국내 주조산업 현황조사

조민수 ( Minsu Cho ),이지숙 ( Jisuk Lee ),이상환 ( Sanghwan Lee ),이상목 ( Sangmok Lee ) 한국주조공학회 2021 한국주조공학회지 Vol.41 No.2

세계 주조산업의 현황 분석을 바탕으로 최근 20년간의 한국 주조산업의 국제경쟁력을 살펴보았다. 한국 주물 총 생산량은 252만톤, 1업체당 생산량인 주물 생산성은 2,831톤으로 모두 세계 8위이고, 3년 전에 비해 총 생산량은 한 순위 내려간 상황이고, 주물생산성은 순위를 유지하고 있다. 한국은 10대 주물강국 중 유일하게 생산량이 감소한 국가로 분석된다. 세계 상황과 비슷하게 한국의 주물제품은 회주철 38%, 구상흑연주철 31%, 알루미늄 15%, 주강 9%로 구성된다. 본 조사에서는 한국의 주조산업 통계를 얻기 위해 2020년 4월부터 약 9개월간의 용역사업을 실시하였다. 한국 표준 산업분류에 의해 각종 통계조사와 표본 심층조사를 통하여 국내 주조산업의 다양한 내용을 평가하였다. 각 기업체의 수와 지역별 분포, 종사자 수와 외국인 비율, 각 직능별 분포도 확인하였고, 기업 규모에 따른 R&D 투자현황도 살펴보았다. 그와 함께 주조산업의 버는 힘을 측정하기 위해 매출액, 수출액, 영업 및 순수익률 등을 분석하였다. 또한 각 기업에서 중점적으로 활용하는 공정에 따라 주조산업을 세분하여 분류하고, 각 공정별 매출, 수출, 수익률 현황도 파악하여, 활용 공정별 현황도 기초 조사하였다. 이러한 자료를 바탕으로 국내주조산업이 지속성장하기 위한 다음과 같은 분야에 대해 다양한 제언을 제시하였다; 세계 순위, 한계 기업 구조조정, 국내 기술인력 양성, 기업규모별, 공정별 차별화된 지원정책. Based on the analysis of the current state of the world's foundry industry, we looked at the international competitiveness of Korea's foundry industry for the past 20 years. Korea's total foundry production is 2.52 million tons, and the production per company (so-called productivity) is 2,831 tons, which is the eighth largest in the world and down one position for the case of total foundry production, while productivity remains its position compared to three years ago. Korea is the only one of the top 10 foundry to see a decline in production. Similar to the global situation, Korean products consist of 38% of grey csat iron, 31% of ductile cast iron, 15% of aluminum, and 9% of cast steel. In order to obtain statistics on Korea's foundry industry, the survey conducted a service project for approximately nine months from April 2020. Various statistical surveys and sample in-depth surveys by the Korean standard industry class were evaluated for various contents of the domestic casting industry. We also looked at the number of companies, the distribution by region, the number of workers and the percentage of foreigners, and the distribution of each job, as well as the R&D investment status according to the size of the enterprise. Together, sales, exports, sales and various profit ratios were analyzed to measure the earning power of foundry industry. In addition, the classification by grouping the foundry industry according to the process utilized by focusing on each company, and to determine the sales, exports, and yield status for each process was also investigated on the basis. Based on these data, the domestic foundry industry has presented a variety of offers for the following issues for sustainable growth; global ranking, marginal corporate restructuring, training of domestic technical people, differentiated support policies by company size and process.

수직 연속주조 공정으로 제조된 Al-8Zn-2Mg-2Cu 빌렛의 표면 결함 형성에 미치는 주조 온도와 주조 속도의 영향

이윤호 ( Yoon-ho Lee ),김용유 ( Yong-You Kim ),이상화 ( Sang-hwa Lee ),김민석 ( Min-seok Kim ),어광준 ( Kwangjun Euh ),이동근 ( Dong-geun Lee ) 한국주조공학회 2021 한국주조공학회지 Vol.41 No.3

