[재료물리화학] The Heat Treatment on Casting Valve

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레포트 > 공학계열
2010.06.03
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소개글

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★ 설계 문제 ★

1. 이론적 배경

1) Cu-Ni 합금 주조 후 응고시의 문제상황

2) 균질화 열처리의 필요성

2. 설계 목표 설정

3. 설계를 위한 모델 설정

1) 모델 설정을 위한 가정

2) Fick's 2nd law

3) 수학적 모델 전개 1: 침탄식의 응용

4) 수학적 모델 전개 2: 열처리의 균질화 응용

4. 확산계수 계산을 통한 열처리 공정 설계

1) 확산계수

2) 조성의 선택

3) 확산계수 계산과 열처리 온도의 결정

4) 분석

5. 설계 구현 아이디어 제안

1) 진공상태에서 열처리

2) 비활성기체를 이용한 가압 열처리

3) 고주파를 이용한 열처리

4) 밸브 모양의 특징을 이용한 열처리

6. 결론

본문내용

1. 이론적 배경
1) Cu-Ni 합금 주조 후 응고시의 문제상황

주조 시 냉각속도가 너무 빨라서 원자 확산의 평형조건을 만족시키지 못할 때 비평형 조직이 생긴다. 액체에서의 확산 속도와 고체에서의 확산 속도가 차이가 있기 때문에 빠르게 냉각 하면 냉각할수록 평형고상선에서 점점 멀어진 위의 그림처럼 비평형 고상선이 생기게 된다. 냉각속도가 빨라져 평형상태에서 많이 벗어나면 벗어날수록 불균일 조성물이 많이 생겨나게 되는데 이를 편석(segregation)이라고 한다. 편석은 크게 미세편석과 거대편석으로 나뉜다. 미세편석은 낮은 융점을 가지는 수지상정간 재료가 평형 고상선 아래의 온도에서 고온 취성을 갖거나, 용융되는 것을 유발할 수 있다. 미세편석이 결정립 안에 생성된 것은 핵심(coring)이라 하고, 결정립 사이에서 생성된 것은 수지상정간 편석(dendrite)이라 한다.
2) 균질화 열처리의 필요성
균질화 열처리(homogenization heat treatment)를 통해서 위와 같은 문제들을 해결할 수 있다. 균질화 열처리란 열을 가하여 확산에너지를 부여함으로써 미세편석 조직내에서 원자의 확산을 통해 평형상태를 유도하여 균질화하는 열처리이다. 비평형 고상선온도 이하의 온도로 가열시키면 수지상 중심에 있는 니켈 원자는 수지상정간 영역으로 확산해 가면서 구리원자는 반대 방향으로 확산 해 나간다. 이러한 열처리에 의해 미세편석과 이로 인한 고온취성에 의한 문제들을 감소시킬 수 있다.

2. 설계 목표 설정

밸브 캐스팅 후 응고 과정에서 조성이 불균일해 진 Cu-Ni 합금을, 비용은 줄이면서 변형이 적은 열처리 방법을 디자인 하는 것이다. 다음은 이를 실현하기 위한 제약 조건들이다.
1) 1200℃ 이하에서 열처리 : 균질화 열처리에서 유의점은 비평형 고상선온도 이하의 온도로 가열해야한다는 점이다. 평형 고상선보다는 아래 이지만 비평형 고상선보다 위인 온도로 가열하게 되면, 부분적으로 용융이 잃어날 수 도 있기 때문이다.
2) 최소 어닐링 온도(Trx = 0.4 * Tmelt) 이상에서 열처리
3) 최소 공정 가격 구현
=> melting되지 않고 조성의 불균일성을 제거.

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