Bronze Mirror with fine linear designs in the bronze age shows the greatest alloy and casting skills of the day and presents the highest level of handcrafting and molding techniques. Lately, Lost-wax casting and sand-mould casting were used for the restoration of the national treasures of No. 141 and No. 143 Bronze Mirror with fine linear designs. Also the Principle Component Analysis, Microstructure Analysis, X-ray and SEM-EDS analysis were carried out on the restored Bronze Mirror with fine linear designs. Bronze Mirror that is made of sand-mould casting, hardly has a eutectoid and it is observed as a ${\alpha}$ dendrite. In contrast, Bronze Mirror that is made of lost-wax casting, the eutectoid has found through the ${\alpha}$ dendrite. As we compare lost-wax casting to the sand-mould casting through an analysis of restored Bronze Mirror, mostly, sand-mould casting has better castability and it seems that it brings a clear and equal Bronze Mirror as it has a low cooling rate. In this way, we are able to confirm that there is a big difference between the method by lost-wax casting and by sand-mould casting through an analysis of microstructure and restored Bronze Mirror. If such research will be continued, it will be an opportunity that investigates diverse methods of production techniques.
The microstructures and mechanical properties of high strength yellow brass, Al bronze and Sn bronze alloys fabricated by gravity die casting and squeeze casting were investigated. A rapid cooling of casting was enhanced by pressure applied during solidification of Cu alloys, the cooling rate of casting was more great for high strength yellow brass alloy than other Cu alloys. Grain size and phases of the squeeze cast products become refined to 1/2 level compared to gravity die castings. Squeeze cast Al bronze and high strength yellow brass has about 10-20% higher yield and tensile strength and slighter decreased or nearly same elongation, compared to gravity die cast ones. Sn bronze has nearly same strength and hardness, but shows increased in elongation, compared to gravity die cast ones.
We have tried the experimental research of lost-wax casting to reconstruct Gilt-Bronze Pensive Bodhisattva; preliminary and reconstruction experiment based on ancient texts. Main object to reconstruct is Korean National Treasure No.83, Gilt-Bronze Pensive Bodhisattva (Maitreya), then we measure alloy ratio and casting method based on the scientific analysis. Other impurities were removed from the base metal components(copper : tin : lead) and their ratio was set to 95.5 : 6.5 : 3 where the ratios for tin and lead were increased by 2.5% each. The piece-mold casting method was used, and piece-mold casting experiments were carried out twice in this study but supplementary research on piece-mold casting was necessary. The microstructure was confirmed to be typical cast microstructure and the component analysis result was similar to that of the prior study. Analysis of the chemical composition is confirmed to copper, tin, lead, and zinc, and the chemical composition of the matrix was 87.8%Cu-7.5%Sn-2.7%Pb-2.1%Zn, and similar to previous experimental research. Also resulted in the detection of small impurity in Zn. Analysis of the mould revealed that the mould was fabricated by adding quartz and organic matter for structural stability, fire resistance, and air permeability. We expect that our research will contribute to provide base data for advanced researches in future.
Two dimensional computer simulation of solidification behavior using FDM as simulation tool was applied to AI-bronze casting. By the comparison of computer simulation with the experimental results, it was showed that the final shrinkage position and solidification time are good accordance with results of computer simulation. It is expected that this software will be widely applied to casting design or rise ring for directional solidification.
Metallurgical studies of the bronze artifacts excavated from Miruksa Temple were performed by chemical analysis and metallographic observation. Alloy systems of the bronze artifacts were classified into two groups of Cu-Sn and Cu-Sn-Pb, according to the items. The contents of impurities such as Sb, As, Ni and Fe in bronze artifacts are within the limiting range of the mod ern standard bronze castings. Chemical compositions of the kitchen utensils such as bronze vessels and dishes in the Unified Silla dynasty, are in the follow ing range, Cu : 74.8-79.4% and Sn : 18.6-21.1%. Chemical composition of the Buddha-image in Koryo dynasty are 820Cu-7.0Sn-10.3Pb, showing increased Pb content and decreased Sn content. The results of chemical analysis suggest that the chemical compositions were good controlled. Any casting defects such as voids and shrinkage holes are not found microscopically, indicating high casting skill. Zinc atoms are not contained in the all bronze artifacts of Miruksa Temple site. This is the common facts founded in the east asian bronze artifacts of Korea, China and Japan. It is comparable with the European bronze of Cu-Sn-Pb-Zn system, after the Middle Age.
