KR101328099B1 - Method for manufacturing cast product - Google Patents
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Abstract
주조품 제조 방법은 왁스 패턴을 제조하는 단계, 상기 왁스 패턴에 세라믹을 포함하는 주형층을 코팅하는 단계, 상기 주형층에 금속 산화물을 포함하는 백업층을 코팅하는 단계, 상기 왁스 패턴을 제거하는 단계, 상기 주형층 및 상기 백업층을 환원 분위기에서 열처리하여 주형재를 제조하는 단계, 및 상기 주형재에 금속 용융물을 주입하는 단계를 포함한다.Casting method manufacturing a wax pattern, coating a mold layer comprising a ceramic on the wax pattern, coating a backup layer containing a metal oxide on the mold layer, removing the wax pattern, And heat-treating the mold layer and the backup layer in a reducing atmosphere to produce a mold material, and injecting a metal melt into the mold material.
Description
본 발명은 주조품 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타이타늄을 포함하는 주조품을 제조하는 주조품 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a casting production method, and more particularly, to a casting production method for producing a casting containing titanium.
가벼고 강하며 내식성이 우수한 타이타늄(Ti)은 자동차, 항공기, 화학플랜트, 생체재료로도 활용이 되고 있다. 그러나, 타이타늄은 용융 상태에서 강한 활성으로 인해 주조(casting)시 도가니 또는 주형재와의 반응성을 억제하기 위해 많은 기술개발이 이루어지고 있다. Titanium (Ti), which is light, strong and excellent in corrosion resistance, is also used for automobiles, aircraft, chemical plants, and biomaterials. However, due to the strong activity in the molten state, a lot of technical developments have been made to suppress the reactivity with the crucible or the casting material during casting.
주조는 복잡한 형상 및 중공형 제품의 제조에 적합한 대표적인 정형가공공정이나, 타이타늄이 용융 상태에서 반응성이 강하여 대기 중 질소, 산소 및 수소 등과 강한 친화력을 가지고 있어 쉽게 고용체인 알파케이스(α-case)를 형성하기 때문에, 타이타늄 및 타이타늄 합금의 용융 및 주조에 있어 도가니 오염 및 주형재의 반응 문제에 대한 특별한 주의가 요구된다. Casting is a typical orthopedic process suitable for the manufacture of complex shapes and hollow products.However, since titanium is highly reactive in the molten state, it has a strong affinity with nitrogen, oxygen, and hydrogen in the air. Because of the formation, special attention is paid to the problem of crucible contamination and the reaction of the casting material in the melting and casting of titanium and titanium alloys.
특히, 주형재와 접하는 주조품의 표면에 두꺼운 계면 반응층이 형성될 경우, 이 계면 반응층에 의해 주조품의 치수 정밀도가 저하되고, 특성이 저하되는 동시에, 두꺼운 계면 반응층을 제거하기 위한 공정이 추가되어 전체적인 제조 비용이 상승되는 문제점이 발생한다.In particular, when a thick interfacial reaction layer is formed on the surface of the cast product in contact with the casting material, the interfacial reaction layer deteriorates the dimensional accuracy of the cast product, and also deteriorates the characteristics and adds a step for removing the thick interfacial reaction layer. There arises a problem that the overall manufacturing cost is raised.
본 발명의 일 실시예는, 주조품을 제조하기 위한 금속 용융물과 반응이 억제된 주조품 제조 방법을 제공하고자 한다.One embodiment of the present invention is to provide a method for producing a cast product in which the reaction with the metal melt for producing the cast is suppressed.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은 주조품 제조 방법에 있어서, 왁스 패턴을 제조하는 단계, 상기 왁스 패턴에 세라믹을 포함하는 주형층을 코팅하는 단계, 상기 주형층에 금속 산화물을 포함하는 백업층을 코팅하는 단계, 상기 왁스 패턴을 제거하는 단계, 상기 주형층 및 상기 백업층을 환원 분위기에서 열처리하여 주형재를 제조하는 단계, 및 상기 주형재에 금속 용융물을 주입하는 단계를 포함하는 주조품 제조 방법을 제공한다.One aspect of the present invention for achieving the above technical problem is a method of manufacturing a casting, manufacturing a wax pattern, coating a mold layer comprising a ceramic in the wax pattern, the metal layer in the mold layer Coating a backup layer, removing the wax pattern, heat treating the mold layer and the backup layer in a reducing atmosphere, and preparing a mold material; and injecting a metal melt into the mold material. Provided is a method for producing a casting.
