금속 응고 설명:용융에서 주조까지

금속 응고는 액체를 고체로 변환하는 포괄적인 과정이며, 원하는 최종 제품을 생산하기 위해 금형 내에서 금속 또는 금속 합금을 녹이고 붓고 재응고하는 것을 포함하는 주조 기술의 기초입니다.  

1. 녹아내림

주조 공정은 금속 합금이 녹을 때까지 도가니에서 가열하는 것으로 시작됩니다. 가열된 금속은 녹는점에 도달하면 액체가 됩니다. 금속의 녹는점은 금속이나 합금의 종류에 따라 다릅니다. 예를 들어, 아연 합금은 화씨 900도 부근에서 녹는 반면 일부 청동 합금은 화씨 2000도 이상에서 녹습니다. 순수 금속은 동일한 일정한 온도에서 녹습니다. 반대로 금속 합금은 재료 구성에 따라 다양한 온도에서 녹습니다. 용융 상태에서 금속은 많은 양의 에너지를 포함합니다. 녹는점 이상으로 가열된 합금은 냉각되기 전에 금속을 주형에 붓는 데 충분한 시간을 허용합니다.

2. 가스 제거 및 수정

따르기 전에 아연 합금과 알루미늄 합금을 탈기해야 합니다. 탈기는 용융물에 흑연 랜스를 삽입하여 수행됩니다. 랜스는 매우 빠르게 회전하며, 아르곤이나 질소가 랜스를 통해 주입되어 용융된 합금을 통해 분산됩니다. 아르곤이나 질소는 용해된 수소와 기타 오염 물질을 용융물 표면으로 이동시킵니다. 그런 다음 합금을 금형에 붓기 전에 표면에서 이 오염 물질을 제거합니다.

많은 합금은 붓기 전에 수정이 필요합니다. 이러한 변형은 금속 유동성을 높이고, 입자 구조를 개선하고, 오염 물질을 제거하는 등의 작업을 수행합니다. 이를 달성하기 위해 우리가 사용하는 일부 재료는 티타늄-붕소, 구리-인, 스트론튬, 망간 등입니다.

3. 쏟아져

가스 제거 및 수정 후 금속 온도를 테스트하여 원하는 주입 온도보다 화씨 약 50~150도 높은지 확인합니다. 추가로 50~150도를 더하면 붓는 과정에서 금속이 응고되기 전에 부품 전체에 흐르는 충분한 시간을 확보할 수 있습니다. 우리는 도가니나 국자를 주입 라인으로 운반하고 액체 금속을 준비된 금형에 붓습니다. 금형의 빈 공간은 원하는 최종 제품의 모양입니다. 때때로 이 공동은 하나의 부품일 수도 있고 때로는 여러 개의 개별 부품일 수도 있습니다. 금속이 금형 캐비티에 들어갈 때 속도를 줄이려면 도가니 립을 모래 금형에 최대한 가깝게 유지하는 것이 중요합니다.

4. 동결

용융된 액체를 금형에 부으면 급속히 냉각됩니다. 액체 금속의 온도가 특정 금속이나 합금의 녹는점 아래로 변하면 응고 과정이 시작됩니다. 동결 과정은 일반적으로 몇 분 이내에 완료됩니다.

5. 응고

온도가 더 낮아지면 용융 금속은 에너지를 잃고 결정이 형성되기 시작합니다. 이 공정은 금형 벽 근처에서 시작되어 먼저 냉각됩니다. 이러한 결정은 결국 최종 구조 내에서 입자가 됩니다. 금속이 천천히 응고되면 입자가 길어집니다. 빨리 식으면 알갱이가 눈에 띄게 짧아집니다. 결정(또는 수상돌기)은 전체 용융물이 응고될 때까지 계속해서 형성되고 단단해집니다.

응고 과정에서 금속은 수축됩니다. 수축은 대부분의 금속이 고체보다 액체로서 밀도가 낮기 때문에 발생합니다. 수축으로 인해 고형화되는 마지막 지점에 빈 공간이 생길 수 있습니다. 수축 결함을 방지하려면 라이저 및 기타 기술을 사용하면 됩니다. 피더라고도 알려진 라이저는 주조 시 구멍이 나는 것을 방지하는 데 도움이 되는 금속 주조 주형에 내장된 저장소입니다.

6. 캐스팅

경화되면 냉각된 금속 제품을 모래 주형에서 제거하거나 흔들어서 응고 과정을 완료합니다. 완성된 작품을 캐스팅이라고 합니다. 

주조 방법에 따라 다양한 장비와 기술이 사용되지만 모두 금속 응고 과정을 관찰합니다. 이 공정을 제어하고 응고 공정의 부적절한 처리로 인해 발생하는 주조 결함을 방지하려면 경험이 풍부하고 숙련된 주조소가 필요합니다.

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