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ISSN : 1225-0562(Print)
ISSN : 2287-7258(Online)
Korean Journal of Materials Research Vol.30 No.1 pp.38-43
DOI : https://doi.org/10.3740/MRSK.2020.30.1.38

Mechanical Properties and Reliability of Sand Casting 3D Printing Materials

Hyeon Jin Son1,2, Seongwan Jang1, Hwan Jong Lee3, Jeong Jik Yang3, Yeong Geun Jeong2, Chang-Jun Bae1
13D Printing Materials Center, Korea Institute of Materials Science (KIMS), Changwon 51508, Republic of Korea
2Department of fusion, Pusan National University, Busan 46241, Republic of Korea
3Korea Automotive Technology Institute, Gyeonggi 15041, Republic of Korea
Corresponding author E-Mail : baecj01@kims.re.kr (C.-J. Bae, KIMS)
October 28, 2019 December 20, 2019 December 20, 2019

Abstract


Sand casting 3D printing uses a binder jetting method to produce a mold having complicated shape by spraying a binder on sand coated with activator. Appropriate heat treatment process in sand mold fabrication can increase the degree of polymerization to improve flexural strength. However, long heat treatment of over 24 hours decreases flexural strength and reliability due to chemical bond decomposition through thermal degradation. The main role of the activator is to control the reaction rate between the polymer chains. As a result, when the activator composition is increased from 0.15 wt% to 0.25 wt%, the flexural strength is increased by 218 N/cm2. However, excess activator (0.40 wt%) has been shown to decrease reliability without increasing flexural strength. The main role of the binder is to control the flexural strength of the specimen. As the binder composition is increased from 2.00 wt% to 4.00 wt%, the flexural strength increases to about 255 N/cm2, indicating the maximum flexural strength increase. Finally, the reliability of the flexural strength of the fabricated specimens is evaluated by a Weibull plot. Weibull modulus calculations are used to evaluate the flexural strength reliability of the specimens, and maximum reliability value of 11.7 is obtained at 0.20 wt% activator composition. Therefore, it is confirmed that this composition has maximum flexural strength reliability.



사형 주조 3D 프린팅용 소재의 기계적 특성 및 신뢰성

손 현진1,2, 장 성완1, 이 환종3, 양 정직3, 정 영근2, 배 창준1
1재료연구소 3D프린팅소재연구센터
2부산대학교 융합학부 하이브리드소재응용
3자동차 부품 연구원

초록


    Ministry of Trade, Industry and Energy
    201744410083637

    © Materials Research Society of Korea. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    1. 서 론

    사형 주조는 조선시대 초기부터 현재까지 사용되고 있 는 가장 범용적인 주조 기술로서, 모래로 제작한 빈 주 형 공간에 용융 금속을 주입하여 응고시킨 후 주형을 제 거하여 원하는 모양의 복잡 형상 금속 제품을 제작하는 기술이다. 또한, 알루미늄 합금, 주철 및 주강과 같은 대 부분의 금속 소재 적용이 가능하고, 제품의 크기, 무게 제한이 없으며 자동화를 통한 대량 생산이 가능하여 자 동차, 조선, 기계산업 등의 뿌리산업 부품을 제작하는데 활발히 사용되는 핵심 기술이다.1)

    하지만, 전통적인 사형 주조 기술에서 목형 치수 변 형, 공간 제약 및 정밀도 관련 여러 문제점들이 존재한 다. 첫번째로, 목형 사용 시 함수율로 인한 수축(shrinkage) 이 발생하여 제품에 비틀림(distortion)과 같은 결함이 발 생할 수 있어 수축을 고려한 소재 선택 및 치수 디자 인이 필요하며, 제작 후 많은 후처리 공정이 필요하다. 두번째로, 일반적으로 사형 주조를 이용하여 대형 기계 부품 제작을 위해서는 대형의 주형, 중자용 목형을 제 작 사용하는데, 차후 보관 시 불필요한 큰 공간이 필요 하며, 또한 습도와 같은 주변 환경 제어가 중요하여 보 관에 큰 비용이 소모된다. 마지막으로 복잡형상 중자 제 작 시 여러 개의 목형이 필요하며, 목형 조립 시 치수 오차 등 저정밀도의 기술적인 문제점이 존재한다.