상기 세라믹은 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있다.The ceramic may include alumina (Al 2 O 3 ).
상기 주형층을 코팅하는 단계는 복수번 수행될 수 있다.Coating the mold layer may be performed a plurality of times.
상기 금속 산화물은 구리 산화물(CuO)를 포함할 수 있다.The metal oxide may include copper oxide (CuO).
상기 백업층을 환원 분위기에서 열처리하여 주형재를 제조하는 단계는 상기 구리 산화물을 구리(Cu)로 환원하여 수행할 수 있다.The step of preparing a mold material by heat-treating the backup layer in a reducing atmosphere may be performed by reducing the copper oxide to copper (Cu).
상기 금속 용융물은 타이타늄(Ti)을 포함할 수 있다.The metal melt may include titanium (Ti).
상술한 본 발명의 과제 해결 수단의 일부 실시예 중 하나에 의하면, 주조품을 제조하기 위한 금속 용융물과 반응이 억제된 주조품 제조 방법이 제공된다.According to one of the embodiments of the above-described problem solving means of the present invention, there is provided a casting production method in which a reaction with a metal melt for producing a casting is suppressed.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주조품 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실험예를 설명하기 위한 도면이다.1 is a flow chart showing a casting product manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
2 to 4 are diagrams for explaining an experimental example of the present invention.
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, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In addition, since the sizes and thicknesses of the respective components shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Also, throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 주조품 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, with reference to Figure 1 will be described a casting manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
우선, 왁스 패턴을 제조한다(S100).First, a wax pattern is manufactured (S100).
구체적으로, 왁스(wax)를 이용하여 주형인 왁스 패턴을 제조한다.Specifically, using a wax (wax) to prepare a wax pattern as a template.
다음, 왁스 패턴에 주형층을 코팅한다(S200).Next, the mold layer is coated on the wax pattern (S200).
구체적으로, 세라믹인 알루미나(Al2O3)와 콜로이드성의 실리콘 산화물(Colloidal SiO2)로 이루어진 슬러리(slurry)에 왁스 패턴을 침적(dipping)하여 왁스 패턴의 표면에 알루미나를 조분 입자로 피복시키는 스터코(stuccoing)를 수행한 후, 항온 항습기에서 건조시켜 왁스 패턴의 표면에 알루미나를 포함하는 주형층을 코팅한다. 상술한 코팅은 복수번 수행될 수 있다.Specifically, a wax pattern is deposited on a slurry made of ceramic alumina (Al 2 O 3 ) and colloidal silicon oxide (Colloidal SiO 2 ) to coat the alumina with coarse particles on the surface of the wax pattern. After performing the nose (stuccoing), and dried in a thermo-hygrostat to coat the mold layer containing alumina on the surface of the wax pattern. The above-described coating may be performed a plurality of times.
다음, 주형층에 백업층을 코팅한다(S300).Next, the backup layer is coated on the mold layer (S300).
구체적으로, 금속 산화물인 구리 산화물(CuO) 분말을 콜로이드성의 실리콘 산화물(Colloidal SiO2)과 혼합하여 왁스 패턴에 코팅된 주형층에 피복하여 주형층에 구리 산화물을 포함하는 백업층을 코팅한다. 상술한 코팅은 복수번 수행될 수 있다.Specifically, copper oxide (CuO) powder, which is a metal oxide, is mixed with colloidal silicon oxide (Colloidal SiO 2 ) and coated on a mold layer coated on a wax pattern to coat a backup layer containing copper oxide on the mold layer. The above-described coating may be performed a plurality of times.
다음, 왁스 패턴을 제거한다(S400).Next, the wax pattern is removed (S400).