Effect of surface roughness and microstructure of the specimen on tensile properties of Ni-Al bronze casting has been investigated. surface roughnesses of the tensile test specimen of interest are in range of 0.1 to 2.0 ${\mu}m$ in Ra obtained by changing machining conditions. Fracture of the Ni-Al bronze casting initiated at the surface and propagated in a brittle manner during tensile tests. Tensile elongation value of the casting was strongly dependent on the surface roughness range studied, while tensile and yield strengths were almost independent on it. The elongation value was almost constant up to the surface roughness of 1.0 ${\mu}m$ in Ra, and then decreased in a linear manner with an increase in Ra value up to 2.0 ${\mu}m$. However, tensile strength and hardness were strongly dependent on the microstructure, especially ${\alpha}$ phase fraction, and were decreased with increasing ${\alpha}$ phase fraction in microstructure. It is, therefore, recommended that decrease of surface roughness up to 1.0 ${\mu}m$ in Ra, shrinkage porosity and ${\alpha}$ phase are required in order to obtain good tensile properties for Ni-Al bronze casting.
To extend the application of digital technology to the replication of artifacts, meticulous details of the process and the diversity of three-dimensional (3D) printing output materials need to be supplemented. Thus, in this study, a bronze mirror with Hwangbichangcheon inscription was digitalized by 3D scanning, converted into a voxel model, and virtual conservation treatment was performed using a haptic device. Furthermore, the digital mold of the bronze mirror completed by Boolean modeling was printed using a 3D sand-printer. Such contactless replication based on digital technology reflects the stability, precision, expressivity, collectivity, durability, and economic feasibility of artifacts. Its application can be further extended to cultural products as well as such areas as education, exhibition, and research. It is expected to be in high demand for metal artifacts that require casting. If empirical studies through experimental research on casting are supplemented in the future, it could extend the application of digital technology-based contactless replication methods.
In this paper, Gilt-bronze Standing Avaolkiteshvara (National Treasure No. 293, M355) excavated at Gyuam-ri in Buyeo was observed with a microscope to identify the production technique applied to it. It was also analyzed with XRF and hard X-ray to identify the composition and the surface treatment techniques and casting method applied. In this statue, Avalokiteshvara is standing upright on a lotus pedestal. The lotus designs on the pedestal and those on the shawl flowing down on both sides of the statue are characteristic of Buddhist statues from the seventh century or later. The use of supports to affix the outer and inner molds and traces of injected cast were observed in the interior of the pedestal. The blisters on the arms and pedestal created during the bronze casting indicate the use of lost-wax casting, which was popularly employed for the production of mid- or small-sized gilt-bronze Buddhist statues in ancient times. The composition analysis identified a copper-tin-lead ternary alloy in the interior of the statue that was conventional used in the sixth and seventh centuries. It is likely that this simple alloy was used to facilitate casting and produce clearer expressions of designs and ornaments on the statue. Mercury (Hg) was detected on the surface of the statue, indicating the use of amalgam-plating with gold (Au) dissolved in mercury. This plating method is a common surface treatment technique used for small gilt-bronze statutes in ancient Korea.
In metalcraft, there are two kind of skills, one is forming and the other is decoration. And we could discern these skills as metal casting and metal hammering.. In metal casting, there are sand mould, cire perdus, stone mould and sealed monld; In metal hammering, metal forging, repousse technique and metal sheet making. After make form, craftman can use the decoration skills. There are chasing hammering, line carving, dotted line engraving, hair line engraving, kicking line engraving, ring punched ground, inlay, filigee and granulation skills. In korean traditional copper alloy, the craftman used forming and decoration skills. In Korea, tradionally the clatter use bronze for copper alloy; in case of Japan, they use violet coloring, and in case of Chinese, they like to use bronze used copper alloy. In case of Alloy, korean craftman used bronze traditionally, but recently the copper alloy skill is usually used; in case of Japan shibuichi and shakudo skills are used; and in Chinese copper, brass and cupronikel alloy are used.
We attempted an experimental study of lost-wax casting to reconstruct the Gilt-bronze pensive Bodhisattva; The main object we aimed to reconstruct was the Korean national treasure No.83, Gilt-bronze pensive Bodhisattva(Maitreya); thus, we scientifically analyzed and measured the alloy ratio and casting method. Initially, the alloy ratio we used during the preliminary experiment was Cu:Sn:Pb = 95.5:4.0:0.5; we then increased tin and lead by 2.5% to consider vaporization during the main experiment. After applying lost-wax casting, we realized that 30% rosin contributed to proper hardness after the wax hardness experiment. The microstructure revealed normal casting character(α-Cu, δ), and the results of the chemical analysis are identical to those of previous studies. The analysis of the mold suggests the presence of quartz powder for structural stability and fire-resistance along with other organic materials whose contribution is still unknown. We expect that our research will serve to provide basic data for advanced studies in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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