고강도 알루미늄 대형 링롤재를 급냉할 때 발생하는 잔류응력을 2차원 및 3차원 유한 요소 해석하였고, 3단계 절단법에 의해 측정된 변형율과 ABAQUS의 요소제거 기능을 이용한 해석 값을 직접 비교하였다. 급냉후 잔류응력 해석결과는 2단과시효 후 측정값과 비슷한 경향을 보였으나 그 절대값의 차이가 크게 나타났다 이는 시편 링의 높이가 작아 실험 값이 부정확하였기 때문이며 링의 높이를 증가시켜 높이방향으로 균일한 응력분포를 갖도록 하면 그 차이가 감소될 것으로 판단된다. 잔류응력을 측정하는 3단계 절단 과정을 모사한 3차원 해석결과와 측정된 변형율을 직접 비교함으로써 실험과 해석의 정확성을 향상시킬 수 있도록 하였다. 이로부터 잔류응력이 존재하는 일반적인 알루미늄 구조물의 기계가공에 의한 변형을 정확히 예측할 수 있는 기반을 마련하였으며 구조해석 시 잔류응력의 영향을 고려할 수 있게 되었다.
Quenching phenomena of hemispherical downward facing convex surfaces with narrow gaps have been investigated experimentally. Experiments employed test sections having 1 and 2 mm in gap thickness and 1 atm in system pressure. From interpretations of the temperature and the heat flux history, it was found that the flooding inside the gap was restricted by CCFL phenomena and quenching process was propagated from lower to upper region of the internal copper shell. The ratio of the maximum heat fluxes at 1 mm to 2mm in gap thickness was the almost same that obtained by steady state experiments. The quenching scenario of the hemispherical downward facing surface with narrow gap has been suggested.
최근 들어 경제성장과 산업의 발달로 사회기반시설 및 주거시설 등의 건설이 활발히 이루어지면서 콘크리트용 골재의 사용량이 급증하고 있다. 그러나 천연골재는 점차 고갈되고 그 채취에 대한 엄격한 환경적인 규제 때문에 골재의 부족이 건설분야의 큰 문제로 대두되고 있어 이를 대체할 수 있는 대체재의 개발이 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 철강생산 과정에서 부산물로 발생되는 제강슬래그를 잔골재의 대체재로 활용하기 위하여 유리석회를 대폭 감소시킨 급냉제강슬래그를 잔골재로 활용한 콘크리트의 물성 및 역학적 시험결과를 비교 고찰하여 그 활용 가능성과 적정대체율을 규명하였다.
우주발사체용 로켓트 구조재로 사용되는 알루미늄합금 단조재는 강도확보를 위하여 고온으로 가열후 급냉과정에서 상당한 크기의 잔류응력이 발생되고 이로 인해 기계가공시 변형이 유발되어 조립성이 나빠진다. 잔류응력은 그 크기가 재료의 항복강도를 초과할 때 제거되므로 응력제거(stress relief)를 위해서는 외부하중이 가해져야 한다. 응력제거 처리는 소성변형, 열처리 및 초음파 등의 방법으로 수행되며 소성변형에 의한 제거효과가 가장 크다 형상이 복잡한 형 단조재의 경우 열간단조금형과 동일한 금형을 이용하는 TX52 등의 방법을 적용한다고 알려져 있으나 TX54에 대한 금형설계 및 소성변형률 적용 데이터는 공정 know-how로 분류되어 있다. 잔류응력제거 처리의 해석적 연구로는 판재와 링롤재에 대해서는 인장 및 압축 소성변형에 적용에 대한 결과가 발표된 바 있으나 형 단조재의 경우에는 전무하다
급냉응고법을 이용하여 고용한도 이상으로 Mn량을 첨가할 때 Mn량에 따른 인장특성의 변화와 시효특성을 조사하였다. 원심분무법으로 AI-4.7%Zn-2.5%Mg-0.2%Zr합금에 Mn량을 각기 달리 첨가한 급냉응고 분말을 제조 하였다. 이 분말을 냉간압축, 진공 탈가스처리를 한 후 15:1로 압출하여 봉상 시편을 만들었다. 분말의 미세조직은 $\alpha$-AI수지상과 수지상간 편석부로 이루어져 있으며 Mn첨가에 따라 조직의 변화는 관찰되지 않았다. 빠른 냉각속도로 인하여 2.0%Mn을 첨가한 경우에도 초정 Mn상을 발견할 수 없었다. 압출재의 미세조직은 아결정립으로 이루어져 있으며 약간의 제2상들이 관찰되었다. 대부분의 Mn 분산상은 압출후 용체화처리 과정에서 형성되었으며 시효경화량은 Mn양에 관계없이 일정하였다. 46$0^{\circ}C$에서 1시간 용체화처리하고 12$0^{\circ}C$에서 24시간 시효처리한 경우 최대의 시효경도값을 나타내었다. 인장강도는 Mn첨가량에 따라 증가 하였는데 이것은 Mn분산상의 밀도증가에 의한 것으로 확인되었다. 2.0%Mn을 첨가한 합금의 시효후 인장강도는 590MPa, 연산율은 4%를 보였다.
