야금 주조 흔한 결함 27가지: 원인 및 예방 대책

주요 주조 결함들을 아래에 설명합니다:

1. 표면 거칠기(Surface Roughness)

너무 조잡한 몰딩 샌드나 높은 주입 온도는 주물에 거칠거나 자갈 같은 표면을 만듭니다. 강 주물에서는 몰드-금속 계면에서 철이 산화되고 산화철이 실리카와 반응하여 거친 화합물을 형성하는 표면 반응으로 거칠기가 발생합니다. 표면 반응은 때때로 서브 서피스 기공이나 핀홀도 유발합니다.

2. 스캡/버클(Scabs or Buckles)

코프 표면에서 모래 일부가 전단되어 주물 본체와 모래 층으로 분리된 금속 층이 생기는 결함입니다. 스캡은 상대적으로 작은 입자, 버클은 큰 결함입니다. 너무 고운 모래, 낮은 투과성, 높은 수분, 불균일한 램밍, 몰드 표면 위 용융 금속의 낮거나 간헐적 흐름으로 발생합니다. 고온 가소성 또는 저팽창 특성 모래 사용, 모래 내 팽창 버퍼 사용, 빠른 몰드 충전으로 방지 가능합니다.

3. 블로우 홀(Blow-Holes)

과도한 가스 물질이 빠져나가지 못해 발생하는 내부 보이드(매끄러운 원형/타원형 구멍, 광택 표면), 분산 내부 기공, 표면 함몰 형태를 취합니다. 강한 램밍, 과도한 수분, 낮은 투과성, 과도한 미립, 불완전/부적절한 벤팅, 낮은 몰드 온도, 과도한 탄소질/유기 물질(가스 생성 성분)이 원인입니다. 불량 패턴과 코어 박스 배열로 몰드 내 블라인드 장소에 가스가 포획되어 발생하기도 합니다. 위 사항들을 관리하여 제어할 수 있습니다.

4. 핀홀(Pinholes)

표면 반응이 서브 서피스 기공이나 핀홀을 유발하기도 합니다. 마그네슘 1% 이상 함유 알루미늄 합금에서 마그네슘이 몰드 수증기와 반응해 H₂ 가스를 생성하여 표면에 수소 충전 핀홀이 생깁니다. 강 주물에서는 용융 금속 탈산 불완전으로 서브 서피스 핀홀이 발생할 수 있습니다.

5. 샌드 스팟(Sand Spots)

주물에 무작위 또는 군집된 불규칙 형상 함몰로 나타납니다. 금속이 개발한 하나 이상의 정점에서 불순물이 모이기 때문입니다. 러너 시스템이나 몰드 벽에서 금속이 입자를 씻어내거나, 게이팅 시스템 과도 난류, 몰드 내 금속 분출로 발생합니다. 적절한 몰딩, 게이팅, 용해 기술로 제어 가능합니다.

6. 스웰(Swell)

용융 금속을 몰드에 부을 때 몰드 캐비티가 확대되는 현상입니다. 불충분한 램밍이나 너무 빠른 금속 주입이 원인입니다.

7. 수축(Shrinkage)

응고 중 금속 집중 수축으로 인한 주물 내 보이드 상태입니다. 게이트와 러너 부적절한 위치, 불량 설계, 코너 필렛 부족이 원인일 수 있습니다.

8. 핫 티어(Hot-Tears)

응고 중 인장 응력으로 인한 들쭉날쭉한 가장자리의 균열입니다. 금속이 응고된 직후 수축 방해로 인한 주물 불연속성 때문입니다. 과도한 몰드 램밍 경도, 높은 건조/고온 강도, 부적절한 야금/주입 온도 제어, 단면 접합부 필렛/브래킷 부족이 원인입니다.

9. 콜드 크랙(Cold-Cracks)

핫 티어와 유사하지만 불연속성이 덜하고 270°C 이하에서 발생하는 결함입니다.

