Cu-Sn합금의 미세조직 및 응향특성에 미치는 Sn함량의 영향

초록

Cu-Sn합금은 진동감쇠능이 매우 낮고 우수한 음향특성을 지니고 있어 오래 전부터 눈부신 산업발전을 이룩한 오늘날까지 징, 꽹과리와 같은 악기는 물론 동양의 범종과 서양의 교회종에 이르기까지 전세계적으로도 다양하게 실용화되어 오고 있다. 범종 등에 대한 현재까지의 연구진행 방향은 주로 음향특성에 미치는 형상·설계학적인 측면에 집중되어 왔다. 또한 Cu-Sn합금에 있어 음향특성에 미치는 합금원소의 영향에 관하여는 옛날부터 경험적으로 알려져 오거나 소수의 연구가 진행되었지만, 아직까지 합금성분에 따라서 종의 음향특성이 달라지는 근본적인 원인은 학술적으로 규명되어 있지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 Cu-Sn합금에 있어서 Sn의 함량가 금속조직 및 음향특성에 미치는 영향관계를 정량적으로 규명하고자 한다. Pure-Cu(99.99%) 및 Pure-Sn(99.99%)을 사용하여 Sn의 함량이 다른 시편을 95㎜Ø×150㎜H의 크기로 제조하였다. 이때 용해는 고주파 유도로를 사용하였으며, 탈산은 Pure-Si을 사용하였다. 또한 주조시 주형은 생형을 사용하였으며, 각 합금의 주입온도는 액상선 온도보다 100-150℃ 높은 온도에서 행하였다. 주조한 시편들은 60㎜ID×52㎜OD×4㎜t의 종 형상으로 동일하게 가공하여 Sn 함량변화에 따른 음향특성을 평가하였다. 시편의 미세조직은 광학현미경, SEM/WDS로 관찰하였으며, 영상분석기를 사용하여 구성상을 정량화 하였다. 종의 음향특성은 Sn의 함량에 따라서 크게 변화함을 알 수 있었으며, 이는 Sn의 첨가량에 따라 기지(matrix)내에 분포되는 정출상(crystallized phase)들의 양(mass)과 종류가 변화되는 즉, 금속학적 미세조직이 변화되기 때문으로 나타났다.