1. 주조의 특징

 

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1. 주조의 특징

주조용 금속 재료를 가열 용해한 용탕을 모래 또는 금속 등으로 만든 주형에 주입 응고시켜 일정한 형태로 만드는 과정을 주조라 하고, 얻어진 제품을 주물이라고 한다.

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주물은 주괴(ingot)와 달리 기계 가공 등의 2차 가공을 하지 않고 바로 제품으로 사용하는 것으로서 주형에 주입하여 응고시켰을 때 제품 설계한 것과 매우 비슷한 형태를 가지고 있다. 이러한 주물을 만들 때 사용되는 원재료에 따라 조업 조건이 달라지고 주물의 품질에도 크게 영향을 미친다.

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이러한 주조의 특징으로는 다음과 같은 것들이 있다.

① 원하는 형태의 모든 것을 만들 수 있다.

② 작은 것부터 큰 제품까지 모양과 무게에 관계없이 만들 수 있다.

③ 모든 합금의 주조가 가능하므로 사용 가능한 금속이나 합금의 폭이 넓다.

④ 다른 가공 기술에 비하여 작업이 비교적 용이하다.

⑤ 대량 생산이 가능하여 융통성이 크다.

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이와 같은 조건으로 좋은 주물 제품을 만들기 위한 금속의 조건으로는,

첫째 용융점이 낮아야 하고,

둘째 유동성이 좋아야 하며,

셋째 응고시 수축이 적어야 한다.

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2. 주조용 금속의 조건

복잡한 모양과 치수를 가진 제품은 단조법으로 만들기 어려우므로 주조를 이용 한다.

주조 작업에 필요한 금속의 성질로는 유동성, 점성, 수축성 등이 있으며, 용해로 및 조업법, 원형과 주형의 제작과 주입 작업 등에 관한 항목을 금속의 주조성이라 한다.

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1) 유동성

유동성은 용융 금속이 얼마나 잘 흘러가는가를 나타내는 것으로, 주형 안에 용융 금속을 주입하였을 때 주입된 용융 금속이 응고하기 전까지 주형을 완전히 충전시키는 능력을 나타낸다. 유동성에는 실용 유동성과 참 유동성이 있다. 주물 생산에서는 실용 유동성의 개념이 적용되고 있으므로 융점이 낮은 금속에 있어서는 과열 온도가 높아져야 그만큼 유동성이 향상된다.

※실용 유동성이란 어떤 일정한 온도에서 용융 합금을 주입할 때의 유동성이고,

참 유동성은 액상과 고상이 평형을 이루는 온도 이상의 일정한 과열 온도에서 용융 금속을 주입할 때의 유동성이다

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2) 응고 수축

ㆍ용융 금속의 응고 과정

주형 내에서의 용융 금속의 냉각, 응고 과정을 관찰하면 다음과 같은 순서로 변화가 일어난다.

① 용융 금속의 냉각에 따라 체적 감소가 발생한다.

② 금속의 전 표면이 수 초 사이에 미립으로 된 피막이 생기며, 이 피막이 점차로 두꺼워진다.

③ 피막이 생긴 후 용융 금속 속의 냉각 응고가 외부 분위기와 접촉없이 피막 내부에서 진행된다.

④ 대부분 금속은 응고시 체적의 감소가 일어난다(예외 Li).

⑤ 주물 내에 수지상이 많으면 수축공이 발생한다.

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ㆍ수축의 종류

-체적 수축

주형의 빈 자리에 충전된 용융 금속의 체적과 완전 냉각 후 주물 체적과의 차이이다.

-선 수축

주형의 빈 자리의 선 치수와 냉각 주물의 선 치수와의 차이이다.

-자유 수축

합금의 수축으로 체적이나 치수가 감소하는데 아무 장애가 없을 때의 수축이다.

-주조 수축

실제 주물 생산에서 일어나는 선 수축을 말하며, 주조 수축의 값은 항상 자유 수축보다 작다.

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3. 주조 응력

주조 응력은 주물 수축의 영향을 받아 생기는 수축 응력, 냉각이 균일하지 않아 생기는 열응력, 결정 구조의 변화로 생기는 상응력 등이 있으며, 주물에 주조 응력이 생기면 그 값에 따라 다음과 같은 영향이 미친다.

① 주조 응력이 합금의 항복점보다 작으면 주물 내에 내부 응력이 남아서 기공 또는 사용 시에 생기는 응력에 의해서 점차 주조응력이 커진다.

② 주조 응력이 합금의 항복점보다 크고 파괴 강도보다 작으면 물체에 비틀림이 생긴다.

③ 주조 응력이 합금의 파괴강도보다 크면 주물에 균열이 생기고 파괴 등을 일으킨다.

주물 내의 주조 응력은 대부분 열처리에 의해 제거할 수 있다. 이 열처리는 먼저 합금의 탄성이 현저히 감소되는 온도까지 주물을 서서히 가열한 후 단계적으로 균일하게 냉각시키는 방법이다.

※주물의 내부 응력을 제거하는 열처리를 응력 제거 풀림(stress relief annealing)이라고 한다.

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4. 편석

액상의 합금이 응고가 완료된 후 화학 조성이 불균일하게 분포되어 있는 상태를 편석이라고 하며, 종류로는 대역 편석, 입내 편석, 비중 편석 등이 있다.

대역 편석 :

주물의 각 부분에서 화학 조성이 불균일한 부분이다.

입내 편석 :

합금의 수지상정 내에서의 편석이다.

비중 편석 :

합금 성분의 비중 차이에서 일어나는 편석이다.

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5. 가스의 흡수

가스의 용해도는 온도와 압력에 비례하여 높아진다. 금속이 냉각함에 따라 용해도는 감소하며, 이에 따라 높은 온도에서 용해되어 있던 가스가 밖으로 배출되게 된다. 이때 밖으로 배출되지 못한 가스는 주물의 내부에 남아서 기공을 형성하게 된다. 이들 기공은 주물의 기계적 성질, 기계 가공, 내압성, 표면 거칠기 등에 나쁜 영향을 미치므로 주입하기 전에 가스를 제거해야 한다.

용융 금속은 여러 가지 종류의 가스를 흡수하는 능력을 갖고 있으며, 흡수된 가스는 용융 금속과 공기 또는 기타 가스가 혼합할 때 얻어지는 비교적 큰 비금속 개재물의 형태, 용해 상태, 화합물의 형태로 존재한다.

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1) 가스의 용해성

가스의 용해성은 온도에 의해서 결정된다.

특히 수소 가스는 금속 내부로 침투하여 금속의 성질을 취약하게 하는 가장 해로운 가스이다.

<가스의 용해성과 온도와의 관계>

2) 가스구멍의 발생

일정한 조건에서 주물 내의 가스가 분리되면 가스구멍이 생기는데, 이것은 합금 내의 가스 함유량에 따라 증가하게 된다. 용탕의 온도가 저하됨에 따라 가스의 용해도가 감소하여 용탕으로부터 분리되어 방출되면 용탕의 점도가 높아져서 가스의 배출을 저해하게 된다.

가스구멍의 발생은 주형과 코어의 특징, 주입 조건, 응고 속도 등에 따라 달라진다. 금속 주형의 경우 응고 속도가 커지므로 가스구멍 발생이 적고, 건조 모래 주형에서는 응고 속도가 느리게 되므로 가스구멍의 발생이 증가하게 된다.

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출처 : 서울특별시교육청 주조 자료 참고