냉각 링은 방향성 응고 과정에서 주조물의 외부 가장자리에서의 열 교환을 강화함으로써 온도장을 구체적으로 변경합니다. 이 국소 냉각은 주조물의 주변부와 중심 사이에 날카로운 열 대조를 생성합니다. 결과적으로, 액상선과 고상선 사이의 경계인 액상선 등온선은 평평하게 유지되는 대신 오목하거나 기울어진 평면 모양을 채택하도록 구부러집니다.
반경 방향 열 구배를 수정함으로써 냉각 링은 불균일한 응고 전선의 형성을 주도합니다. 온도장의 이러한 왜곡은 주조물의 단면 전체에 걸쳐 불균일한 1차 수지상 성장 간격(PDAS)의 직접적인 원인입니다.
열 조작 메커니즘
가장자리 냉각 강화
냉각 링은 방향성 응고 시스템의 냉각 끝 부분에서 중요한 구성 요소 역할을 합니다. 주요 메커니즘은 주조물 가장자리에서의 열 교환 속도를 크게 높이는 것입니다.
금속 덩어리를 통한 전도 열 전달에 의존하는 주조물 중심과 달리, 가장자리는 링으로부터 직접적이고 가속화된 냉각 영향에 노출됩니다.
열 구배 설정
냉각 속도의 이러한 차이는 뚜렷한 열 구배 차이를 만듭니다. 외부 껍질은 코어보다 훨씬 빠르게 열 에너지를 잃습니다.
결과적으로 온도장은 주조물의 전체 수평 평면에서 균일하게 하강하지 않습니다.
응고 전선에 미치는 영향
액상선 등온선 구부리기
냉각 링이 온도장에 미치는 가장 눈에 띄는 효과는 액상선 등온선으로 알려진 응고 전선의 물리적 모양입니다.
균일한 냉각 하에서는 이 등온선이 이론적으로 평평하고 수평하게 유지될 것입니다. 그러나 냉각 링에 의한 공격적인 가장자리 냉각은 이 선을 왜곡하도록 강제합니다.
오목 및 기울어진 분포
특정 열 분포는 등온선에 오목 기하학적 모양을 만듭니다. 가장자리가 중심보다 "먼저" 응고되어 주변부의 온도장을 아래로 끌어당깁니다.
이는 냉각의 특정 배열 및 강도에 따라 기울어진 평면 온도 분포로 이어질 수도 있습니다.
결과 및 절충
불균일한 수지상 성장 간격
온도장 조작은 상당한 구조적 절충을 수반합니다. 참조에 따르면 불균일한 열 제거는 미세 구조의 불일치로 직접 이어진다고 명시되어 있습니다.
특히 이는 불균일한 1차 수지상 성장 간격(PDAS) 분포으로 나타납니다.
단면 불일치
온도 구배가 가장자리에서 중심으로 변하기 때문에 결과적인 결정 구조는 단면 전체에 걸쳐 균일하지 않습니다.
엔지니어는 구부러진 액상선 등온선으로 인해 주조물 가장자리의 PDAS가 중심의 PDAS와 달라진다는 사실을 고려해야 합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
단결정 주조 공정을 효과적으로 관리하려면 열 입력과 구조 출력을 연관시켜야 합니다.
- 등온선 제어가 주요 초점인 경우: 액상선 등온선의 오목하거나 기울어진 모양의 심각성을 최소화하기 위해 냉각 링 강도를 조절합니다.
- 미세 구조 균일성이 주요 초점인 경우: 공격적인 냉각 링 사용은 불균일한 PDAS를 생성한다는 점을 인지하고, 응고 속도와 단면 일관성을 균형 있게 조절하기 위해 냉각 매개변수를 조정합니다.
냉각 링이 온도장에 미치는 영향을 마스터하는 것은 주조물의 최종 수지상 성장 분포를 예측하는 열쇠입니다.
요약 표:
| 열 매개변수 | 냉각 링의 영향 | 주조에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 냉각 속도 | 외부 가장자리에서 강화됨 | 가속화된 주변부 응고 |
| 등온선 모양 | 평평함에서 오목/기울어짐으로 전환 | 불균일한 응고 전선 |
| 열 구배 | 반경 방향 불일치 증가 | 단면 전체의 불균일한 온도장 |
| 미세 구조 | 가변적인 1차 수지상 성장 간격 | 불균일한 결정 구조(PDAS) |
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참고문헌
- Study of the Non-uniform Distribution of Primary Dendrite Arm Spacing (PDAS) Across the Width of a Single-Crystal Nickel-Based Superalloy Casting. DOI: 10.1007/s40962-025-01717-1
이 문서는 다음의 기술 정보도 기반으로 합니다 Kintek Furnace 지식 베이스 .
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