합금 주조 속성이 주조에 어떤 영향을 미치나요?

합금 주조 성능의 개념: 주조 성능은 합금을 주조하여 고품질의 주물을 생산할 수 있는 능력을 말합니다.

합금 주조 성능 지표: 충진 능력(유동성), 수축, 산화성, 분리 및 가스 흡수 등

합금 주조 성능의 품질은 주조 공정, 주조 품질 및 주조 구조 설계에 큰 영향을 미칩니다.

따라서 부품 주조용 소재를 선택할 때는 작동 성능을 보장하면서 주조 성능이 우수한 소재를 선호해야 합니다.

그러나 실제 생산에서는 작동 성능을 보장하기 위해 주조 성능이 떨어지는 합금을 사용하는 경우가 많습니다.

이러한 경우 주조 구조의 설계에 더 많은 주의를 기울여야 하며 적절한 캐스팅 프로세스 고품질 주물을 생산할 수 있는 조건이 제공되어야 합니다. 따라서 합금의 주조 성능에 대한 포괄적인 이해가 필요합니다.

I. 합금의 주조 성능 - 합금의 충진 능력

01 합금 충전 능력의 정의

정의: 용융 합금이 금형을 채우고 정확한 치수와 명확한 윤곽을 가진 주물을 산출하는 능력을 용융 합금의 충진 능력이라고 합니다.

용융 합금의 충전 공정은 주조 형성의 첫 번째 단계입니다. 이 단계에는 합금의 결정화와 함께 용융 합금의 흐름, 합금과 금형 사이의 열 교환과 같은 일련의 물리적 및 화학적 변화가 포함됩니다.

따라서 충진 능력은 합금 자체의 유동성뿐만 아니라 금형 특성, 주입 조건 및 주물의 구조와 같은 외부 조건의 영향을 받기도 합니다.

02 캐스팅 품질에 미치는 영향

캐스팅 품질에 미치는 영향: 용융 합금의 충진 능력이 강하면 벽이 얇고 복잡한 주물을 더 쉽게 얻을 수 있습니다. 따라서 불명확한 윤곽, 불충분한 주입, 냉간 폐쇄와 같은 결함이 줄어듭니다.

또한 가스의 상승과 배출을 촉진하고 비금속 용융 금속의 내포물을 제거하여 기공 및 슬래그 내포물과 같은 결함을 줄입니다. 또한 공급 능력을 향상시켜 수축 및 다공성 경향을 감소시킬 수 있습니다.

03 합금의 충진 능력에 영향을 미치는 요인과 기술적 대응 방안

(1) 합금 유동성

정의:

유동성이란 용융된 합금이 흐르는 능력을 말합니다. 합금의 종류, 결정화 특성 및 기타 물리적 특성(예: 점도가 작고 열용량이 클수록, 열전도도가 작고 결정화 잠열이 클수록, 표면 장력이 작을수록 유동성이 좋음)에 따라 합금의 고유한 특성입니다.

측정 방법:

서로 다른 합금의 유동성을 비교하기 위해 표준 나선형 샘플 주조 방법이 자주 사용됩니다. 동일한 주형(일반적으로 모래 주형 사용)과 주조 조건(예: 동일한 주입 온도 또는 동일한 과열 온도)에서 얻은 유동성 샘플의 길이는 테스트된 합금의 유동성을 나타낼 수 있습니다.

일반적인 주조 합금 중, 회색 주철 및 실리콘 황동의 유동성이 가장 우수하고 주강은 유동성이 가장 낮습니다. 동일한 합금의 경우 유동성 샘플을 사용하여 다양한 주조 공정 요인이 충전 능력에 미치는 영향을 연구할 수도 있습니다.

얻어진 유동성 샘플의 길이는 용융 금속의 주입 시작부터 흐름이 멈출 때까지의 시간과 흐름 속도의 곱입니다. 따라서 이 두 가지 요소에 영향을 미치는 모든 요인은 유동성(또는 충전 능력)에 영향을 미칩니다.

합금의 화학적 조성은 결정화 특성을 결정하고 결정화 특성은 유동성에 미치는 영향을 지배합니다. 공융 성분이 있는 합금(예: 탄소 질량 비율이 4.3%인 철-탄소 합금)은 일정한 온도에서 응고되고 응고 층의 내부 표면이 비교적 매끄럽고 후속 용융 금속에 대한 유동 저항이 작습니다.

또한 공융 성분 합금의 응고 온도가 낮아 더 큰 과열을 얻기 쉽기 때문에 유동성이 좋습니다. 공융 합금과 순수 금속 외에도 다른 성분 합금은 특정 온도 범위 내에서 응고되며 주조 섹션에는 액체와 고체의 2 상 영역이 있습니다.

