주조결함의 원인 및 대책(Shrinkage Defect)







Shrinkage Defect





자료제공:기술사 전철진




1. 외부수축공(open/ external shrinkage)




1)결함의 형태




응고시 체적수축에 의해, 후육부의 최종응고부가 낮아져 깔대기 모양으로 된 것으로 외부측이 개구되어 있으며, 그 밑으로는 밀폐된 공동이 생겨 있는 경우가 많다. 또한 공동의 벽면은 거칠고 수지상정을 나타낸다.




2)결함발생의 원인과 대책




주철은 응고시 흑연이 晶出하기 때문에, 다른 합금에 비해 외부수축은 발생이 어렵지만, 다음의 몇가지 원인에 의해 수축이 발생한다.

원인

대책


주형강도가 약한 경우

용탕의 압력에 의해 주형벽이 밀려 이동되면 추가적인 용탕보급이 필요하게 되어 발생함.


C.E값이 낮은 경우

C.E값이 낮으면, 공정응고시 정출되는 흑연량이 적어져 그만큼 수축량이 증가한다.

초정 오스테나이트의 정출 및 공정 응고 구간이 길어져, 미응고 잔액이 수축경향을 크게 한다.


높은 주입온도

주입온도가 높으면 액상→ 고상 응고의 수축량이 커진다.


접종량의 과다

접종은 Eutectic cell(공정셀)의 수를 증가시킴과 동시에, 죽응고 경향을 강하게 한다. 즉 주물의 표면부와 내부에서 동시에 핵생성 및 성장이 일어나게 되므로, 견고한 외벽의 형성이 늦어지고, 따라서 주물내부에 발생하는 (흑연의 정출에 의한) 팽창압에 의해 주형이 팽창되며, 주형의 팽창량이 주물의 수축분을 효과적으로 보상해 주지 못할 때 수축이 일어나게 된다.

따라서 외부 수축공의 방지를 위해서는 접종량을 줄이거나, 사용하지 않는 방안도 고려해 볼 필요가 있다.


주형강도가 약한 경우

수지점결제를 사용하는 주형에 비해, 생형의 경우는 용탕에 의해 주물과 인접한 주형사층은 부피팽창을 하게 되는데(규사의 경우 575℃부근에서 α-석영에서 β-석영으로 변태시 큰 팽창을 수반함) 주형 전체가 견고할 경우 에는 주형내부쪽(주물쪽)으로 작용하여, 주물수축을 효과적으로 보상하여 주지만, 생형의 경우, 팽창압은 외부 주형을 변형시켜, 주형벽의 이동을 일으켜, 추가적인 용탕보급을 필요로 하게 되어 수축이 발생한다.

따라서 적정 주형강도의 확보가 수축결함방지에 무엇보다 중요하다.








2. 내부수축공(internal/ blind shrinkage)




1)결함의 형태




주물내부에 생기는 불규칙한 형상의 거친 공동으로 대개 수지상정을 하고 있으며, 외부로 통해 있지 않다. 제품의 가장 후육부, 또는 두께변화가 급격히 일어나는 곳에 발생하기 쉽다.




2)결함발생의 원인과 대책




발생원인 및 대책은 외부수축공의 경우와 같다. 특히 주물 살두께 변화가 급격한 부분은 설계변경하여 피하는 것이 좋다. 여의치 않은 경우 용탕의 C.E값을 약간 높여 응고구간을 짧게 가져 가거나, 용해시 강고철의 투입량을 늘리고, 고온용해하여 주입온도를 다소낮게 관리하는 것도 효과적이다. 여기서 C.E값을 높이는 이유는, 낮은 C.E값 하에서는 초정 오스테나이트의 정출구간과 공정응고구간이 길어지며, 이 경우 이미 응고된 dendrite 수지상정 사이에서 미응고 잔액의 최종응고에 필요한 용탕의 보급이 dendrite가지 사이의 channel을 통해 이뤄지기 어렵기 때문으로 생각된다. 위의 대책외에도, 냉금의 사용과 chill coating도 고려해 볼 만하다.




3. 미소기공(macro/ micro-shrinkage)




① 결함의 형태 : 주물내부에 생기는 치밀하지 않은 다공질의 미소기공




② 결함발생의 원인과 대책 : 주로 최후에 응고하는 부분( 즉, 후육부, 육후변화부, 게이트 근처)에 발생하며, 공정도가 낮은 경우, 초정 오스테나이트 수지상정 가지사이에 발생하기 쉽다. 또한 P, Mo, Cr 등의 원소가 많은 경우 공정셀 경계에 저융점액이 잔류하면, 이것이 응고수축에 필요한 용탕보급을 차단하므로, 수축결함이 발생되기 쉽다. 응고말기의 가스 용해도의 감소에 의해, 용탕으로 분리된 가스(산소와 질소)와 중자로부터 발생되어 빠져 나가지 못한한 잔류가스(질소)의 분리에 의해 이 결함이 촉진된다.






외부수축공

내부수축공

미소기공









구석부위 수축공

중자면 수축공








Fig10. 수축결함의 발생 형태







자료제공:기술사 전철진