주물의 개요

머리말

산업사회의 금속한 발전과 더불어 생산제품이 다양하게 고급화되면서 생산재료 및 제품이 요구하는 성징을 용도에 맞게 생산하려면 금속가공의 기본이 되는 주조기술의 우수성에 따라 제품의 성능이 좌우된다 해도 잘못된 표현은 아닐 것이다.
과거의 주조기술은 작업장 기술 및 기술수준이 열악하여 대부분 수작업으로 하였으나, 현재는 주조기술의 향상과 작업장의 현대화로 반자동 또는 전자동으로 모든 제품을 생산할 수 있게 되었다.
이러한 시대의 발전에 따라 1993년도에 개발되어 사용하고 있는 [일반주조이론] 및 [정밀주조이론] 교재와 1995년도에 기능장용으로 개발된 [주조공학이론] 교재를 통합하여 중복된 내용과 진부한 내용을 삭제시키고 발전된 산업현장의 주조 기술내용에 부합되도록 기존 교재내용을 바탁으로 새롭게 보완하였다.
교재의 보완 내용은 이론적인 주조 작업에 할용할 수 있도록 주형재료 및 주물사관리, 주형제작법, 주조방안설게, 정밀주조법, 특수주조법, 용해 및 주입, 제품의 후처리 등의 순서로 단원을 구성하여 내용을 전개하였다. 특히, 주조공장의 환경오염을 방지하고 에너지관리를 위한 내용과 안전사고에 대한 실제적인 사례모음을 수록하여 안전사고를 사전에 방지할 수 있도록 하였으며, 아울러 주조용어에 대한 통일성을 기하기 위하여 KS D 0001 ~ 8591에 수록된 주물용어와 해설을 부록으로 편집하여 주조작업에 적용할 수 있도록 자세하게 수록하였다. 끝으로 이 교재를 통하여 주조에 대한 이론적인 내용을 바탕으로 실제 사업현장 및 주조실습에 많은 도움이 되기를 기대한다.

1. 주물

용해된 금속을 만들고자 하는 모양의 주형속에 용융금속을 주입 응고시켜 제품을 만드는 과정을 주조라 하며 주조작업 후 얻어진 제품을 주물또는 주조품이라 한다. 용융금속을 주형속에 주입하여 단순한 덩어리로 만든 것을 잉곳이라 하며, 주물은 잉곳과 구별되고 응고하여 냉각되었을 때 이미 목적하는 모양에 가까운 것으로 되어 있는 것이다. 따라서 주물을 만들 때는 조형, 배합, 용해, 주입, 후처리 등의 각 부분의 요소가 완전히 일치되어야 한다. 즉 충분한 금속의 유동성 응고할 때의 수축, 기계적 성질, 주형으로서의 내구성 등을 고려해야 한다. 오늘날 우리들이 사용하고 있는 금속은 거의 주물로 만들어서 사용할 수 있다. 다만 금속을 녹이는데 높은 열과 유동성이 양호하지 못한 금속은 주물을 만들기가 매우 곤란하다.
 
구리 및 구리 합금은 옛날부터 주물로 만들어서 사용하여 왔는데, 그 이유는 아름다움이나 녹이 슬지 않는 성질을 이용한 것이다. 아연, 납, 안티몬 등 백색금속은 아름다운 주물 표면을 가지므로 일용품이나 정밀 기계부품으로 사용되고 알루미늄, 마그네슘 등은 가볍고 강도를 필요로 하는 합금용 제품에 또한 철강류는 주물의 대부분을 차지하고 있다. 이와 같이 주물은 일용품 외에 자동차 엔진, 철도차량 부품, 선박용 부품, 주철관, 항공기 부품, 농기계 부품 등 전 산업에 사용되며 그 중요성이 매우 크다고 생각 할 수 있다.
 