    위에서 언급한 전통적인 사형 주조의 여러 문제점들을 해결할 기술로서 사형 주조 3D프린팅이 많은 주목을 받 고 있다. 3D프린팅은 CAD를 이용하여 제품을 디자인한 후 STL파일로 변환하여 바로 프린팅 하는 방식으로 크 게 보면 압출, 광중합, 분사 방식으로 나눠 볼 수 있다. 바인더를 이용하여 주형을 제작하는 사형 주조는 경화 제(actviator) 가 코팅된 모래를 블레이드를 이용하여 밀 고 바인더를 분사해 한 층씩 경화시켜 구조물을 제작하 는 바인더 젯팅(binder jetting) 방식의 3D 프린터를 사 용한다. 이러한 바인더 젯팅 방식의 3D 프린터를 이용 하면 목형 제작이 필요 없어 공정이 매우 간단해지고, 짧은 시간 내에 복잡한 형상의 중자를 제작할 수 있으 며, 또한 주형 및 중자만 따로 제작하여 기존의 사형 주 조 방식에도 적용할 수 있는 등 다양한 이점이 있다.2)

    사형 주조용 3D 프린팅을 이용하여 주형 및 중자 제 작 시 요구되는 주요 소재는 주물사, 바인더, 경화제를 들 수 있다. 주물사는 SiO2 기반으로 용융 금속의 종류 에 따라 SiO2의 순도를 조절하여 사용한다. 주형이 통 기성 및 적절한 강도를 위해 일반적으로 평균 입도가 150 ~ 400 μm정도의 주물사를 사용하며, 입형은 구형에 가까울수록 좋다.3) 또한 주물사는 용탕과 반응이 적으면 서 고온에서 잘 견뎌야 한다. 바인더는 주물사 표면에 코팅된 경화제인 산 촉매와 반응하여 단계 중합 반응(step polymerization)을 통하여 주물사 파우더 간 바인딩을 향 상시켜 주형의 강도 증진에 가장 큰 영향을 미치지만 과 량의 바인더 첨가 시 기공율이 줄어들어 통기성 및 가 스 배출에 악영향을 미치는 단점이 발생할 수 있다.3) 경 화제는 산촉매로서 바인더의 중합 속도 뿐만 아니라 반 응 완료 시간, 반응 완결도 및 주형 강도 등에 영향을 미치므로 과량의 경화제 사용 시 매우 빠른 반응 속도 로 인해 주형의 강도 재현성이 떨어지는 신뢰성 문제들 이 발생할 수 있어 적절한 조성 제어가 필요하다.

    Bauyrzhan Primkulov4) 등에 의해 사형 주조 3D 프린 팅 된 모래 시편을 이용하여 열적 영향에 따른 강도 측 정에 대한 보고가 이루어졌다. 그에 비하여 사형 주조용 주 소재인 바인더와 경화제 조성에 따른 강도와 신뢰 성에 대한 연구는 미비하여 주형 강도 재현성 부족으 로 실제 주조 공정에 적용하는데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서 강도의 신뢰성을 평가하는데 주로 사용되는 Weibull modulus를 바탕으로 사형 주조 3D 프린팅에서 중요한 소재인 경화제와 바인더의 조성 변화 및 열처리 공정 변화에 따른 주형의 굽힘 강도(flexural strength)를 살펴보고, 측정된 시편들의 강도 값을 Weibull plot으로 나타내어 신뢰성 평가를 진행하였다.5,6)