고강도 알루미늄 대형 링롤재의 급냉 및 요소제거 후 발생하는 잔류응력을 2차원 및 3차원 유한요소 해석하였고, 3단계 절단법에 의해 측정된 변형율과 ABAQUS의 요소제거 기능을 이용한 해석값을 직접 비교하였다. 급냉후 잔류응력 해석결과는 2단 과시효후 측정값과 비슷한 경향을 보였으나 그 절대값의 차이가 크게 나타났다. 이는 링 시편의 높이가 작아 측정값이 부정확하였기 때문이며, 링의 높이를 증가시켜 높이방향으로 균일한 응력분포를 갖도록 하면 그 차이가 감소될 것으로 판단된다. 잔류응력을 측정하는 3단계 절단 과정을 모사한 3차원 해석결과와 측정된 변형율을 직접 비교함으로써 실험과 해석의 정확성을 향상시킬 수 있도록 하였다. 이로부터 잔류응력이 내재하고 형상이 복잡한 대형 알루미늄 구조물의 기계가 공에 의한 변형을 정확히 예측할 수 있는 기반을 마련하였다.
1991년 설립하여 충남대내에 자리잡고 있는 급속응고신소재연구센터는 30여명의 교수와 60여명의 석ㆍ박사과정연구원들이 급속냉각방식을 이용한 첨단신제품개발에 모든 정열을 쏟고 있다. 급속응고란 액상금속을 가스ㆍ액체 또는 원심력을 이용하여 급속도로 냉각시켜서 합금분말이나 비정질금속 등을 제조하는 공정을 말하는데 개발된 기술은 (주)정진화학에 전수하여 현재 생산라인에서 산업화를 위한 시험을 실시하고 있다.
${\bigcirc}$ 본 업소는 수산물가공품(냉동어류, 냉동연체류, 조미가공품)을 생산하는 식품제조 가공업소로서 총 5명의 인원이 수산물가공품 8개 제품을 생산하여 매출액은(약 00원)이며 주로 집단급식소에 판매하고 있다. ${\bigcirc}$ 본 업소의 수산물가공품은 냉동생선 해동(또는 냉장생선 이용), 전처리(냉장제거 등) 이후 세척 후 급냉하여 포장하거나(냉동어류 및 냉동연체류) 가열 후 포장하여 급냉하는(조미가공품) 공정을 거쳐 생산된 제품으로 원료 취급과정에서의 오염이나 불충분한 가열, 교차오염 등으로 식중독균(병원성대장균, 황색포도상구균 등)과 원료 및 제조과정에서 이물(금속 등)이 혼입할수 있으며, ${\bigcirc}$ 이로 안한 주요클레임 발생사례는 최근 3년간 관계당국으로부터 대장균군 검출 3건, 소비자클레임 2건이 있었다. - 연도별 주요 클레임내용은 '08년도에는 대장균군 검출 3건, '09년도 냉동어류에서 날벌레 이물 검출 1건, '10년도에는 냉동연체류에서 철수세미 1건 이었다. ${\bigcirc}$ 이러한 위해발생을 사전에 예방하기 위해 중점관리해야 하는 공정은 세척공정(냉동어류 및 냉동연제류) 및 가열공정(조미가공품)으로 판단되며, 금속 등의 이물 혼입 또한 중점적으로 관리할 필요성이 있다. ${\bigcirc}$ 본 업소에서 생산하는 냉동어류 및 냉동연체류는 세척공정에서 세척시간과 세척수량, 원물량을 각각 설정하여 CCP 1로 관리하고 2시간마다 모니터링하고 있으며, ${\bigcirc}$ 조미가공품은 가열온도와 시간을 각각 설정하여 CCP 2로 관리하고 있으며, 품온이 $85^{\circ}C$이상 유지할수 있도록 2시간마다 모니터링하고 한계기준 이별여부를 기록하도록 