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Kalpakjian 기계공작법 Ch.17 문제풀이(분말야금) 본문

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Kalpakjian 기계공작법 Ch.17 문제풀이(분말야금)

Mechi 2017. 9. 4. 08:04

17.4 금속분말을 혼합하는 이유를 설명하라.

 

기본적으로 금속분말을 혼합하는 이유는 다음과 같다.

(a)  분말을 섞어서 특별한 물리적, 기계적 화학적 성질을 얻을 수 있다.

(b)  윤활제와 바인더를 금속분말과 혼합시킬 수 있다.

(c)  균일하게 혼합하면 더 밀도 있고 소결시간도 짧아진다.

 

17.7 소결 과정 중 금속분말에 일어나는 변화를 기술하라.

 

소결할 때, 생형 분말야금 부품은 혼합물 중 가장 낮은 융점의 70~90%의 온도로 가열된다. 이 온도에서 두가지 확산 메커니즘이 나타난다. 하나는 인접부위를 통한 직접적인 확산이다. 또 더 중요한 하나는 증기상으로 재료가 수렴되는 기하학적 형상으로 이동되는 것이다. 그 결과 느슨하게 붙었던 입자들이 합쳐져서 강하지만 다공성 재질이 된다.

 

17.10 함침과 침투의 차이를 설명하고 각 사례를 들라.

 

함침과 침투의 가장 큰 차이는 매개체이다. 함침은 분말야금 부품을 고온의 윤활제와 같은 액체에 담근다. 그 액체는 분말야금 부품에 표면장력에 의해 들어가고 다공성 구조를 채운다. 그 윤활제는 마찰을 낮추고 그 부품을 사용할 때 마멸을 감소시킨다. 침투는 저융점 금속을 분말야금 부품 속에 모세관현상으로 들어가게 한다. 보통 부식을 방지하기 위해서 하는데, 저융점 금속이 요구 환경에서 마찰 조건을 위해서 사용되기도 한다.

 

17.12 기계적 합금을 하는 이유는 무엇이며 기계적 합금이 일반적인 금속의 합금화와 비교할 때 장점은 무엇인가?

 

기계적인 합금은 원하는 조성의 금속 분말을 볼밀 안으로 넣어서 만든다. 그 분말들은 서로 둘 이상씩 부딪히고 합쳐진다. 이 때 겪는 큰 소성변형때문에 분말들이 기계적으로 붙은 합금이 된다. 기계적 합금의 주요 장점은 냉간가공을 상당히 많이 거쳤기 때문에 매우 높은 경도를 얻을 수 있다는 점이다. 일반적인 금속의 합금화에서는 응고를 통하면서 이러한 성질을 얻을 수 없다.

 

17.14 금속분말의 스크리닝이란 무엇이며 왜 수행하는가?

 

금속분말은 여러개의 스크린으로 구성된 용기 안에 담겨있다. 최상부는 거칠고 용기 하부로 갈수록 메시가 미세하게 되어있다. 용기가 진동하면 구멍 크기보다 작은 입자들이  스크린을 통해 떨어진다. 따라서 스크리닝은 입자들을 특정 사이즈 범위대로 분류할 수 있다.

 

17.16 분말압축 시 밀도분포가 다른 이유는 무엇인가? 이를 줄일 수 있는 방법은 무엇인가?

 

분말 압축에서 밀도가 다른 이유는 입자와 용기벽 사이의 마찰과 기계적 로킹에 연관된다. 이는 펀치와 용기 벽에서 멀어질수록 밀도가 달라지도록 만든다.

이를 줄이기 위해서는 더블액팅 프레스를 사용하여 펀치와 다이 사이에서의 마찰을 줄이거나 윤활제를 첨가하여 분말 간의 마찰을 줄여야 한다.

 

17.19 분말사출성형이 중요한 이유를 나열하라.

 

분말사출성형은 그 다양한 용도와 경제성에서 매우 중요하다. 복잡한 형상도 금속분말을 폴리머나 왁스와 혼합하여 높은 생산성을 얻을 수 있다. 또한, 그 부품은 정정형, 준정형 수준의 높은 밀도를 얻을 수 있다.

 

17.21 PM 부품의 기계적 및 물리적 성질이 밀도에 따라 달라지는 이유를 설명하라.

 

기계적 성질이 밀도에 의존하는 이유는 여러가지이다. 분말야금 부품의 밀도가 낮아서 같은 부피 내에 재료가 별로 없어서 강도가 낮아지는 것뿐만 아니라 공극이 응력집중원으로 작용한다. 따라서, 밀도가 낮은 재질은 더 많고 더 큰 공극이 있다. 공극이 증가하면 단면적이 작아져서 탄성계수가 작아지고 따라서 연성은 같은 하중에서 꽉 찬 부품에 비교하면 더 클 것이다. 전기전도성이나 열 전도성과 같은 물리적 특성은 밀도가 낮을수록 더 안좋아지는데, 그 이유는 전기나 열을 전도할 재료가 적어지기 때문이다.

