KR20140039734A - Vacuum casting device for impeller, casting method of impeller, and impeller - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 임펠러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 임펠러의 조직을 미세화하여 강성을 높일 수 있도록 임펠러 몰드의 냉각 구조를 개선한 임펠러 진공 주조 장치와 임펠러 주조 방법 및 주조 임펠러에 관한 것이다.The present invention relates to an impeller, and more particularly, to an impeller vacuum casting device, an impeller casting method, and a casting impeller, which improve the cooling structure of the impeller mold to increase the rigidity by miniaturizing the structure of the impeller.
기계 부품 제조를 위한 주조법 중 인베스트먼트 주조법, 일명 로스트-왁스법이 알려져 있다. 이 방법은 왁스를 가공하여 모형을 제작하는 단계와, 모형 표면에 내화제를 코팅하고 주물사를 입힌 뒤 건조시켜 몰드(주형)를 제작하는 단계와, 가열로 모형을 제거한 후 몰드를 고온에서 소성하는 단계와, 몰드 내부에 용탕을 주입 후 고형화하는 단계와, 몰드를 제거하여 제품을 꺼내는 단계를 포함한다.An investment casting method, also known as a lost-wax method, is known among casting methods for manufacturing mechanical parts. This method includes the steps of fabricating a model by processing wax, coating a fireproofing material on the surface of the model, applying a molding sand, and drying the mold to produce a mold, removing the model by heating, and then firing the mold at a high temperature. And solidifying the molten metal after injecting the molten metal into the mold, and removing the product by removing the mold.
인베스트먼트 주조법을 이용하면 특수합금강 제품 및 복잡한 형상의 기계 부품을 정밀하게 생산할 수 있고, 제품의 치수 정밀도와 표면 상태가 우수하다. 따라서 터보 차저, 터빈 휠, 터보 블로어 등에 장착되는 임펠러를 인베스트먼트 주조법으로 생산하는 기술, 특히 진공 상태에서 몰드에 용탕을 주입하는 임펠러 진공 주조 기술이 적용되고 있다.The investment casting method enables the precise production of special alloy steel products and mechanical parts with complex shapes, and provides excellent dimensional accuracy and surface condition. Therefore, a technique for producing an impeller mounted on a turbocharger, a turbine wheel, a turbo blower, or the like by an investment casting method, in particular, an impeller vacuum casting technique for injecting molten metal into a mold in a vacuum state has been applied.
용탕 주입을 진공 분위기에서 실시하면 용탕의 산화를 방지할 수 있고, 몰드에 존재하는 미세 틈 또는 기공을 통해 몰드 내부로 공기가 유입되는 문제를 예방할 수 있다. 통상의 임펠러 진공 주조 장치는 기밀 챔버와, 기밀 챔버 내부에 설치된 도가니와, 도가니 내부의 금속 물질을 용융시키는 고주파 유도가열 장치와, 압탕이 연결된 임펠러 몰드를 지지하는 몰드 받침대와, 몰드 받침대를 냉각시키는 냉각 장치를 포함한다.When the molten metal is injected in a vacuum atmosphere, oxidation of the molten metal can be prevented, and a problem of inflow of air into the mold through the micro gaps or pores present in the mold can be prevented. A conventional impeller vacuum casting apparatus includes a hermetic chamber, a crucible installed inside the hermetic chamber, a high frequency induction heating apparatus for melting a metal material inside the crucible, a mold pedestal for supporting the impeller mold to which the hot water is connected, and a mold pedestal for cooling the mold pedestal. It includes a cooling device.
임펠러는 용탕 주입 후 응고하는 과정에서 냉각이 진행되는 방향 및 냉각 속도 등에 따라 조직의 크기와 방향이 결정된다. 조직의 크기와 방향은 임펠러의 강성을 결정하는 중요한 요소이므로, 임펠러의 조직을 미세화하여 강성을 높일 수 있는 최적의 냉각 기술이 요구되고 있다.The impeller has a size and a direction of the tissue depending on the direction of cooling and the cooling rate during the solidification after the injection of the molten metal. Since the size and direction of the tissue is an important factor in determining the rigidity of the impeller, there is a demand for an optimal cooling technique capable of increasing the rigidity by miniaturizing the structure of the impeller.
본 발명은 임펠러 진공 주조 장치에 있어서, 임펠러의 조직을 미세하게 성장시켜 임펠러의 강성을 높일 수 있도록 냉각 구조를 개선한 임펠러 진공 주조 장치를 제공하고자 한다.The present invention is to provide an impeller vacuum casting apparatus in which the cooling structure is improved so that the structure of the impeller can be finely grown to increase the rigidity of the impeller.
본 발명은 진공 주조 장치를 이용하여 인베스트먼트법으로 임펠러의 중심부 결정 조직을 미세하게 제어함으로써 내열 특성과 기계적 특성을 동시에 향상시킨 주조 임펠러를 제공하고자 한다.The present invention is to provide a casting impeller by improving the heat resistance and mechanical properties at the same time by finely controlling the central crystal structure of the impeller by the investment method using a vacuum casting device.
본 발명은 진공 주조 장치를 이용하여 인베스트먼트법으로 임펠러의 중심부 결정 조직을 미세하게 제어할 수 있는 임펠러 주조 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide an impeller casting method capable of finely controlling the central crystal structure of the impeller by an investment method using a vacuum casting device.
본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 진공 주조 장치는, ⅰ) 흡입 펌프와 연결되어 내부를 진공으로 유지하는 기밀 챔버, ⅱ) 기밀 챔버 내부에 위치하며 고주파 유도가열 코일로 둘러싸인 도가니, ⅲ) 기밀 챔버 내부에서 도가니 하부에 위치하고, 압탕이 연결된 임펠러 몰드를 지지하는 몰드 지지대, 및 ⅳ) 임펠러 몰드를 냉각시키는 냉각 장치를 포함한다. 냉각 장치는 임펠러 몰드의 중앙 하부에서 임펠러 몰드의 축 방향을 따라 불활성 가스를 분사하여 임펠러 몰드를 냉각시키는 가스 냉각부를 포함한다.An impeller vacuum casting apparatus according to an embodiment of the present invention includes: (i) a hermetic chamber connected to a suction pump to keep the interior vacuum; ii) a crucible located inside the hermetic chamber and surrounded by a high frequency induction heating coil; Located inside the crucible, the mold support for supporting the impeller mold connected to the hot water, and iii) a cooling device for cooling the impeller mold. The cooling apparatus includes a gas cooling unit that cools the impeller mold by injecting an inert gas along the axial direction of the impeller mold at the center lower portion of the impeller mold.
임펠러 몰드는 내벽에 날개면과 에지면 및 기저면을 형성할 수 있으며, 기저면이 도가니를 향하고 날개면이 몰드 지지대를 향하도록 배치될 수 있다.The impeller mold may form a wing surface, an edge surface, and a base surface on an inner wall, and may be disposed such that the base surface faces the crucible and the wing surface faces the mold support.
몰드 지지대는 개구부를 형성할 수 있다. 가스 냉각부는 기밀 챔버의 내부와 외부에 걸쳐 위치하는 가스 공급관과, 가스 공급관에 연결되고 몰드 지지대의 개구부를 관통하여 몰드 지지대의 상부로 돌출되는 분사 노즐을 포함할 수 있다.The mold support may form an opening. The gas cooling unit may include a gas supply pipe positioned over the inside and the outside of the hermetic chamber, and an injection nozzle connected to the gas supply pipe and penetrating through the opening of the mold support to protrude to the top of the mold support.
