주물에서 관찰할 수 있는 결함의 종류와 특징

주조공정에서 품질을 저하시켜 주물에 결함을 발생시키는 요인은 매우 많다. 이번 포스팅에서는 주물에서 발생할 수 있는 결함과 이들을 찾아낼 수 있는 검사 방법들에 대해 알아보겠다.

 

주물결함의 종류

어떤 결함은 일부 혹은 전체 주조공정에서 발생할 수 있으며, 이들은 다음과 같다.

1. 미스런(misrun): 주형 공동을 완전히 채우기 전에 응고된 주물이다. 대표적 원인으로는 (1) 용탕의 유동성이 충분하지 않다, (2)주입온도가 너무 낮다, (3)주입이 너무 천천히 이뤄졌다, (4)주형 공동의 단면이 너무 얇다 등이다.
2. 콜드셧(cold shut): 양쪽에서 접근하는 용탕이 만났으나 이미 응고가 시작되어 용탕이 결합되기 어려운 상태가 되었을 때 발생하며 미스런의 원인과 유사하다.
3. 콜드샷(cold shots): 용탕을 주입할 때 방울이 튀어 고체입자가 주물에 형성된 것을 의미하며, 이것을 방지하도록 용당주입 절차와 탕구계를 설계해야 한다.
4. 수축공동(shrinkage cavity): 용탕의 응고수축으로 인해 주물의 표면이 움푹 파지거나 내부에 빈 공간이 생기는 결함이다. 이는 주로 주물의 상부에 발생하며 '파이프'라 불린다. 이 결함은 라이저를 적절히 설계함으로써 해결된다.
5. 미세기공(micro porosity): 수상구조(dendritic structure)에서 용탕의 부분적인 수축공동으로 인해 주물 전체에 분포되어 있는 작은 기포들을 의미한다. 이는 응고가 오랫동안 이뤄지는 합금에서 일반적으로 발생한다.
6. 열균열(hot tearing): 핫크래킹(hot cracking)이라고도 불리며 응고의 최종 단계 또는 응고 후 초기 냉각단계에서 주물의 수축이 주형 때문에 제한될 때 발생한다. 금속이 자연스럽게 수축하지 못하게 되면서 발생하는 높은 인장력 상태에서 금속이 떨어져나감에 따라 결함이 확실하게 드러난다. 사형주조, 기타 소모성주형에서는 주형이 부서지기 때문에 이러한 결합이 방지된다. 영구주형 공정에서는 응고 즉시 주형에서 주물을 꺼냄으로써 이 결함을 방지할 수 있다.

 

모래주형에서 발생하는 결함의 종류

어떤 결함은 모래주형의 사용과 관련이 있는데 모래주형을 사용할 경우에만 발생한다. 그밖에 소모성주형도 이러한 결함에 약간 관련이 있다. 주로 사형주조에서 발견되는 결함을 아래에 나타냈다.

1. 샌드블로우(sand blow): 풍선과 같은 모양의 공동으로서 용탕을 주입할 때 주형가스로 인해 발생한다. 주물의 상부 부근의 표면 바로 아래에서 발생하며 주형의 낮은 통기성, 열악한 배기, 높은 습기 함유량이 주된 원인이다.
2. 핀홀(pin hole): 샌드블로우와 유사한 결함이며, 주물 표면 또는 바로 아래에 작은 기공이 많이 생긴 것을 의미한다.
3. 샌드워시(sand wash): 용탕 주입 중 주물사의 침식으로 인해 주물 표면이 균일하지 못 함을 의미하며, 침식된 모양이 그대로 주물의 표면에 찍혀 나온다.
4. 스캡(scab): 모래와 금속의 딱지(encrustation)로 인해 주물 표면에 거친 부분을 말하며, 응고 중 주형 표면이 떨어져 나와 주물의 표면에 붙음으로써 생긴다.
5. 침투(penetration): 용융금속의 유동성이 양호할 경우 주물사 또는 모래 코어에 스며들 수 있다. 응고된 후 주물의 표면은 모래입자와 금속의 혼합물이 되며 주물사를 단단하게 다지면 침투현상을 완화시킬 수 있다.
6. 주형 어긋남(mold shift): 상형과 하형이 옆으로 어긋나면서 분리선에 단이 만들어진다.
7. 코어 편향(core shift): 코어에서도 유사한 문제가 발생할 수 있으나 일반적으로 어긋나는 방향은 수직이다. 코어 편향과 주형 어긋남은 용융금속의 부력에 의해 발생하낟.
8. 주형 균열(mold crack): 주형의 강도가 충분하지 않으면 균열이 발생할 수 있으며 용융금속이 스며들어 최종주물에 핀을 만든다.