몰딩 샌드 설명: 조성, 용도 및 샌드 캐스팅에서의 이점

샌드 캐스팅 공정에서 금형 캐비티를 준비하는 데 사용됩니다. 일반적으로 그린 샌드(green sand)라고 불리는 것은 모래, 벤토나이트 점토, 석탄 분진, 물의 혼합물입니다. 주된 용도는 금속 주조 금형을 만드는 것입니다. 혼합물의 가장 큰 부분은 항상 모래이며, 이는 종종 실리카 형태의 균질 혼합물입니다.

점토 비율에는 많은 레시피가 있지만, 모두 성형성, 표면 마감, 뜨거운 용융 금속의 탈가스 능력 사이의 균형을 맞춥니다. 바다 탄소라고도 하는 석탄은 5% 미만으로 존재하며, 용융 금속 표면에서 부분적으로 연소되어 유기 증기의 탈가스를 유도합니다.

사용되는 재료의 단순성 덕분에 샌드 캐스팅은 가장 초기에 시행된 주조 형태 중 하나입니다. 동일한 단순성 덕분에 여전히 금속 주조에서 가장 저렴한 방법 중 하나로 남아 있습니다.

코퀴유(coquille)를 사용하는 다른 주조 방법은 더 높은 품질의 표면 마감을 가지지만 비용이 더 높습니다. 그린 샌드(다른 주조 모래와 마찬가지로)는 보통 '플라스크(flasks)'로 알려진 주물공장에 보관되며, 이는 바닥이나 뚜껑이 없는 상자에 불과합니다.

상자는 사용을 위해 함께 쌓이는 두 절반으로 나뉩니다. 절반은 각각 캡(cap)과 몰딩 플라스크(molding flask)라고 불립니다.

청동 특수 용기가 금형의 연속적인 중공 형태인 그린 샌드에 부어집니다. 아래는 용융 재료로 채워져 완제품 주조품이 될 수 있습니다. 모든 그린 샌드가 실제로 녹색은 아닙니다. 하지만 젖은 상태에서 사용된다는 의미에서 '그린'으로 간주됩니다(그린 우드와 유사).

일부 온라인 소스에 따르면 다른 주조 방법들은 용융 금속을 붓기 전에 성형된 모래를 열건조시킵니다. 이 건식 주조 공정은 더 무거운 주조에 더 적합한 더 단단한 금형을 만듭니다.

몰딩 샌드의 역사

최초의 금속 주조와 주조 모래 사용을 기원하는 역사적 명시적 기록은 없지만, 고대 유물과 기록은 메소포타미아에서 기원전 3200년경으로 거슬러 올라갑니다. 몰딩 샌드의 역사는 이러한 많은 관행이 문자 이전 시대로 거슬러 올라가기 때문에 연구하기 어렵습니다.

몰딩 샌드는 고대 중국인들이 개척한 청동 주조에 독점적으로 사용되었습니다. 또 다른 중요한 발전은 기원전 500년 인도에서 도가니 강철이 만들어졌을 때 일어났습니다. 결국 험프리 데이비 경이 1808년경 영국에서 첫 알루미늄 주조를 만들었습니다.

현재 미국 생산 능력은 철 주조 800만 톤, 강 주조 140만 톤, 알루미늄 주조 170만 톤, 구리 주조 321,000톤 이상입니다.

현대 금속 산업의 많은 부분이 더 나은 툴링, 야금학, 금속 특성에 대한 더 나은 이해 덕분에 모래 품질의 엄청난 증가로 인해 혁신되었습니다.

몰딩 샌드의 공급원

몰딩 샌드를 얻는 일반적인 공급원은 해변, 강, 호수, 사막, 입상 암석 요소입니다. 몰딩 샌드는 주로 천연과 합성 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

천연 몰딩 화합물은 충분한 양의 바인더를 포함합니다. 반면 합성 몰딩 샌드는 기본 몰딩 성분(석영 모래 85~91%, 바인더 6~11%, 수분 함량 2~8%)과 기타 첨가제를 적절한 중량 비율로 완벽한 혼합과 분쇄 장비를 사용하여 인위적으로 준비합니다.

몰딩 샌드의 성분

몰딩 샌드의 주요 구성 요소는 석영 모래, 바인더, 수분 함량, 첨가제입니다. 입상 석영 실리카 모래는 주조 모래의 주요 구성 요소로, 몰딩 샌드와 코어 샌드에 강도, 안정성, 투기성을 부여하기에 충분한 내화도를 가집니다.

