방법.
The method of claim 1,
The molten alloy is a method of manufacturing an organic cast material having excellent tensile strength including Sn: 16 to 20% by weight, the balance Cu and other inevitable impurities.
상기 금형으로부터 취출한 유기주조재의 온도는 520℃ 내지 799 ℃인 인장강도가 우수한 유기 주조재 제조 방법.
The method of claim 1,
The organic casting material obtained from the mold has a temperature of 520° C. to 799° C., and has excellent tensile strength.
상기 냉각단계에서 유기 주조재는 마르텐사이트 변태가 발생한 것을 특징으로 하는 인장강도가 우수한 유기 주조재 제조 방법.
The method of claim 1,
In the cooling step, the organic casting material has excellent tensile strength, characterized in that martensite transformation occurs.
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