7000계 알루미늄 합금은 다른 Al 합금에 비해 강도가 우수하여 주목을 받고있으며, 7000계 알루미늄 빌렛은 일반적으로 Direct-Chill (DC) 주조 공정을 통해 제조된다. DC 주조 공정으로 제조된 알루미늄 빌렛의 표면 결함은 주로 Exudation과 Meniscus freezing 현상과 관련이 있으며, 이는 합금 성분, 주조 속도 및 주조 온도의 영향을 받는다. 특히, 7000계 알루미늄 합금은 응고 과정에서 응고 온도 범위가 넓어 주조 결함이 발생하기 쉽다. 본 연구에서는 DC 주조 공정에 의해 제조된 Al-8Zn-2Mg-2Cu 합금 빌렛에 대한 표면 결함 변화에 대하여 조사하였다. 빌렛의 표면은 "Wavy" 또는 "Dot" 표면으로 관찰되었다. Wavy 표면은 낮은 주조 속도(200mm/min)와 온도(655℃)에서 Meniscus freezing 현상에 의해 형성되었으며, Concave 영역에서 Meniscus freezing 현상으로 인한 조성작 과냉으로 인해 미세한 수지상 조직이 관찰되었다. 반면에, 주조 온도가 높은 조건(675℃)에서는 Dot 표면이 기공 형성에 의해 형성되었으며, 높은 주조 속도(230mm/min)에서 제조된 Dot 표면을 갖는 빌렛에서는 높은 금속 수두압에 의해 Exudation 층이 형성되었다. Exudation 층의 Dot 영역과 Smooth 영역은 각각 미세한 수지상 형태와 주상정 형태의 조직이 관찰되었으며 이는 Dot 영역에서 가스 기공의 형성에 의한 결과이다. 7000-series aluminum alloys are noted for their superior strength compared with other Al alloys, and their billets are generally fabricated by direct-chill (DC) casting. Surface defects in a DC-cast aluminum billet are mainly related to exudation and the meniscus freezing phenomenon, which are influenced by alloy compositions, casting speed, and casting temperature. 7000-series aluminum alloys have a wide freezing range during solidification, which makes it easy for casting defects to occur. In this study, we investigated surface defect evolution in casting billets of Al-8Zn-2Mg-2Cu alloy fabricated by a DC casting process. The billets showed “wavy” or “dotted” surfaces. The wavy surface was formed by meniscus freezing at a lower casting speed (200 mm/min) and temperature (655 ℃). In the wavy surface, refined dendritic cells were observed in a concave region due to the constitutional supercooling caused by meniscus freezing. Meanwhile, at a higher casting temperature (675 ℃), the dotted surface was formed by pore formation. In the dotted surfaces in the billet formed at a high casting speed (230 mm/min), an exudation layer was formed by the high metallostatic head pressure. The dotted region and the smooth region had a refined dendritic morphology and a columnar morphology at the exudation layer, respectively. This is attributed to the formation of gas pores in the dotted region.

한국 전통 유기 제작에서 결함을 방지하기 위한 기계 학습 기반의 공정 조건 선택 방안

이승철,한도석,이혁,김낙수 한국주조공학회 2022 한국주조공학회지 Vol.42 No.4

In the present study, in order to prevent the misrun defects that occur during traditional brass casting, a method for selecting the proper casting process conditions is proposed. A learning model was developed and demonstrated to be able to learn the presence or absence of defects according to the casting process conditions and to predict the occurrence of defects depending on the certain pro- cess given. Appropriate process conditions were determined by applying the proposed method, and the determined conditions were verified through a comparison of different simulation results with additional conditions. With this method, it is possible to determine the casting process conditions that will prevent defects in the desired sand model. This technology is expected to contribute to real- ization of smart traditional brass farming workshops 본 연구에서는 전통 유기 주조 시 발생하는 미충전 결함을 방지하기 위하여, 주조 공정 조건 선택 방안을 제시하고자 한다. 공정 조건에 따라 발생하는 결함 유무를 학습하여 어떠한 공정 조건이 주어질 때, 결함 발생 여부를 예측하는 인공지능 모델을 개 발하고 검증하였다. 이를 응용하여 적합한 공정 조건을 결정하였고, 추가적인 시뮬레이션의 결과를 상호 비교하여 결정된 조건을 검증하였다. 이를 통해 원하는 사형 모델에서 결함을 방지할 수 있는 주조 공정 조건을 결정할 수 있다. 이와 같은 기계학습 및 전통기술 표준화를 통해 향후 전통 유기의 스마트 공방화에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