10. 콜드 샷/표면 랩(Cold-Shots or Surface Laps)

너무 차가워 제대로 융합되지 않은 두 금속 스트림으로 인한 외부 결함입니다. 느린 주입, 불량 설계, 작은 게이트로 발생할 수 있으며, 더 뜨거운 금속 사용, 유선형 스파인으로 부드러운 흐름 유도로 제어 가능합니다. 이 결함에서는 작은 구슬 같은 금속 구체가 주물에서 거의 분리되어 있습니다.

11. 리프트와 시프트(Lifts and Shifts)

패턴 부품 정렬 불량, 플라스크 장비, 몰드 재킷 불량 피팅, 몰드 부적절한 취급으로 인한 주물 외부 결함입니다.

12. 스펀지니스/허니컴(Sponginess or Honey-Combing)

가까운 근접에 여러 캐비티로 구성된 외부 결함입니다. 용융 금속 내 먼지나 스웜(swarm), 불완전한 스키밍, 낮은 용융 금속 품질이 원인입니다.

13. 변위 코어(Displaced Cores)

용융 금속 내 코어 부력 때문에 발생합니다. 코어는 단단히 고정되어야 합니다. 긴 코어는 딱딱한 코어 아이언과 올바르게 배치된 채플릿(chaplets)으로 휨 방지 가능합니다.

14. 위치 오류 코어(Misplaced Cores)

불균등한 주물 두께를 초래합니다. 몰더가 최종 몰드와 코어 조립 시 다양한 두께를 확인하지 않아 발생합니다.

15. 쇼트 포어(Pour-Short)

래들 내 금속 부족과 주입 중 중단으로 인한 몰드 불완전 충전 상태입니다.

16. 가스 기공(Gas Porosity)

용해 및 주입 중 금속에 용해된 가스로 인해 매끄러운 벽을 가진 둥근 보이드가 발생합니다. 불완전한 피딩은 수지상 팔이 보이드 내로 돌출된 각진 보이드를 만듭니다. 미세 기공은 비철금속에서 관찰되며 가스 함량과 금속 수축으로 발생합니다.

17. 런아웃(Run-Outs)

캐비티에서 금속이 배수되는 것을 런아웃이라고 합니다. 불완전 주물을 만들며, 너무 큰 패턴, 고르지 않은 매치 플레이트 표면, 불충분한 몰드 무게와 클램프, 과도한 주입 압력이 원인입니다.

18. 금속 침투(Metal Penetration)

모래 알갱이 틈새로 금속이 침투하는 상태입니다. 주물 표면에 금속과 모래의 융합 집합체를 만들어 거친 표면 마무리를 초래합니다. 부드러운 램밍, 너무 조잡한 몰드/코어 샌드, 과도한 금속 온도가 원인입니다.

19. 핀(Fins)

주물 일부로 의도되지 않은 얇은 금속 돌출부입니다. 핀은 보통 몰드와 코어 섹션 파팅 라인에서 발생합니다. 금속 런아웃, 몰드/코어 불량 피팅, 높은 금속 압력, 불충분한 무게와 클램프가 원인입니다.

20. 내부 에어 포켓(Internal Air Pockets)

끓는 금속 주입 또는 몰드 내 용융 금속 급속 주입으로 발생합니다.

21. 드로스/모래 인클루전(Dross or Sand Inclusion)

주조 금속의 산화물이나 기타 반응 생성물로, 주입 전 래들에서 제거해야 합니다. 이 결함들은 용해/주입 부적절한 제어, 게이팅 설계, 몰딩 샌드 관행으로 발생합니다.

슬래그/드로스 인클루전은 주입 전 스키밍이나 바텀-포어링 래들 사용, 주입 베이스로 래들에서 유입된 슬래그/드로스가 상승하여 러너 시스템으로 들어가지 않게 함, 러너 시스템 설계로 흐르는 금속에 추가 스키밍 작용, 러너 시스템 유선화로 주입 중 공기 포획이나 드로스/슬래그 인클루전 형성 경향 최소화로 방지할 수 있습니다. 몰드 투과성과 가스 함량 세심한 제어로 공기나 몰드 가스 포획 위험과 몰드-금속 반응 드로스 형성 경향을 줄일 수 있습니다.

