특수 주조법 #1 (진공주조법, 저압주조법, 고압응고주조법, 원심주조법)

1. 진공주조법(Vacuum Casting) : 대기 중에서 철강을 용해하고 주조하면 용융금속 속에 산소, 수소, 질소 등의 Gas가 탕에 들어가 Blow Hole(기공)이 발생되거나 기계적 성질이 불량하게 된다. 산소는 산화물을 형성하고 수소는 백점 또는 Hair Crack의 원인이 된다. 따라서 주조 시 공기의 접촉을 차단하고 함유되어 있는 Gas를 제거하기 위해 진공상태에서 용해 및 주조작업을 하는 방법이다. 

 

   1) 진공 용해 작업 방법

     

      ⓐ 진공 용해 후 주조하는 방법 (진공실 내에서 용해, 주조 전부다 수행) : 진공실 내에 설치된 고주파 용해로에서 금속 용해 후 곧바로 진공실 내의 주형에 주입하는 방법

      ⓑ Gas 제거 후 주조하는 방법 (진공실 내에서 Gas만 제거) : 용융금속이 담긴 도가니 또는 Ladle을 진공실에 넣어 Gas 제거 후 대기 중에서 주조하는 방법

      ⓒ 주입 시 진공법 (진공실 내에서 주조만 진행) : 용융금속이 진공실 내에 있는 쇳물받이로 낙하하면서 동시에 함유된 Gas가 제거되는 방법 

 

   2) 장점 : 용해 중 불순물 침입 방지 및 제거가 가능하며 산소, 수소, 질소 등 유해가스 성분을 제거할 수 있다. 진공처리에 의해 정련반응을 촉진하고 활성금속 합금 용해가 가능하다.

 

2. 저압주조법 : 밀폐된 도가니 내에 압축공기 또는 불활성가스를 집어 넣어 용탕에 비교적 작은 압력을 가하여, 용탕과 주형을 연결하는 급탕관을 통해서 용탕을 중력과 반대방향으로 밀어 올려서 주입시키는 주조 방법이다.  

 

   1) 저압주조의 장, 단점

장점	단점
- 압탕, 탕구가 필요없으므로 회수율이 높고 주조 후 끝손질이 줄어든다 - 기공이나 수축공이 적은 건전한 주물을 얻을 수 있다 - 용탕의 산화가 적고 산화물의 혼입이 적기 때문에 깨끗한 주물이 된다 - 주입속도를 자유로이 조절할 수 있다 - 복잡하거나 얇은 주물 또는 대형 주물의 주조가 가능하다 - 설비비가 비교적 적고 자동제어가 쉽다	- 생산성이 낮다 - 주로 금속의 종류에 제한이 있다 - 단면이 좁은 곳에는 용탕의 공급이 잘 되지 않는 경우가 있다

 

   2) 저압주조 장치의 구성 

 

      ⓐ 주조장치 : 금형개폐장치, 용탕보유장치, 공기가압제어 장치

      ⓑ 금형 : 일반적인 금형과 거의 같으나 탕도나 압탕이 필요없으며 재질은 보통 주철, 미하나이트 주철이 일반적으로 사용된다. CO2 주형, 셸 주형, 흑연주형도 사용할 수 있다.

      ⓒ 주조작업공정 : 도가니, 급탕관, 금형에 도형제(탄산칼슘, 규산나트륨, 수용액)를 도포하고 금형을 조립한다. 압축공기의 압력에 의해 금형 안에 용탕을 주입한다. 일정시간 가압 후 압력을 제거(급탕관 내의 쇳물은 도가니로 되돌아옴)한다. 금형 해체하여 제품을 완성한다.

      ⓓ 작업영향 요인 : 용탕온도의 편차가 크면 난류의 원인이 되어 기공이 발생되기 쉬우므로 급탕 시에는 용탕온도 관리를 해야하며, 주입압력이 너무 낮으면 용탕의 주입이 불량하게 되고 압력이 너무 높으면 모래코어의 파손이나 가스빼기 불량의 원인이 된다. 그리고 용탕온도, 금형온도에 따라 최적의 주입시간을 선택해야 하며, 안정된 사이클의 주조에서는 주입시간이 일정하다. 

