주조공정 - 주물 내 결함

주물 내 결함은 주물과 모형의 설계, 주형용 모래와 주형, 코어의 설계, 주물용 금속 재료, 용융 및 주입, 그리고 게이팅 및 라이저의 선택 및 설계에 밀접하게 연관되어 있다. 여기에서는 주물 내의 여러 결함들과 원인, 이의 해결법에 대해 설명하기로 한다. 또한 해결법은 주로 사형주물에 한하여 설명하겠지만 동일한 개념이 기타 다른 주조공정에서도 적용될 수 있다.

 

[주물의 일반적인 결함]

1) 블로(blow) : 이는 주물의 코프측 표면에 가스에 의한 비교적 크고 둥근 형태로 생긴 공간이다. 블로는 주로 볼록한 주물의 표면에서 발생하고 적절한 가스배출과 주형의 통기성을 조절함으로써 제거시킬 수 있다. 또한 모래혼합물 내의 수분의 함량과 휘발성분을 제어함으로써도 감소시킬 수 있다. 일반적으로 기공을 방지하기 위해서는 용탕의 주입온도를 높지 않게 하고, 통기성을 좋게 하며, 스프루(sprue)의 크기를 크게 하고, 주형 내부의 수분을 제거해야 한다.

 

2) 표면흠(scar) : 이는 평평한 주물표면에서 발견되는 얕은 블로를 뜻한다.

 

3) 블리스터(blister): 얇은 금속층이 덮고 있는 표면흠을 뜻한다.

 

4) 가스 홀(gas holes) : 주물 내부에 갇혀 있는 비교적 구형의 기포를 뜻한다. 이는 과도한 양의 가스가 용융금속 내에 함유되었을 때 발생한다.

 

5) 핀홀(pin holes) : 이는 조그만 블로구멍들로 주물 표면이나 바로 밑에 존재한다. 일반적으로 기포수가 많고 주물의 모든 표면에 걸쳐 균일하게 분포하고 있다.

 

6) 기공(porosity) : 주물 전체에 고르게 분포하는 작은 구멍을 의미하고 응고과정중에 가스용해도가 감소하면서 발생한다.

 

7) 드롭(drop) : 코프측 주물면에 생긴 불규칙적인 돌출부를 드롭이라 한다. 이는 코프판의 모래가 떨어져 나가고 이 부위에 용탕이 침투해서 생기게 된다. 모래의 강도를 높이거나 개거의 사용을 통해 막을 수 있다.

 

8) 개재물(inclusion) : 금속 주물 내에 비철금속 불순물이 포함된 것을 의미한다.

 

9) 드로스(dross) : 주물 윗면에서 발견되는 조그마한 불순물을 드로스라 한다. 주입단계에서 여과기나 그물국자를 이용하여 제거할 수 있다.

 

10) 더트(dirt) : 모래알갱이가 코프판에서 떨어져 주물의 윗면에 붙게 된 경우에 주물에서 모래를 제거하면 표면에 둥근자국이 남는다. 이를 더트라 한다. 드롭과 더트 같은 결함 때문에 코프측에 될 수 있으면 주물을 적은 부분을 할당하고 주물의 주요 표면들은 드래그쪽으로 위치하게 설계해야 한다.

 

11) 워시(wash) : 드래그측의 게이트 근처의 얕은 돌출부를 워시라 한다. 이는 바닥 게이트를 통해 용융금속이 고속으로 주입될 때 모래가 침식되어서 발생하게 된다.

 

12) 버클(buckle) : 고온의 주물 평탄면에 발생하는 길고 얕은 V자 형태의 침하면 버클이라 한다. 고온에서는 용융금속이 응고하기 전에 주형 캐비티 표면의 얇은 모래층이과도하게 팽창하게 된다. 주형판에 의해 길이방향으로의 팽창이 구속을 받게 되면 모래층은 분리되면서 좌굴되어 V 형태의 침하를 일으킨다. 모래혼합물에 휘발성 첨가제를 적절히 첨가하여 팽창여유를 주어 억제시킬 수 있다.

 

13) 스캡(scab) : 거칠고 얇은 금속층이 주물표면에 튀어나온 형태로 이는 열팽창에 의해 코프측 얇은 모래층이 주형과 분리될 경우 용융금속이 주형과 모래층 사이로 유입되어서 생기게 된다.

 

14) 랫 테일(rat tail) : 길고 얕게 침하한 형태로 얇은 주물에서 주로 발견된다. 발생원인은 버클과 같으나, 팽창하는 모래층이 융기하는 대신에 파단되면서 한 층이 다른 층 위로 미끄러져 올라가게 된다.

 

15) 침투(penetration) : 주형 표면의 결합력이 약하고 기공이 많을 경우 용융금속이 모래입자들 사이로 침입하여, 거칠고 다공성의 돌출물이 주물 표면에 생기게 되는데 이를침투라 한다. 모래가 주물 표면에 용해되면 거칠고 윤기 나는 표면이 된다.

 

16)불어남(swell) : 이 결함은 모래 내에 과도한 수분이 함유되어 있을 경우 정수압에의하여 수직면의 모래층이 변형을 일으켜 발생한다.

 

17) 미스런 (misrun) : 용융금속의 온도가 충분히 높지 않을 경우 주물 끝단까지 용융금속이 채워지지 못한 경우이다.

 

18) 콜드 셧(cold shut) : 게이트가 2개인 주물에서 주물의 중간부분에서 발생하는 미스런 결함을 콜드 셧이라 한다.

 

19) 고온균열(hot tear) : 높은 잔류응력에 의하여 발생된 크랙(crack)을 고온균열이라한다. 이러한 균열을 방지 하기 위해서는 주물의 두께변화를 완만히 하여야 하고 각이 있는 부위는 되도록 둥글게 설계를 변경하고, 각 부분의 온도차를 작게 하고 급랭하지 않게해야 한다.

 

20) 수축기공(shrinkage cavity) : 부적절한 라이저에 의하여 용탕의 공급이 불충분하여생기는 결함을 수축기공이라 한다.

 

21) 시프트(shift) : 주형상하판의 정렬이 잘못되었거나 코어가 잘못 놓여서 생기는 결함으로 각각 몰드 시프트(mold shift), 코어 시프트(core shift)라 한다.