처음 형성된 수지상 결정은 후속 용융 금속에 대해 더 큰 유동 저항을 생성하므로 유동성이 감소합니다. 합금 조성이 공융 성분에서 멀어질수록 응고 온도 범위가 커지고 유동성이 악화됩니다. 따라서 공융 성분에 가까운 합금이 주조 재료로 사용되는 경우가 많습니다.

(2) 금형 속성

금형의 축열 계수는 금형이 용융 금속에서 열을 흡수하고 저장하는 능력을 나타냅니다.

금형 재료의 열전도율, 비열 용량 및 밀도가 클수록 열 저장 능력이 강하고 용융 금속의 담금질 능력이 강하며 용융 금속이 흐름을 유지하는 시간이 짧아지고 충진 능력이 저하됩니다.

예를 들어, 금속 주형 주조는 모래 주형 주조보다 불충분한 주입 및 냉간 폐쇄와 같은 결함이 발생할 가능성이 더 높습니다.

금형 온도 예열은 금형과 용융 금속 사이의 온도 차이를 줄이고 열교환 강도를 줄여 용융 금속의 충진 능력을 향상시킬 수 있습니다.

예를 들어, 금속 주형으로 알루미늄 합금 주물을 주조할 때 주형 온도를 340°C에서 520°C로 올리면 동일한 주입 온도(760°C)에서 나선형 샘플의 길이가 525mm에서 950mm로 늘어납니다. 따라서 금형 예열은 금속 금형 주조에서 필요한 공정 조치 중 하나입니다.

금형의 가스는 가스를 방출하는 특정 능력을 가지고있어 용융 금속과 금형 사이에 가스 막을 형성하여 유동 저항을 줄이고 충전을 용이하게 할 수 있습니다. 그러나 가스 방출이 너무 크고 금형 배출이 원활하지 않으면 금형 캐비티에서 생성 된 가스의 배압이 용융 금속의 흐름을 방해합니다.

따라서 금형(코어) 모래의 투과성을 향상시키기 위해 금형에 통풍구를 여는 것이 필요하며 종종 적용됩니다.

(3) 붓는 조건

따르는 온도 ① 따르는 온도

주입 온도는 용융 금속의 충진 능력에 결정적인 영향을 미칩니다. 주입 온도를 높이면 합금의 점도가 낮아지고 유동성을 유지하는 시간이 길어져 충진 능력이 향상되며, 반대로 주입 온도가 낮아지면 충진 능력은 감소합니다.

벽이 얇은 주물이나 유동성이 좋지 않은 합금의 경우 주입 온도를 높여 충진 능력을 향상시키는 방법이 자주 사용되며 생산 시 비교적 편리합니다.

그러나 주입 온도가 높아지면 합금의 가스 흡수 및 산화가 심각해지고 전체 수축이 증가하며 블로우홀, 수축 구멍, 모래 부착 등의 결함이 쉽게 발생하고 주물의 결정 구조가 거칠어집니다.

따라서 원칙적으로 충분한 유동성을 확보하면서 붓는 온도를 최대한 낮춰야 합니다.

충전 압력

용융 금속의 흐름 방향에 가해지는 압력이 클수록 유속이 커지고 충진 능력이 향상됩니다. 따라서 스프 루의 높이를 높이거나 인위적인 압력을 가하는 등의 방법( 압력 주조저압 주조 등)는 용융 합금의 충진 능력을 향상시키는 데 자주 사용됩니다.

(4) 캐스팅 구조

주물의 벽 두께가 너무 작거나 벽 두께가 급격하게 변하거나 수평 표면이 더 크면 합금 액체를 채우기가 어려워집니다. 따라서 주조 구조를 설계 할 때 벽

주물의 두께는 최소 허용치보다 커야 하고, 일부 주물은 유동 채널을 설계해야 하며, 리브는 넓은 평평한 표면에 설정해야 합니다. 이는 합금 액체의 원활한 충전을 용이하게 할 뿐만 아니라 모래 포함 결함의 발생을 방지합니다.

II. 합금의 주조 성능 - 합금의 분리

분리

이 용어는 주물 내 화학 성분이 고르지 않게 분포하는 것을 말합니다. 분리는 주물의 특성을 고르지 않게 만들 수 있으며, 심한 경우 제품 결함으로 이어질 수 있습니다.

격리는 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다: 마이크로 분리와 매크로 분리입니다.