구체적으로, 오토 클래이브(autoclave)에서 수증기를 이용해 왁스 패턴을 제거하는 탈왁스(dewaxing) 공정을 수행하여 왁스 패턴에 코팅된 주형층으로부터 왁스 패턴을 제거한다.Specifically, the wax pattern is removed from the mold layer coated on the wax pattern by performing a dewaxing process of removing the wax pattern using water vapor in an autoclave.
다음, 주형층 및 백업층을 환원 분위기에서 열처리하여 주형재를 제조한다(S500).Next, the mold layer and the backup layer is heat-treated in a reducing atmosphere to prepare a mold material (S500).
구체적으로, 왁스 패턴이 제거된 주형층 및 백업층을 아르곤(Ar) 및 수소(H)를 포함하는 가스가 주입된 소성로 내부에 위치시킨 후, 환원 분위기에서 주형층 및 백업층을 설정된 시간 동안 열처리하여 백업층에 포함된 구리 산화물(CuO)을 구리(Cu)로 환원하여 알루미나를 가지는 주형층 및 구리를 가지는 백업층을 포함하는 주형재를 제조한다.Specifically, the mold layer and the backup layer, from which the wax pattern has been removed, are placed inside a firing furnace in which gas containing argon (Ar) and hydrogen (H) are injected, and then the mold layer and the backup layer are heat-treated in a reducing atmosphere for a predetermined time. The copper oxide (CuO) contained in the backup layer is reduced to copper (Cu) to prepare a mold material including a mold layer having alumina and a backup layer having copper.
다음, 주형재에 금속 용융물을 주입한다(S600).Next, the metal melt is injected into the mold material (S600).
구체적으로, 주형재의 내부 공간에 타이타늄(Ti)을 포함하는 금속 용융물을 주입한 후, 냉각하여 주조품을 제조한다.Specifically, the metal melt containing titanium (Ti) is injected into the internal space of the casting material, and then cooled to manufacture a casting.
이상과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 주조품 제조 방법은 주형재의 외측에 코팅된 백업층이 열전도도가 높은 구리를 포함함으로써, 주조품을 제조하기 위핸 주형재의 내부 공간에 주입된 금속 용융물의 방열이 용이하게 수행되기 때문에, 주형재와 접하는 주조품의 표면에 형성되는 계면 반응층의 두께가 두꺼워지는 것이 억제된다. As described above, in the casting manufacturing method according to an embodiment of the present invention, since the backing layer coated on the outside of the casting material includes copper having high thermal conductivity, heat dissipation of the metal melt injected into the internal space of the casting material for manufacturing the casting product Since this is easily performed, the thickening of the interfacial reaction layer formed on the surface of the cast product in contact with the casting material is suppressed.
즉, 용융 상태에서 반응성이 강하여 대기 중 질소, 산소 및 수소 등과 강한 친화력을 가지고 있어 쉽게 고용체인 알파케이스(α-case)를 형성하는 금속인 타이타늄을 포함하는 금속 용융물이 주형재에 의해 주조품으로 제조될 때, 주형재의 방열이 용이하게 수행되기 때문에, 주형재와 접하는 타이타늄을 포함하는 주조품의 표면에 계면 반응층이 뚜껍게 형성되지 않는다. 이는 주조품의 치수 정밀도가 향상되고, 특성이 향상되는 동시에, 두꺼운 계면 반응층을 제거하기 위한 추가적인 공정이 삭제되어 전체적인 제조 비용이 절감되는 요인으로서 작용한다.That is, a metal melt containing titanium, which is a metal that forms a solid solution of alpha-case easily due to its high reactivity in the molten state and has a strong affinity with nitrogen, oxygen, and hydrogen in the atmosphere, is produced as a cast product by the casting material. When the heat dissipation of the casting material is performed easily, the interface reaction layer is not thickly formed on the surface of the casting including titanium contacting the casting material. This acts as a factor in improving the dimensional accuracy of the cast, improving the properties, and at the same time eliminating the additional process for removing the thick interfacial reaction layer, thereby reducing the overall manufacturing cost.