하지만 실리카와 함께 소량의 산화철, 알루미나, 석회석(CaCO3), 산화마그네슘, 소다, 포타시가 불순물로 존재합니다. 석영 모래의 화학적 구성은 석회, 산화마그네슘, 알칼리 등 존재하는 불순물에 대한 아이디어를 제공합니다.

산화철, 알칼리 산화물, 석회가 과도하게 존재하면 녹는점을 크게 낮출 수 있어 바람직하지 않습니다. 석영 모래는 모래의 입자 크기와 모양(각진, 타원, 둥근)에 의해 결정될 수 있습니다.

몰딩 샌드의 바인더

바인더는 무기 또는 유기 물질일 수 있습니다. 무기 그룹에 포함된 바인더는 규산나트륨 점토, 포틀랜드 시멘트 등입니다. 주물공장에서 점토는 바인더 역할을 하며 카올리나이트, 볼 클레이, 파이어 클레이, 라이나이트, 풀러스 어스, 벤토나이트일 수 있습니다.

유기 그룹에 포함된 바인더는 덱스트린, 당밀, 시리얼 바인더, 아마씨유, 페놀 포름알데히드, 요소 포름알데히드 같은 수지 등입니다. 유기 그룹 바인더는 주로 코어 제작에 사용됩니다. 위의 모든 바인더 중에서 벤토나이트 점토가 가장 일반적으로 사용됩니다.

그러나 이 점토만으로는 몰딩 샌드와 코어 샌드의 수분 함량 없이는 모래 알갱이 사이에 결합을 형성할 수 없습니다.

몰딩 샌드의 수분 함량

몰딩 샌드의 수분 함량은 2~8% 범위입니다. 이 양은 점토와 석영 모래 혼합물에 첨가되어 결합을 유도합니다. 이는 점토 입자 사이의 기공을 채우되 분리하지 않는 데 필요한 물의 양입니다.

이 양의 물은 점토에 의해 단단히 유지되며 주로 모래 강도를 증가시키는 역할을 합니다. 점토와 물의 작용은 점토 함량과 수분이 증가함에 따라 투기성을 감소시킵니다. 원시 상태의 압축 강도는 점토 함량 증가와 함께 처음에 증가하지만 특정 값에 도달하면 감소하기 시작합니다.

몰딩 샌드 특성을 개선하기 위해 첨가제라고 알려진 다른 첨가제들이 기본 성분에 첨가됩니다.

첨가제와 석탄 분진

첨가제는 보통 몰딩 샌드와 코어 샌드 혼합물에 첨가되어 모래의 특수 특성을 얻기 위한 재료입니다. 몰딩 샌드와 코어 샌드 특성을 개선하기 위해 흔히 사용되는 첨가제는 석탄 분진, 옥수수 가루, 덱스트린, 씨 콜(sea coal), 타르, 목분, 석영 분말입니다.

석탄 분진은 주로 주조 공정 중에 환원 분위기를 조성하기 위해 첨가됩니다. 이 환원 분위기는 기공 내의 산소가 화학적으로 결합되어 금속을 산화시킬 수 없게 만듭니다. 보통 회주철과 연성 주철 생산을 위한 금형을 만드는 몰딩 샌드에 첨가됩니다.

몰딩 샌드용 기타 첨가제

옥수수 가루는 전분 탄수화물 계열에 속하며 몰딩 샌드와 코어 샌드의 발생률을 증가시키는 데 사용됩니다. 모래 형태에서 열에 의해 완전히 증발하여 모래 알갱이 사이에 공간을 남깁니다.

이로 인해 모래 알갱이가 자유롭게 움직일 수 있게 되어 궁극적으로 금형 벽이 움직이게 하고 금형의 팽창을 감소시켜 주조 결함을 줄입니다. 몰딩 샌드와 코어 샌드에 첨가된 옥수수 모래는 금형과 코어 강도를 크게 향상시킵니다.

씨 콜이 포함된 몰딩 샌드

씨 콜(sea coal)은 몰딩 샌드와 코어 샌드의 석영 모래 알갱이 기공에 자리 잡는 미세 분말 역청탄입니다. 가열되면 씨 콜은 코크스로 변해 기공을 채우고 물에 저항합니다.

이로 인해 모래 알갱이가 유한해져 밀집 패턴으로 발전할 수 없게 됩니다. 따라서 씨 탄소는 금형 벽의 움직임과 금형 및 코어 샌드의 투기성을 감소시켜 금형과 코어 표면을 깨끗하고 매끄럽게 유지합니다.

타르는 연질탄의 증류 형태입니다. 몰딩 샌드와 코어에 0.02%~2% 첨가할 수 있습니다. 타르는 고온 강도, 금형 표면의 표면 마감을 증가시키며 씨 콜과 정확히 같은 방식으로 작동합니다.