마이크로 분리:

결정립 내 분리(수지상 분리라고도 함) - 동일한 결정립의 다른 부분이 다양한 화학 성분을 갖는 현상입니다. 고체 용액을 형성하는 합금의 경우 매우 느린 냉각 조건에서만 결정화 과정에서 화학적으로 균일한 입자를 얻을 수 있을 정도로 원자가 충분히 확산될 수 있습니다.

실제 주조 조건에서는 합금의 응고 속도가 더 빠르며 원자가 완전히 확산될 시간이 충분하지 않습니다. 그 결과 수지상 방식으로 성장하는 입자는 필연적으로 화학 성분이 고르지 않을 수밖에 없습니다.

입계 내 분리를 제거하기 위해 주물을 고온으로 재가열하고 장시간 유지하여 충분한 원자 확산이 이루어지도록 할 수 있습니다. 이 열처리 방법을 확산 어닐링.

매크로 분리:

밀도 분리(이전의 중력 분리) - 주물의 상부와 하부가 화학 성분이 고르지 않은 현상입니다. 합금 원소의 밀도가 크게 다를 경우 주물이 완전히 굳은 후 밀도가 낮은 원소는 윗부분에 축적되고 밀도가 높은 원소는 아랫부분에 축적되는 경향이 있습니다.

밀도 분리를 방지하려면 용융 금속을 완전히 저어주거나 주입하는 동안 빠르게 냉각하여 밀도가 다른 원소가 분리되는 것을 방지해야 합니다.

매크로 분리에는 밀도 분리 외에도 포지티브 분리, 네거티브 분리, V자형 분리, 밴드 분리 등 다양한 유형이 있습니다.

III. 합금의 주조 성능 - 합금의 가스 흡수성

합금의 가스 흡수 - 이 용어는 용융 및 부어 넣는 동안 가스를 흡수하는 합금의 특성을 나타냅니다.

합금의 가스 흡수는 온도에 따라 증가합니다. 가스는 고체 상태보다 용융 합금에서 훨씬 더 잘 녹습니다. 합금의 과열이 높을수록 더 많은 가스가 포함되어 있습니다. 주물에 가스가 존재하는 형태는 고용체, 화합물, 다공성 등 세 가지입니다.

(1) 주물의 다공성

합금의 기체 공급원에 따라 다공성은 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다:

a. 삼출 다공성

합금 액체에 용해된 가스가 가스 용해도 감소로 인해 응고 과정에서 용출되어 제때 배출되지 못하는 경우, 주물에 형성된 다공성을 삼출 다공성이라고 합니다.

삼출 다공성은 다음과 같은 경우에 가장 흔합니다. 알루미늄 합금직경이 1mm 미만인 경우가 많습니다. 이는 합금의 기계적 특성에 영향을 미칠 뿐만 아니라 주물의 기밀성에도 심각한 영향을 미칩니다.

b. 침습적 다공성

침습성 다공성은 모래 주형의 표면층에 모인 가스가 합금 액체를 침범하여 형성된 기공을 말합니다.

c. 반응성 다공성

반응성 다공성은 금형에 부은 용융 합금과 금형 재료, 코어 지지대, 냉각기 또는 슬래그의 수분, 녹 등이 화학 반응을 통해 생성된 가스에 의해 주물에 형성되는 기공을 말합니다.

반응성 다공성은 다양한 유형과 모양으로 존재합니다. 예를 들어 합금 액체와 모래 주형 계면 사이의 화학 반응으로 생성된 기공은 일반적으로 주물 표면 아래 1~2mm에 분포합니다. 표면을 가공하거나 세척한 후에는 많은 작은 구멍이 노출되므로 이를 표면 아래 기공이라고 합니다.

기공은 합금의 연속성을 방해하고 유효 하중지지 영역을 감소 시키며 기공 주위에 응력 집중을 유발하여 주물의 기계적 특성, 특히 충격 인성 및 피로 강도. 분산된 기공은 또한 미세 다공성 형성을 촉진하여 주물의 기밀성을 감소시킬 수 있습니다.

(2) 다공성 방지 조치

a. 성형 모래(코어 모래)의 가스 배출을 줄이고 금형의 배기 용량을 늘립니다.

b. 합금 액체의 온도를 제어하고 불필요한 과열을 줄이며 합금 액체의 원래 가스 함량을 줄입니다.

c. 압력을 가하여 합금을 응고시키고 가스 유출을 방지합니다. 압력의 변화는 가스 삼출에 직접적인 영향을 미칩니다. 예를 들어, 액체 알루미늄 합금을 405-608kPa(4-6기압)의 압력 챔버에서 결정화하면 기공이 없는 주조품을 얻을 수 있습니다.

d. 용융 및 주입 시 합금 액체가 가스와 접촉할 가능성을 줄이도록 노력하세요. 예를 들어, 합금 액체의 표면을 보호하기 위해 덮개를 씌우거나 진공 용융 기술을 사용하세요.

e. 합금 액체의 가스를 제거합니다. 예를 들어, 알루미늄 합금 액체에 염소 가스를 주입합니다. 언제 미해결 염소 기포가 상승하면 알루미늄 합금 액체에 용해된 수소 원자가 지속적으로 염소 기포 속으로 확산되어 합금 액체에서 제거됩니다.

f. 냉각기, 코어 지지대 등의 표면은 녹슬거나 기름기가 없어야 하며 건조한 상태로 유지해야 합니다.