    2. 실험방법

    주물사는 독일 voxeljet사의 grain size가 190 μm인 GS19 sand를 사용하였으며, 경화제는 aylsulfonic acids 가 주성분인 ativator(VX-2C/8)을 사용하였고, 바인더는 후 란계 furfuryl alcohol resin(FA)이 주성분인 binder(VX- 2C Type B) 사용하여 시편을 제작하였다. 열처리 온도, 시간, 경화제와 바인더의 조성에 따른 강도에 미치는 영 향을 확인하였다. 경화제 및 바인더의 단위는 wt%를 사 용하였으며, 각각의 조성에 대하여 경화제의 조성은 xxA, 바인더의 조성은 xxB로 간략히 표기하였다.

    열처리 온도 및 시간의 영향을 확인하기 위하여 0.15 wt% 경화제 및 2.00 wt% 바인더가 첨가된 펠렛 시편 (0.15A2B)을 제작하였다. 열처리 온도의 영향은 다양한 온도인 70 °C, 100 °C, 140 °C 에서 1시간 일정한 열처 리 시간이 적용되었고, 또한 열처리 시간의 영향은 일 정한 100 °C 열처리 온도에서 다양한 열처리 시간 1 h, 3 h, 24 h, 72 h을 통해 경화된 샘플의 강도를 측정하 였다.

    경화제와 바인더의 영향을 확인하기 위하여, 100 °C에 서 1시간인 동일한 열처리 조건에서 펠렛 시편을 제작 하였다. 일정한 2 wt% 바인더 조건에서 모래 질량 대 비 다양한 경화제 조성인 0.15 wt%(0.15A2B), 0.20 wt% (0.2A2B), 0.25 wt%(0.25A2B), 0.40 wt%(0.4A2B)를 각 각 첨가하였고, 일정한 0.25 wt% 경화제가 첨가된 조건 에서 다양한 바인더 조성인 2.00 wt%(0.25A2B), 3.00 wt%(0.25A3B), 4.00 wt%(0.25A4B)가 첨가된 시편을 제 작하여 각각 강도에 대한 경화제와 바인더의 영향을 연 구하였다.

    강도 측정을 위한 시편은 두께가 2.0 mm이고 지름이 25.0 mm인 디스크형 시편을 제작할 수 있는 목형을 이 용하여 각 조건에서 시편을 제작하였으며, piston-on-3- ball7,8) 시험법을 이용하여 시편의 강도를 측정하였다. 강 도 측정은 만능 재료 시험기를 이용하였으며, 하중 인 가 속도는 ASTM표준 그래프를 참고하여 0.5 mm/min 으로 정하였다.7) 또한 시편의 지름은 임의의 3점을 정 하여 버니어 캘리퍼스(vernier calipers)를 이용하여 측정 하여 평균 내었으며, 시편의 두께 측정은 시편의 5군데 다른 지점을 측정하였고 평균값을 적용하였다. 시편의 지 름과 두께에 기반하여 Eq. (1)을 사용하여 강도를 계산 하였다.7)

    σ B F S = 0.23879 P ( X Y ) h 2 X = ( 1 + v ) ln ( r 2 r 3 ) 2 + [ 1 v 2 ] ( r 2 r 3 ) 2 Y = ( 1 + v ) [ 1 + ln ( r 1 r 3 ) 2 ] + ( 1 v ) ( r 1 r 3 ) 2
    (1)

    v는 재료의 프아송비(poisson’s ratio)로서 0.2가 적용되 었고, r1은 시편 지지링 볼의 반경, r2는 피스톤의 반경, r3는 시편의 반경, h는 시편의 두께이다. Weibull modulus 를 계산하여 각 경화제 조성에서 시편들의 강도에 대한 신뢰성을 비교하였다.

    3. 결과 및 고찰

    Piston-on-3-ball 이축 응력 측정장치를 이용하여 열처 리 공정 조건과 경화제, 바인더 조성 변화에 따른 굽힘 강도에 미치는 영향을 고찰하였다. 굽힘 강도의 재현성 분석을 위해 통계 확률 해석인 weibull modulus 계산을 통해 강도 데이터의 신뢰성 분석을 진행하였다.

