A Study on the Change in Microstructures of Traditional Forged High Tin Bronzes by Quenching

Thermal conditions in practice at the traditional bronze workshop of the Korean Folk Village in Yongin were examined along with the microstructures of some high tin bronze objects made there. Laboratory experiments approximating the conditions of the workshop were also carried out and the results were compared. The operating temperature of the workshop furnace was measured to range from $750^{\circ}C$ to $850^{\circ}C$ while the surface temperature of an object, upon its removal from the furnace for additional thermo-mechanical treatments, was generally in the range of $600^{\circ}C$ to $685^{\circ}C$. This variation in working temperatures was reflected in varying microstructures developed upon quenching. The products of the Folk Village were found to consist of microstructures where the ${\alpha}$ grains of the Cu-Sn system were distributed in the background of different phases including the ${\beta}$-martensite phase, retained ${\gamma}$ phase, ${\alpha}+{\delta}$ eutectoid or their mixtures. This variability, which is also identified in objects made in ancient times as well as in our laboratory experiments, suggests that the actual thermal conditions given during the quenching treatments are much more complicated than is inferred from the temperature measurements. This paper will present detailed accounts of the thermo-mechanical treatments as observed in the high tin bronze workshop of the Korean Folk Village and discuss the evolution of varying microstructures in terms of the substantial variability involved in the implementation of the traditional forged high tin bronze technology of Korea.

담금질 조건에 따른 방짜유기의 미세조직 변화 연구

본 연구에서는 청동유물에서 관찰되는 다양한 미세조직의 출현과정을 이해하기 위하여 현재 전통방식으로 방짜유기를 제작하는 한국민속촌 유기공방에서 실행되고 있는 제작방법과 담금질 조건을 조사하였으며, 여기에서 제작된 방짜유기의 미세조직과 조성을 살펴보았다. 또한 이 공방에서와 유사한 조건으로 재현실험을 수행하여 그 결과를 비교자료로 사용하였다. 전통 유기공방에서 수행하는 담금질 조건을 자세히 기술함과 동시에 작업 조건에서 나타나는 변동성을 미세조직의 관찰 결과와 함께 제시하였다. 유기공방의 화덕 온도는 $750{\sim}850^{\circ}C$로 측정되었으며 다음 단계의 작업을 위하여 화덕에서 막 꺼낸 청동소재의 표면온도는 대략 $650{\sim}685^{\circ}C$로 측정되었다. 이 같은 큰 폭의 온도 편차는 담금질 과정을 거쳐 생산된 방짜유기에 다양한 미세조직을 초래하였다. 특히 외부기온에 따른 온도편차가 큰 겨울과 비교적 영향이 적은 봄에 각각 제작된 방짜유기의 미세조직을 분석한 결과 ${\alpha}$상을 중심으로 그 배경에서 마르텐사이트(${\beta}$)상, ${\gamma}$상, ${\alpha}+{\delta}$ 공석조직 또는 이들의 혼합물로 이루어진 다양한 조직이 관찰되었다. 특히 실험실에서 재현한 시험편에서도 짧은 시간동안 가열할 경우 ${\alpha}+{\gamma}$상 또는 ${\alpha}+({\beta})+{\gamma}$상 등 다양한 미세조직이 형성되었다. 이처럼 미세조직에서 관찰되는 다양성은 유물에서도 확인되는 것으로 실제 유기공방에서 담금질시 적용하는 열처리 조건이 온도측정으로부터 예측되는 작업조건보다 훨씬 더 복잡하다는 점을 의미한다.