이와 같이, 주조품을 제조하기 위한 금속 용융물과 반응이 억제된 주조품 제조 방법이 제공된다.As such, there is provided a casting production method in which a reaction with a metal melt for producing a casting is suppressed.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실험예를 설명한다.Hereinafter, an experimental example of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실험예를 설명하기 위한 도면이다.2 to 4 are diagrams for explaining an experimental example of the present invention.
우선, Al2O3와 Colloidal SiO2로 이루어진 슬러리에 왁스 패턴을 침적(dipping)하고, 왁스 패턴에 Al2O3 조분입자를 피복(stuccoing)시킨 뒤, 항온항습기에서 건조(온도: 22±1℃, 습도: 50±5%, 시간: 4hour)시켰다. 이러한 일련의 과정을 3회 반복하여 주형층을 왁스 패턴에 코팅한 후, CuO 분말을 Colloidal SiO2와 혼합하여 주형층에 3회 피복하여 주형층에 CuO를 포함하는 코팅층을 코팅하였다. First, a wax pattern is dipped into a slurry composed of Al 2 O 3 and colloidal SiO 2 , and Al 2 O 3 coarse particles are coated on the wax pattern, followed by drying in a thermo-hygrostat (temperature: 22 ± 1). ℃, humidity: 50 ± 5%, time: 4 hours). After repeating this series of processes three times, the mold layer was coated on the wax pattern, CuO powder was mixed with Colloidal SiO 2 and coated on the mold layer three times to coat the coating layer containing CuO on the mold layer.
다음, autoclave에서 150℃, 0.5MPa의 수증기를 이용하여 탈왁스(dewaxing)하였으며, 백업층의 CuO를 Cu로 환원시키기 위하여 소성로 내에서 Ar-4%H2 가스를 1ℓ/min로 순환시키고, 850℃, 950℃ 및 1050℃에서 각각 2시간 동안 주형층 및 백업층을 소성하여 주형재를 제조하였다. 이후, 주형재의 백업층이 포함하는 재료를 확인하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에 도시된 바와 같이, 환원 분위기의 열처리에 의해 백업층이 Cu를 포함함을 확인하였다. Next, dewaxing using steam at 150 ° C. and 0.5 MPa in an autoclave, circulating Ar-4% H 2 gas at 1 L / min in a calcination furnace to reduce CuO of the backup layer to Cu, and 850 The mold material was prepared by firing the mold layer and the backup layer at 2 ° C., 950 ° C. and 1050 ° C. for 2 hours, respectively. Then, the material included in the backup layer of the casting material was confirmed, and the results are shown in FIG. As shown in FIG. 2, it was confirmed that the backup layer included Cu by heat treatment in a reducing atmosphere.
다음, 본 실험예에 따른 주형재 및 대조예로서 주형층에 샤모트(chamotte)가 코팅된 주형재 각각을 이용해 각각 타이타늄을 포함하는 일 주조품 및 타 주조품을 제조하고, 실험예에 따른 일 주조품 및 대조예에 따른 타 주조품 각각의 경도 분포 및 미세 조직을 평가하였다. Next, as a cast material and a control example according to the present experiment example, using a cast material coated with a chamotte on the mold layer, respectively, one casting and another casting containing titanium were prepared, and one casting and control according to the experiment example. The hardness distribution and microstructure of each of the other castings according to the examples were evaluated.
도 3은 일 주조품(Al2O3/Cu) 및 타 주조품(Al2O3/chamotte) 각각의 표면으로부터의 깊이에 따른 경도를 나타낸 그래프이다. 도 3에서 x축은 각 주조품 표면으로부터의 깊이를 나타내며, y축은 경도를 나타낸다.FIG. 3 is a graph showing the hardness according to the depth from the surface of each of the casting (Al 2 O 3 / Cu) and the other casting (Al 2 O 3 / chamotte). In FIG. 3 the x axis represents the depth from each casting surface and the y axis represents the hardness.