각종 주물사의 특성과 주강품 주조에 적합한 인공사 선택

김광식,김재형,김명준,김지태,권기명,김성규 한국주조공학회 2023 한국주조공학회지 Vol.43 No.3

Natural silica sand was commonly used for sand casting of cast steel products, and chromites sand was used to suppress seizure defects due to the lack of thermal properties of silica sand. However there are disadvantages such as deterioration by repeated use, system sand mixing problem, difficulty separating and removing, increased during mold according to high density and to being waste containing chrome. Recently, industrial waste reduction and atmospheric environment improvement have been highlighted as important tasks in the casting industry. In order to solve the problems that occur when using foundry Sand and to improve the environment of casting factories, various artificial sands that can be applied instead of natural silica sand have been developed and introduced. Artificial sands can be clas- sified into artificial sand manufactured by the electric arc atomization or gas flame atomization, artificial sand manufactured by the spray drying & sintering process, artificial sand manufactured by the sintering & crushing process and exhibit different physical properties depending on the type of raw-minerals and manufacturing method. In this study, comparative evaluation tests were conducted on the phys- ical properties of various foundry sands, mold strength, physical durability, thermal durability, and casting test pieces. When compre- hensively considering the actual amount of molding sand used according to density, the mold strength according to the shape of sand, the physical and thermal durability of foundry sand, and the heat resistance characteristics of foundry sand, ‘Molten artificial sand A1’ or ‘Molten artificial sand B’ is judged to be the most suitable spherical artificial sand for casting of heavy steel castings. 주강품 사형주조에는 천연규사가 보편적으로 사용되었고 , 규사의 열적특성 부족에 의한 소착결함 억제를 위해 , 크로마이트사가 사용되기도 하였으나 , 반복 사용에 의한 골재 열화 , 시스템샌드 혼입 문제 , 분리 제거의 어려움 , 높은 밀도에 따른 조형 시 하중증가 , 크롬함유 폐기물이 되는 단점이 있다 . 최근에는 주조업계의 중요한 과제로써 산업폐기물 저감 및 대기환경 개선이 부각되고 있다 . 종래의주물사 사용 시 발생되는 문제점 해결과 주조공장의 환경개선을 위해서 , 천연사를 대체 적용할 수 있는 다양한 인공사가 개발되어 소개되고 있다 . 인공사는 용융분사법으로 제조된 인공사와 조립소결법으로 제조된 인공사 및 분쇄법으로 제조된 인공사로 분류할 수 있으며, 원료광물의 종류 , 제조공법에 따라 상이한 물리적 특성을 나타낸다 . 본 연구에서는 각종 주물사의 물성 , 주형강도 , 물리적 내구성 , 열적 내구성 , 소착시험편 주조 등의 비교 평가시험을 하였다 . 밀도에 따른 주물사 실사용량 , 주물사 형상에 따른 주형강도 , 주물사의물리적 및 열적 내구성 , 주물사의 내열특성을 종합적으로 고려하였을 때, 아크용사법으로 제조된 용융인공사 A1 또는 분말식화염용사법으로 제조된 용융인공사 B가 대형주강품 주조에 가장 적합한 구형의 인공사로 판단된다.

Cut Cell 방법을 활용한 공정별 주조유동해석 적용 연구

최영심 한국주조공학회 2023 한국주조공학회지 Vol.43 No.6

일반적으로 주조품은 복잡한 형상을 가지고 있고 , 한 제품 내에서 두께의 차이가 현저하게 나는 경우가 있어 시뮬레이션을 위한 격자를 생성할 때 어려움이 있다 . 주조 유동은 이상유동으로 수치해석을 할 때 공기와 용탕의 경계면을 추적해야하며 밀도차에의한 압력장 계산에 많은 시간이 소요된다 . 이와 같은 이유로 주조유동해석에는 직교격자가 주로 이용되어왔다 . 그러나 직교격자는형상을 제대로 표현하지 못한다 . 곡면에서 나타나는 계단형상 격자로 인해 모멘텀 손실이 발생하고 이로 인해 용탕의 흐름이 달라질 수 있으며 결과적으로 잘못된 주조 방안 설계를 할 수 있다 . 이를 피하기 위하여 직교격자계에서 형상을 좀 더 정확하게 표현하기 위하여 많은 수의 격자를 생성하여 해석을 한다 . 또는 직교격자계에서 발생하는 문제를 수치적으로 보완하는 Cut Cell 방법을 적용하여 해석하는 방법이 있다 . 본 연구에서는 직교격자계에서 주조유동해석을 할 때 격자수에 따른 해석결과와 Cut Cell 방법을 적용한 해석 결과를 비교하였다 . 또한 주조공정별로 실제제품을 주조유동해석을 하고 공정별로 Cut Cell 방법을 적용한 결과를 고찰하였다. In general, castings often have complex shapes and significant variations in thickness within a single product, making grid gen-eration for simulations challenging. Casting flows involve multiphase flows, requiring the tracking of the boundary between air andmolten metal. Additionally, considerable time is spent calculating pressure fields due to density differences in a numerical analysis. For these reasons, the Cartesian grid system has traditionally been used in mold filling simulations. However, orthogonal grids failto represent shapes accurately, leading to a momentum loss caused by the stair-like grid patterns on curved and sloped surfaces. This can alter the flow of molten metals and result in incorrect casting process designs. To address this issue, simulations in theCartesian grid system involve creating a large number of grids to represent shapes more accurately. Alternatively, the Cut Cellmethod can be applied to address the problems arising from the Cartesian grid system. In this study, analysis results based on thenumber of grid in the Cartesian grid system for a casting flow analysis were compared with results obtained using the Cut Cellmethod. Casting flow simulations of actual products during various casting processes were also conducted, and these results wereanalyzed with and without applying the Cut Cell method.

