대형 가스터빈 부품의 정밀주조 응고해석

서성문,조창용,이재현,최승주,Seo, Seong-Mun,Jo, Chang-Yong,Lee, Jae-Hyeon,Choe, Seung-Ju 한국기계연구원 1999 硏究論文集 Vol.29 No.-

The vacuum investment casting process for a large gas turbine component, Inner Preswirl Support (IPS), was simulated by using commercial FEM package ProCAST(TM) with view factor radiation method. The solid fraction in mushy zone was directly measured by Differential thermal analysis(DTA-DSC mode). Three types gating design. considering liquid flow and heat release through it. were proposed. Solidification had begun at the ribs or thin sections of the IPS casting and advanced further through the upper and lower gates. The computed temperature gradient G and G/R values at 70% solidified temperature were used for prediction of microshrinkage formation during casting. The effect of mold preheat on the thermal history of the casting displayed minute effect on the microshrinkage formation.

소결조건이 지르콘 쉘 몰드의 기계적 특성에 미치는 영향

김재원,김두현,서성문,조창용,최승주,Kim, Jae-Won,Kim, Du-Hyeon,Seo, Seong-Mun,Jo, Chang-Yong,Choe, Seung-Ju 한국재료학회 1999 한국재료학회지 Vol.9 No.9

지르콘 쉘 몰드를 제조하여 소결 온도 및 시간에 따른 소결거동이 기계적특성에 미치는 영향을 관찰하였다. $1000^{\circ}C$에서 1.5시간동안 소결 한 쉘 몰드의 1차 코팅 표면층에서 미세균열의 크기 및 수가 극대화되었으며 소결온도 및 시간이 증가할수록 상온강도와 기공의 비표면은 감소하였다. 1차 소결 후 $1500^{\circ}C$에서 4시간동안 소결 처리한 주형의 고온변형거동은 백업층과 하중의 역방향으로 스터코와 지르콘 슬러리의 경계면을 따라 변형이 발생하였다. 1차 코팅층에서 알루미나 스터코와 지르콘 슬러리의 열팽창계수 차이와 백업 코팅층에서 지르콘 슬러리간의 입도 차이가 고온변형시험 중 역변형을 일으킨 것으로 판단된다. Effect of sintering condition in mechanical properties of ZrSiO\ulcorner shell molds was investigated. Number of microcrack in primary layer of the mold was maximized after preheating at $1000^{\circ}C$ for 1.5 hours. Yield strength and specific surface area of the mold were inversely proportion to sintering temperature and time. After hot deformation test at $1500^{\circ}C$ for 4 hours, molds were deformed opposite to the loading direction and backup layers were cracked along the interface between stucco and zircon slurry. Reverse deformation of the molds during hot deformation test was considered to be resulted from the difference of thermal expansion coefficient between alumina stucco and zircon slurry in primary coat, and size difference between zircon stucco and zircon slurry in backup coat.

정밀주조용 쉘 몰드에 알루미노실리케이트계 졸의 응용에 관한 연구 ( I )

김재원,김두현,서성문,조창용,최승주,김재철,박영규,Kim, Jae-Won,Kim, Du-Hyeon,Seo, Seong-Mun,Jo, Chang-Yong,Choe, Seung-Ju,Kim, Jae-Cheol,Park, Yeong-Gyu 한국재료학회 1999 한국재료학회지 Vol.9 No.12