IV. 합금의 주조 특성 - 합금의 응고 및 수축

01 합금 응고 및 수축

(1) 고형화 및 수축의 정의

응고는 물질이 액체 상태에서 고체 상태로 전환되는 과정입니다.

수축은 응고 및 냉각 과정에서 주물에서 발생하는 부피 감소를 말합니다.

(2) 캐스팅 품질에 미치는 영향

금형에 부은 액체 금속의 냉각 과정에서 응고와 수축이 적절히 제어되지 않으면 주물에 수축 공동, 수축 다공성, 주조 응력, 변형 및 균열과 같은 결함이 발생할 수 있습니다.

02 주물의 응고 방법 및 영향 요인

(1) 주조 고형화 방법

응고 중에는 일반적으로 주물의 단면에는 고상 영역, 응고 영역, 액상 영역의 세 가지 영역이 존재합니다. 응고 영역에 액체상과 고체상이 공존하는 것은 주물의 품질에 큰 영향을 미칩니다.

캐스팅의 '응고 방법'은 이 응고 영역의 폭에 따라 다음 세 가지 유형으로 분류됩니다:

층별 고형화 ① 층별 고형화

순수 금속 또는 공융 합금은 그림 2(a)와 같이 응고 영역에서 액체와 고체가 공존하지 않고 응고됩니다. 따라서 단면에서는 명확한 경계(응고 전면)가 외부 고체 층과 내부 액체 층을 분리합니다.

온도가 내려가면 고체 층은 두꺼워지고 액체 층은 응고 전선이 중앙에 도달할 때까지 줄어듭니다. 이 응고 방법을 층별 응고라고 합니다.

붙여넣기와 같은 고형화

합금의 결정화 온도 범위가 넓고 주물 내 온도 분포 곡선이 비교적 평평한 경우, 일정 기간의 응고 기간 동안 주물 표면에 고체 층이 존재하지 않습니다.

대신 그림 1(C)와 같이 액체와 고체 상이 공존하는 응고 영역이 전체 단면에 걸쳐 확장됩니다. 이 응고 방식은 시멘트 응고와 유사하며, 처음에는 페이스트처럼 굳었다가 굳어지므로 페이스트형 응고라고 합니다.

중간 고형화 ③ 중간 고형화

대부분의 합금은 중간 응고라고 하는 위의 두 가지 방법을 사용하여 응고됩니다.

캐스팅 응고와 주조 결함:

일반적으로 층별 응고는 합금 충전 및 수축 보정을 용이하게 하여 수축 공동과 다공성을 방지합니다. 페이스트와 같은 응고 과정에서 조밀한 구조 주조를 달성하는 것은 어려울 수 있습니다.

(2) 주조 응고 방법에 영향을 미치는 주요 요인

합금의 결정화 온도 범위 ① 합금의 결정화 온도 범위

합금의 결정화 온도 범위가 작을수록 응고 영역이 좁아지고 층별로 응고되는 경향이 있습니다. 예를 들어 모래 주조 시 저탄소강은 층별로 응고되는 반면, 결정화 온도 범위가 넓은 고탄소강은 페이스트처럼 응고됩니다.

주조 단면의 온도 구배 ② 주조 단면의 온도 구배

합금의 특정 결정화 온도 범위가 주어졌을 때 응고 영역의 폭은 그림 2(T1→T2)와 같이 주조 단면의 온도 구배에 따라 달라집니다. 주조 온도의 구배가 증가하면 해당 응고 영역은 좁아집니다.

주물의 온도 구배는 주로 다음에 따라 달라집니다:

a. 합금 특성: 합금의 응고 온도가 낮을수록 열전도율이 높고 결정화 잠열이 클수록 내부 온도를 균일하게 하는 능력이 향상되어 온도 구배가 작아집니다(대부분의 알루미늄 합금에서와 같이).

b. 금형의 보온력: 금형의 보온 계수가 높을수록 빠른 냉각 능력이 증가하여 주조 온도 구배가 커집니다.

c. 주입 온도: 붓는 온도가 높을수록 금형에 더 많은 열이 유입되어 주조의 온도 구배가 감소합니다.

d. 주조 벽 두께: 주조 벽이 두꺼울수록 온도 구배가 작아집니다.

