금속 주조 과정에서 왜 기포가 생기는가?

원료 준비 단계:

가장 우선적인 예방 조치는 원자재의 수분 함량과 청결 상태를 관리하는 것입니다. 모든 금속 재료는 표면의 수분과 기름기를 제거하기 위해 용광로에 투입하기 전에 예열 및 건조 과정을 거쳐야 합니다. 재용해된 스크랩 주물은 불순물을 유입하기 쉬우므로, 전체 투입량의 30~40%를 초과해서는 안 됩니다.

알루미늄 합금의 원료인 알루미늄 잉곳은 수분 흡수를 방지하기 위해 건조한 환경에 보관해야 합니다.

제련 및 탈가스:

용융 온도는 정밀하게 제어해야 합니다. 온도가 너무 높으면 가스의 용해도가 증가하는 반면, 온도가 너무 낮으면 유동성과 주입에 영향을 미치기 때문입니다. 알루미늄 합금 주조 시에는 반드시 탈기 공정을 수행해야 합니다. 가장 일반적인 방법 중 하나는 질소나 아르곤을 주입하여 불활성 기포가 용융 금속 내에서 상승하게 하고, 용해된 수소와 함께 배출되도록 하는 것입니다. 회전식 탈가스 장치를 사용하여 가스 함량을 확인하고 탈가스 후 규격 충족 여부를 검증합니다.

모래 주형 및 주형 준비:

모래 주형의 수분 함량은 엄격히 관리해야 하며, 2~4% 범위 내에 있어야 합니다. 특히 습한 날씨나 연속 작업 후에는 주입 전에 모래 주형을 완전히 건조시켜야 합니다. 가스가 빠져나갈 통로가 없으면 금속 내부에 가스가 갇히게 되므로, 주형 내 배기 시스템의 설계가 중요합니다. 형틀 코팅제(이형제)의 수분 함량도 관리해야 하며, 사용 전 반드시 건조되었는지 확인해야 합니다.

게이팅 시스템 설계:

주입 속도는 기공률과 주조 방법에 직접적인 영향을 미칩니다. 주입 속도가 너무 빠르면 용융 금속의 난류가 발생하고, 속도가 너무 느리면 조기 응고가 일어날 수 있습니다. 이상적인 주입 시스템은 층류 흐름을 형성하도록 설계되어야 하며, 이를 통해 용융 금속이 아래에서 위로 꾸준히 채워지면서 가스가 빠져나갈 시간을 확보할 수 있습니다.

급이 시스템 설계:

라이저와 칠을 적절하게 설계하는 것이 기공을 방지하는 핵심입니다. 라이저는 금속을 저장하는 추가 공간으로, 주물의 응고 수축 과정에서 필요한 금속을 보충해 줍니다. 칠(chill)은 특정 부위의 냉각 속도를 높여 방향성 응고를 유도하는 금속 블록으로, 이를 통해 수축이 주조 부품이 아닌 라이저 부위에 국한되도록 합니다.

후처리:

진공 함침은 특정 밀봉 요건이 있는 주조품에 대한 표준 보수 방법입니다. 가공물을 특수 수지에 담가 진공 상태에서 미세한 기공을 모두 채웁니다. 경화 후 기공이 밀봉되어 부품은 정상 작동 압력을 견딜 수 있게 됩니다. 이 공법은 자동차 엔진 부품 및 유압 부품과 같이 밀봉이 필요한 분야에 널리 사용됩니다.