임펠러 몰드는 날개면 하부에서 임펠러의 구동축 수용부에 대응하는 오목부를 형성할 수 있으며, 분사 노즐의 일부는 오목부의 내부에 위치할 수 있다.The impeller mold may form a recess corresponding to the drive shaft accommodating portion of the impeller under the wing surface, and a part of the injection nozzle may be located inside the recess.
냉각 장치는, ⅰ) 몰드 지지대 하부에 위치하며 냉각수 수용 공간을 형성하여 몰드 지지대를 냉각시키는 냉각수 수용부, 및 ⅱ) 냉각수 수용 공간으로 냉각수를 제공하고, 냉각에 사용된 냉각수를 배출하여 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환부를 더 포함할 수 있다.The cooling apparatus includes: (i) a coolant accommodating portion located below the mold support and forming a coolant accommodating space to cool the mold support, and ii) providing coolant to the coolant accommodating space, and discharging the coolant used for cooling to circulate the coolant. It may further comprise a cooling water circulation to.
냉각수 수용부는, ⅰ) 기밀 챔버의 내부에 위치하며 몰드 지지대와 면접촉을 하는 제1 플레이트, 및 ⅱ) 제1 플레이트와의 사이에 냉각수 수용 공간을 형성하면서 제1 플레이트의 하부에 고정되는 제2 플레이트를 포함할 수 있다.The coolant accommodating part includes: iii) a first plate which is located inside the hermetic chamber and is in surface contact with the mold support, and ii) a second which is fixed to the lower part of the first plate while forming a cooling water accommodating space therebetween. It may include a plate.
냉각수 순환부는, 기밀 챔버의 내부와 외부에 걸쳐 위치하면서 제2 플레이트를 관통하여 냉각수 수용 공간과 연결되는 공급 배관 및 배출 배관을 포함할 수 있다. 냉각수 수용부는, 제1 플레이트의 중앙에 위치하며 몰드 지지대의 개구부를 관통하여 몰드 지지대의 상부로 돌출되는 노즐 보호부를 더 포함할 수 있다.The cooling water circulation unit may include a supply pipe and a discharge pipe that are positioned over the inside and outside of the hermetic chamber and penetrate the second plate to be connected to the cooling water accommodation space. The coolant accommodating part may further include a nozzle protector positioned at the center of the first plate and penetrating through the opening of the mold support to protrude upwardly of the mold support.
노즐 보호부는 상단에 관통홀을 형성하고, 분사 노즐의 일단은 노즐 보호부의 관통홀에 끼워져 고정되며, 관통홀 하부의 노즐 보호부 내벽은 분사 노즐의 외경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 냉각수 순환부는, 공급 배관과 연결되어 냉각수를 제공받고 분사 노즐과 노즐 보호부의 사이 공간으로 냉각수를 분사하는 분사 배관을 더 포함할 수 있다.The nozzle protector may have a through hole formed at an upper end thereof, and one end of the spray nozzle may be fitted into and fixed to the through hole of the nozzle protector. The inner wall of the nozzle protector below the through hole may have a diameter larger than the outer diameter of the spray nozzle. The cooling water circulation unit may further include an injection pipe that is connected to the supply pipe, receives the cooling water, and injects the cooling water into the space between the injection nozzle and the nozzle protector.
임펠러 진공 주조 장치는, 기밀 챔버의 외부에서 냉각 장치와 연결되어 냉각수 수용부와 몰드 지지대의 높이를 조절하는 승하강 장치를 더 포함할 수 있다. 냉각 장치는 냉각수 수용부를 지지하는 지지축과, 승하강시 이동을 원활하게 하는 복수의 이동 가이드를 더 포함할 수 있다. 지지축과 복수의 이동 가이드는 기밀 챔버의 내부와 외부에 걸쳐 위치할 수 있다.The impeller vacuum casting device may further include a lifting device connected to the cooling device outside the hermetic chamber to adjust the height of the cooling water receiver and the mold support. The cooling apparatus may further include a support shaft for supporting the coolant accommodating portion, and a plurality of movement guides for smoothly moving when descending. The support shaft and the plurality of movement guides may be located inside and outside the hermetic chamber.
이동 가이드는 내부가 빈 원통 모양으로 형성될 수 있다. 가스 공급관과 공급 배관은 어느 하나의 이동 가이드 내부에 위치하고, 배출 배관은 다른 하나의 이동 가이드 내부에 위치할 수 있다.The movement guide may be formed in a hollow cylindrical shape. The gas supply pipe and the supply pipe may be located inside one of the moving guides, and the discharge pipe may be located inside the other moving guide.
본 발명의 일 실시예에 따른 주조 임펠러는 인베스트먼트 주조법으로 주조되고, 초내열 합금과 니켈 합금 중 어느 하나의 금속 원재료를 사용하며, 진공 주조 장치에서 주조된다. 응고된 주조 조직을 육안으로 관찰하여 임펠러의 표면 부분은 수지상정이고, 임펠러의 중심부는 평균 결정립의 직경이 5mm 이하인 미세 결정립으로 이루어진 주조 조직을 포함한다.Casting impeller according to an embodiment of the present invention is cast by the investment casting method, using a metal raw material of any one of the super heat-resistant alloy and nickel alloy, and cast in a vacuum casting apparatus. The solidified casting structure was visually observed so that the surface portion of the impeller was dendritic, and the center of the impeller contained the casting structure consisting of fine grains having an average grain size of 5 mm or less.
주조 조직은 광학 현미경으로 관찰하여 중심부의 평균 결정립의 직경이 250㎛ 이하일 수 있다. 주조 조직은 탄화물을 형성하는 원소가 결정입계로 확산되지 않고 결정립 내에 고르게 분산될 수 있다.The cast structure may be observed under an optical microscope to have a diameter of the average grains of the central portion of 250 μm or less. In the cast structure, the elements forming carbides can be evenly dispersed in the grains without diffusing to the grain boundaries.
임펠러는 상온에서의 인장 강도(T.S)가 790MPa 내지 874MPa이고, 항복 강도가 721MPa 내지 819MPa일 수 있다. 금속 원재료는 인코넬 713LC일 수 있다.The impeller may have a tensile strength (T.S) at room temperature of 790 MPa to 874 MPa and a yield strength of 721 MPa to 819 MPa. The metal raw material may be Inconel 713LC.
본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 주조 방법은, i) 임펠러 진공 주조 장치 내부에 설치된 도가니에 초내열 합금, 니켈 합금, 및 인코넬 713LC 중 어느 하나의 금속 원재료를 장입하는 단계, ii) 인베스트먼트법으로 제조되고 압탕이 부착된 임펠러 몰드를 지지대 상부에 지지하는 단계, iii) 진공 주조 장치를 진공으로 유지하고 고주파 유도 가열 코일을 작동하여 금속 원재료를 용융시키는 단계, iv) 도가니를 회전시켜 용탕을 임펠러 몰드에 주입하는 단계, 및 v) 진공 주조 장치의 냉각 장치를 이용하여 냉각수 수용부를 냉각시키고, 가스 냉각부를 작동시켜 임펠러 몰드의 오목부에 불활성 가스를 분사 노즐을 통해 분사시켜 임펠러 몰드를 급속 냉각시키는 단계를 포함한다.Impeller casting method according to an embodiment of the present invention, i) charging a metal raw material of any one of the super heat-resistant alloy, nickel alloy, and Inconel 713LC in the crucible installed inside the impeller vacuum casting apparatus, ii) the investment method Supporting the impeller mold manufactured and attached to the upper part of the support, iii) maintaining the vacuum casting apparatus in a vacuum state and operating a high frequency induction heating coil to melt the metal raw material, iv) rotating the crucible to impeller the molten metal V) cooling the coolant accommodating part using the cooling device of the vacuum casting apparatus, and operating the gas cooling part to rapidly cool the impeller mold by injecting an inert gas through the injection nozzle into the recess of the impeller mold. It includes.
