알루미늄 다이캐스팅 주요 결함 9가지와 검증된 해결책

다이캐스팅 공정의 다양한 특성은 비철금속 합금 주물의 정밀도, 생산 효율, 표면 품질 향상에 큰 강점을 보입니다. 자동차·이륜차 산업의 발전과 주물 품질 향상, 에너지 절감, 공해 저감 같은 설계 요구사항이 실현되면서 비철금속 합금 다이캐스팅, 특히 경합금 다이캐스팅의 적용 범위가 급속히 확대되고 있습니다. 그중 가장 널리 쓰이는 것이 알루미늄 다이캐스팅입니다.

일부 데이터에 따르면 산업 선진국에서 알루미늄·마그네슘 합금 주물로 강철 주물을 대체하는 추세가 중요한 발전 트렌드가 되고 있습니다. 현재 다이캐스팅은 자동차용 알루미늄 합금 성형 공정 중 가장 널리 쓰이는 공정으로, 다양한 자동차 성형 공정의 49%를 차지합니다.

하지만 다이캐스팅 생산 공정에서 크고 작은 사고로 인해 결함이 발생하곤 합니다. 이 글에서는 알루미늄 다이캐스팅의 대표적인 9가지 결함과 해결책을 정리했습니다. 동일 문제 발생 시 참고하시기 바랍니다.

1. 알루미늄 다이캐스팅 표면의 유동 자국(Flow Marks) 및 패턴(Patterns)

육안 검사: 주물 표면에 용탕 흐름 방향과 일치하는 줄무늬가 있고, 모재 색상과 다른 뚜렷한 비방향성 선이 있으며, 발전 경향은 없습니다.

유동 자국 발생 원인:

1. 금형 온도가 너무 낮음
2. 러너 설계 불량 및 내측 게이트 위치 부적절
3. 소재 온도가 너무 낮음
4. 충진 속도 저하 및 충진 시간 부족
5. 주탕 시스템 불합리
6. 배기 불량
7. 이형제 분사 불량

패턴 발생 원인: 캐비티 내 이형제 과다 분사 또는 이형제 품질 불량.

해결 및 예방 대책:

1. 내측 러너의 단면적 또는 위치 조정
2. 금형 온도 상승
3. 내측 러너의 속도와 압력 조정
4. 적절한 이형제 선정 및 분사량 조절

2. 알루미늄 다이캐스팅 콜드 셧(Cold Shut, 냉간 절연)

육안 검사: 주물 표면에 뚜렷한 불규칙한 선형의 함몰 선(관통형과 비관통형 두 종류)이 있으며, 형상이 작고 좁습니다. 때로 계면 모서리가 매끄러워 외력 작용 시 파손될 수 있습니다.

발생 원인:

1. 두 금속 흐름이 맞닿았으나 완전히 융합되지 않고 비금속 개재물 없이 결합력이 매우 약함
2. 주탕 온도 또는 다이캐스팅 금형 온도 저하
3. 러너 위치 부정확 또는 유로 과장
4. 충진 속도 저하

해결 및 예방 대책:

1. 주탕 온도 적절히 상승
2. 사출 비율 개선, 충진 시간 단축 및 사출 속도 증가
3. 배기 및 충진 조건 개선

3. 알루미늄 다이캐스팅 표면 균열(Cracks)

육안 검사: 다이캐스팅 부품 표면에 그물 모양의 미세한 돌기나 함몰이 있으며, 다이캐스팅 횟수 증가에 따라 확대·연장됩니다.

발생 원인:

1. 다이캐스팅 캐비티 표면에 균열 존재
2. 다이캐스팅 금형 예열 불균일

해결 및 예방 대책:

1. 다이캐스팅 금형을 정기적으로 또는 일정 횟수마다 어닐링하여 캐비티 내부 응력 제거
2. 캐비티 표면에 균열이 있으면 성형면을 연마하여 균열층 제거

금형 예열은 균일하게 수행해야 합니다.

4. 다이캐스팅 알루미늄 부품 표면 함몰(Dents, 싱크 마크)

육안 검사: 다이캐스팅의 가장 두꺼운 부분 표면에 매끄러운 함몰(디스크 모양)이 나타납니다.

