주물의 종류 및 금속의 주조성

<주물의 종류>

1. 주형에 의한 분류

각 주형은 생산 수량, 제품의 크기, 기본설비의 유무, 경제성 등에 따라 장단점이 있으며 많은 경험과 숙련을 요하며 주조 공정중에 많은 시간이 소요된다.
또한 조형비와 조형시간이 생산원가에 가장 큰 영향을 미치므로 조형기를 사용하여 인력과 시간을 절감하고 있다. 다음은 주물을 주형별로 분류한 것이다.

[주물]
1. 사형주물
  ㄱ) 생형주물
  ㄴ) 건조형 주물
  ㄷ) 표면건조형주물
  ㄹ) 셀몰드형주물
  ㅁ) CO2형 주물
  ㅂ) 푸란수지형주물
2. 금형주물
  ㄱ) 다이캐스트주물
  ㄴ) 칠드주물
  ㄷ)기타의 금형주물

2. 주조방법에 의한 분류

주조방법에 따라 분류하면 가장 많이 사용하는 치주법과 원심주조법 이외에도 압력 금형주조법, 중력 금형주조법, 폭발주조법, 압박주조법, 흡입주조법, 진공주조법, 연속주조법 및 이들을 적절히 조합한 조합주조법 등이 있다.
진공주조는 진공중에서 용해하여 만드는 방법이며 일부에서는 대기중에서 용해한 금속을 진공에 의하여 탈가스 처리하여 주조하는 방법을 실시하고 있다. 연속주조는 대부분이 조괴에 이용되고 있으며 압박주조는 치과용 합금의 주조에 사용되고 있다.

3. 용도에 의한 분류

주조품을 용도에 따라 분류하면 산업기계용, 금속공작기계용, 섬유기계용, 농업용, 전기통신기기용, 자동차용, 철도용, 선박용, 일용품, 미술품 등으로 분류한다.

4. 그 밖의 주물의 분류

주물을 무게, 두께 등에 따라 분류하면 주물 1개의 무게가 1톤 이상인 것은 대형주물, 10kg 이하인 것은 소형주물, 그 중간에 속하는 것은 주형주물이라 하며 두께 25mm 이상의 것을 두꺼운 주물 그 이하를 얇은 주물이라고 한다.

<금속의 주조성>

복잡한 모양과 치수를 가진 제품은 단조법으로 만들기 어려우므로 주조법으로 만든다. 주조방법은 어느 모양의 주물을 만들고자 할 때에 먼저 나무 도는 기타의 재료로 제품가 같은 동일모양, 치수의 원형을 만들어 이를 이용해서 주물사 등으로 주형을 제작하고, 여기에 용융금속을 주입하여 성형시킨 후 가공하여 제품이 된다. 이러한 주조작업상 필요한 금속주조의 난이성을 나타내는 성능, 유동성, 점성, 수축성, 용해로 및 조업법, 원형과 주형의 제작과 주입작업 등에 관한 항목이 주조성이다.

1. 유도성

가. 유동성의 개념

용융 금속의 유동성에는 실용 유도성과 참 유동성이 있다. 실용유도성이란 어떤 일한 온도에서 용융합금을 주입할 떄의 유동성이고, 참유동성이란 액상과 고상이 평형을 이루는 온도를 넘는 일정한 과열온도에서 용융합금을 주입할 때의 유동성이다. 주물생산에서는 실용 유동성의 개념이 적용되고 있으므로 융점이 낮은 합금에 있어서는 과열 온도가 높아져 그 만큼 유동성이 향상된다. 따라서 합금의 성질을 검토할 때에는 참 유동성을 이용한다.

