냉각 속도가 주조에 미치는 영향은 매우 중요하며 주조 재료의 미세 구조와 특성에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다.
A356 및 A357 합금과 같은 알루미늄 합금 주조에서 냉각 속도가 높을수록 2차 수상돌기 암 간격(SDAS)과 정제된 공융 입자가 더 미세한 미세 구조로 만들어집니다. 이렇게 미세한 미세 구조는 주조 소재의 연성 및 인장 특성을 개선합니다[3,4].
주조 공정의 냉각 단계에서의 냉각 속도는 다양한 요인에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 한 가지 요인은 후 가열 및 냉각 공정입니다. 주조물을 고르게 재가열한 다음 열을 유지하는 데 도움이 되는 재료로 감싸고 부품이 최대한 천천히 냉각되도록 하는 것이 중요합니다. 급격한 냉각은 주조물 내의 열 구배를 증가시켜 냉각이 고르지 않고 왜곡 또는 균열이 발생할 수 있습니다[8].
냉각 단계에서는 증기상, 비등상, 대류상 등 다양한 냉각 단계가 발생할 수 있습니다. 냉각 속도는 이러한 단계 동안 달라질 수 있으며, 이러한 단계의 제어는 주조 재료에서 원하는 특성을 달성하는 데 매우 중요합니다. 열 효과로 인해 오일이 수증기로 변할 때 발생하는 증기상은 기화 잠열의 흡수로 인해 가장 빠른 냉각으로 이어집니다. 그러나 부품 주변에 증기 피복이 형성되어 단열이 과도하게 이루어지면 냉각 속도 효율이 떨어질 수 있습니다. 대류 단계는 온도가 낮아지고 증기상이 사라져 오일의 대류가 평형 온도까지 냉각을 완료할 때 발생합니다 [8].
부품 자체의 단면 두께가 다르기 때문에 부품의 냉각이 결코 균일하지 않다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 이러한 냉각 이질성으로 인해 냉각 단계에서 서로 다른 시간에 마르텐사이트 변형을 일으켜 부품 팽창과 왜곡이 발생할 수 있습니다. 서로 다른 시간에 Ms 점(마르텐사이트 시작 온도)이 교차하면 주조 재료에 응력과 잠재적 왜곡이 발생할 수 있습니다[8].
용접의 경우 국부적인 가열로 인해 팽창이 제한될 수 있으며, 그로 인한 응력은 가열 영역(HZ)과 주조체 사이의 열 구배에 따라 달라집니다. 용접 전에 주물을 예열하면 열 구배를 최소화하고 용접으로 인한 인장 응력을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 예열이 불가능한 경우 저온 용접 공정과 저융점 용접봉 또는 와이어를 사용하면 응력과 잠재적 균열을 최소화하는 데 도움이 될 수 있습니다[8].
요약하면, 주조 중 냉각 속도는 주조 재료의 미세 구조, 특성 및 잠재적 왜곡 또는 균열에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 알루미늄 합금 주조에서 냉각 속도가 높을수록 미세 구조가 미세해지고 연성 및 인장 특성이 향상될 수 있습니다. 냉각 단계를 제어하고 냉각 중 열 구배를 최소화하는 것은 원하는 특성을 달성하고 잠재적인 왜곡이나 균열을 최소화하는 데 중요합니다. 용접 시 예열을 하면 냉각 단계에서 응력과 균열 가능성을 줄일 수 있습니다.
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