 

17.22 PM 공정에서 금속 입자의 형상과 크기가 미치는 영향을 설명하라.

 

금속분말의 형상, 크기, 크기분포, 공극, 화학적 순도, 부피적 면적적 특징은 모두 중요하다. 이들은 주형에 압축할 때 침투성과 유동성에 중대한 영향을 준다. 이후 소결 공정에서도 마찬가지이다. 둥근 형상에 모두 비슷한 크기를 갖는 것이 서로 결합하는데 좋다.

 

17.23 냉간 및 열간 등압성형의 상대적인 장점과 한계를 기술하라.

 

냉간 등압성형과 열간 등압성형은 효과적으로 균일한 밀도로 가압할 수 있는 장점이 있다. 균일한 강도와 인정을 가진 형상을 제작할 수 있다. 열간 등압성형의 주된 장점은 거의 100%의 밀도로 야금학적으로 결합되어 좋은 기계적 성질을 얻을 수 있다. 하지만 상대적으로 비싸서 항공산업이나 특별한 부품을 만들때에 주로 사용한다.

 

17.24 분말야금이 주조나 단조 공정에 비하여 경쟁력이 있는 부분을 설명하라.

 

단조, 압출, 분말압축에서는 마멸 저항이 다이와 펀치 재료 선정에 가장 큰 고려사항이다. 이러한 이유로 이러한 작업을 할 때 다이는 비슷하거나 똑같은 재료를 작업한다. 등압압축성형에서는 단조나 압출에서 사용하지 않는 유연한 주형을 사용한다.

 

17.26 그림 17.11에 나타난 곡선의 모양과 그들의 상대적 위치에 대하여 설명하라.

 

낮은 압축 압력에서는 분말야금 부품의 밀도가 낮고 높은 압력에서는 이론적인 밀도에 가까워진다. 그림 17.11a에서 곡선이 오목하게 낮아지는 것을 보면 밀도를 증가시키기 위해서는 더욱 작은 기공을 없애야 한다. 재료에서 큰 공극을 없애는 것이 작은 공극을 없애는 것보다 쉽다. 그림 17.11b 에서는 밀도가 증가함에 따라 공극이 감소하고 단면적이 증가하여 강도와 전기전도도가 증가한다. 밀도가 증가함에 따라 연성이 증가하는 이유는 구멍이 있는 곳이 줄어들면 연성이 감소하기 때문이다.

 

17.27 압축생형을 소결온도로 가열할 때 천천히 해야 하는가 아니면 빠르게 해야 하는가? 이유를 설명하라.

 

온도를 빠르게 올리면 소결되는 부품에 과도한 열응력이 발생하여 뒤틀림이나 균열이 발생할 수 있다. 반면 회전율을 높여서 생산성을 확보할 수 있다. 온도를 천천히 올리면 가열과 확산이 균일하게 일어나게 할 수 있는 장점이 있다.

 

17.30 금속분말의 종류에 따라 압축 압력과 소결온도가 달라지는 이유를 설명하라.

 

다른 재질은 서로 융점이 다르기 때문에 기본적으로 소결온도가 다르다. 두 입자 사이에 강도를 증가시키기 위해서 재료는 충분히 가열되어서 확산과 2차상 이동 메커니즘이 활성화 되어야 하며 통상 재료의 융점의 90% 정도의 온도가 되어야 한다. 압축 압력은 금속 분말의 강도와 연성, 입자의 형태, 입자간 마찰특성 등의 종류에 관계된다..

 

17.(11.2) 생형의 강도가 분말야금 공정에서 중요한가?

 

생형 강도는 분말야금 공정에서 매우 중요하다. 분말야금이 가압 다이에서 나왔다면 소결 전에 손상이나 깨짐을 예방할 수 있을만한 충분한 강도를 가졌을 것이다.

 

17.( 11.6) 분말야금으로 만든 부품에 다양한 레진을 침투시킬 수 있다. 이러한 침투으로 얻는 이점은 무엇인지 예를 들어 설명하시오.

 

분말야금으로 만든 부품에 다른 금속이나 폴리머를 침투하여 얻을 수 있는 주된 장점은 다음과 같다.

(a)  강도를 상당히 증가시킬 수 있다.

(b)  침투으로 특정 환경에서의 부식으로부터 분말야금 부품을 보호할 수 있다.

(c)  폴리머 레진은 고체윤활제로서 작용할 수 있다.

(d)  침투된 부품은 높은 밀도와 질량을 얻을 수 있다.

 

17.(11.11) 분말야금에서 미세한 분말과 거친 분말의 효과상 차이를 서술하라.

 

거친 분말은 같은 압축비에서 공극이 더 크다. 큰 공극은 밀도, 강도, 강성, 열전도성, 전기전도성이 낮다. 분말의 형태, 크기, 크기분포, 공극, 화학적 순도, 부피적 표면적 특성이 매우 중요한데, 이들은 압축 및 소결 시 침투성과 유동성에 큰 영향을 주기 때문이다.