위의 논의에서 층별 응고 경향이 있는 합금(회주철, 알루미늄-실리콘 합금 등)이 주조에 더 적합하며 가능한 경우 사용해야 한다는 결론을 내릴 수 있습니다.

페이스트처럼 응고되는 경향이 있는 합금(예: 주석 청동, 알루미늄 구리 합금, 연성 철 등)을 사용해야 하는 경우 응고 면적을 줄이기 위해 적절한 공정 조치(예: 금속 주조)를 고려해야 합니다.

03 합금 수축과 그 영향 요인

(1) 합금 수축의 원리와 과정

액체 합금의 구조는 원자 클러스터와 "보이드"로 구성됩니다. 클러스터 내의 원자는 질서정연하게 배열되어 있지만 원자 사이의 거리는 고체 상태보다 더 큽니다. 액체 합금을 금형에 부으면 온도가 계속 떨어지고, 보이드가 감소하며, 원자 거리가 짧아지고, 합금 액체의 부피가 감소합니다.

합금 액체가 응고되면서 공극이 사라지고 원자 거리가 더욱 짧아집니다. 응고 후 실온으로 냉각되는 과정에서도 원자 거리는 계속 줄어듭니다.

합금이 붓는 온도에서 실온으로 수축하는 과정은 다음 세 단계를 거칩니다:

액체 수축

이는 합금이 액체 상태인 동안 주입 온도에서 응고 시작 온도(액상 라인 온도)까지 합금의 수축을 말합니다. 이로 인해 금형 캐비티 내의 액체 레벨이 떨어집니다.

응고 수축

이것은 응고가 시작될 때부터 응고가 끝날 때까지 합금의 수축입니다. 일반적으로 응고 수축은 주로 액체 레벨의 하락으로 나타납니다.

고체 수축 ③고체 상태 수축

이것은 합금이 고체 상태일 때 응고가 끝날 때부터 실온까지 합금의 수축을 말합니다. 이 단계에서의 수축은 주물의 선형 치수가 감소하는 것이 특징입니다.

합금의 액체 및 응고 수축은 주물에서 수축 캐비티와 다공성의 주요 원인이며, 고체 상태 수축은 주물 응력, 변형 및 균열의 근본적인 원인으로 주물의 치수 정확도에 직접적인 영향을 미칩니다.

(2) 합금 수축에 영향을 미치는 주요 요인

합금 화학 성분

합금마다 수축률이 다릅니다. 일반적으로 사용되는 합금 중 주강이 수축률이 가장 높고 회주철이 가장 낮습니다. 회주철의 수축률이 매우 작은 이유는 대부분의 탄소가 비부피가 큰 흑연 형태로 존재하기 때문입니다. 결정화 과정에서 흑연의 침전으로 인해 발생하는 부피 팽창은 합금의 수축을 일부 상쇄합니다.

표 1 다양한 합금의 수축률

붓는 온도

주입 온도가 높을수록 합금의 액체 수축이 커집니다.

금형 조건 및 주조 구조

주물의 실제 수축은 합금의 자유 수축과는 다릅니다. 주물은 금형과 코어에 의해 방해를 받으며, 주물은 복잡한 구조와 고르지 않은 벽 두께를 가지고 있기 때문에 냉각 중 다양한 부품의 상호 제약도 수축을 방해합니다.

V. 합금의 응고 및 수축 - 주물의 다공성 및 수축

다공성 및 수축은 합금의 액체 수축 및 응고 수축이 액체 합금에 의해 보상되지 않는 경우 주조의 최종 응고된 부분에 형성되는 구멍으로 정의됩니다. 크고 집중된 공극을 다공성이라고 하고, 작고 분산된 공극을 수축이라고 합니다.

피해 - 다공성과 수축은 주물의 유효 하중 지지 면적을 감소시켜 응력 집중을 유발하고 기계적 특성을 저하시킵니다. 기밀성이 필요한 부품의 경우 다공성과 수축으로 인해 누출이 발생하고 기밀성에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 다공성과 수축은 주요 주조 결함 중 하나입니다.

01 다공성 및 수축의 형성

다공성 형성 과정 ① 다공성 형성 과정

액체 합금을 원통형 금형에 부으면 금형의 냉각 효과로 인해 액체 합금의 온도가 점차 낮아집니다. 액체 수축은 계속되지만 스프 루가 고형화되지 않으면 금형 캐비티는 항상 채워집니다(그림 3(a) 참조).