발생 원인:

1. 수축으로 인한 다이캐스팅 설계 불량: 벽 두께 차이 과대, 러너 위치 부적절, 낮은 사출 비율, 짧은 유지 압력 시간, 금형 국부 고온
2. 냉각 시스템 설계 불합리
3. 금형 조기 개방
4. 주탕 온도 과다

해결 및 예방 대책:

1. 벽 두께 균일화
2. 두께 전이 완화
3. 합금 유입 위치 정확히 선정 및 내측 게이트 단면적 확대
4. 사출 압력 증가 및 유지 시간 연장
5. 주탕 온도 및 다이캐스팅 금형 온도 적절히 낮춤
6. 국부 고온 부위 별도 냉각
7. 오버플로 조건 개선

5. 알루미늄 다이캐스팅 표면 부착 흔적(Adhesion Marks)

외관 검사: 소규모 플레이크 형태의 금속 또는 비금속이 모재와 용착되어 있으며, 외력 작용 시 박리됩니다.

발생 원인:

1. 다이캐스팅 금형 캐비티 표면에 금속 또는 비금속 잔재물 존재
2. 주탕 시 불순물이 먼저 유입되어 캐비티 표면에 부착

해결 및 예방 대책:

1. 다이캐스팅 전 캐비티, 프레셔 챔버, 주탕 시스템 세척으로 금속·비금속 부착물 제거
2. 주탕 합금도 정제
3. 적절한 코팅 선정, 균일한 코팅

6. 알루미늄 다이캐스팅 표면 박리(Delamination, 스킨 및 필링)

육안 검사 또는 파괴 검사: 주물 부위에 명확한 금속 층이 분리되어 있습니다.

발생 원인:

1. 금형 강성 부족으로 용탕 충진 중 금형 플레이트 진동
2. 사출 공정 중 플런저 크리핑(Crawling) 현상
3. 러너 시스템 설계 불량

해결 및 예방 대책:

1. 금형 강성 강화 및 부품 체결로 안정화
2. 사출 플런저와 프레셔 챔버 간 협차 조정으로 크리핑 현상 제거
3. 내측 러너 합리적 설계

7. 다이캐스팅 부품 표면 마찰 소손(Friction Ablation)

육안 검사: 다이캐스팅 표면 일부에 거친 면이 나타납니다.

발생 원인:

1. 다이캐스팅 금형(몰드)의 내측 러너 위치, 방향, 형상 부적절
2. 주조 조건으로 인한 내측 러너에서 용탕이 세차게 흐르는 부위의 냉각 부족

해결 및 예방 대책:

1. 유입 채널 위치와 방향 개선
2. 냉각 조건 개선, 특히 용탕이 격렬하게 세척하는 부위
3. 소손 부위에 이형제 도포
4. 합금액 유속 조절로 캐비테이션 방지
5. 금형(다이) 공구상의 합금 부착물 제거

8. 이식(Erosion, 침식)

육안 검사: 다이캐스팅 국부 위치에 마점(Pockmarks)이나 융기(Ridges)가 나타납니다.

발생 원인:

1. 내측 러너 위치 설정 부적절
2. 냉각 조건 불량

해결 및 예방 대책:

1. 내측 러너 두께 적정화
2. 러너 위치, 방향, 설정 방식 수정
3. 침식 부위 냉각 강화

9. 다이캐스팅 부품 표면 균열(Cracks) - 상세 분석

육안 검사: 주물을 알칼리 용액에 담그면 균열이 어두운 회색으로 나타납니다. 금속 모재의 손상과 균열은 직선 또는 파상선으로, 선이 좁고 길며 외력 작용 시 발전 경향이 있습니다.

알루미늄 합금 주물 균열 원인:

1. 합금 내 철 함량 과다 또는 실리콘 함량 부족; 유해 불순물 과다로 합금 가소성 저하; Al-Si 합금 및 Al-Si-Cu 합금의 아연 또는 구리 과다; Al-Mg 합금의 마그네슘 과다
2. 금형 유지 시간 부족, 유지 압력 시간 짧음; 주물 벽 두께 급격한 변화
3. 국부 포장력 과대, 이젝트 시 힘 불균일

해결 및 예방 대책:

1. 합금 성분 정확히 제어: 순수 알루미늄 주괴 첨가로 마그네슘 함량 저감, 또는 Al-Si 마스터 알로이 첨가로 실리콘 함량 증대
2. 금형 온도 상승; 주물 구조 변경, 코어 풀링 메커니즘 조정 또는 이젝터 핀 응력 균등화
3. 이형 경사각 증대 및 국부 강력한 이형제 사용
4. 금형 유지 시간 및 유지 압력 시간 연장