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금속 재료의 주조 가공 과정에서 융해된 금속이 식으면서 발생하는 수축 현상과 내부 기포 결함을 방지하기 위해 주형을 설계할 때 주의해야 할 점은 무엇인가요?
금속 재료의 주조 가공 과정에서 융해된 금속이 식으면서 발생하는 수축 현상과 내부 기포 결함을 방지하기 위해 주형을 설계할 때 주의해야 할 점은 무엇인가요?
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
금속 주조 시 수축과 기포 결함을 방지하려면 우선 용탕이 응고하며 발생하는 체적 수축을 보상하기 위해 최종 응고 부위에 충분한 용탕을 공급할 수 있는 압탕을 적절히 배치하고 방향성 응고를 유도해야 합니다. 또한 주조품의 두께 편차를 최소화하고 급격한 단면 변화 부위에는 라운드 처리를 적용하여 국부적인 수축공과 응력 집중을 억제해야 합니다. 아울러 융해된 금속이 주형 내로 유입될 때 공기가 말려 들어가지 않도록 완만한 주입계통을 설계하여 난류 발생을 방지하는 것이 중요합니다. 마지막으로 주형 자체의 높은 통기성을 확보하고 내부 가스가 원활히 빠져나갈 수 있는 통기공을 충분히 설치하며 결합제 성분에 의한 가스 발생량을 최소화하는 종합적인 설계가 뒷받침되어야 합니다
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채택된 답변안녕하세요.
주형을 설계할 때는 금속이 굳으면서 수축하는 부분에 용탕을 보충할 수 있도록 압탕을 적절한 위치와 크기로 설치하는 것이 중요해요. 또한 두께가 급격히 달라지는 부분을 줄이고, 두꺼운 곳에서 얇은 곳으로 순차적으로 굳도록 설계하면 수축공을 예방하는 데 도움이 돼죠.
내부 기포를 줄이려면 주형의 통기성을 확보하고 가스가 빠져나갈 수 있는 배기구를 설치하며, 용탕이 난류를 일으키지 않도록 주입구와 유로를 설계해야 해요.
감사합니다.
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
녹은 금속은 액체 상태로 식을 때, 고체로 바뀔 때, 고체가 상온까지 식을 때 모두 부피가 줄어요. 고체 수축은 모형을 미리 키워 두는 수축 여유로 해결하는데, 주철은 1% 안팎, 주강은 2% 정도 크게 만들어요. 결함은 주로 응고 수축에서 생겨요. 알루미늄은 부피가 6% 넘게 줄어서 마지막에 굳는 부분에 쇳물이 보충되지 않으면 수축공이 생겨요.
그래서 주형은 먼 곳부터 차례로 굳어 압탕(라이저) 쪽으로 응고가 진행되도록 설계해요. 응고 시간은 부피를 표면적으로 나눈 값(모듈러스)의 제곱에 비례하니, 압탕의 모듈러스는 제품에서 가장 두꺼운 부위보다 1.2배 이상 크게 잡고 그 부위 가까이에 붙여요. 두께가 갑자기 바뀌거나 T자로 만나는 곳은 늦게 굳는 열점이 되기 쉬워서 살 두께를 고르게 하고 모서리를 둥글게 처리해요. 그래도 남는 두꺼운 부분에는 냉금을 대서 먼저 굳히거나, 압탕에 보온 슬리브를 씌워 쇳물이 오래 녹아 있게 해요.
기포는 쇳물에 녹아 있던 수소 같은 기체가 굳으면서 빠져나오거나, 주입할 때 공기가 말려 들어가서 생겨요. 탕도는 쇳물이 아래에서 위로 차오르는 하주식으로 두고, 단면을 서서히 줄여 유속을 낮추면 난류 때문에 공기와 산화막이 섞여 들어가는 걸 줄일 수 있어요. 사형이라면 모래의 통기도와 수분을 관리하고, 가장 높은 곳에 가스 빼기 구멍을 내야 해요. 알루미늄은 주입 전에 탈가스 처리를 해서 녹아 있는 수소를 미리 빼 둬요 :)
안녕하세요. 박재화 박사입니다.
주조할 때 금속은 식으면서 부피가 줄어들기 때문에, 마지막까지 액체 금속을 보충해 줄 수 있는 탕구나 라이저를 충분하게 크게 잡아주는 것이 중요합니다. 이 보충 통로가 부족하면 안쪽에 빈 공간이 생기는 수축공이 만들어질 수 있기 때문에, 금속이 바깥쪽부터 안쪽으로 순서대로 굳도록 설계를 해야하는 것입니다.
기포 결함을 줄이려면 용탕이 너무 세게 휘몰아치지 않도록 유로를 부드럽게 만들고, 공기와 가스가 빠져나갈 배기 통로도 마련해 두어야 합니다. 주형의 두께가 갑자기 달라지면 어떤 부분은 늦게 식어 결함이 생기기 쉬우므로 가능한 한 두께 변화를 완만하게 만드는 것이 좋습니다.
또한 용탕 온도가 너무 낮으면 제대로 채워지지 않고, 너무 높으면 가스 흡수와 수축 문제가 커질 수 있기 때문에 적정 주입온도를 맞춰야 합니다. 좋은 주형은 금속이 고르게 흐르고, 공기는 잘 빠지며, 마지막까지 부족한 금속을 보충하면서 순서대로 굳게 만드는 것이 핵심입니다.
주조 결함을 줄이려면 금속이 식으면서 부족해지는 부분을 보충하고, 주형 내부의 공기가 원활하게 빠져나가도록 설계해야 합니다.
수축 결함을 막기 위해 두꺼운 부분부터 순차적으로 굳도록 주형 형상을조절하고, 응고 중 금속을 보충하는 압탕을 적절한 위치에 설치합니다. 또한 주형 배기구를 마련하고 쇳물이 난류 없이 들어오도록 주입구와 유로를 설계한다면 기포와 공기 혼입을 줄일 수 있습니다.
결국 주형의 형상뿐 아니라 주입 온도와 속도, 주형 재료까지 함께 고려해야 불량을 효과적으로 줄일 수 있습니다.