본 발명은 임펠러 몰드의 하부를 진공 상태에서 급속 냉각시키는 임펠러 진공 주조 장치를 제공함에 따라, 임펠러의 조직을 미세하게 제어할 수 있다. 또한, 임펠러의 중심부 결정 조직을 미세하게 제어하여 임펠러의 내열 특성과 기계적 특성을 동시에 향상시킬 수 있다. 또한, 임펠러의 중심부 결정 조직을 효과적으로 제어할 수 있다.According to the present invention, an impeller vacuum casting device for rapidly cooling a lower part of an impeller mold in a vacuum state can finely control the structure of the impeller. In addition, fine control of the central crystal structure of the impeller can simultaneously improve the heat resistance and mechanical properties of the impeller. In addition, it is possible to effectively control the central crystal structure of the impeller.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 진공 주조 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 임펠러 진공 주조 장치의 부분 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시한 임펠러 진공 주조 장치 중 압탕과 임펠러 몰드를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 임펠러 몰드를 이용하여 제조된 임펠러의 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시한 임펠러 진공 주조 장치 중 냉각 장치의 확대도이다.
도 6은 도 5에 도시한 냉각 장치 중 C 부분의 확대도이다.
도 7a와 도 7b는 각각 실시예 1과 실시예 2에 따라 주조된 임펠러의 종단면 결정 조직 사진이다.
도 8a와 도 8b는 실시예 1에 따라 주조된 임펠러의 단면 중심부를 관찰한 현미경 사진이다.
도 9a와 도 9b는 실시예 2에 따라 주조된 임펠러의 단면 중심부를 관찰한 현미경 사진이다.
도 10은 실시예 2에 따라 주조된 임펠러의 기계적 특성을 측정하기 위해 시료를 체취한 부분을 나타낸 사진이다.
도 11a와 도 11b는 각각 실시예 1과 실시예 2에 따라 주조된 임펠러의 기계적 특성을 나타낸 그래프이다.1 is a block diagram of an impeller vacuum casting apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged view of the impeller vacuum casting device shown in FIG. 1.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a pressure bath and an impeller mold in the impeller vacuum casting apparatus illustrated in FIG. 1.
4 is a cross-sectional view of an impeller manufactured using the impeller mold shown in FIG. 3.
5 is an enlarged view of a cooling device of the impeller vacuum casting device shown in FIG. 1.
FIG. 6 is an enlarged view of a portion C of the cooling device illustrated in FIG. 5.
7A and 7B are longitudinal cross-sectional crystallographic images of impellers cast according to Examples 1 and 2, respectively.
8A and 8B are micrographs observing the cross-sectional center portion of the impeller cast according to Example 1. FIG.
9A and 9B are micrographs observing the cross-sectional center portion of the impeller cast according to Example 2. FIG.
FIG. 10 is a photograph showing a portion of a sample taken to measure mechanical properties of an impeller cast according to Example 2. FIG.
11A and 11B are graphs showing the mechanical properties of the impeller cast according to Example 1 and Example 2, respectively.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 진공 주조 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 임펠러 진공 주조 장치의 부분 확대도이다.1 is a configuration diagram of an impeller vacuum casting apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a partially enlarged view of the impeller vacuum casting apparatus shown in FIG.
도 1과 도 2를 참고하면, 본 실시예의 임펠러 진공 주조 장치(100)는 기밀 챔버(11), 진공 형성부(12), 도가니(13), 고주파 유도가열 코일(14), 회전 장치(15), 몰드 지지대(16), 및 냉각 장치(200)를 포함한다. 몰드 지지대(16)는 압탕(17)이 연결된 임펠러 몰드(30)를 지지하며, 냉각 장치(200)는 몰드 지지대(16)와 임펠러 몰드(30)를 냉각시킨다.1 and 2, the impeller
기밀 챔버(11)는 진공 형성부(12)의 작용으로 내부를 진공 상태로 유지한다. 진공 형성부(12)는 기밀 챔버(11)의 일측에 위치하는 공기 배출관(121)과, 공기 배출관(121)에 연결되는 흡입 펌프(122)를 포함한다. 흡입 펌프(122)의 강력한 흡기 작용에 의해 기밀 챔버(11)의 내부를 배기시켜 일정 수준의 진공도를 형성할 수 있다. 진공 형성으로 도가니(13) 내부의 금속 용해시 발생하는 불순물과 오프가스를 제거하여 고순도 용탕을 제조할 수 있다.The
도가니(13)는 상부가 개방된 모양이며, 고주파 유도가열 코일(14)로 둘러싸인다. 기밀 챔버(11)의 상부에는 도어(18)가 설치되어 도어(18) 개방시 도가니(13) 내부로 금속 원재료를 투입할 수 있다. 고주파 유도가열 코일(14)은 그 단부가 기밀 챔버(11)의 외부로 인출되어 금속 원재료를 용해시키기 위한 고주파 전류를 제공받는다. 도가니(13)와 고주파 유도가열 코일(14)은 단열 용기(19)로 둘러싸인다.The
회전 장치(15)는 단열 용기(19)의 외벽에 고정된다. 회전 장치(15)는 도가니(13)에 투입된 금속 원재료가 용해되어 용탕을 형성한 이후 작동하며, 도가니(13)를 기울여 용탕을 아래로 쏟아내는 기능을 한다. 이를 위해 회전 장치(15)는 단열 용기(19)의 좌우측에 고정되는 한 쌍의 지지빔(151)과, 어느 한 지지빔(151)의 하부에서 단열 용기(19)에 고정되는 연장빔(152)과, 어느 한 지지빔(151)에 설치되어 지지빔(151)을 회전시키는 회전 구동부(153)를 포함한다.The
도 1에서 도면 부호 20은 압력조절 밸브를 나타내고, 도면 부호 21은 투시창을 나타내며, 도면 부호 22는 용탕의 온도를 감지하는 온도 센서를 나타낸다.In FIG. 1,
압탕(17)이 연결된 임펠러 몰드(30)는 도가니(13) 하부에 위치하고, 몰드 지지대(16)가 임펠러 몰드(30)를 지지한다. 몰드 지지대(16)는 상부가 개방된 박스 모양으로 형성되어 임펠러 몰드(30)의 전체 또는 일부를 둘러싼다. 압탕(17)은 도가니(13)로부터 용탕을 공급받으며, 압탕(17)에 부어진 용탕은 중력에 의해 임펠러 몰드(30)의 주입구로 빨려 들어가면서 임펠러 몰드(30)의 내부 공간을 채운다.The
도 3은 도 1에 도시한 임펠러 진공 주조 장치 중 압탕과 임펠러 몰드를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시한 임펠러 몰드를 이용하여 제조된 임펠러의 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a hot water and an impeller mold of the impeller vacuum casting apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a cross-sectional view of an impeller manufactured using the impeller mold shown in FIG.