2. 주물의 특징

주조용 금속 재료를 가열 용해한 용탕을 주형속에 주입 응고시켜 소정의 형태로 만드는 과정을 주조라 하며, 이렇게 얻어진 제품을 주물이라 한다. 주물은 주괴와 달리 2차 가공을 하지 않고 사용하는 것으로서 주형에 주입하여 응고 시켰을 때 희망하는 사항과 매우 비슷한 것이다. 이러한 주물을 만들 때 사용되는 원재료와 조업조건은 주물 품질에 크게 영향을 미친다. 이러한 주조기술의 특징은 다음과 같다. 
1. 원하는 형태의 모든 것을 만들 수 있다.
2. 작은 것부터 큰 제품까지 모양과 무게에 관계없이 만들 수 있다.
3. 모든 합금의 주조가 가능하므로 이용할 수 있는 금속이나 합금의 폭이 넓다.
4. 다량생산을 할 수 있어 융통성이 크다.
5. 다른 가공기술에 비해 작업이 비교적 쉽다.
 
이와 같이 좋은 주물을 만들기 위해서는 금속의 용융점이 낮고, 유동성이 좋으며, 응고시에는 수축이 적을 것 등의 조건이 갖추어야 한다.
 

3. 주물의 역사

주물은 5000년 이상의 역사를 가진 성형법으로 미술품, 생활용품 등에 사용되었다. 즉 인류 초기에는 구리합금이 사용되었는데, 이는 인류가 불을 이용할 수 있었기 때문에 처음에는 금속을 제련하는 야금공정에 불이 이용되었고 용융상태의 금속도 얻을 수가 있었다. 우리나라는 불교의 전래와 더불어 주조기술이 발전하였으며, 주물이 들어온 정확한 장소, 시간은 알려져 있지 않으나 삼한시대에 이미 제철을 하였고 이를 사용해서 철화폐를 만들어 사용하였다고 한다. 2300년 전에 훌륭한 청동 제품을 제조하였고 1200년 전에는 성덕대왕 신종과 같은 수톤에 이르는 대형주물이 우리 선조들의 손에 의하여 만들어졌다.
 

4. 주물의 제조공정

주물의 제조공정은 매우 복잡하여 많은 인자들이 주조공정에 따라서는 기술자가 협력하여 종합적인 연구와 검토를 하여야 하며, 이중에서 한 공정의 작업이 불완전하면 건전한 주물을 만들수 없게 된다. 어떤 제품을 생산하고자 할 경우는 제품의 재질뿐만 아니라 열처리 후의 성질 변화가 검토되어야 하고, 생산속도가 빠르고 정확하며 제조 원가가 싼 주조방법은 무엇인가, 즉 재질, 형상 치수의 정밀도 표면거칠기 및 제조원가에 있어서 수요자의 욕구를 만족시키는 주조 방안을 결정해야 하며, 작업공정별 내용은 다음과 같다.
(가) 주조계호기 수립 : 설계도를 보면서 그 주물의 용도, 금속의 종류, 재질, 후처리의 종류, 주물의 수량 들은 확인한다.
(나) 원형제작 : 주조계획이 수립되면 주형을 하기 위한 원형을 만든다. 원형에는 주물 외형을 만들기 위한 외형과 주물의 구멍 또는 중공부분을 만들기 위한 내형인 코어가 있다.
(다) 주형제작 : 주형은 용융금속을 주입하여 응고시키는 내부공간이며 원형을 기준으로 만드는데 모래로 만든 모래주형과 금속으로 만든 금속주형이 있고 기타 특수한 것으로는 석고주형, 시멘트주형 등이 있다. 이중 모래주형이 가장 일반적인 것으로 생형과 건조형이 있다.
(라) 용해 : 주형이 완성되면 사용할 금속을 용해한다. 용해는 용선로, 도가니로, 전기로, 반사로 등을 사용한다.
(마) 주입 : 용탕을 주형에 부어 넣는 공정을 주입이라 한다. 일반적으로는 레이들로서 주형속에 주입하지만 원심주조법에서는 주형을 회전시켜 이때 생기는 원심력을 이용하여 용탕을 주형내에 넣는다. 또 압력주조법에서는 압축공기를 이용하여 용탕을 주입한다.
(바) 후처리 : 주입한 용탕이 주형내에서 냉각 응고되면 이것을 꺼내어 탕구, 압탕등을 절단하고 표면을 청정하며, 주물의 종류에 따라서는 그 후 용접보수 및 열처리를 한다.
(사) 검사 : 후처리가 끝난 제품은 필요한 검사를 한 다음 출하시킨다.