온도가 떨어지면 주물의 표면이 먼저 단단한 쉘로 굳어지면서 동시에 스프 루가 닫힙니다(그림 3(b) 참조). 추가 냉각 시 쉘 내부의 액체 금속은 계속 수축하여 쉘이 형성될 때 발생한 응고 수축을 보상합니다.

액체 수축과 응고 수축이 쉘의 고체 수축보다 훨씬 크기 때문에 액체 레벨이 떨어지고 쉘 상단에서 분리됩니다(그림 3(c) 참조). 이 과정이 계속되면서 쉘이 두꺼워지고 액체 레벨이 떨어집니다.

금속이 완전히 응고된 후에는 주물 상단에 테이퍼 모양의 다공성이 형성됩니다(그림 3(d) 참조). 주물이 실온으로 계속 냉각되면 부피가 약간 줄어들면서 다공성의 부피가 줄어듭니다(그림 3(e) 참조). 주조물 상단에 라이저를 설치하면 다공성이 라이저로 이동합니다.

다공성 위치 ② 다공성 위치

일반적으로 주물의 상단 또는 중앙 부분, 스프 루 근처 또는 주물 벽이 두꺼운 곳과 같이 주물의 마지막 고형화 영역에 나타납니다.

수축의 형성 ③ 수축의 형성

이는 주조의 마지막 응고 영역에서 수축에 대한 보상이 충분하지 않거나 합금이 반죽 상태로 응고되고 수지상 결정으로 분리된 작은 액체 영역이 수축 보상을 받지 못하기 때문에 발생합니다.

수축은 매크로 수축과 마이크로 수축으로 나뉩니다. 매크로 수축은 육안이나 돋보기로 볼 수 있는 작은 구멍으로, 주물의 중심 축이나 다공성 아래에 분포하는 경우가 많습니다(그림 4). 미세 수축은 입자 사이에 분포하는 작은 구멍으로, 현미경으로만 볼 수 있습니다.

이러한 유형의 수축은 더 광범위하게 발생하며 때로는 전체 섹션을 덮기도 합니다. 미세 수축은 완전히 피하기 어려우며 일반적으로 일반 주물의 경우 결함으로 취급되지 않습니다. 기밀성, 기계적 특성, 물리적 특성 또는 화학적 특성에 대한 요구 사항이 높은 주물의 경우 이를 줄이기 위한 노력을 기울여야 합니다.

주조 합금마다 다공성 및 수축 형성 경향이 다릅니다. 층상 응고 합금(순수 금속, 공융 합금 또는 결정화 온도 범위가 좁은 합금)은 다공성 경향은 높고 수축 경향은 낮습니다.

페이스트 응고 합금은 다공성 경향이 적지만 수축이 발생하기 쉽습니다. 일부 공정 조치로 주조의 응고 모드를 제어할 수 있기 때문에 다공성과 수축은 특정 범위 내에서 상호 변환될 수 있습니다.

02 수축 공동 및 다공성 방지

"방향성 강화" 구현하기

수축 공동과 다공성을 방지하기 위해 주물은 "방향성 응고"의 원칙에 따라 응고되어야 합니다. 이 원칙은 게이트에서 가장 먼 주물 부분에서 게이트 자체까지 온도 구배를 증가시키기 위해 다양한 기술적 조치를 사용하는 것을 말합니다.

응고는 게이트에서 가장 먼 부분부터 시작하여 게이트 쪽으로 점차적으로 진행되며 게이트 자체가 가장 마지막으로 응고됩니다. 이 프로세스는 효과적인 응고 수축을 촉진하여 수축 공동을 게이트로 이동시키고 밀도가 높은 주물을 만듭니다.

따라서 게이트는 주물의 가장 두껍고 가장 높은 부분에 충분히 큰 크기로 배치해야합니다. 가능하면 용융 금속이 먼저 게이트를 통과할 수 있도록 스프 루를 게이트에 위치시켜야 합니다.

동시에 주물의 일부 특히 두꺼운 부분(그림 5 참조)에 냉각 장치를 배치하여 냉각을 가속화하고 게이트의 응고 수축 효과를 극대화할 수 있습니다.

방향성 응고의 단점은 주조물 전체에 상당한 온도 차이가 발생하여 상당한 열 응력이 발생하고 주조물에 변형이나 균열이 발생할 수 있다는 점입니다.

또한 게이트를 포함하면 금속 소비량과 세척 비용이 증가합니다. 방향성 응고는 일반적으로 수축률이 높고 응고 온도 범위가 좁은 합금(예: 주강, 연성 주철, 황동)과 벽 두께에 큰 차이가 있고 기밀 요구 사항이 높은 주물에 사용됩니다.

