금속 응고의 모든 것: 용해부터 주조까지

금속 응고는 액체가 고체로 변하는 종합적 변환 공정으로, 금속 또는 합금을 몰드 내에서 용해·주입·재응고시켜 최종 제품을 생산하는 주조 기술의 기초입니다.

1. 용해

주조 공정은 금속 합금을 도가니에서 가열해 녹이는 것으로 시작합니다. 금속은 녹는점에 도달하면 액체가 됩니다. 녹는점은 금속 또는 합금 종류에 따라 다릅니다. 예: 아연 합금 ~900°F, 일부 청동 합금 2,000°F 이상. 순금속은 일정한 온도에서 녹지만, 합금은 조성에 따라 온도 범위에서 녹습니다. 용융 상태의 금속은 높은 에너지를 가지며, 녹는점 이상으로 가열해 몰드에 붓기 전 냉각될 시간을 확보합니다.

2. 탈가스 및 변질 처리

주입 전 아연·알루미늄 합금은 탈가스 처리가 필요합니다. 흑연 랜스를 용융물에 삽입해 고속 회전시키며 아르곤이나 질소를 주입, 용융 합금 전체에 분산시킵니다. 가스는 용해된 수소와 오염물을 용융물 표면으로 부상시키며, 이를 제거한 후 합금을 몰드에 붓습니다.

다수 합금은 주입 전 변질 처리가 필요합니다. 이는 금속 유동성 향상, 결정립 구조 개선, 오염물 제거 등을 목적으로 합니다. 티탄-보론, 구리-인, 스트론튬, 망간 등이 사용됩니다.

3. 주입

탈가스와 변질 처리 후 금속 온도를 측정해 목표 주입 온도보다 약 50~150°F 높게 유지합니다. 이 여분 온도로 주입 중 금속이 몰드 전역으로 흐르며 응고되기 전 시간을 확보합니다. 도가니나 레들을 주입 라인으로 이동해 준비된 몰드에 액체 금속을 붓습니다. 몰드 공동은 원하는 최종 제품 형상이며, 단일 부품이거나 여러 개일 수 있습니다. 도가니 입구를 모래 몰드에 최대한 가깝게 유지해 금속이 공동 진입 시 유속을 낮춰야 합니다.

4. 동결

용융 금속이 몰드에 부어지면 급속 냉각됩니다. 액체 금속 온도가 해당 금속/합금의 녹는점 아래로 떨어지면 응고가 시작됩니다. 동결 공정은 보통 수 분 내 완료됩니다.

5. 응고

온도가 더 떨어지면 용융 금속은 에너지를 잃고 결정이 생성되기 시작합니다. 이는 먼저 냉각되는 몰드 벽 부근에서 개시됩니다. 이 결정들은 최종 조직 내 결정립이 됩니다. 천천히 응고하면 결정립이 길고, 빠르게 냉각하면 짧게 보입니다. 결정(수지상정)은 전체 용융물이 고체화될 때까지 성장하고 경화됩니다.

응고 과정에서 금속은 수축합니다. 대부분 금속은 액체 상태에서 고체보다 밀도가 낮기 때문입니다. 수축은 최후 응고 지점에 공극을 만들 수 있습니다. 라이저(피더) 등 기법으로 수축 결함을 방지합니다. 라이저는 주조 몰드에 내장된 저장소로 주물품 내 공동 형성을 막습니다.

6. 주물 분리

경화되면 냉각된 금속 제품을 모래 몰드에서 분리하거나 흔들어 꺼내 응고 공정을 마칩니다. 완성된 부품을 주물이라고 합니다.

주조 공법마다 장비와 기법은 다르지만 모두 금속 응고 공정을 따릅니다. 이 공정을 제어해 부적절한 응고 처리로 인한 주조 결함을 방지하려면 경험과 숙련된 주조 공장이 필요합니다.

주조 서비스

Ermak에 문의해 사형 주조, 정밀 주조, 알루미늄 주조, 영구금형 주조 등 종합 비철 주조 서비스를 알아보십시오.