주철의 노전시험과 노전처리

1. 주철의 노전 시험 : 출탕 전 용탕의 상태를 신속히 시험하여 용탕의 성분, 응고상태, 칠의 깊이 등을 검사하는 방법

 

   1) 주철의 칠(Chill) 시험

      목적 및 방법 : 주철의 흑연화 경향을 평가하기 위한 것으로 냉각속도를 빠르게 할 수 있는 주형에 용탕을 주입하여 시험편을 제작한 후 이 시험편의 칠 깊이와 파면의 상태를 관찰한다. 쐐기형 칠 시험, 강재 칠 시험, 원통형 칠 시험이 있으며 냉금부와 회주철부와의 경계를 측정하여 주물의 성질을 판단한다. 

    

   2) 주철의 유동성 시험

      목적 및 방법 : 얇은 주물이나 고급 주물에 있어 건전한 주물을 생산하기 위하여 유동성 시험을 해야 한다. 여러 가지 시험 방법 중 맴돌이형 주형에 용탕을 주입하여 응고하기까지 주입된 거리를 측정하는 방법이 주로 이용된다. 

주철의 유동성 영향 요인으로 황은 유동성을 해치며, 용해와 주입온도가 높을수록 유동성이 좋으며, 내부 마찰이 큰 금속은 점성이 커서 유동성을 해친다. 

 

   3) 쇳물 표면 무늬모양 시험 (용탕 표면의 모양)

      용융금속이 냉각될 때 생기는 산화피막의 모양을 쇳물표면의 무늬모양이라 하며, 지름과 깊이가 각각 50mm인 생형에 용융금속을 주입하여 그 표면의 무늬모양에 따라 용융금속의 재질을 판별한다. 용탕은 1400'c 이하로 내려가면 화학조성, 산화정도 등에 따라 표면에 얇은 산화막이 생기는데, 용탕표면의 모양은 이 산화막이 끊기거나 내부의 산화되지 않은 용탕이 나타나 보이는 것으로 이 모양을 보고 화학성분 및 성질을 파악하는 것이다.

귀갑형(규소, 탄소가 많고 비교적 산화되지 않는 좋은 용탕), 세엽형(망간이 많을 때), 송엽형(규소, 탄소가 적을 때), 부정형(송엽형보다 더욱 적을 때)로 나타난다.

 

   4) 탄소 당량분석기 (CE-Master) - 열분석 시험

      탄소당량 분석은 용탕이 목표로 하는 화학조성으로 되어 있는가를 주탕 전에 신속하게 확인하기 위해 실시한다. 

   

   5) 흑연구상화의 파면 검사 

      용탕을 주입하기 전에 구상화의 정도를 파악하는 신속한 방법은 시험편을 제작 주입하여 냉각 후 두들겨 꺾어서 그 파면의 육안검사를 하여 구상화 정도를 판정하는 방법이다. 

 

2. 주철의 노전 처리 (용탕 처리) : 건전한 주조품을 만들기 위해 주입전의 용탕에 탈가스 처리, 비금속 개재물의 제거, 균일하고 미세한 결정립으로 하기 위해 핵생성 물질의 첨가 등의 처리가 행해지는데 이들의 처리를 총칭하여 용탕 처리라고 한다.

 

   1) 접종

      용탕을 주형에 주입하기 전에 Si, Fe-Si, Ca-Si 등을 첨가하여 주철 재질을 개선하는 방법으로서 강도의 증가, 조직의 개선과 칠화 방지, 질량효과의 개선 효과가 있다. 접종효과를 크게 하기 위해 접종제의 입도를 작게하여 표면적을 크게 하면 반응이 잘 일어나고 효과가 있으나 입도를 너무 작게 하면 접종제가 산화되어 슬래그에 싸여 용탕과 반응할 수 없게된다.

또한 접종의 효과를 충분히 발휘하기 위해서는 접종 처리의 온도는 가급적 높은 온도에서 하는 것이 좋다. 

