주조 결함과 주물의 검사 — 응고 조직·결함 원인과 비파괴 검사 | 기계공작법 4.4
기계공작법Chapter 04 주조 › Section 05
4.4 주조 결함과 주물의 검사
용탕을 부은 뒤 주물이 굳는 동안 무슨 일이 일어나는지에서 시작한다. 응고 과정과 그 결과로 생기는 조직, 여덟 가지 주조 결함과 원인·방지책, 그리고 주물을 확인하는 검사 방법을 다룬다.
01주조 시 응고 과정교재 68p
주조용 금속은 대부분 응고하면서 부피가 줄어듦. 4.3에서 주입한 용탕이 주형 벽에서 안쪽으로 굳어 가는 차례를 따라감.
- ① 주입 직후 — 주형에 가득 찬 쇳물의 탕면(湯面)이 조금씩 내려감.
- ② 응고 시작 — 온도가 낮은 주형 벽면부터 굳기 시작, 탕면 가장자리가 오목해짐.
- ③ 응고 진행 — 바깥은 이미 굳었으나 안쪽은 아직 액체로 남아 응고가 늦어짐.
- ④ 수축공 발생 — 안쪽까지 굳을 무렵 줄어든 부피를 채워 줄 용탕이 없음. 표면이 오목하게 꺼지거나 주물 안에 빈 곳이 생김.
- ⑤ 압탕의 효과 — 늦게까지 액체로 남은 압탕이 부족한 용탕을 내려보냄.
- 수축공이 압탕 쪽에 생김 → 압탕을 잘라 내면 주물 본체는 건전한 상태.
02주형 벽에서 속까지 세 가지 조직교재 69p
굳는 차례가 조직을 가름. 벽에 닿은 겉껍질, 그 안쪽의 기둥 모양 결정, 가장 늦게 굳는 속의 순서.
1칠드층(chill zone)
- 벽에 닿아 갑자기 식은 겉껍질
- 아주 잔 결정으로 이루어짐
2주상정(柱狀晶)
- 칠드층 안쪽
- 열이 빠져나가는 방향을 거슬러 벽에 수직으로 길게 자람
3등축정(等軸晶)
- 가장 늦게 굳는 속
- 사방으로 고르게 자람
03주조 결함 여덟 가지교재 70p
주물 결함은 주조 작업의 관리 불량에서 비롯되는 것이 많음. 결함마다 생기는 자리가 정해져 있음.
- 수축공(shrinkage cavity) — 응고 수축을 채워 주지 못해 생기는 빈 공간. 두꺼워 늦게 굳는 부위 안쪽.
- 기공(blow hole, pin hole) — 가스가 갇혀 생긴 기포. 일산화탄소(CO)·수소(H₂)·질소(N₂)가 주된 원인 가스. 표면에 드러난 작은 것이 핀 홀.
- 편석(segregation) — 합금 성분이나 불순물이 한쪽으로 몰리는 현상. 정편석과 역편석.
- 균열(crack) — 인장 응력으로 갈라지는 결함. 높은 온도에서 결정립계가 갈라지면 고온 균열(열간 균열, hot tear). 단면이 급하게 바뀌는 구석에 잘 생김.
- 스캡(scab) — 열로 부풀거나 벗겨진 주형 표면에 용탕이 파고들어 주물 표면이 딱지처럼 튀어나옴.
- 미충전(misrun) — 용탕이 공동을 다 채우기 전에 굳어 일부가 만들어지지 않음. 얇고 탕구에서 먼 부위.
- 탕경(cold shut) — 갈라져 흐르던 두 용탕이 이미 식어 붙지 못하고 이음선이 남음. 겉으로는 가는 금처럼 보임.
- 개재물(inclusion) — 슬래그·모래·산화물 같은 이물이 섞여 갇힘. 그 자리의 강도가 크게 떨어짐.
빈 공간 두 가지 — 까닭으로 구분
- 수축공: 용탕이 모자라서 생김 → 두꺼워 늦게 굳는 부위 안쪽.