압력 보정

여기에는 금형을 압력 챔버에 넣는 과정이 포함됩니다. 주조 후 압력 챔버를 빠르게 닫아 주물이 압력 하에서 응고되어 다공성 및 수축 공동을 제거합니다. 이 방법을 "압력 포트 주조"라고도 합니다.

함침 기술을 사용하여 수축 공동 및 다공성으로 인한 누출 방지 ③ 함침 기술을 사용하여 누출 방지

여기에는 주물의 캐비티에 젤 형태의 함침제를 침투시킨 다음 함침제를 경화시키고 주물 캐비티의 벽과 통합하여 누출 방지를 달성하는 과정이 포함됩니다.

수축 공동 및 다공성 위치 결정

수축 공동과 다공성을 방지하려면 주조 공정을 개발할 때 주조물에서 그 위치를 정확하게 판단하여 필요한 기술적 조치를 취하는 것이 필수적입니다. 수축 공동 및 다공성의 위치는 일반적으로 등온선법 또는 내접원법을 사용하여 결정됩니다.

등온선 방식

이 방법은 주물의 여러 부분의 방열 조건에 따라 응고 온도에 도달하는 주물의 여러 지점을 동시에 연결하여 등온선을 형성하는 방식입니다. 이 작업은 가장 좁은 단면의 등온선이 서로 닿을 때까지 층별로 수행됩니다.

이렇게 하면 주물의 마지막 응고 부분, 즉 수축 공동과 다공성의 위치를 결정할 수 있습니다. 그림 6(a)는 등온선 방법으로 결정된 수축 공동 위치를 보여주고, 그림 6(b)는 주조물에서 수축 공동의 실제 위치를 보여주며, 기본적으로 일치합니다.

새겨진 원 방법

이 방법은 그림 7(a)와 같이 주조물의 교차 벽에서 수축 공동의 위치를 파악하는 데 자주 사용됩니다. 새겨진 원 직경이 가장 큰 부분("핫 스팟"이라고 함)에서 더 많은 금속이 축적되면 일반적으로 응고가 가장 마지막으로 발생하여 수축 캐비티와 다공성이 쉽게 발생합니다(그림 7(b)).

VI. 합금 응고 및 수축 - 주조 응력, 변형 및 균열

1. 내부 주조 응력의 분류 및 형성

정의:

주물의 고체 상태 수축으로 인해 발생하는 응력을 주조 응력이라고 합니다. 주조 응력은 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다:

기계적 스트레스:

이러한 유형의 응력은 주물의 수축으로 인한 기계적 장애로 인해 일시적으로 발생합니다. 기계적 장애가 제거되는 즉시 응력은 사라집니다. 기계적 방해의 원인으로는 성형(코어) 모래의 고온 강도, 낮은 접힘성, 샌드 박스 스트랩 및 코어 프린트에 의한 방해 등이 있습니다.

열 스트레스:

이 내부 스트레스열 응력이라고 하는 열 응력은 주물의 여러 부분의 냉각 속도가 다르기 때문에 발생하며, 동일한 기간 내에 일관되지 않은 수축을 일으키고 이러한 부분 사이에 제약 조건이 존재합니다. 이 열 응력은 주물이 실온으로 냉각된 후에도 남아있기 때문에 잔류 스트레스.

위상 변화 스트레스:

탄성 조건에서 합금의 상 변화로 인한 부피 변화는 상 변화 응력을 생성할 수 있습니다. 주물의 다른 부분이 다른 속도로 냉각되면 상 변화가 동시에 일어나지 않아 이 응력이 발생합니다.

주조 응력은 열 응력, 기계적 응력, 상변화 응력의 대수적 합입니다. 상황에 따라 이 세 가지 응력은 서로 겹치거나 상쇄될 수 있습니다. 주조 응력이 존재하면 주물에 변형과 균열이 발생하고, 하중 지지력이 감소하며, 가공 정확도에 영향을 미치는 등 일련의 부작용이 발생할 수 있습니다.

2. 캐스팅 스트레스를 줄이고 없애는 방법 2.

기술적인 측면:

a. 주물은 "동시 응고" 원칙에 따라 응고되어야 합니다. 이를 위해 게이팅 시스템을 얇은 벽 영역에 배치하고 두꺼운 벽 영역에 냉각시켜야 합니다. 이렇게 하면 주물의 다른 부분 간의 온도 차이가 최소화되고 동시에 응고가 일어나 열 응력을 최저 수준으로 줄일 수 있습니다. 이때 주물의 중앙 영역은 종종 수축 다공성과 불충분한 압축을 나타냅니다.

b. 금형과 코어의 접힘성을 높이고, 모래를 제거하고 가능한 한 빨리 상자를 포장하여 기계적 장애를 제거하고, 보온 구덩이에서 주물을 천천히 냉각하면 주조 응력을 줄일 수 있습니다.

