주물사 배합 및 재생 처리법

1. 주물사 배합

가. 주철용 주물사

일반주철의 주입온도는 1350 ~ 1400 ℃ 가량으로서 주강에 비하여 높지는 않으나 탄소의 함유량이 많은 것은 비교적 주입온도가 낮다. 그러나 강 스크랩이 많이 배합된 것이나 합금주철 등은 주입온도가 높아서 100 ℃ 이상의 차이를 가져온다. 따라서 주철용 주형에 사용되는 주물사는 천연사보다는 합성사나 배합사가 많이 쓰인다.

(1) 생형사

생형에는 주로 산사에 통기성과 점결성을 증가시키기 위하여 석탄분, 점토, 규사 등을 배합하여 산사는 천연적으로 수분과 점토성분이 있으므로 그대로 사용하는 경우가 많다. 생형사의 주요 특징은 통기성이 좋고, 주물표면이 아름답고, 사립이 가늘고, 내구성이 높고, 성형성이 풍부한 점 등이다.

 보통 소결점은 1070℃, 연화점은 1450℃ 정도의 모래가 쓰인다. 내화도가 높은 세립의 좋은 산사를 쓰면 주물표면에 운모나 흑연을 바르지 않아도 모래가 잘 떨어지고 주형표면이 곱다. 생형에 쓰이는 건조 주형에는 산사에 40~50% 석탄분을 섞은 것이 좋다. 작은 주물용 코어에는 오일샌드가 많이 쓰인다.

(2) 건조형사

 건조형사는 주로 하천사, 해사와 같은 규사에 점토를 넣어서 혼합하고 필요에 따라서 코크스분, 기타 등을 섞어 적당한 수분을 가하여 성형성을 좋게 한다. 또 볏집, 톱밥 등을 넣어 적당한 점성을 준 것도 있따.

외형 건조형사는 사립이 균일하며 너무 둥근 입자는 강도가 약하므로 각이 있는 입자가 좋다. 대형 주물과 중형 주물에는 강도와 통기성을 좋게 하기 위하여 입자가 큰 것을 , 소형 주물에는 입자가 적은 것이 좋다. 이것들을 혼사기에 혼련하면 모래중의 장석 등과 같은 풍화물은 가루로 되고 규사의 알맹이만 남는다. 그러므로 점토를 넣지 않아도 다소 점성이 있으나 부족하기 때문에 점토와 물을 첨가해야 한다. 

 점토는 그대로 점토수로 하여 사용하거나 한번 구어서 유기물들을 제거하고 이것을 가루로 해서 물을 첨가하기도 한다. 이상의 배합등으로 통기성이 좋지 않으면 톱밥, 볏집, 같은 것을 넣고 내화도가 낮을 경우에는 규사 등을 배합한다. 소착에 잘 견디고 성형성을 증가시키기 위하여 코크스나 콜 파우더를 혼합한다. 코크스는 성형성을 향상시키고 건조형에서는 형을 강화시키는 일이 없고 다량 사용하여도 모래의 점결성이 떨어지지 않으므로 소착을 방지하는데 효력이 있고 두텁거나 용탕이 씻기는 부분에는 주물에 모래가 붙지 않으므로 보통 7~40%, 석탄분 2.4~4%, 흑연 2~0.8%, 톱밥 5~11% 가량 쓴다. 그러나 외형에는 톱밥이나 볏짚 등은 많이 쓰지 말고 통기성을 좋게 하여야 한다. 그러므로 건조형의 모래 배합과 고려해야 하며 통기성, 내화성, 경도 등을 고려해야 한다.

나.주강용 주물사

주강은 주입 온도가 1530~1560℃로서 매우 높기 때문에 주입할 떄 주형과 용탕간에 화학반응이 일어나기 쉽고 주형의 표면사가 소착되는 수가 많다. 원료사는 일반적으로 순도가 높은 이산화규소를 많이 사용하고 있으며 특수한 경우에는 표면사로 지르콘사나 올리빈사가 이용된다. 또 점토의 양이 많으면 내화도가 낮으므로 그 첨가량을 최소화 하는 것이 좋다.

대형 주물일때는 용탕이 모래입자 사이에 침투 소착되는 것을 방지하기 위하여 규석가루나 그 밖의 것이 사용된다. 즉 주강은 특유한 고온균열이 발생함으로 오일사와 목분을 첨가햐여 주형에 신축성을 주는 것이 좋다. 

주강 주조용 주형에는 건조형이 많이 사용되는데 무게가 작을 떄에는 생형이 사용된다. 주형의 수분은 기포 발생의 원인이 되므로 생형에서는 수분 함유량을 5%이하로 한다.

다. 구리합금용 주물사

구리합금계 주물의 주입온도는 1150~1200℃로서 원료사의 순도는 높지 않아도 되므로 일반주철형으로 사용하는 것이면 된다. 그러나 합금은 주강에 비하여 주입온도가 낮아 내화도는 크게 필요로 하지 않으나 용융금속의 유동성이 일반적으로 좋지 않고 탕구계를 크게하여 강하게 주입하므로 주형은 약간 견고하고 또 주형의 접촉면도 밀도가 높고 부드러워야 한다. 

특히 청동과 같이 주석을 함유하는 합금은 주물사의 입도가 크면 그 사이로 주석이 침입하여 주물표면이 거칠게 되기 쉽기 떄문에 주물사는 강도를 증가시킨 표면사를 사용한다. 일반적으로 천연사는 생형과 건조형에 쓰인다. 주형중의 수분은 용탕과 반응을 일으키기 쉬우므로 생형에서는 수분을 되도록 적게하는 것이 좋다. 도형제로서는 작은 주물품의 생형에는 활석 또는 운모분 등이 이용되며 대형에는 흑연계가 사용된다.

라. 알루미늄 합금용 주물사

알루미늄 함금계 주물의 주입온도는 670~760℃로서 원료사의 순도에는 문제가 되지 않으나 무게가 가벼운 소형주물에서는 깨끗한 주물표면이 요구된다. 일반적으로 생형에는 70~150메시의 고운 자연사가 사용된다.

알루미늄 합금계 주물은 주입할 때 주형과의 열반응으로 용탕이 끓어 올라오기 쉬우므로 주물사의 수분 관리가 중요하다. 또 용융금속에 마그네슘 함량이 많으면 주형속에서 용탕의 산화가 일어나기 쉬우므로 주의해야 한다.

마. 마그네슘 합금용 주물사

대기 중에서 연소되기 쉬운 성질을 가지고 있으므로 주입할 떄 용탕에 인분말을 뿌려주고 또 생형을 일때에는 함유수분 중의 산소와 반응하여 산화되며 때에 따라서는 폭발할 위험도 있다. 또 산화물은 원금속보다 무거워서 생성된 산화물을 주조방안에 의하여 주형 밖으로 제거하기가 매우 어려우므로 산화를 방지하고 대기중에서는 황분말을 주형의 주물사에는 황 또는 암모니아수를 섞어주면 된다. 또 건조형이나 코어형일 떄에는 암모니아수를 뿌려준다. 마그네슘합금에 사용되는 주물사는 다른 주물사와 구분하여 사용한다.