 

   2) 용탕의 탈황 처리

      황은 회주철에서 흑연화를 저해하고 칠층을 깊게 하고 유동성을 나쁘게 할 뿐 아니라 접종효과도 감소 시킨다. 특히 구상흑연주철에서 흑연의 구상화를 방해하므로 구상화제를 넣기 전에 용탕에 흡수된 황의 양을 낮추어야 한다. 

탈황제로는 탄산나트륨(Na2CO3), 칼슘카바이드(CaC2), 마그네슘 등이 있다. 

ⓐ 분사법 : 칼슘카바이드 가루를 질소가스와 함께 용탕 중에 불어넣는 방법으로써 탈황률이 좋아 가장 많이 사용한다.

ⓑ 포러스 플러그법 : 레이들 바닥에 설치한 다공성의 내화물(포러스 플러그)을 통해 압축된 질소가스를 불어넣어 용탕을 교반하면서 탈황제를 표면에 첨가하는 방법이다. (기포의 교반 작용)

ⓒ 치주법 : 레이들 바닥에 탈황제를 깔고 용탕을 그 위에 붓는 방법이다.

 

   3) 탈 가스 처리

      용탕 중에 가스가 얼마나 남아 있느냐에 따라서 주조품의 품질에 영향을 받으며 주로 수소, 산소, 질소가 용탕 중에 혼입되어 있고 이는 핀홀, 기공, 산화물 등의 결함의 원인이 된다.

보통 노내 분위기 중의 가스가 흡수되거나 용해 재료에 붙어 있는 녹, 기름, 수분, 이물질 등이 원인이 되고 출탕시 건조가 불충분한 레이들 및 주형에 의해 용탕 중의 수소가 증가한다. 이러한 각종 가스의 흡수를 방지하기 위해 슬래그를 형성시켜 접촉을 차단하는 방법, 진공법, 저온 용해 및 주입법(가스 흡수 방지) 등이 있다.  

 

   4) 흑연의 구상화 처리 

      흑연의 구상화를 위한 첨가 금속으로는 Ce, Ca, Mg이 있으나 이들은 첨가시에 증발 및 산화에 의한 폭발성이 매우 커서 공업적으로는 Mg, Ca계의 합금인 Fe-Si-Mg, Ca-Si 등이 사용되고 있다. 구상화제로 가장 많이 사용하는 금속은 Mg으로 Cu-Mg, Ni-Mg, Fe-Si-Mg 등의 합금을 사용한다. 

ⓐ 표면 첨가법 : 레이들 표면에 구상화제를 첨가하는 방법으로써 비산에 의한 위험 방지를 위해 덮개를 사용하며, 대기와 반응하여 연소되는 양이 많아 수율은 좋지 않다. 일반적으로 소규모나 실험적인 방법으로 사용된다.

ⓑ 치주법 : 레이들 바닥에 구상화제를 깔고 그 위에 용탕을 출탕하는 방법이다. 

ⓒ 포러스 플러그법 : 탈황의 방법 모두 구상화제를 첨가하는데 적용할 수 있다. 

ⓓ 플런징법 : Mg합금 구상화제를 흑연으로 만든 플런저로 밀어 넣는 방법이다. 

ⓔ 용탕 통과 처리법 : 중앙에 내화물로 라이닝한 반응실을 갖고 있는 방식이다. 

ⓕ 인몰드법 (주형 내 처리법) : 주형 중에서 처리하는 방법으로 구상화제를 탕구계통의 일부인 반응실에 넣어둔다. 이 방법의 최대 장점은 Mg 회수율과 환경오염의 위험이 없으며 단점으로는 각 주물에 대해 현미경 조직 검사를 할 필요가 있다.

ⓖ 캔디법 : 봉상 또는 블록상의 마그네슘 합금을 강봉에 부착시키거나 하여 레이들에 밀어 넣음으로써 용이하게 구상화처리 하는 것이다.