도 3과 도 4를 참고하면, 임펠러 몰드(30)는 제조하고자 하는 임펠러(40)와 같은 모양의 내부 공간(31)을 형성하며, 내부 공간(31)의 상부로 압탕(17)과 직접 연결되어 주조 후 압탕(17)을 제거한다.Referring to FIGS. 3 and 4, the
임펠러(40)는 중심축(A-A선 참조)과 평행한 베이스부(41)와, 베이스부(41)의 외주면에 형성된 복수의 블레이드(42)를 포함한다. 블레이드(42)는 날개면(43)과 에지면(44) 및 기저면(45)을 포함한다. 임펠러(40) 작용시 기체는 블레이드(42)의 사이 공간으로 투입되고, 회전하는 블레이드(42)에 의해 압축된 후 에지면(44) 외부로 배출된다. 베이스부(41)는 구동축 삽입을 위한 구동축 수용부(46)를 형성할 수 있으며, 구동축 수용부(46)의 길이 방향은 중심축(A-A선 참조)과 일치한다.The
임펠러 몰드(30)는 전술한 베이스부(41) 및 복수의 블레이드(42)와 같은 모양의 내부 공간을 형성한다. 따라서 임펠러 몰드(30)의 내벽에도 블레이드(42)에 대응하는 날개면(33)과 에지면(34) 및 기저면(35)이 형성된다. 또한, 임펠러 몰드(30)는 임펠러(40)의 구동축 수용부(46)에 대응하는 오목부(36)를 형성한다.The
임펠러 몰드(30)는 몰드 지지대(16) 위에서 기저면(35)이 도가니를 향하고 오목부(36)가 몰드 지지대(16)의 바닥부(161)(도 2 참조)를 향하도록 배치된다. 임펠러 몰드(30)의 중심축(B-B선 참조)은 지면과 수직하며, 임펠러(40)의 중심축(A-A선 참조)과 일치한다. 다음에 설명하는 노즐 보호부(54)와 분사 노즐(72)의 단부는 임펠러 몰드(30)의 오목부(36) 내부에 위치할 수 있다.The
도 2를 참고하면, 냉각 장치(200)는 기본적으로 몰드 지지대(16)의 하부에 위치하며, 냉각 장치(200)의 일부는 몰드 지지대(16)를 관통하여 몰드 지지대(16)의 상부로 돌출된다. 이를 위해 몰드 지지대(16)의 바닥부(161)에는 개구부(162)가 형성된다.Referring to FIG. 2, the
냉각 장치(200)는 냉각수를 순환시켜 몰드 지지대(16)를 냉각시킴으로써 몰드 지지대(16) 위에 배치된 임펠러 몰드(30)를 간접적으로 냉각시킨다. 이와 동시에 냉각 장치(200)는 기밀 챔버(11) 내부에서 임펠러 몰드(30) 향해 직접 불활성 가스를 분사하여 임펠러 몰드(30)의 냉각 속도를 높인다.The
도 5는 도 1에 도시한 임펠러 진공 주조 장치 중 냉각 장치의 확대도이고, 도 6은 도 5에 도시한 냉각 장치 중 C 원형 부분의 확대도이다.FIG. 5 is an enlarged view of a cooling device of the impeller vacuum casting device shown in FIG. 1, and FIG. 6 is an enlarged view of a C circular portion of the cooling device shown in FIG. 5.
도 2와 도 5 및 도 6을 참고하면, 냉각 장치(200)는 냉각수 수용부(50), 냉각수 순환부(60), 및 가스 냉각부(70)를 포함한다. 냉각수 수용부(50)는 기밀 챔버(11)의 내측에 위치하고, 냉각수 순환부(60)와 가스 냉각부(70)는 기밀 챔버(11)의 외측과 내측에 걸쳐 위치한다.2, 5, and 6, the
냉각수 수용부(50)는 몰드 지지대(16) 하부에 위치하며 냉각수가 채워지는 냉각수 수용 공간(51)을 형성한다. 냉각수 수용부(50)는 몰드 지지대(16)의 바닥부(161)와 면접촉을 하는 제1 플레이트(52)와, 제1 플레이트(52)와의 사이에 냉각수 수용 공간(51)을 형성하면서 제1 플레이트(52) 하부에 고정되는 제2 플레이트(53)를 포함한다.The
제1 플레이트(52)의 중앙에는 몰드 지지대(16)의 개구부(162)를 관통하여 몰드 지지대(16)의 바닥부(161) 위로 돌출되는 노즐 보호부(54)가 위치한다. 노즐 보호부(54)의 상단에는 관통홀(55)이 형성된다.At the center of the
냉각수 순환부(60)는 공급 배관(61)과 분사 배관(62) 및 배출 배관(63)을 포함한다. 공급 배관(61)의 일단은 기밀 챔버(11)의 외부에 위치하며, 도시하지 않은 냉각수 공급 펌프와 연결되어 냉각수를 공급받는다. 공급 배관(61)의 반대측 일단은 기밀 챔버(11)의 내부에서 제2 플레이트(53)를 관통하여 냉각수 수용 공간(51)에 위치한다.The
분사 배관(62)은 냉각수 수용 공간(51)의 중앙에 위치하고, 공급 배관(61)과 연결되어 이로부터 냉각수를 공급받는다. 분사 배관(62)은 임펠러 몰드(30)와 가장 가까운 냉각수 수용부(50)의 최상단, 즉 노즐 보호부(54)의 내벽으로 냉각수를 분사한다. 이를 위해 분사 배관(62)은 고리 모양의 순환 배관(621)과, 순환 배관(621)으로부터 노즐 보호부(54) 내벽을 향해 연장된 연장 배관(622)을 포함할 수 있다.The
연장 배관(622)에서 배출된 냉각수는 냉각수 수용 공간(51) 전체를 채우며, 노즐 보호부(54)와 제1 플레이트(52) 및 제1 플레이트(52)와 접촉하는 몰드 지지대(16)를 냉각시킨다. 분사 배관(62)의 형상은 도시한 예에 한정되지 않으며 다양하게 변형 가능하다. 또한, 분사 배관(62)은 필요에 따라 생략될 수도 있다.The coolant discharged from the