도 3에 나타난 바와 같이, 타 주조품의 경우 약 400um 두께의 경도 상승층인 타 계면 반응층이 형성된 것을 확인하였으며, 일 주조품의 경우 약 250um 두께의 경도 상승층인 일 계면 반응층이 형성된 것을 확인하였다.As shown in FIG. 3, it was confirmed that the other interfacial reaction layer, which is a hardness rising layer having a thickness of about 400 μm, was formed in the case of another casting, and that one interfacial reaction layer that was a hardness rising layer having a thickness of about 250 μm was formed in one casting. .
도 4의 (a)는 타 주조품의 표면 상태를 나타낸 사진이며, (b)는 일 주조품의 표면 상태를 나타낸 사진이다.4 (a) is a photograph showing the surface state of another casting, (b) is a photograph showing the surface state of one casting.
도 4에 나타난 바와 같이, 타 주조품의 경우 상당한 두께를 가진 거친 상태의 타 계면 반응층(RL1)이 관찰되지만, 일 주조품의 경우 건전한 표면 상태의 일 계면 반응층(RL2)이 관찰된다.As shown in FIG. 4, the other interfacial reaction layer RL1 in the rough state having a considerable thickness is observed in the other castings, but in the case of one casting, the one interface reaction layer RL2 in the healthy surface state is observed.
이와 같이, 실험예에 따른 일 주조품 및 대조예에 따른 타 주조품 각각의 경도 분포 및 미세 조직을 평가한 결과, 타이타늄을 포함하는 금속 용융물이 Cu를 가지는 백업층이 코팅된 주형재에 의해 제조되면 주조(casting)시 방열이 용이하게 수행되어 주조품의 표면에 두꺼운 계면 반응층이 형성되는 것이 억제됨을 확인하였다.As such, when the hardness distribution and the microstructure of each of the casting product according to the experimental example and the other casting product according to the control example were evaluated, the casting of the metal melt containing titanium was produced by the casting material coated with the backing layer having Cu. It was confirmed that heat dissipation was easily performed during casting, and formation of a thick interfacial reaction layer on the surface of the cast product was suppressed.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the following claims. Those who are engaged in the technology field will understand easily.
일 계면 반응층(RL2), 타 계면 반응층(RL1)One interface reaction layer (RL2), the other interface reaction layer (RL1)
Claims (6)
왁스 패턴을 제조하는 단계;
상기 왁스 패턴에 세라믹을 포함하는 주형층을 코팅하는 단계;
상기 주형층에 금속 산화물을 포함하는 백업층을 코팅하는 단계;
상기 왁스 패턴을 제거하는 단계;
상기 주형층 및 상기 백업층을 환원 분위기에서 열처리하여 주형재를 제조하는 단계; 및
상기 주형재에 금속 용융물을 주입하는 단계
를 포함하며,
상기 금속 산화물은 구리 산화물(CuO)를 포함하는 주조품 제조 방법.In the casting manufacturing method,
Preparing a wax pattern;
Coating a mold layer including ceramic on the wax pattern;
Coating a backup layer comprising a metal oxide on the mold layer;
Removing the wax pattern;
Manufacturing a mold material by heat treating the mold layer and the backup layer in a reducing atmosphere; And
Injecting a metal melt into the mold material
Including;
The metal oxide is a copper oxide (CuO) manufacturing method of casting.
상기 세라믹은 알루미나(Al2O3)를 포함하는 주조품 제조 방법.In claim 1,
The ceramic is a cast product manufacturing method comprising alumina (Al 2 O 3 ).
상기 주형층을 코팅하는 단계는 복수번 수행되는 주조품 제조 방법.In claim 1,
Coating the mold layer is carried out a plurality of times the casting production method.
상기 백업층을 환원 분위기에서 열처리하여 주형재를 제조하는 단계는 상기 구리 산화물을 구리(Cu)로 환원하여 수행하는 주조품 제조 방법.In claim 1,
The method of manufacturing a casting material by heat-treating the backup layer in a reducing atmosphere is performed by reducing the copper oxide to copper (Cu).
상기 금속 용융물은 타이타늄(Ti)을 포함하는 주조품 제조 방법.
In claim 1,
The metal melt comprises titanium (Ti) manufacturing method.
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| KR20130076544A (en) | 2013-07-08 |
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