- 기공: 가스가 갇혀서 생김 → CO·H₂·N₂가 원인 가스.
- 미충전과 탕경은 원인이 같음 — 하나는 덜 채워진 모양, 하나는 이음선이 남은 모양.
04결함의 원인과 방지책교재 70p
[표 4.3]의 대표 세 줄. 균열의 방지책인 라운딩과 덧붙임은 4.1 원형 제작에서 본 손질과 이어짐.
| 결함 | 주된 원인 | 방지책 |
|---|---|---|
| 수축공 | 응고 수축분을 채워 주지 못함, 두꺼운 부위의 늦은 응고 | 압탕을 충분한 크기로 둠, 냉각쇠로 지향성 응고 유도 |
| 기공 | 주형 통기도 부족, 과도하게 높은 용탕 온도, 주형·코어의 건조 부족 | 통기도 확보, 적정 주입 온도, 충분한 건조, 탈산제 사용 |
| 균열 | 두께 차에 따른 내부 응력, 코어와 주물의 열팽창 차 | 모서리 라운딩, 두께가 바뀌는 곳에 덧붙임 |
- 미충전·탕경 — 주입 온도를 올리고 게이트를 늘려 짧은 시간에 채움.
- 개재물 — 주입컵과 탕도 연장으로 걸러 내고 주입컵을 늘 채움.
05외관 검사와 비파괴 검사교재 71p
주물 검사는 외관 검사·비파괴 검사·기계적 검사·조직 검사·화학 분석의 다섯 갈래.
- 외관 검사 — 육안 검사(균열·수축·거칠기), 치수 검사(도면과 일치), 중량 검사(설계값과 일치).
- 중량 검사로 안쪽의 빈 곳이나 코어의 어긋남을 간접으로 알아냄.
- 방사선 투과 검사 — X선·감마선 투과로 안쪽 결함을 영상으로 봄. 수축공·기공처럼 부피가 있는 결함에 좋음.
- 초음파 탐상 검사 — 초음파 반사로 안쪽 결함의 위치와 크기를 앎. 두꺼운 주물에도 씀.
- 와전류 탐상 검사 — 교류로 유도되는 와전류의 변화로 결함을 찾음.
자분 탐상과 침투 탐상의 적용 범위
- 자분 탐상: 표면과 그 바로 아래의 결함까지 · 강자성체에만 씀.
- 침투 탐상: 모세관 현상으로 미세 균열을 드러냄 · 재질을 가리지 않으나 표면에 열린 결함만.
06기계적 검사·조직 검사·화학 분석교재 71p
2장의 기계적 성질 시험이 그대로 쓰이고, 속 조직과 성분까지 층층이 확인함.
- 기계적 검사 — 인장 시험(인장 강도·항복점·연신율), 경도 시험(경도), 충격 시험(인성·취성).
- 그 밖에 압축·굽힘·비틀림·피로·크리프·마멸 시험을 목적에 따라 씀.
- 조직 검사 — 매크로 검사는 단면을 눈으로 보거나 10배 이내로 확대해 기공·편석을 살핌. 현미경 검사는 결정립의 크기와 조직, 불순물을 자세히 봄.
- 화학 분석 — 규격에 맞는 성분인지 확인. 정성 분석과 정량 분석.
이 절의 핵심 정리
- 주물은 온도가 낮은 주형 벽면부터 굳으며, 가장 늦게 굳는 안쪽에 수축공이 생기고 압탕을 두면 수축공이 압탕 쪽으로 옮겨 간다.
- 응고 조직은 주형 벽에서 속까지 칠드층, 주상정, 등축정의 차례로 나타난다.
- 주조 결함에는 수축공, 기공, 편석, 균열, 스캡, 미충전, 탕경, 개재물의 여덟 가지가 있다.
- 수축공은 용탕이 모자라서, 기공은 가스가 갇혀서 생기며 방지책도 서로 다르다.
- 주물은 외관 검사, 비파괴 검사, 기계적 검사, 조직 검사, 화학 분석으로 확인한다.
강의 자료4.4 주조 결함과 주물의 검사
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