배출 배관(63)의 일단은 제2 플레이트(53)를 관통하여 냉각수 수용 공간(51)과 연결되고, 배출 배관(63)의 반대측 일단은 기밀 챔버(11)의 외부에서 도시하지 않은 냉각수 흡입 펌프와 연결된다. 이로써 몰드 지지대(16) 냉각에 사용된 냉각수는 배출 배관(63)을 거쳐 기밀 챔버(11) 외부로 배출된다.One end of the
가스 냉각부(70)는 가스 공급관(71)과 분사 노즐(72)을 포함한다.The
분사 노즐(72)은 소정의 내경과 외경을 가지는 파이프 형상으로서, 일단이 노즐 보호부(54)의 관통홀(55)에 끼워져 고정되고, 반대측 일단은 제2 플레이트(53)에 지지된다. 분사 노즐(72)의 외경은 관통홀(55) 하부에 위치하는 노즐 보호부(54)의 내벽 직경보다 작아 분사 노즐(72)과 노즐 보호부(54)의 내벽은 서로간 거리를 유지한다. 따라서 분사 노즐(72)의 바깥으로 냉각수가 순환하므로 분사 노즐(72) 내부를 흐르는 불활성 가스의 온도를 낮출 수 있다.The
노즐 보호부(54)와 분사 노즐(72)의 단부는 임펠러 몰드(30)에 형성된 오목부(36) 내부에 위치할 수 있다. 이 경우 분사 노즐(72)의 단부와 임펠러 몰드(30)간 거리를 최소화하여 임펠러(40)의 냉각 속도와 냉각 효율을 높일 수 있다.End portions of the
가스 공급관(71)의 일단은 기밀 챔버(11)의 외부에 위치하며, 도시하지 않은 불활성 가스 주입 펌프와 연결되어 불활성 가스를 공급받는다. 가스 공급관(71)의 반대측 일단은 기밀 챔버(11)의 내부에서 제2 플레이트(53)의 중앙 하부를 지지하는 지지축(23)에 연결된다. 지지축(23)과 제2 플레이트(53)에는 분사 노즐(72)과 가스 공급관(71)을 연결하는 가스 유로(24)가 형성된다. 불활성 가스 아르곤 가스 또는 헬륨 가스일 수 있다.One end of the
전술한 냉각 장치(200) 구성에 따라, 냉각수 순환부(60)는 몰드 지지대(16)를 냉각시켜 임펠러 몰드(30)를 간접적으로 냉각시키고, 가스 냉각부(70)는 임펠러 몰드(30)의 중앙 하부에서 임펠러 몰드(30)의 중심축 방향을 따라 불활성 가스를 직접 분사하여 임펠러 몰드(30)를 직접 냉각시킨다.According to the above-described configuration of the
따라서 임펠러(40)의 냉각 속도를 높여 임펠러(40)의 조직을 미세화시킬 수 있고, 그 결과 강성이 우수한 임펠러(40)를 제작할 수 있다. 이때 임펠러 몰드(30)의 냉각 방향은 임펠러 몰드(30)의 하부에서 상부를 향하는 방향이며, 이는 임펠러 몰드(30)의 날개면(33)으로부터 기저면(35)을 향하는 방향으로서 임펠러 몰드(30)의 중심축 방향과 일치한다.Therefore, the cooling speed of the
냉각 장치(200)는 승하강 장치(80)(도 1 참조)와 연결되어 그 높이가 조절된다. 승하강 장치(80)는 지지축(23)과 연결된 도시하지 않은 모터와 기어 박스를 포함하며, 냉각 장치(200)는 승하강시 이동이 원활하도록 적어도 2개의 이동 가이드(25)를 포함한다. 지지축(23)과 이동 가이드(25)는 제2 플레이트(53)의 하부에 고정되고, 기밀 챔버(11)의 내부와 외부에 걸쳐 위치한다. 기밀 챔버(11)의 내부 바닥면에는 지지축(23)과 이동 가이드(25)를 지지하는 베어링 블록(26)이 설치된다.The
이동 가이드(25)는 내부가 빈 원통 모양이며 견고한 금속재로 형성된다. 공급 배관(61)과 가스 공급관(71)은 어느 하나의 이동 가이드(25) 내부에 위치하고, 배출 배관(63)은 다른 하나의 이동 가이드(25) 내부에 위치할 수 있다. 따라서 이동 가이드(25)를 이용하여 공급 배관(61), 가스 공급관(71), 및 배출 배관(63)을 둘러싸 보호할 수 있다. 승하강 장치(80)는 임펠러 몰드(30)를 승하강시켜 도가니(13)에 대한 임펠러 몰드(30)의 상대 높이를 조절하는 역할을 한다.The
다음으로, 전술한 임펠러 진공 주조 장치(100)를 이용한 임펠러(40)의 주조 방법에 대해 설명한다.Next, the casting method of the
임펠러 주물은 인베스트먼트 주조법(또는 로스트 왁스 프로세스)으로 주조한다.Impeller castings are cast by investment casting (or lost wax process).
임펠러 주물을 주조하기 위해 먼저 왁스로 제작된 임펠러 모형을 사용하여 임펠러 몰드(30)를 제조한다. 임펠러 몰드(30)는 통상의 인베스트먼트 주조법에 따라 제조한다. 여기서, 임펠러 몰드(30)에 부착되는 압탕(17)은 직탕식으로 부착하며, 임펠러 날개면(33)이나 에지면(34)과 같이 두께가 얇은 곳에도 적당히 용탕이 스면들 수 있도록 압탕(17)의 체적은 적어도 임펠러의 체적보다 크게 제작한다.In order to cast the impeller casting, an
그리고 임펠러 몰드(30)의 외부에는 일정한 보온을 유지하는 단열재를 피복할 수 있으며, 이 경우 용탕이 임펠러 몰드(30)의 구석까지 균일하게 스며들게 할 수 있다.And the outside of the
제조된 임펠러 몰드(30)를 진공 주조 장치(100)에 장착하고, 도가니(13)에는 금속 원재료를 장입한다. 임펠러 제조를 위하여 사용되는 금속 원재료는 초내열 합금 또는 니켈 합금을 사용하며, 바람직하게 인코넬 714LC를 사용할 수 있다.The manufactured
사용한 금속 원재료의 일 예인 인코넬 713L의 조성은 하기 표 1과 같다.The composition of Inconel 713L as an example of the used metal raw material is shown in Table 1 below.