    3.1 열처리 공정에 따른 이축 굽힘 강도 분석

    후란계 바인더인 furfuryl alcohol(FA)은 복잡한 중합 반응을 거치며,9,10) 외부 온도가 8 °C 증가 시 반응 속도 가 2배 증가하는 것으로 알려져 있다. 상온에서 경화 공 정을 진행하는 경우 긴 작업시간으로 인한 생산성과 작 업성이 저해되며 낮은 강도를 가지는 단점이 있다. 따 라서 열처리 공정을 이용하면 주형 내 바인더의 경화 속 도 증가를 통한 공정시간 단축 및 반응 완결도 증가로 강도 증진 효과를 얻을 수 있다. 하지만 고온에서 장시 간 열처리는 오히려 열 열화 및 역-부반응을 야기 시킬 수 있으므로 적절한 열처리 온도 조건을 정해야 한다.3)

    Fig. 1은 부반응을 최소화 하며 높은 강도를 발현시키 는 열처리 온도 구간을 확인하기 위하여 다양한 온도인 70 °C, 100 °C, 140 °C에서 1시간 동안 열처리 한 시편 의 강도를 비교하였다. 시험 샘플인 0.15A2B은 97.85 wt% 주물사, 0.15 wt% 경화제와 2.00 wt% 바인더를 혼 합하여 제작되었으며, 굽힘 강도는 70 °C에서 173 N/cm2, 100 °C에서 206 N/cm2, 140 °C에서 322 N/cm2의 값을 보였다. 140 °C에서 반응시킨 경우 가장 높은 강도 값 을 보였으나, 고온에서의 반응은 열화 반응을 가속화 시 켜 강도 및 신뢰성에 영향을 주므로,11) 본 연구에서는 이 후 실험에 대해 100 °C를 기준으로 진행하였다.

    70 °C에서 140 °C로 열처리 온도를 증가함에 따라 강 도는 대략 100 % 정도 증가하였고, 동시에 시편 내 크 랙 전달 메커니즘이 다름을 확인할 수 있었다. 열처리 온도가 낮은 70 °C에서는 시편의 강도가 전반적으로 작 아서 crack-branching number가 대부분 2개였지만, 140 °C 에서는 강도가 증가함에 따라 crack-branching number가 3개인 시편이 70 °C에 비해 더 많은 것을 확인 하였다. 이와 같은 차이는 사형 주조 시편의 강도가 낮을 경우 에는 큰 크랙이 빨리 발생하여 크랙의 길이가 짧아 파 괴에 일어나는 에너지를 흡수하는 양이 적어 적은 crackbranching number가 유도 되었지만, 강도가 높은 시편은 크랙이 늦게 발생하며 크랙 전파에 대한 저항이 높아 파 괴 에너지를 잘 흡수하여 긴 크랙 길이와 많은 crackbranching number가 유도됨을 확인할 수 있었다.12)

    열처리 시간에 따른 강도 영향을 분석하기 위해서, Fig. 2는 0.15A2B 조성의 시편을 동일한 100 °C에서 다른 1, 3, 24, 72시간 동안 열처리한 후 굽힘 강도를 측정하였 다. 적은 양인 0.15 wt% 경화제와 2.00 wt% 바인더를 사용하여 제작된 시편을 1시간에서 3시간으로 오랜 열 처리 시간이 적용되었을 때 강도는 199 N/cm2에서 315 N/cm2로 향상되어 116 N/cm2만큼의 가장 큰 강도 증가 를 보였으나, 3시간 보다 더 긴 열처리 시간이 적용된 경우에는 비슷한 강도 값을 가짐을 확인할 수 있었다. 반면에 72시간 열처리 시편의 강도는 24시간 열처리 시 편 강도 대비 강도 값이 50 N/cm2정도 하락하였는데, 이 는 시편을 고온에서 장시간 열처리함에 따라 바인더의 열화반응이 점차 진행되기 때문이다.3) 1시간에서 3시간 으로 열처리 시간을 증가시킴에 따라 강도는 63 % 정도 증가되었으며, 1시간 열처리 시편은 강도가 낮아 crackbranching number가 대부분 2개였으며, 3시간 열처리 시 편은 강도가 증가함에 따라 crack-branching number가 3 개인 시편이 1시간 열처리 시편에 비해 늘어난 것을 확 인하였다.

