제30권 제5호 (2010. 10) 한국주조공학회지 −157−
RoHS 대응 저연청동주물의 기계적 성질 1)
小林秀章·高橋智德· 浦野良雄 *
日本靑銅株式會社, *岡崎精機株式會社Mechanical Properties of Bronze Castings in Low-Lead for RoHS Regulations
Hideaki Kobayashi, Tomonori Takahashi, and Yoshio Gamano*
Nihon Bronze Co. LTD, *Okazaki Seiki Co., LTD Key words: RoHSrb제 , 카드뮴리스 , 무연 , 코스트 퍼포먼스 .
번역: 김기영2)
1. 서 언
RoHS 규정 (*역자 주 전기, 전자 제품에 포함된 유해물질 사 용에 대한 규제(Restriction of the use of certain Hazardous Substances in electrical and Electronic equipment) 로, 폐전기 전자제품의 친환경적 재생과 처리를 목적으로 하고 있다) 발효 에 따라서 2006년 7월 이후 EU지역에서 판매되는 전기기기의 신제품에는, 특정 유해물질비함유가 원칙으로 되고 있다. 이것은 연(납), 수은, 카드뮴, 육가크롬 등의 중금속, PBB, PBDE등의 비소계 난연제 6종류의 사용을 제한하는 것으로 합금재에 들어 가는 연은 동합금에서 4 mass%를 넘지 않도록 규정되고 있다.
이 글에서는 이 RoHS의 규제에 대응하기 위하여 Pb2~4 mass%, Zn 5~7 mass% 및 Sn 4.5 mass%의 사형주물 및 연 속주조주물에 대해서 각 조성별로 기계적성질을 비교하고, 절삭 성 및 질량효과의 검토를 하였다.
2. 저연청동의 특징
Table 1 및 Fig. 1에 각 합금의 화학조성과 성분범위를 나타 낸다. 성분의 특징은 RoHSrbwjd에 대응하기 위하여 Pb 4 mass%
미만으로 하였다.
각 합금과의 식별은 pb2~3 mass%의 범위는 CAC407과 중복 되나, Zn 5 mass%에서 CAC407과의 경계가 있으므로 CAC406, CAC407, 저연청동의 식별이 가능하다.
3. 사형주물의 기계적성질
3.1 사형주물의 기계적성질
일반적인 저연청동에 있어서 인장강도와 신율과의 관계를 Fig.
2 에 나타낸다. A호 공시재로부터 4호시험편으로 가공하여 인장시
험을 한 결과로, N수 48 중 1점이 CAC406의 하한치이하이었 으나, 나머지는 모두 규격치를 상회하교, 강도와 신율과의 상관 관계가 이는 것을 알 수 있다.
3.2 공시재
저연청동은 CAC406에 비하여 연이 적고 아연이 많으므로 각
1)日本鑄造工學會誌 제81권(2009) 제12호 page 674~677에 게재된 자료임
2)한국기술교육대학교 신소재공학과 (Korea University of Technology and Education) 교수
(3)
Fig. 1. 각 시료의 성분범위.
Table 1. 각 시료의 조성.
(mass%)
Cu Sn Pb Zn
저연청동 84~88 4~6 2~4 5~7
CAC406 83~87 4~6 4~6 4~6
CAC407 86~90 5~7 1~3 3~5
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조성에 있어서 기계적성질에 어떠한 영향이 있는가를 조사하였다.
공시재는 50 kg의 고주파전기로에서 용해하고, Co2주형에 A형 공시재를 주입하고 4호 인장시험편으로 가공하여 사용하였다.
Table 2 에 사형주물의 공시재 조성 및 기계적성질의 평균치를
나타낸다. 연의 감소와 아연의 증가가 기계적성질에 어떠한 영 향을 미치는가를 조사하기 위하여, Table 2와 같이 Pb와 Zn의 각조성으로 구별하였다. Sn은 4.5 mass%로 일정하게 하였다.
3.3 연 저감과 아연 증가에 의한 강도의 변화
공시재의 인장강도와 신율과의 관계를 Fig. 3에 나타낸다. 종 축은 인장강도, 횡축은 신율인데, Fig. 4에는 각 조성별로 나타 낸다. Table 2의 각 조성의 기계적성질의 평균치로부터 인장강 도와 신율과의 관계를 Fig. 5에 나타낸다.
연함유량이 낮아지면 기계적강도가 증가하나, 아녕의 증가에 따른 변화는 나타나지 않았다.
Fig. 5. 각 조성에 따른 인장강도와 신율과의 관계.
Fig. 4. 각 조성별 시료의 인장강도와 신율과의 관계.