도가니(13) 내에 금속 원재료를 장입하고, 아울러 임펠러 몰드(30)를 몰드 지지대(16) 상부에 지지한 상태에서 흡입 펌프(122)를 작동시켜 기밀 챔버(11) 내부를 진공으로 유지한다. 이 상태에서 질소 가스나 아르곤 가스와 같은 불활성 가스를 선택적으로 주입하여 기밀 챔버(11) 내부를 불활성으로 유지할 수 있다.A metal raw material is charged into the
이어서 고주파 유도가열 코일(14)에 전류를 인가하여 도가니(13) 내부의 금속 원재료를 용융시킨다. 이때 금속 원재료의 용융 온도는 1600℃ 내지 1680℃로 하고, 임펠러 몰드(30)의 온도는 1000℃ 내지 1100℃로 유지한다.Then, a current is applied to the high frequency
용융된 금속 원재료의 용탕은 회전 장치(15)의 작동에 의한 도가니(13)의 회전으로 임펠러 몰드(30)의 상부(주입구)에 주입된다. 용탕이 주입된 임펠러 몰드(30)는 비교적 온도가 낮은 몰드 지지대(16)의 영향으로 냉각되기 시작한다. 임펠러 몰드(30)는 두께가 얇은 블레이드(42) 부분부터 급속히 응고되어 덴드라이트 형상으로 응고된다.The molten metal of the molten metal raw material is injected into the upper part (inlet) of the
아울러 냉각 장치(200)의 가스 냉각부(70)가 작동하여 불활성 가스가 분사 노즐(72)에서 분출되어 임펠러 몰드(30)의 오목부(36)를 급속 냉각시킨다. 그 결과, 임펠러 몰드(30)에서 응고되지 않은 중심 체적부가 급속히 냉각되어 주조 조직을 미세하게 응고시킨다.In addition, the
이때 사용한 불활성 가스는 질소, 아르곤, 또는 헬륨 가스일 수 있다. 또한, 불활성 가스의 분사로 인한 임펠러 몰드(30)의 냉각 속도는 100℃/min 내지 150℃/min일 수 있다.The inert gas used at this time may be nitrogen, argon, or helium gas. In addition, the cooling rate of the
이상과 같은 공정으로 응고된 임펠러(40)는 압탕(17)을 절단한 다음 필요에 따라 표면 가공을 하여 사용한다.The
[실시예][Example]
통상의 인베스트먼트 주조법에 따라 제조된 임펠러 몰드(30)를 진공 주조 장치(100) 내부에 위치하는 몰드 지지대(16) 상부에 장착하였다. 그리고 도가니(13) 내부에는 인코넬 713LC 조성을 가지는 금속 원재료를 장입하였다.An
이와 같이 준비된 상태에서 고주파 유도가열 코일(14)에 전류를 인가하여 도가니(13) 내부의 금속 원재료를 용융시켰다. 이때 금속 원재료의 용융 온도는 1600℃ 내지 1680℃이었다.In the state prepared as described above, a current was applied to the high frequency
다음으로 1000℃ 내지 1100℃로 유지하는 임펠러 몰드(30) 내로 도가니(13)를 회전시켜 용융된 금속을 주입하였다. 그 다음 냉각 장치(200)의 냉각수 순환부(60) 만을 작동시켜 몰드 지지대(16)를 냉각시킨 상태로 임펠러 몰드(30)를 냉각시켰다. 이와 같은 조건으로 냉각되어 주조된 임펠러(40)를 실시예 1이라 한다.Next, the
그리고 상기 실시예 1과 동일한 재료와 조건으로 용탕을 임펠러 몰드(30)에 주입한 다음 냉각 장치(200)의 냉각수 순환부(60)와 가스 냉각부(70)를 동시에 작동시켜 임펠러 몰드(30)의 오목부(36)에 아르곤 가스를 분사 노즐(72)을 통해 분사시켜 임펠러 몰드(30)를 급속 냉각하였다. 이와 같은 조건으로 냉각되어 주조된 임펠러(40)를 실시예 2라 한다.Then, the molten metal is injected into the
이상의 실시예 1과 실시예 2에 따라 주조된 주물에서 임펠러 몰드(30)와 압탕(17)을 제거하여 임펠러들(40)을 제조하였다.
제조된 임펠러들(40)은 도 4의 A-A면을 따라 절단한 다음 절단면을 연마 및 부식하여 육안 및 광학 현미경으로 주조 조직을 관찰하였다. 또한, 제조된 임펠러들(40)은 ASTM E8에 따라 인장 강도, 항복 강도, 및 연신율 등과 같은 기계적 특성을 측정하였다.The
도 7a와 도 7b는 각각 실시예 1과 실시예 2에 따라 주조된 임펠러의 종단면 결정조직 사진이다.7A and 7B are longitudinal cross-sectional micrographs of the impeller cast according to Example 1 and Example 2, respectively.
도 7a에서 알 수 있듯이, 실시예 1에 의하여 주조된 임펠러는 임펠러 몰드의 벽에서부터 대략 수직한 방향으로 수지상정(dendrite)이 발달하여 임펠러의 중심부에는 조대한 결정립이 형성되어 있다.As can be seen in Figure 7a, the impeller cast by Example 1 has a dendrite developed in a direction substantially perpendicular to the wall of the impeller mold, so that coarse crystal grains are formed in the center of the impeller.
이에 반하여 도 7b에서와 같이 실시예 2에 의하여 주조된 임펠러는 임펠러 몰드의 벽에서부터 가까운 부분(즉, 표면 부분)에는 수지상정(dendrite)이 형성되었으나, 임펠러의 내부 중심부에는 강제 냉각에 따른 미세한 결정립이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 이때 육안으로 관찰할 경우 중심부의 평균 결정립의 직경이 5mm 이하였으며, 결정립의 크기가 균일하고 결정입계도 치밀하였다.In contrast, as shown in FIG. 7B, the impeller casted according to Example 2 has a dendrite formed at a portion (ie, a surface portion) close to the wall of the impeller mold, but a fine grain is formed at the inner center of the impeller due to forced cooling. It turns out that this is formed. At this time, when viewed with the naked eye, the average grain size at the center was 5 mm or less, and the grain size was uniform and the grain boundaries were dense.
도 8a와 도 8b는 실시예 1에 따라 주조된 임펠러의 단면 중심부를 관찰한 현미경 사진이고, 도 9a와 도 9b는 실시예 2에 따라 주조된 임펠러의 단면 중심부를 관찰한 현미경 사진이다.8A and 8B are micrographs observing a cross-section center of an impeller casted according to Example 1, and FIGS. 9A and 9B are micrographs observing a cross-section center of an impeller casted according to Example 2. FIG.
도 8a(스케일바는 250㎛임)에서 알 수 있듯이, 실시예 1에 의하여 주조된 임펠러의 미세 조직은 그 결정립의 직경이 큰 조대 결정립이며, 결정입계의 폭이 굵고 검은 반점이 나타났다. 도 8a를 더욱 확대한 도 8b(스케일바는 50㎛임)에는 결정입계에 검은색 반점이 몰려 있는 것을 알 수 있다. 이러한 검은색 반점은 탄화물(carbide)로서 결정입계에 집중해서 석출되어 있다.As can be seen in Figure 8a (scale bar is 250㎛), the microstructure of the impeller cast according to Example 1 is a coarse grain with a large diameter of the grains, the grain boundaries are thick and black spots appeared. It can be seen that black spots are concentrated at the grain boundaries in FIG. 8B (the scale bar is 50 µm), which is further enlarged in FIG. These black spots are carbides and are concentrated at grain boundaries.
그러나 도 9a(스케일바는 250㎛임)에서 알 수 있듯이, 실시예 2에 따라 주조된 임펠러의 미세 조직은 그 결정립이 극히 미세하면서 결정입계의 폭이 가늘고 부식 후 광학 현미경으로 관찰한 평균 결정립의 직경은 250㎛ 이하로 나타났다. 이를 더욱 확대한 도 9b(스케일바는 50㎛임)에는 결정입계에 탄화물(carbide)과 같은 이물질이 석출되어 있지 않은 것을 알 수 있다. 이러한 사실은 급속한 응고에 의하여 탄화물을 형성하는 원소가 결정입계로 확산되지 않고 결정립 내에 고르게 분산되어 있기 때문이다.However, as can be seen in Figure 9a (scale bar is 250㎛), the microstructure of the impeller cast according to Example 2 is very fine grains, the grain boundaries are narrow and the average grain size observed by the optical microscope after corrosion The diameter was found to be 250 μm or less. 9b (the scale bar is 50 µm), which is further enlarged, it can be seen that no foreign matter such as carbide is deposited at the grain boundaries. This is because the element which forms carbide by rapid solidification does not diffuse to a grain boundary, but is disperse | distributed evenly in a grain.
다음으로, 실시예 1 및 실시예 2에 따라 주조된 임펠러의 기계적 특성을 조사하기 위해 주조된 임펠러를 도 4의 A-A선을 따라 절단한 다음 도 10에서 직사각형으로 나타난 부분과 같이 시험편을 절취하였다. (도 10은 실시예 2에 따라 주조된 임펠러이다.)Next, in order to investigate the mechanical properties of the impeller cast according to Example 1 and Example 2, the cast impeller was cut along the line A-A of FIG. 4, and then the test piece was cut as shown in the rectangle in FIG. (FIG. 10 is an impeller cast in accordance with Example 2.)