    3.2 경화제 및 바인더 조성 변화에 따른 이축 굽힘 강도 변화

    사형 주조용 주형 강도에 대한 경화제 영향을 측정하 기 위하여 다양한 조성인 0.15, 0.2, 0.25, 0.40 wt%로 변화시켜 시편을 제작하였다. 바인더의 양은 2.00 wt% 첨 가 및 열처리 온도와 유지시간은 100 °C에서 1시간으로 모두 동일하게 유지하였다. Fig. 3(a)는 0.15A2B의 조성 으로 경화제가 코팅된 모래에 바인더를 섞어 상온에 보 관된 열처리하기 전 상태이며, Fig. 3(b) 0.15A2B와 Fig. 3(c)는 0.4A2B조성으로 100 °C에서 1시간 열처리 된 시 편이다. 경화 반응이 일어나지 않은 Fig. 3(a)에 비하여, 열처리를 통해 Fig. 3(b) 시편은 경화 반응이 일어나 연 한 녹색을 띄며 Fig. 3(c) 시편은 진한 어두운 녹색을 띄 는 것을 확인할 수 있었다. 바인더의 색 변화는 중합 반 응이 진행되면서 conjugated sequence를 형성하게 되어 점점 진한 어두운 갈색으로 변한다.13,14) 경화제는 산 촉 매로서 바인더의 중합 속도 뿐만 아니라 반응 완료 시 간, 반응 완결도 및 주형 강도 등에 영향을 미치는데, Fig. 3(c) 시편은 과량의 경화제와 100 °C에서 열처리를 진행하였기 때문에 다량의 바인더와 매우 빠르게 반응 하여 Fig. 3(b) 시편에 비해 많은 경화 반응이 일어나 더 진한 녹색을 나타내고 있다.

    과량의 경화제 사용 시 매우 빠른 반응 속도로 인해 주형의 강도 재현성이 떨어지는 신뢰성 문제들이 발생 할 수 있어 적절한 조성 제어가 필요하므로, 경화제 조 성에 따른 강도 변화를 Fig. 4에 나타내었다. 0.15 wt% 경화제가 첨가된 샘플의 강도는 199 N/cm2이었는데, 바 인더 양 대비 경화제의 양이 너무 적어 느린 경화 속 도로 열처리 시간 내에 반응이 완결되지 않아 낮은 강 도를 보였다. 첨가된 경화제의 양을 0.15에서 0.25 wt% 의 증가시킴에 따라 강도는 199 N/cm2에서 417 N/cm2로 증가되었고 218 N/cm2 만큼의 큰 강도 향상을 보였으 나, 더 많은 양의 경화제가 첨가된 0.40 wt% 경우에는 412 N/cm2으로 0.25 wt% 첨가된 샘플과 거의 유사한 강 도 값을 유지함을 알 수 있었다. 첨가된 경화제 양이 증 가함에 따라 반응 속도가 빨라지고 그로 인해 강도의 오 차 범위가 커짐에 따라 주형의 강도 재현성이 떨어지는 신뢰성 문제가 될 수 있음을 확인할 수 있었다. 첨가된 경화제 양과 강도 간의 상관 관계로부터 경화제 0.25 wt% 첨가하였을 때 2.00 wt%의 바인더 간 최적 반응을 통해 최대 강도를 얻게 되었다. 시편 내 주물사 충진 정 도에 따라 시편 굴곡 강도에 영향을 주기 때문에, 시편 상대 밀도를 확인한 결과 모든 바인더 조성에서 46 ~ 51 % 사이의 유사한 밀도 값을 갖고 있어 충진도에 따른 강도의 영향은 미비하였다.