Alloy 625의 특성과 조직에 미치는 원심주조품 두께의 영향

이유정,김병훈,주윤곤,조창용,이재현 한국주조공학회 2022 한국주조공학회지 Vol.42 No.3

The effect of thickness on the microstructure and the mechanical properties of centrifugal cast 625 was investigated. Centrifugal cast 625 with various thickness of 10, 17 and 50mm showed partially columnar grained structure 8, 12.3 and 18.5mm respectively from the outer surface. Secondary dendrite arm spacing in the columnar grains slightly increased with increasing casting thickness. Tensile strength of the columnar region was similar regardless of casting thickness. Solidification behavior of the columnar grained region is similar to that of directional solidification, thus solidification rate in the centrifugal cast tube was extrapolated from the secondary dendrite arm spacing data of the directionally solidified material. The equiax grained region formed interior of the thick castings. The tensile strength of the equiaxed region showed the average value of the columnar region which is presumably orig- inated from the grain structure rather than secondary dendrite arm spacing. 초내열합금 625 튜브의 제조에 필요한 원심주조품의 두께에 따라 응고조직과 기계적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다 . 10, 17, 50 mm 두께로 원심주조한 625합금에서 두께의 증가에 따라 주상정 부분의 길이와 2차 수지상 간격이 약간 증가하였으나 상 온 인장특성은 큰 차이를 보이지 않았다 . 주상정 부분의 응고는 일방향응고의 형태로 응고가 진행되기 때문에 일방향응고 조건을 변화시켜 2차 수지상의 간격을 비교하여 각 두께의 주조품에서 응고속도를 계산하였다 . 두꺼운 주조품일수록 내부 다결정 조직의 비율이 증가하였다 . 다결정 부분의 인장특성은 주상정 부분의 평균값과 유사한 값을 보였으며 이는 2차 수지상의 간격보다 결정립 형태의 영향인 것으로 사료된다.

알루미늄 합금 주조공정의 쉘 코아 가스 발생 전산모사 연구

조인성,남정호,김희수 한국주조공학회 2023 한국주조공학회지 Vol.43 No.4

Shell core making is an excellent process in terms of formability and desanding, but when the molten aluminum comes into contact with the shell core, gas generation by pyrolysis of the resin is inevitable. In addition, when the ventilation is inadequate, pores will remain inside the casting, which can directly lead to defects of the casting. While studies on the gas generation behavior of shell core making have been reported, the modeling of gas generation has not been extensively investigated. We will develop a gas evolution analysis method that considers the relationship between temperature and gas quantity for the core to be developed. We then use the developed method to analyze the flow and solidification behavior of metal molten metal during core mold design and low-pressure casting of cylinder head products, and predict the occurrence of casting defects to derive a casting method that minimizes the occurrence of defects. 쉘 중자 공법은 성형성, 탈사성에 있어서는 뛰어난 프로세스이나, 고온의 알루미늄 용탕이 중자와 접촉할 때 수지의 열분해에의한 가스발생이 필연적이며, 이의 배출이 원활하지 못할 때에는 주물내부에 기공 등으로 남게 되어 주조품의 내기밀성에 직접 영향을 미친다. 쉘 중자 이용 시 가스발생거동에 대해서는 일본에서 약간의 연구가 있었으나, 직접적인 예측 결과는 발표되지 않았고, 특히 가스발생에 대한 모델링이 성립되어 있지 않아 이의 연구는 아주 미미한 상태이다. 개발되는 코어에 대한 온도-가스량과의 관계를 고려한 발생 가스량 시뮬레이션 프로그램을 개발하고, 이를 이용하여 실린더 헤드 제품의 코어 금형 설계 및 저압주조 시금속 용탕의 유동 및 응고 거동을 해석하고 주조결함 발생을 예측하여 결함발생을 최소화 하는 주조방안 도출하고자 한다.

