Computer aided cooling curve analysis (CA-CCA) is very helpful in foundry industry for an easy and fast evaluation of many properties. Typical applications include the prediction of the temperatures and amounts of different phases appearing during solidification and monitoring the quality of melt in terms of Si-modification, grain refinement, inoculation, graphite spheoridization etc. The use of cooling curve analysis can be extended to many other areas of solidification also, only if the calculated values are reasonably accurate.
Thermophysical properties (latent heat and solid fraction) measurement by CA-CCA is relatively a new field and only few papers discussed this methodology. The fundamental basics for these calculations lie in Fourier and Newtonian heat transfer methods. The calculation of zero curve, which is vital in cooling curve analysis, offers many problems.
In this study, an attempt was made to investigate the problems of zero curve calculation and a new method is suggested to minimize the errors in zero curve calculation. An in-house developed computer program was used for the complete analysis of cooling curves to find latent heat, solid fraction and inflection points. The data selection was made easier by reducing the data points to liquidus and solidification end point and linear fitting was applied. Hypoeutectic and eutectic aluminum silicon alloys were analyzed and the results were encouraging and reproducible by this method, and it can be deduced that zero curve calculation by linear fitting, using liquidus and solidification end points improved the calculation accuracy, reliability and reproducibility.
Computer aided cooling curve analysis(CA-CCA) 는 가열 혹은 냉각 시의 열의 출입이 재료의 상변태와 직접적으로 관련되어 있다는 사실에 근거한 방법이다. 지난 수년간 CA-CCA 는 합금의 열.물리적 성질을 측정하는데 이용되었다. 하지만, CA-CCA에서 가장 중요한 의미를 가지는 zero curve 의 정확한 계산에 어려움이 있었다. 따라서 본 연구에서는 Newtonian과 Fourier 열전달을 이용한 zero curve 의 계산에 관계된 문제를 바르게 이해하고, 이전 방법에서의 문제를 해결하는 새로운 방법을 제시하였다.
본 연구에 사용된 재료는 알루미늄 합금 A355 이며, 냉각곡선의 데이터는 MV100 (이동식 기록장치)으로 기록되었다. 기록된 데이터는 분석의 신뢰도를 높임과 동시에 냉각곡선 결과의 자동적 분석을 위하여 visual fortran 으로 짜여진 자체 컴퓨터 프로그램으로 처리하였다. 이 프로그램은 냉각속도를 얻기 위한 데이터의 미분과 smoothing, 변곡점의 결정, Newtonian과 Fourier 방법에 의한 잠열 계산, Linear fitting, 고상 분열의 계산을 수행할 수 있으며, 아공정, 과공정 및 공정합금에 모두 적용이 가능하다.
종래의 Newtonian 분석은 응고의 전후에 선택한 몇 개의 데이터를 이용하여 다항식 혹은 지수식으로 1차 미분곡선(FDC)에 fitting 되었다. 하지만 데이터 점의 선택과 fitting 곡선의 형태에서 문제점이 발생한다. 본 연구에서는 두 개의 데이터를 가지고 fitting 을 행함으로써 신뢰성과 재현성을 갖는 결과를 얻을 수 있었다. Fourier 분석 역시 같은 방법으로 보완되었으나 데이터 점은 합금의 온도구배를 이용하여 계산 후 FDC에 fitting 하였다.
본 연구는 A356에 중점을 두고 수행하였으며, 프로그램은 변곡점과 잠열 그리고 고상분율 값을 계산하였다. 계산된 결과는 문헌값과 거의 일치하는 결과를 보였다. 두 데이터 점 만을 이용, linear fitting 해서 얻은 zero curve 계산이 계산의 정확도와 신뢰도 및 재현성을 모두 향상 시켰음을 실험결과를 통하여 확인 할 수 있었다. 또한 Newtonian 방법과 Fourier 방법이 모두 유용하지만 각 계산이 실험 조건에 따라 달라지기 때문에 적합한 조건에서만 정확한 결과를 얻을 수 있다. Newtonian 분석은 주물 내부의 온도구배가 무시할 수 있을 정도로 작을 때 적합한 반면, Fourier 분석은 일차원응고 또는 충분한 온도구배가 존재하는 경우 적합하다.