인장 시험을 위해 절취한 시편은 도 10에서 도 4의 A-A선과 대략 평행한 3개의 시편 중에서, 좌측이 실시예 1과 실시예 2의 No. 21 시편이고, 중앙이 실시예 1과 실시예 2의 No. 22 시편이며, 우측이 실시예 1과 실시예 2의 No. 23 시편의 위치이다.Specimens cut out for the tensile test of the three specimens approximately parallel to the line A-A of Figure 10 to Figure 4, the left side of Example 1 and Example 2. 21 specimens, the center of which is No. 1 of Example 1 and Example 2. 22 specimens, the right side of which is No. 1 and Example 2 Nos. 23 The location of the specimen.
이와 같이 절취한 시편에 대하여 HIP 처리 및 열처리한 다음 인장 시험을 하였고, 실시예 1과 실시예 2에 대한 결과를 각각 하기 표 2와 하기 표 3에 나타내었다.The specimens thus cut were subjected to HIP treatment and heat treatment, followed by a tensile test, and the results for Example 1 and Example 2 are shown in Table 2 and Table 3, respectively.
표 2와 표 3에서 알 수 있듯이 실시예 2에 의한 임펠러는 상온에서의 기계적 특성뿐만 아니라 고온에서의 기계적 특성이 실시예 1에 의한 임펠러보다 10% 내지 20% 우수한 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이러한 기계적 특성의 차이는 실시예 1과 실시예 2에 따른 임펠러의 미세 조직의 차이에 기인한 것이다.As can be seen from Table 2 and Table 3 it can be seen that the impeller according to Example 2 exhibits not only mechanical properties at room temperature but also mechanical properties at high temperature from 10% to 20% better than the impeller according to Example 1 . This difference in mechanical properties is due to the difference in the microstructure of the impeller according to Example 1 and Example 2.
이와 같이 표 2와 표 3에서의 인장 시험 결과를 도 11에 나타내었다.Thus, the tensile test results in Table 2 and Table 3 are shown in FIG.
도 11a와 도 11b는 각각 실시예 1과 실시예 2에 따라 주조된 임펠러의 기계적 특성을 나타낸 그래프이다. 도 11a와 도 11b에서 T.S는 인장 강도를 나타내고, Y.S는 항복 강도를 나타내며, EL은 연신율을 나타낸다.11A and 11B are graphs showing the mechanical properties of the impeller cast according to Example 1 and Example 2, respectively. 11A and 11B, T.S represents tensile strength, Y.S represents yield strength, and EL represents elongation.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.
100: 임펠러 진공 주조 장치 11: 기밀 챔버
12: 진공 형성부 13: 도가니
14: 고주파 유도가열 코일 15: 회전 장치
16: 몰드 지지대 200: 냉각 장치
30: 임펠러 몰드 40: 임펠러
50: 냉각수 수용부 60: 냉각수 순환부
70: 가스 냉각부 72: 분사 노즐100: impeller vacuum casting device 11: hermetic chamber
12: vacuum forming unit 13: crucible
14: high frequency induction heating coil 15: rotating device
16: mold support 200: cooling device
30: impeller mold 40: impeller
50: cooling water accommodating part 60: cooling water circulation part
70: gas cooling unit 72: injection nozzle
Claims (19)
상기 기밀 챔버 내부에 위치하며 고주파 유도가열 코일로 둘러싸인 도가니;
상기 기밀 챔버 내부에서 상기 도가니 하부에 위치하고, 압탕이 연결된 임펠러 몰드를 지지하는 몰드 지지대; 및
상기 임펠러 몰드를 냉각시키는 냉각 장치
를 포함하며,
상기 냉각 장치는 상기 임펠러 몰드의 중앙 하부에서 상기 임펠러 몰드의 축 방향을 따라 불활성 가스를 분사하여 상기 임펠러 몰드를 냉각시키는 가스 냉각부를 포함하는 임펠러 진공 주조 장치.An airtight chamber connected to the suction pump to keep the interior vacuum;
A crucible located inside the hermetic chamber and surrounded by a high frequency induction heating coil;
A mold support positioned below the crucible in the hermetic chamber and supporting an impeller mold to which a hot water is connected; And
Cooling device for cooling the impeller mold
Including;
The cooling apparatus includes an impeller vacuum casting apparatus for cooling the impeller mold by injecting an inert gas along the axial direction of the impeller mold in the lower center of the impeller mold.
상기 임펠러 몰드는 내벽에 날개면과 에지면 및 기저면을 형성하며, 상기 기저면이 상기 도가니를 향하고 상기 날개면이 상기 몰드 지지대를 향하도록 배치되는 임펠러 진공 주조 장치.The method of claim 1,
The impeller mold forms a wing surface, an edge surface and a base surface on an inner wall, and the base surface faces the crucible and the wing surface faces the mold support.
상기 몰드 지지대는 개구부를 형성하며,
상기 가스 냉각부는 상기 기밀 챔버의 내부와 외부에 걸쳐 위치하는 가스 공급관과, 상기 가스 공급관에 연결되고 상기 몰드 지지대의 개구부를 관통하여 상기 몰드 지지대의 상부로 돌출되는 분사 노즐을 포함하는 임펠러 진공 주조 장치.3. The method of claim 2,
The mold support forms an opening,
The gas cooling unit includes a gas supply pipe positioned over the inside and outside of the hermetic chamber, and an injection nozzle connected to the gas supply pipe and penetrating through an opening of the mold support to protrude upwardly of the mold support. .
상기 임펠러 몰드는 상기 날개면 하부에서 임펠러의 구동축 수용부에 대응하는 오목부를 형성하고, 상기 분사 노즐의 일부는 상기 오목부의 내부에 위치하는 임펠러 진공 주조 장치.The method of claim 3,
The impeller mold is formed under the wing surface to form a recess corresponding to the drive shaft receiving portion of the impeller, a part of the injection nozzle is an impeller vacuum casting apparatus located in the recess.
상기 냉각 장치는,
상기 몰드 지지대 하부에 위치하며 냉각수 수용 공간을 형성하여 상기 몰드 지지대를 냉각시키는 냉각수 수용부; 및
상기 냉각수 수용 공간으로 냉각수를 제공하고, 냉각에 사용된 냉각수를 배출하여 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환부
를 더 포함하는 임펠러 진공 주조 장치.The method of claim 3,
The cooling device,
A coolant accommodating part positioned below the mold support to form a coolant accommodating space to cool the mold support; And
Cooling water circulation unit for providing a cooling water to the cooling water receiving space, circulating the cooling water by discharging the cooling water used for cooling
Impeller vacuum casting device further comprising.
상기 냉각수 수용부는,
상기 기밀 챔버의 내부에 위치하며 상기 몰드 지지대와 면접촉을 하는 제1 플레이트; 및
상기 제1 플레이트와의 사이에 상기 냉각수 수용 공간을 형성하면서 상기 제1 플레이트의 하부에 고정되는 제2 플레이트
를 포함하는 임펠러 진공 주조 장치.6. The method of claim 5,
The cooling water receiving portion,
A first plate positioned in the hermetic chamber and in surface contact with the mold support; And
A second plate fixed to the lower portion of the first plate while forming the cooling water accommodating space therebetween;
Impeller vacuum casting device comprising a.