22. 미스런(Misruns)

코너와 몰드 캐비티가 불완전하게 채워진 형태로 나타날 수 있습니다. 낮은 주입 온도, 금속 유동성 부족, 너무 작은 게이트, 게이팅 시스템 과도한 제한 등이 원인입니다. 또 다른 결함인 콜드 샷은 두 차가운 용융 금속 스트림이 몰드 캐비티 접합부에서 만나 융합되지 않아 몰드가 금속으로 제대로 채워지지 않을 때 발생합니다.

23. 핀홀과 가스 홀(Pinholes and Gas Holes)

샷 블라스팅으로 세척 후 주물 표면에 보이는 작고 수많은 구멍이 핀홀입니다. 모래 내 높은 수분과 가스 생성 물질, 불량 금속이 원인입니다. 가스 홀은 금속을 가공하거나 절단할 때 나타납니다. 역시 수분과 불량 금속이 원인입니다.

24. 심(Seams)

두 금속 스트림 접합부의 결함을 말합니다.

25. 변형(Distortion)

수축 응력으로 인해 발생합니다.

26. 드로잉(Drawing)

검은 표면을 가진 미세하거나 꽤 큰 구멍이 생깁니다. 몰드 내 금속 수축과 관련됩니다. 주변 금속이 응고된 후에도 액체 상태로 남아 있는 두꺼운 보스(boss)에서 흔합니다. 이런 부분은 칠로 둘러싸 급속 냉각을 촉진해야 합니다.

27. 기타 경미 결함

드롭(drops), 크러시(crushes), 컷(cuts), 워시(washes) 등이 있습니다. 드롭은 몰드 상면이 갈라지고 모래 조각이 용융 금속에 떨어질 때 발생합니다. 낮은 그린 강도, 낮은 몰드 경도, 뜨거운 모래 사용, 보강 부족 등이 원인일 수 있습니다.

불완전한 공급으로 인한 결함

응고 수축은 많은 주조 결함의 최대 원인입니다.

외부 불완전(External Imperfections)

주물 내 공급 안 된 핫 스팟에서 국부적 캐비티 형태로 나타납니다(코프와 상면의 함몰 영역). 공급이 극도로 불충분하면 내부 불건전성이 보통 어떤 외부 불완전성으로 나타납니다: 벽 관통, 최약점에서의 디싱(dishing) 변형, 코프 표면 라이저에서의 길쭉한 웜홀, 코프 표면이 주름지고 안쪽으로 당겨진 드로스 모음 같은 결함, 핀홀 형태의 작은 보이드 등.

내부 불완전(Internal Imperfections)

거대 수축, 센터라인 수축, 미세 기공은 응고 수축에서 발생합니다:

a. 센터라인 수축(Centre-Line Shrinkage)

넓은 판상 단면 주물 중심선을 따라 발견되는 좁고 거의 연속적인 보이드입니다. 상대적으로 좁은 온도 범위에서 어는 강 같은 합금에서만 발견됩니다.

b. 수지간 수축(마이크로 기공, Interdendritic Shrinkage / Micro Porosity)

더 넓은 온도 구간에서 어는 합금이 부적절하게 공급되거나 용해 가스로 인해 이 결함을 보이는 경향이 있습니다.

c. 내부 핫 티어링(Internal Hot Tearing)

부적절한 공급으로 발생합니다. '내부 핫 티어'는 저밀도 영역에서 방사상으로 뻗은 주물 내부 불연속입니다. 방사선 사진으로 드러납니다. 외부 핫 티어와 유사하지만 대략 평행이 아닌 방사상입니다.