    바인더는 주물사 표면에 코팅된 경화제인 산 촉매와 반 응하여 중합 반응(step polymerization)을 통하여 주물사 파우더 간 바인딩을 향상시켜 주형의 강도 증진에 가장 큰 영향을 미치므로, 주형 강도에 대한 바인더 영향을 Fig. 5에 나타내었다. 바인더의 영향만을 고려하기 위하 여 다양한 2.00, 3.00, 4.00 wt%가 바인더가 첨가된 시 편을 제작하였고, 모든 시편의 경화제 양은 0.25 wt%로 첨가 및 열처리 온도 및 유지시간은 100 °C에서 1시간 으로 모두 동일하게 유지하였다. 일정한 0.25 wt% 경 화제가 첨가된 주형에 2.00 wt%에서 4.00 wt% 바인더 양이 증가됨에 따라 굴곡 강도는 417 N/cm2에서 672 N/cm2로 증가되었고 255 N/cm2만큼의 강도 증가를 보였 다. 또한 시편 상대 밀도를 확인한 결과 모든 바인더 조 성에서 46 ~ 51% 사이의 유사한 밀도 값을 갖고 있어 충진도에 따른 강도의 영향은 미비하였다. Fig. 4에서 설 명되었 듯 2.00 wt% 바인더 첨가된 샘플에 경화제의 양 이 0.25 wt%에서 0.40 wt%로 증가되었을 때 강도는 각 각 417 N/cm2, 412 N/cm2의 거의 동일한 값을 가졌던 반면에, Fig. 5에서 경화제 조성은 0.25 wt%로 같지만 바 인더의 양이 2.00 wt%에서 3.00 wt%로 증가함에 따라 강도 값이 106 N/cm2만큼 증가하였고, 3.00 wt%에서 4.00 wt%로 증가함에 따라 강도 값이 149 N/cm2만큼 증가 하 였다. 시편의 굴곡 강도는 여러 요소인 바인더 양, 경화 제 양과 주물사 충진도에 따라 영향을 받는데 가장 큰 영향을 주는 주 요소는 바인더임을 확인할 수 있었다.

    3.3 Weibull modulus를 이용한 신뢰성 평가

    사형 주조용 주형의 굴곡 강도는 너무 낮거나 높아서 는 안되며 적절한 강도를 가져야한다. 주형의 강도가 너 무 낮으면 용탕 주입시 주물의 무게를 견디지 못 해 용 탕 침투로 인해 주형 표면에 결함이 생겨 냉각 후 피 닝/베인닝과 같은 문제점이 발생할 수 있으며, 강도가 너 무 높으면 주조 후 용탕 냉각 시 주물의 부피 감소 시 발생하는 응력에 의해 주조품 크랙과 주형 제거의 어려 운 문제점이 존재한다. 따라서 제작하는 주형들의 강도 편차가 큰 경우, 실제 주조 시 재현성이 떨어져 많은 불 량품이 발생할 수 있으므로 주형 강도에 대한 높은 신 뢰도를 요구한다.