상기 냉각수 순환부는, 상기 기밀 챔버의 내부와 외부에 걸쳐 위치하면서 상기 제2 플레이트를 관통하여 상기 냉각수 수용 공간과 연결되는 공급 배관 및 배출 배관을 포함하는 임펠러 진공 주조 장치.The method according to claim 6,
The cooling water circulation unit, the impeller vacuum casting apparatus including a supply pipe and a discharge pipe which is located over the inside and outside of the hermetic chamber and penetrates through the second plate and connected to the cooling water receiving space.
상기 냉각수 수용부는, 상기 제1 플레이트의 중앙에 위치하며 상기 몰드 지지대의 개구부를 관통하여 상기 몰드 지지대의 상부로 돌출되는 노즐 보호부를 더 포함하는 임펠러 진공 주조 장치.8. The method of claim 7,
The cooling water receiving unit, the impeller vacuum casting apparatus further comprises a nozzle protector which is located in the center of the first plate and penetrates through the opening of the mold support to the upper portion of the mold support.
상기 노즐 보호부는 상단에 관통홀을 형성하고, 상기 분사 노즐의 일단은 상기 노즐 보호부의 관통홀에 끼워져 고정되며, 상기 관통홀 하부의 상기 노즐 보호부 내벽은 상기 분사 노즐의 외경보다 큰 직경을 가지는 임펠러 진공 주조 장치.9. The method of claim 8,
The nozzle protector has a through hole formed at an upper end thereof, and one end of the spray nozzle is fixed to the through hole of the nozzle protector. An inner wall of the nozzle protector under the through hole has a diameter larger than an outer diameter of the spray nozzle. Impeller vacuum casting device.
상기 냉각수 순환부는, 상기 공급 배관과 연결되어 냉각수를 제공받고 상기 분사 노즐과 상기 노즐 보호부의 사이 공간으로 냉각수를 분사하는 분사 배관을 더 포함하는 임펠러 진공 주조 장치.10. The method of claim 9,
The cooling water circulation unit, the impeller vacuum casting apparatus further comprises a spray pipe connected to the supply pipe receives the cooling water and sprays the cooling water into the space between the spray nozzle and the nozzle protector.
상기 기밀 챔버의 외부에서 상기 냉각 장치와 연결되어 상기 냉각수 수용부와 상기 몰드 지지대의 높이를 조절하는 승하강 장치를 더 포함하는 임펠러 진공 주조 장치.11. The method according to any one of claims 5 to 10,
And an elevating device connected to the cooling device outside the hermetic chamber to adjust the height of the cooling water receiver and the mold support.
상기 냉각 장치는 상기 냉각수 수용부를 지지하는 지지축과, 승하강시 이동을 원활하게 하는 복수의 이동 가이드를 더 포함하며,
상기 지지축과 상기 복수의 이동 가이드는 상기 기밀 챔버의 내부와 외부에 걸쳐 위치하는 임펠러 진공 주조 장치.12. The method of claim 11,
The cooling device further includes a support shaft for supporting the cooling water accommodating portion, and a plurality of movement guides to smoothly move during ascending and descending.
The support shaft and the plurality of movement guides are located on the inside and outside of the hermetic chamber.
상기 이동 가이드는 내부가 빈 원통 모양으로 형성되고, 상기 가스 공급관과 상기 공급 배관은 어느 하나의 이동 가이드 내부에 위치하며, 상기 배출 배관은 다른 하나의 이동 가이드 내부에 위치하는 임펠러 진공 주조 장치.13. The method of claim 12,
The moving guide is formed in a hollow cylindrical shape, the gas supply pipe and the supply pipe is located in any one of the moving guide, the discharge pipe is an impeller vacuum casting device located in the other moving guide.
초내열 합금과 니켈 합금 중 어느 하나의 금속 원재료를 사용하고,
진공 주조 장치에서 주조되며,
응고된 주조 조직을 육안으로 관찰하여 상기 임펠러의 표면 부분은 수지상정이고, 상기 임펠러의 중심부는 평균 결정립의 직경이 5mm 이하인 미세 결정립으로 이루어진 주조 조직을 포함하는 주조 임펠러.In the impeller cast by the investment casting method,
Using the metal raw material of any one of the super heat-resistant alloy and nickel alloy,
Is cast in a vacuum casting device,
Visually observing the solidified cast structure, the surface portion of the impeller is dendrite, and the center of the impeller is a casting impeller comprising a cast structure consisting of fine grains having an average grain diameter of 5mm or less.
상기 주조 조직은 광학 현미경으로 관찰하여 상기 중심부의 평균 결정립의 직경이 250㎛ 이하인 주조 임펠러.15. The method of claim 14,
The cast structure is observed by an optical microscope, the casting impeller of the average grain size of the central portion is 250㎛ or less.
상기 주조 조직은 탄화물을 형성하는 원소가 결정입계로 확산되지 않고 결정립 내에 고르게 분산되어 있는 주조 임펠러.16. The method of claim 15,
The casting structure is a casting impeller in which carbide forming elements are uniformly dispersed in grains without diffusion to grain boundaries.
상기 임펠러는 상온에서의 인장 강도(T.S)가 790MPa 내지 874MPa이고, 항복 강도가 721MPa 내지 819MPa인 주조 임펠러.17. The method of claim 16,
The impeller is a cast impeller having a tensile strength (TS) at room temperature of 790 MPa to 874 MPa and a yield strength of 721 MPa to 819 MPa.
상기 금속 원재료는 인코넬 713LC인 주조 임펠러.18. The method according to any one of claims 14 to 17,
The metal raw material is Inconel 713LC casting impeller.
임펠러 진공 주조 장치 내부에 설치된 도가니에 초내열 합금, 니켈 합금, 및 인코넬 713LC 중 어느 하나의 금속 원재료를 장입하는 단계;
인베스트먼트법으로 제조되고 압탕이 부착된 임펠러 몰드를 지지대 상부에 지지하는 단계;
상기 진공 주조 장치를 진공으로 유지하고 고주파 유도 가열 코일을 작동하여 금속 원재료를 용융시키는 단계;
상기 도가니를 회전시켜 용탕을 상기 임펠러 몰드에 주입하는 단계; 및
상기 진공 주조 장치의 냉각 장치를 이용하여 냉각수 수용부를 냉각시키고, 가스 냉각부를 작동시켜 상기 임펠러 몰드의 오목부에 불활성 가스를 분사 노즐을 통해 분사시켜 상기 임펠러 몰드를 급속 냉각시키는 단계
를 포함하는 임펠러 주조 방법.In the impeller casting by the investment casting method,
Charging a metal raw material of any one of a super heat-resistant alloy, a nickel alloy, and Inconel 713LC into a crucible installed inside an impeller vacuum casting apparatus;
Supporting an impeller mold manufactured by an investment method and attached with a hot water on an upper portion of the support;
Maintaining the vacuum casting apparatus in vacuum and operating a high frequency induction heating coil to melt the metal raw material;
Rotating the crucible to inject molten metal into the impeller mold; And
Cooling the coolant accommodating part by using the cooling device of the vacuum casting device, and operating the gas cooling unit to rapidly cool the impeller mold by injecting an inert gas through the injection nozzle in the recess of the impeller mold
Impeller casting method comprising a.
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