나. 합금의 유동성 비교

금속이나 합금의 유동성을 비교하려면 일반적으로 공공률이 같은 주형을 이용해 일정한 조건에서 금속이나 합금을 주입한다. 주형에는 막대시료용의 모래주형, 간이 나선형시료를 조형하기 위한 모형, U자형시료형의 금속주형, 쐐기시료에 의한 유동성 결정법과 같은 것이 있다. 막대시료용의 모래주형, 간이 나선형시료를 조형하기 위한 모형, U자형시료용의 금속주형의 3가지 주형의 시료에서는 주형의 빈자리를 채운 부분의 길이 cm로서 용융금속이나 합금의 유동성이 결정되고 쐐기시료에서는 유동성을 평가하며 보통합금은 유동성이 클수록 값이 적어진다. 나선형시료로서 시험한 결과에 의하면 회주철은 주물의 살두께에 따라서 최소의 유동성을 가져야 한다.

다. 유동성에 영향을 미치는 인자

용융금속의 유동성은 주형과 용융하븜의 성질, 합금의 조성, 점도, 표면장력 등에 의해서 영향을 받는다.
1)점도
점도가 높으면 유동성이 떨어진다. 점도는 합금의 조성에 따라서 다름 합금내에 비금속 개재물, 가스, 기타 혼합물이 있을 때 높아진다. 그러나 용융합금의 용해도가 높아지면 점도는 급격히 떨어지므로 유동성이 좋아진다.
2) 표면장력
표면장력이 높으면 점도와 같이 유동성이 떨어진다. 과열온도를 높이면 표면장력은 감소한다.

 

2. 수축

가. 용융합금의 응고과정

주형내에서의 용융합금의 냉각, 응고를 관찰하면 다음과 같은 순서로 변화가 일어난다.
1) 용융합금의 냉각에 따라 체적감소가 생긴다.
2) 합금의 전 표면이 수 초 사이에 미립을 된 피막이 생기며 점차 이 피막이 두꺼워진다.
3) 피막이 생긴 후 부터는 용융금속의 냉각 응고가 외부 분위기와 접촉없이 피막 내부에서 진행딘다.
4) 응곳에 체적의 감소 또는 팽창이 새인다.
5) 고체상태에서 냉각되면 다소 체적이 감소된다.
6) 합금주물 내에 수지상이 많으면 수축공이 발생한다.

나. 수축의 정의

수축이란 주물의 체적과 치수의 전반적 감소를 말한다. 이 값은 용융합금의 수축, 응고시의 합금의 수축 또는 팽창 고체상에서 수축을 모두 합한 것이다.
응고시에 팽창하는 합금으로는 히주철 등이 있는데 이것은 응고시에 흑연이 분리되는 것과 같이 원래 합금보다 비중이 작고 체적이 큰 물질이 분리될 떄에 생긴다. 또 고체상에서 변태를 일으키는 합금은 그 수축이 몇 단계로 이루어진다. 철-탄소 합금의 고체상에서의 수축은 감마철에서 알파철로 변태할 때까지의 수축 및 팽창과 변태 후의 수축등 2단계로 나누어 진다.

다. 수축의 종류

1) 체적수축 : 주형의 빈 자리에 충전된 용융합금의 체적과 완전냉각 후 주물 체적과의 차이다.
2) 선수축 : 주형의 빈 자리의 선치수와 냉각주물의 선치수와의 차이다.
3) 자유수축 : 합금의 수축으로 체적이나 치수가 감소하는데 아무 장애가 없을 때의 수축을 말한다.
4) 주조수축 : 실제 주물생산에서 일어나는 선수축을 말한다. 주조수축의 값은 항상 자유수축보다 작다.

라. 수축에 영향을 미치는 인자

수축은 합금의 화학조성에 따라 변화되며 회주철의 경우 탄소와 규소함유랑의 증가 및 망간과 황의 함유랑 감소 등에 따라 수축도 감소된다. 그러나 구리와 마그네슘의 존재는 오히려 수축을 증가시킨다. 마그네슘합금에서는 알루미늄과 아연의 함유랑 증가에 따라 수축 감소를 가져온다.