하고 있다. ${\bigcirc}$ 또한 금속검출공정을 CCP 2로 관리하여 2mm${\varphi}$ 이상의 금속이물 혼입여부를 상시 확인하고 있으며, 금속검출기가 정상 작동여부를 4시간마다 모니터링하고 기록하도록 하고 있다. ${\bigcirc}$ 종합적인 공정 및 일반위생관리를 위해 개인위생 상태 냉동 냉장고 온도 확인 등 총 29개 항목에 대하여 정기적 점검(매일 17 주간 4 월간 4 분기 1, 연간 3)을 실시하고 있으며, ${\bigcirc}$ 따라서 지속적인 모니터링을 통해 미흡사항의 원인으로 파악하고 문제점 제거를 위해 체계적이고 지속적인 관리가 필요하다.
분무성형공정은 급냉응고 및 결정입자 제어에 따른 고품위 소재 개발의 장점과 함께 고밀도 near-net-shape 제품의 제조가 가능한 합금제조기술이다 분무성형체의 미세조직은 적층표면에 도달하는 액적들의 평균 열용량, 즉 고상분율에 의하여 결정되며, 이는 액적의 비행과정에서의 분사가스-액적간의 열전달과 적층표면에서의 열유입과 열유출 속도에 영향을 받는다. 실제 다양한 공정변수들이 복합적으로 미세조직 형성과정에 영향을 미치지만, 균일한 미세조직을 얻기 위하여서는 적층표면에서의 온도와 고상분율을 항상 일정하게 제어하여야만 한다 즉, 적층표면 온도를 분무 성형공정중에 지속적으로 측정하여 이를 공정 제어 시스템에 feedback하여 원하는 적층표면온도를 유지하도록 공정변수를 제어하는 것이 필수적이다. 분무성형에 제조된 성형체는 합금원소의 편석이 없고 미세한 등방성의 결정립으로 이루어진 특징적인 미세조직을 나타낸다 이와 같은 미세조직으로 인하여 분무성형체는 우수한 성형성과 기계가공성을 나타내며, 또한 분무성형-후속가공된 최종 제품은 잉곳주조에 의하여 제조된 것과 비교하여 크게 향상된 기계적 성질을 가진다.
본 연구에서는 고체의 표면조도가 나노유체 액적의 접촉각에 미치는 영향에 대해 실험적 연구를 수행하였다. 나노유체는 산화구리(CuO) 나노분말을 순수 물과 혼합하여 제조하였으며, 고체는 한 변의 길이가 10 mm 정육면체 구리시편을 실험에 사용하였다. 나노유체 액적의 접촉각은 동일한 표면조도 조건에서 순수 물 액적의 접촉각 보다 다소 낮게 측정되었으며, 구리시편의 표면조도가 증가할수록 순수 물과 나노유체 액적의 접촉각은 모두 증가하고 있음을 실험결과로부터 알 수 있었다. 또한 가열-급냉(quench) 실험을 거친 구리시편 표면에서의 접촉각은 순수 표면에서의 접촉각보다 다소 낮게 측정되었으며, 이는 구리표면의 산화에 기인하는 것으로 판단된다. 그러나 가열-급냉 실험에 있어서 냉각 액체로서 순수 물과 나노유체를 사용한 경우의 액적 접촉각 측정결과들은 큰 차이가 없는 것으로 나타났으며, 이러한 실험결과로부터 냉각과정에 있어서 나노입자가 액적의 접촉각에 영향을 미칠 정도로 구리시편의 표면상태를 변화시키지 못하는 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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