알루미노실리케이트 계 졸이 지르콘 쉘 몰드의 뮬라이트 층 생성에 미치는 영향을 고찰하였다. 알루미노실리케이트 졸은 콜로이달 실리카와 수용성 질산알루미늄을 혼합하여 제조하였으며 50$^{\circ}C$에서 48시간 조건에서 겔화 하였다. 이러한 겔은 깁사이트 및 알루미노실리케이트 복합 겔로 구성되어 있었으며, Si 이온과 결합하는 모든 Al 이온의 배위수가 4임을 확인하였다. 뮬라이트 상은 1300$^{\circ}C$ 이상에서 소결하였을 때 관찰되었으며 뮬라이트의 XRD 피크는 소결 온도와 질산알루미늄의 농도가 증가할수록 노실리케이트 졸 슬러리를 2차 층에 코팅하였다. 그 결과 1차 및 3차 층의 분리가 일어났으며, 이는 소결시 졸의 1차 및 3차 층으로 침윤 발생과 잔류 실리카와 뮬라이트 간의 열팽창계수 차이에 기인한 것으로 판단된다. The effect of aluminosilicate sol on the formation of mullite layer in zircon shell mold was investigated. Aluminosilicate sol was prepared by mixing of colloidal silica(NALCO(R) 1130) and an aqueous solution of aluminium nitrate at room temperature. The sol gelled at 50$^{\circ}C$ for 48 hrs. It was identified that the gel consists of aluminosilicate complexes and gibbsite. The coordination number of all aluminium ion bonded with silicon ion was four. Mullite phase formed by sintering above 1300$^{\circ}C$. XRD peak of mullite sharpened with increasing sintering temperature and the content of aluminium nitrate. Mullite phase displayed whisker-like 0.5~5${\mu}m $ particles. Separation between 1st and 3rd layers during sintering and the difference in thermal expansion coefficient between residual silica and mullite.

Al 첨가에 따른 소성중 쉘 몰드의 뮬라이트화 거동

김재원,김두현,서성문,조창용,김주량,최승주,Kim, Jae-Won,Kim, Du-Hyeon,Seo, Seong-Mun,Jo, Chang-Yong,Kim, Ju-Ryang,Choe, Seung-Ju 한국재료학회 1999 한국재료학회지 Vol.9 No.8

The efect of A1 addition and sintering condition on mutization behavior between alumina and silica in alumina-based shell mold was investigated. A1 addition and high sintering temperature increased the degree of mullitization between alumina/silica but decreased the room temperature strentgh of the shell molds. It was identified that the sintered strength of the shell molds was in range of 2.0~2.6kg/$\textrm{mm}^2$. Al addition suppressed deflection of the shell molds at high temperature. Especially, no deflection was observed in the specimen which was sintered at $1000^{\circ}C$ for 1hr with 2.5wt% Al. The specimen sintered at $1500^{\circ}C$ for 4hrs with no Al addition also displayed no deflection. A1 분말의 첨가량을 변화시킨 알루미나 쉘 몰드를 제조하여 소성조건에 따른 알루미나/실리카의 뮬라이트화 거동을 관찰하였다. 알루미나/실리카의 뮬라이트화 반응은 소성온도 및 A1 함량의 증가에 따라 증대함을 알 수 있었으나 쉘 몰드의 상온강도는 감소하였다. 각 소성조건에서 측정된 쉘 강도는 2.0~2.6kg/$\textrm{mm}^2$임을 알 수 있었다. Al의 첨가는 고온에서 쉘 몰드의 변형을 억제시켰다. 특히 2.5wt%%의 Al을 첨가한 후 $1000^{\circ}C$에서 1시간 유지한 시편에서는 변형이 일어나지 않았으며, 또한 Al을 첨가하지 않은 시편을 $1500^{\circ}C$에서 4시간동안 소성한 시편에서도 변형이 일어나지 않음을 알 수 있었다.

수용액 매체로부터 코디어라이트 졸의 제조 및 코디어라이트 세라믹스의 소결거동

김재원,김현철,김두현,서성문,조창용,최승주,김재철,Kim, Jae-Won,Kim, Hyeon-Cheol,Kim, Du-Hyeon,Seo, Seong-Mun,Jo, Chang-Yong,Choe, Seung-Ju,Kim, Jae-Cheol 한국재료학회 2000 한국재료학회지 Vol.10 No.3