    Fig. 6 및 Table 1에서 100 °C, 1시간의 동일한 열처 리 조건에서 경화제 조성이 다른 4종류의 시편들에 대 한 강도 값들의 Weibull plot을 나타내었고, 평균 강도 와 Weibull 계수 값을 확인 할 수 있다. 모든 시편에 동 일한 2.00 wt% 바인더가 첨가되어 있으며, 경화제 조성 은 각각 0.15 wt%에서 0.20 wt%로 증가함에 따라 시편 의 Weibull 계수는 6.5에서 11.7로 큰 신뢰성 향상을 보 였다. 전통적으로 강산인 경화제를 이용할 경우 주물사 양에 비해 매우 적은 양을 사용하게 되는데, 0.15 wt% 의 경화제 조성에서는 매우 적은 양으로 인해 전체 시 편 내 경화 반응이 충분히 일어나지 않아 시편 간 강 도 편차가 커 6.5의 작은 Weibull 계수 및 낮은 신뢰성 을 보였다. 하지만 0.20 wt%의 경화제를 사용한 경우 Weibull 계수가 0.15 wt% 대비 거의 2배인 11.7의 큰 Weibull 계수와 높은 신뢰성을 얻을 수 있었다. 반면에 0.25 wt%와 0.40 wt%로 더 많은 경화제가 첨가됨에 따 라 반응 속도가 급속하게 빨라졌기 때문에 시편 제조 중 빠른 반응에 의해 0.20 wt% 경화제와 비교하여 낮은 Weibull 계수인 7.8과 6으로 작은 Weibull 계수와 낮은 신뢰도를 얻었다. 따라서 4종류의 다른 경화제 조성에서 0.20 wt%가 첨가된 시편에서 가장 큰 Weibull 값과 높 은 신뢰성을 갖는 결과로부터 경화제 양이 주형의 신뢰 성에 큰 영향을 미치며 일정한 굴곡 강도를 갖는 주형 제작을 위해서는 최적의 경화제 조성을 필요함을 확인 하였다.

    4. 결 론

    사형 주조 3D 프린팅용 소재인 경화제와 바인더를 이 용하여 모래 시편을 제작한 뒤 각각의 조성 변화 및 열 처리 조건 변화에 따른 시편의 굽힘강도를 piston-on-3- ball 시험을 통하여 확인하였다. 먼저 열처리 조건이 시 편에 미치는 영향을 살펴본 결과 다음의 결과를 얻을 수 있었다. 열처리 온도와 열처리 시간 증가는 반응 완결 도 및 강도를 증가시키지만, 24시간 이상의 장시간 열 처리는 열 열화에 의한 화학 결합 분해 반응으로 오히 려 강도가 하락했다. 경화제 양의 증가는 반응 속도를 크게 증가시켜, 경화제 0.20 wt% 조성으로 제작된 샘플 의 강도가 경화제 0.15 wt% 조성으로 제작된 샘플에 비 해 강도가 대략 75 % 증가하였다. 또한 경화제 조성에 따른 Weibull modulus를 비교한 결과 경화제 0.20 wt% 조성에서 제작된 샘플이 경화제 0.15, 0.25 wt% 조성에 서 제작된 샘플에 비해 2배 정도 높은 11.7로 가장 높 은 Weibull 계수 값을 얻었다. 따라서 경화제 조성은 주 형의 반응속도와 강도 및 주형 강도의 신뢰성에도 큰 영 향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.

    Acknowledgements

    This research by the Industry Core Technology Development Business funded by the Ministry of trade, Industry and Energy(NO. 201744410083637).

    Figure

    MRSK-30-1-38_F1.gif

    Flexural strength according to various heating temperature (70 °C, 100 °C, 140 °C).

    MRSK-30-1-38_F2.gif

    Flexural strength according to various heating time of 0.15A2B composition (1 h, 3 h, 24 h, 72 h).

    MRSK-30-1-38_F3.gif

    (a) Sand before heat treatment. (b) Specimen of 0.15A2B composition after heat treatment. (c) Specimen of 0.4A2B composition after heat treatment.

    MRSK-30-1-38_F4.gif

    Flexural strength according to various activator composition, when binder composition is 2 wt%.

    MRSK-30-1-38_F5.gif

    Flexural strength according to various binder composition, when activator composition is 0.25 wt%.

    MRSK-30-1-38_F6.gif

    Weibull plot of the Flexural strength of sand specimens with various activator composition.

    Table

    Data for Flexural Strength, Weibull Modulus of sand specimens according to various activator composition When binder composition is 2 wt%.

    Reference

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