구조 설계:

온도 차이를 줄이고 각 부품이 더 자유롭게 수축할 수 있도록 벽 두께가 균일하고 얇은 벽에서 두꺼운 벽으로 점진적으로 전환되는 단순한 구조를 추구하세요.

주물의 열 응력은 자연 노화 및 인공 노화와 같은 방법을 사용하여 제거할 수 있습니다.

3. 변형 및 균열

변형:

응력이 있는 주물은 불안정한 상태이므로 변형을 통해 응력을 자발적으로 줄여 안정된 상태에 도달합니다. 탄성적으로 늘어난 부품이 수축하고 탄성적으로 압축된 부품이 확장되어야만 주물의 응력이 잠재적으로 감소하거나 제거될 수 있다는 것은 분명합니다.

T자형 주물의 변형 방향은 그림 9(a)의 점선으로 표시되어 있습니다. 이는 T자형 주물이 냉각된 후 두꺼운 벽은 장력을 받고 얇은 벽은 압축을 받는데, 이는 마치 길이가 다른 두 개의 스프링처럼 보이기 때문입니다(그림 9(b)). 상단의 짧은 스프링은 늘어나고 하단의 긴 스프링은 압축되어 동일한 길이를 유지합니다(그림 9(c)).

그러나 이러한 스프링의 조합은 불안정하여 원래의 평형 상태를 복원하려고 합니다. 따라서 위 상황과 유사한 굽힘 변형이 나타납니다(그림 9(d)).

위험, 대책:

주조 변형을 방지하는 근본적인 방법은 내부 주조 응력을 줄이는 것입니다. 예를 들어, 설계 단계에서 주물의 벽 두께가 균일하도록 노력합니다. 주조 공정을 설정할 때는 주조의 모든 부분을 동시에 냉각하고 성형 (코어) 모래의 붕괴 가능성을 높이십시오.

패턴을 제작할 때 역변형, 즉 주조 변형과 반대되는 모양으로 패턴을 미리 만들어 주조 변형을 보정하는 방법을 사용할 수 있습니다. 그림 10에 표시된 공작기계 베이스는 주조 후 두꺼운 레일과 얇은 측벽으로 인해 굽힘 변형이 있습니다. 이중 뾰족한 선으로 표시된 반대 곡률로 패턴을 만들면 주조 후 레일이 일직선이 됩니다.

주조가 변형된 후에는 주조 응력을 줄일 수 있을 뿐 완전히 제거할 수 없는 경우가 많다는 점을 지적해야 합니다. 가공 후 부품의 응력 불균형으로 인해 추가 변형이 발생하여 가공 정확도에 영향을 미칩니다. 따라서 중요한 주물의 경우 가공 전에 응력 제거 어닐링을 수행해야 합니다.

균열:

주조 응력이 당시 재료의 강도 한계를 초과하면 주조에 균열이 발생할 수 있습니다.

균열은 핫 크랙과 차가운 균열.

핫 크랙:

이들은 고온에서 형성되며 강철 주물, 단조 주철 블랭크 및 일부 경합금 주물 생산에서 가장 일반적인 주조 결함 중 하나입니다. 그 특징은 균열 모양이 구불구불하고 불규칙하며 균열 표면이 산화되어 있고(강철 주조 균열의 표면은 거의 검은색으로 나타나고 알루미늄 합금은 짙은 회색임) 균열이 입자 경계를 따라 지나간다는 점입니다. 주물의 마지막 응고된 부분이나 응력 집중이 발생할 가능성이 있는 표면에 열 균열이 나타나는 경우가 많습니다.

콜드 크랙:

이들은 저온에서 형성됩니다. 가소성이 낮고 취성이 높으며 열전도율이 낮은 합금(예: 백색 주철), 고탄소강및 일부 합금강은 냉간 균열이 발생하기 쉽습니다. 그 특징은 균열 모양이 연속적인 직선 또는 부드러운 곡선이며 종종 입자를 통과합니다. 균열 표면이 깨끗하고 금속 광택이 있거나 약간의 산화색이 있습니다. 냉간 균열은 주물의 인장 부분, 특히 내부 날카로운 모서리, 수축 공동, 비금속 내포물 근처와 같이 응력이 집중되는 영역에서 자주 발생합니다.

위험, 대책:

주조 응력을 줄이거나 합금 취성을 감소시키는 요인(예: 강철의 황 및 인 함량 감소)은 균열 예방에 긍정적인 영향을 미칩니다.