 

3. 고압응고 주조법 : 고압응고 주조법(Squize casting)이란 주형 내에 주입된 용융 또는 반용융 상태의 금속을 응고가 완료될 때까지 높은 압력을 가하여 제품을 성형하는 방법으로써 용탕을 직접 가압 성형하므로 용탕 주조법, 단조주조법이라고도 한다. 

 

   1) 종류 : 플런저가압 응고법과 압입용탕 단조법이 있다. 

   2) 장, 단점

장점	단점
- 수축공, 미세기공 등의 주조결함이 제거된다 - 잔류가스에 의한 악영향을 배제한다 - 조직의 미세화, 균질화 및 고밀도화 된다 - 주물표면이 곱고 윤곽이 뚜렷하다 - 회수율이 개선된다	- 생산성은 좋지 않고 금형주조와 비슷하다 - 주조할 수 있는 합금의 종류에 제약이 있다 - 전반적으로 엄밀한 관리가 필요하다 - 제품의 모양상 중간에 좁은 목이 있으면 아래로부터 용탕이 잘 올라가지 않는다

 

   3) 용도 : 알루미늄 합금, 구리 합금, 주철, 주강, 스테인리스강 등의 재질로 주조품을 제작할 수 있다.

 

4. 원심주조법 (Centrifugal Casting) : 원통의 주형을 300~3,000rpm으로 회전시키면서 용융금속을 주입하면 원심력에 의해 용융금속은 주형의 내면에 압착응고하게 되고, 이와 같은 원심력을 이용하여 조직을 치밀하고 결함이 없는 주물을 대량생산 하는 방법이다. 

주의사항으로는 사형일 때는 원심력에 의해 주형이 변형 혹은 파괴될 수 있으므로 주물사에 20~30%의 석면을 혼합하여 제작한다. 제작된 사형은 철관내면에 요철을 만들어 주물사의 부착을 돕는다.

금형은 형의 온도가 낮을 때는 주물의 외측이 백선화될 우려가 있으므로 200~300'c정도로 예열한다. 대형 주물의 주조가 연속된 주조작업 시에는 금형의 과열을 방지하기 위해 수랭시킨다. 

 

   1) 진원심 주조법 : 용탕을 원통 주형속에 주입하여 수직 또는 수평 축을 중심으로 회전시키면 원심력에 의하여 용탕은 주형 내벽에 붙게 되어 가운데가 빈 공간이 생기게 하여 원심 주조품을 제작하는 방법이다. 

재질이 치밀하고, 기계적 성질이 좋으며, 생산성과 회수율이 높고, 기공 등 결함도 감소한다. 

실린더, 라이너, 슬리브, 수도관 등을 제조한다.

진원심 주조법과 원리

   2) 반원심 주조법 : 원판형상의 차바퀴, 풀리, 기어 등을 그 대칭축을 수직회전축으로 하여 회전시키면서 중앙의 탕구부터 용탕을 주입하는 방법이다. 용탕에 작용하는 원심력 때문에 주물의 중간부위가 얇더라도 탕구로부터의 압탕 효과가 크다. 주형을 여러개 쌓아 올려 적층주형으로 하면 회수율을 더욱 높일 수 있다.

 

   3) 원심가압 주조법 (Centrifuged casting) : 불규칙한 모양의 주물을 중앙의 탕구로부터 방사형으로 탕도를 붙여 배치하고, 탕구를 수직회전축으로 주형을 회전시키면서 주입하는 방법이다. 주조품의 중심축을 회전축으로 하지 않으며 작고 간단한 모양의 주조품 제작에 이용된다. 탕구 주위에 배치하여 회전시의 균형을 맞추어 주입한다. 

반원심 주조법, 센트리퓨징법