진공 원심 주조를 이용한 Ti-48Al-2Cr-2Nb 합금 터보차저 터빈휠 제작

박성준 ( Sung Joon Pak ),주형규 ( Heongkyu Ju ) 한국주조공학회 2021 한국주조공학회지 Vol.41 No.2

고온 환경에 대한 우수한 특성을 바탕으로 산업 장비의 고온 재료에 Ti-48Al-2Cr-2Nb 합금이 사용된다. 본 연구에서는 Ti-48Al-2Cr-2Nb 합금 터보 차저 터빈 휠을 진공 원심 주조 방법으로 제작했다. 알루미나 몰드를 이용한 원심 주조시 터보 차저 터빈 휠 블레이드의 미스런 불량을 방지하기 위한 조건을 조사하였다. 진공 원심 주조로 제조된 합금의 미세 구조는 광학 현미경(OM), 마이크로 비커스 경도 분석기 (HV), X- 선 회절 (XRD) 및 SEM-EDS로 연구하였다. 주조된 Ti-48Al-2Cr-2Nb 합금의 경도 및 SEM-EDS 결과는 산화층 (α- 케이스)의 두께가 일반적으로 50μm 미만임을 보여주었다. 예열 온도 1,100℃, RPM260, 게이트 크기가 큰 알루미나 몰드의 경우 미스런 불량이 거의 없었다. 따라서 높은 예열 온도, 중간 RPM, 큰 게이트 크기 및 알파 케이스 형성 억제를 위한 알루미나 몰드를 통해 미스런이 적은 Ti-48Al-2Cr-2Nb 합금 터보 차저 터빈 휠을 얻을 수 있음을 확인했다. Based on its good compatibility with high-temperature environments, the Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy is used for high-temperature materials of industrial equipment. In this study, a Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy turbocharger turbine wheel was fabricated by a vacuum centrifugal casting method. The conditions that prevent misrun defects of the turbocharger turbine wheel blade from centrifugal casting using alumina molds were investigated. The microstructure of the alloy prepared by vacuum centrifugal casting was studied by means of optical microscopy (OM), with a micro-Vickers hardness analyzer (HV), by X-ray diffraction (XRD) and by SEMEDS. The HV and SEM-EDS examinations of the as-cast Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy showed that the thickness of the oxide layer (α- case) was typically less than 50 μm. At a high preheating temperature of 1,100℃, a moderate RPM of 260, and with an alumina mold with a large gate size, there were almost no misrun defects. Therefore, it was confirmed that a Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy turbocharger turbine wheel with fewer misrun defects could be achieved through a high preheating temperature, a moderate RPM, a large gate size and an alumina mold to suppress the formation of alpha-case components.

Development of an Integrated Simulation System and its Application to Casting Design

( Young Chul Lee,Jeong Kil Choi,Chun Pyo Hong ) 한국주조공학회 1997 한국주조공학회지 Vol.17 No.6

주조방안설계를 위한 pre-processor, main-solver 그리고 post-processor로 구성된 통합 응고해석 시스템을 개발하였다. Pre-processor는 퍼스널 컴퓨터에서 사용되는 상용 CAD 프로그램인 AutoCAD를 사용하였다. Main-solver는 주조과정중의 충진거동을 해석한 유동해석 프로그램과 3차원 열전달 응고해석을 통합하여 냉각수 시스템으로 제어되는 금형 반복주조법에서의 응고양상을 해석할 수 있다. Post-processor는 cavity내의 용탕충진거동, 주형내의 온도분포, 응고시간등을 3차원 그래픽으로 처리할 수 있게 설계하였다. 개발된 시스템의 현장적용 가능성을 검증하기 위하여 대형주강 밀하우징, 자동차휠 주조용품, 밸브블럭등의 시제품의 열유동해석에 적용하였다. 본 연구에서 개발된 CastDesigner는 중소기업형 주조현장에서 PC용 CAD/CAE system 구축을 통한 최적주조방안 설계용 열유동해석 프로그램으로 사료된다. N/A

제74차 세계주조대회 (74th WFC) 결과 보고

한국주조공학회 한국주조공학회 2023 한국주조공학회지 Vol.43 No.1