소결 촉진제 첨가없이 치밀한 코디어라이트 세라믹스를 얻기 위해 Mg-Al-Si계의 열적거동을 검토하였다. 수용액 매체에서 코디어라이트 현탁액의 분산안정성을 ESA를 이용하여 조사하였으며, 코디어라이트 졸의 응집 방지와 분산성을 부여하기 위해 2N $HNO_3$와 2N $NH_4OH$ 용액으로 pH 1.03과 pH 8.30로 조절하였다. pH 8.30인 코디어라이트 졸을 $150^{\circ}C$에서 12시간 건조한 시료에서 magnesium-aluminum-silicate 복합 겔이 존재하였다. 평형상태의 코디어라이트 겔의 결정화는 $1300^{\circ}C$ 이상의 소결 온도에서 존재하였으며, $1300^{\circ}C$ 이하의 조건에서는 ${\mu}-cordierite(Mg_2Al_4Si_5O_18)$, spine($MgAl_2O_4$) 및 mullite($Al_6Si_2O_{13}$)와 같은 다양한 준안정상이 복합적으로 혼재하였다. pH 1.03과 pH 8.30로 조절된 현탁액에서 코디어라이트 겔의 핵반응은 유사하게 일어났으나, 치말화거동은 졸의 pH에 상당한 차이를 보였다. pH 1.03인 졸 보다 pH 8.30인 졸의 치밀화가 더욱 진전되었다. In order to fabricate dense cordierite ceramics without sintering aid, thermal behavior of Mg-Al-Si compounds during sintering was investigated. The dispersibility of cordierite suspension in aqueous media was measured by ESA(electrokinetic sonic amplitude). To prevent aggregation and insufficient dispersion of the cordierite sol, the pH of the suspension was controlled to 1.03 and 8.30 by adding $2N\;HNO_3$ and $2N\;NH_4OH$, respectively. Magnesium-aluminum-silicate complex gel coexisted in the specimen which has been gelled at $150^{\circ}C$ fir 12 hours, however several metastable phase such as ${\mu}-cordierite(Mg_2Al_4Si_5O_{18}),\;spine(MgAl_2O_4)\;and\;mullite(Al_6Si_2O_{13})$ existed below $1300^{\circ}C$ Nucleation rates of the two suspension were similar, but densification of the gel was sensitive to the pH of the sol. Densification of the sol with the pH of 8.3 was more pronounced than that of the sol with pH of 1.63.

초내열 합금 Rene 77의 미세조직 및 응력파단 특성

최승주,염종택,이재현,서성문 ( S . J . Choe,J . T . Yum,J . H . Lee,S . M . Seo ) 대한금속재료학회 ( 구 대한금속학회 ) 1997 재료강도 심포지엄 Vol.- No.-

실리카 바인더 함량과 소결조건이 지르콘계 주형의 강도에 미치는 영향

김재원,김두현,김인수,서성문,조해용,김두수,조창용,최승주,Kim, Jae-Won,Kim, Du-Hyeon,Kim, In-Su,Seo, Seong-Mun,Jo, Hae-Yong,Kim, Du-Su,Jo, Chang-Yong,Choe, Seung-Ju 한국재료학회 2000 한국재료학회지 Vol.10 No.6

실리카 바인더 함량이 지르콘 쉘 주형의 기계적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 실리카 졸/지르콘 함량비 $R_w$는 0.18~0.43 범위에서 변화시켰으며, 주형의 소결온도는 $871^{\circ}C~1400^{\circ}C$ 범위에서 변화시켰다. 생형의 상온강도는 실리카 졸/지르콘 함량비 $R_w$에 비례하여 증가하였다. 소결온도가 $1300^{\circ}C$ 이하인 경우, $R_w$가 증가함에 따라 소결된 주형의 상온강도와 치밀화는 증가하였다. 그러나 $R_w$가 0.43이고 $1400^{\circ}C$에서 3시간 동안 소결시킨 경우 주형의 상온강도와 치밀화가 오히려 감소하였다. 이는 소결 중 내화물 입자와 실리카 바인더와 열팽창계수의 차이에 기인하는 것으로 판단된다. 정밀주조용 지르콘 쉘 주형 제작을 의한 최적의 $R_w$ 값은 0.33인 것으로 나타났다. The effect of silica binder content on the mechanical properties of zircon shell mold was investigated. Content of binder silica sol to refractory powder in weight[$R_W$] was adjusted from 0.18 to 0.43. Sintering of the shell mold was carried out in the temperature range of $871^{\circ}C$ to $1400^{\circ}C$. Green strength of the shell mold at room temperature increased with increasing $R_W$ and sintering temperature up to $1300^{\circ}C$. However, the mold with $R_W$ of 0.43 that sintered at $1400^{\circ}C$ for 3 hours showed relatively low strength and large level of porosity. The mechanical behavior of the shells is supposed to attributed to the difference in thermal expansion coefficient between refractory powder and binder silica. The optimum value of $R_W$ for zircon-based shell molds was found to be 0.33.