Fig. 2. 각 공장에 있어서 사형주물의 인장강도와 신율과의 관계.
Fig. 3. 각 조성에 따른 사형주물의 인장강도와 신율과의 관계.
Table 2. 사형주물의 공시재 조성 및 기계적 성질의 평균치.
조성 mass% 기계적성질
pb Zn T.S.
N/mm2
Y.S.
N/mm2
Elong
%
HBW 10/100
2 6 266 112 48 60
2 7 249 107 36 58
3 6 254 110 37 59
3 7 252 109 34 61
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Vol. 30, No. 5, 2010 Journal of the Korea Foundry Society − 159 −
4. 연속주조주물의 기계적성질
4.1 연속주조주물의 기계적성질
일반적인 저연청동의 연속주조무물을 4호시험편으로 가공하여 인장시험한 결과, 인장강도와 신율과의 관계를 Fig. 6에 나타낸 다. 시험의 결과는 N수 25이고 전 시편에서 CAC406의 규격치 를 상회하였다.
4.2 연저감과 아연증가에 의한 강도의 변화를 조사하고, 사형주물의 데이터와 비교하기 위하여 사형주물과 동일한 시 험을 하였다.
공시재는 고주파유도전기로 1ton 로에서 용해하고, 시편수 및 사이즈에 의한 데이터의 흩어짐을 방지하기 위하여 φ70 및 φ80 의 연속주조주물로부터 4호시험편으로 가공한 것을 사용하였다.
Table 3 에 연속주조주물의 공시재 조성 및 기계적성질을 나타 낸다. Sn은 4.5 mass%로 일정하게 하였다.
4.3 연저감과 아연증가에 따른 강도의 변화
공시재의 인장강도와 신율과의 관계를 Fig. 7에 나타낸다. 사
형주물과 동일하게 연함유량이 낮으면 기계적강도가 증가하고 있다.
5. 절삭성
절삭성시험기에서 절삭속도 100 m/min, 송급속도 0.1 mm/rev, 절삭량 1 mm에서 절삭성시험을 하였다. P1: 주분력, P2:송급분력,
P3: 배분력으로 할 때의 절삭저항 을
Fig. 8에 나타낸다. 또한 C3604의 절삭저항을 100으로 하였을 때 각 시료의 절삭저항괴의 비를 절삭지수로 한 것을 Fig. 9에 나타낸다.
절삭저항은 Pb의 증가에 비례하여 낮아지고, Pb 4 mass%에 서는 CAC406와 가까운 값으로 된다. 동일하게 절삭지수도 Pb 4 mass% 부근에서 CAC406C와 거의 같은 값으로 되며, Pb 하 한치인 2 mass% 부근에서는 약간 떨어진다고 볼 수 있다.
P = (P12+P22+P32) Fig. 6. 연속주조주물의 인장강도와 신율과의 관계. Fig. 7. 각 조성에 따른 연속주조주물의 인장강도와 신율과의
관계.
Fig. 8. 절삭저항 Table 3. 연속주조주물의 공시재 조성 및 기계적 성질.
조성 mass% 기계적성질
pb Zn T.S.
N/mm2
Y.S.
N/mm2
Elong
%
HBW 10/100
2 6 288 141 55 72
289 146 50 76
2 7 284 137 56 67
288 147 48 64
3 7
274 138 55 71
277 137 42 70
285 144 52 69
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6. 질량효과
두께 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm이고 폭40 및 50 mm, 길이 180 mm의 계단상시편에 용탕을 주입하고 계단상 시편에서 질량효과를 검토하였다. Fig. 10에 염색탐상시험의 결과를 나타
낸다. 사진 최하부의 압탕부근에 약간의 결함이 보이나, 그 외는 양호하다.
Fig. 11 에 계단상시편의 각 위치에 있어서 기계적성질의 결과 를 나타낸다. 박육부에서 가장 강도가 높고, 두께의 ewmd가에 따라서 강도, 신율, 경도의 현저한 저하가 보인다.
7. 결 론
저연청동의 연함유량은 RoHS 규제에 대응가능한 2~4 mass%
의 범위에 있고, CAC406과 비교하여 피삭성, 기계적강도도 거 의 동등하다고 할 수 있으나, 연함유량이 감소하면 약간 피삭 성이 저하하고, 기계적강도는 증가한다. 주조방안, 제조코스트도 CAC406 과 거의 같다.
참고문헌
[1] 銅合金鑄物の生産技術敎本編輯部會: 銅合金鑄物の生産技術 (1997) 32
Fig. 9. 절삭지수.
Fig. 10. 계단상 시험편의 염색탐상시험 결과.
Fig. 10. 계단상 시험의 기계적성질 결과.
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