금속소재의 주조 및 성형 결함 분석
Jul 26, 2024
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I 금속 재료의 주조 결함
금속소재의 주조결함과 그 예방대책
가스 다공성
형질:
가스 다공성은 가스가 용융 금속이 응고되기 전에 빠져나가지 못할 때 주조물 내에 형성되는 공동을 말합니다. 이러한 결함은 일반적으로 매끄럽고 밝은 내벽을 가지고 있으며, 때로는 약간의 산화 색상이 있습니다.
영향:
가스 다공성은 주조물의 유효 하중 지지 면적을 줄여 충격 저항성과 피로 강도를 감소시킵니다. 또한 주조물의 내식성과 내열성에 부정적인 영향을 미칩니다.
예방 조치:
불합리한 게이팅 및 라이저 시스템을 수정하여 원활한 금속 흐름을 보장하고 가스 갇힘을 방지합니다.
코팅을 적용하기 전에 금형과 코어를 예열하고, 사용 전에 완전히 건조시키십시오.
가스가 빠져나갈 수 있도록 적절한 환기 수단을 갖춘 금형과 코어를 설계하세요.
수축 다공성
수축 다공성은 집중 수축과 분산 수축의 두 가지 유형으로 분류됩니다.
형질:
공동은 응고 중 액체 금속이 수축하여 주조 과정에서 형성됩니다.
금속이 응고되는 동안 체적 수축이 발생하고 용융 금속이 보상하지 못해 마지막으로 응고된 영역에 수축 공동이 생깁니다. 수축 다공성은 집중 수축과 분산 수축의 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.
영향:
주조물의 기계적 성질과 강도를 감소시킵니다.
예방 조치:
용융 품질을 개선하고 가스 함량을 줄입니다.
주입 온도를 높이고 응고 시간을 늦춥니다.
게이팅 시스템을 최적화하여 지나치게 긴 주입 경로를 최소화합니다.
완전히 응고되기 전에 간섭을 방지하기 위해 주조물을 금형에서 너무 일찍 제거하지 마십시오.
포함 사항
형질:
주조 공정에 존재하는 산화물이나 규산염 등의 불순물이나 이물질.
영향:
주조물의 인성과 취성이 감소하여 기계적 성질이 낮아집니다.
예방 조치:
원자재 관리 및 청정도를 강화하고, 주조소재의 용융 및 주입 온도를 제어합니다.
용광로와 도구가 깨끗하고 산화물이 없으며 예열되었는지 확인하고 코팅이 도포 후 건조되었는지 확인하세요.
콜드 셧 및 불충분한 주입
형질:
액체 금속이 흐르고 금형을 제대로 채우는 능력이 부족하여 금형에 충전이 불완전하거나 제대로 되지 않아 주조물이 부분적으로 채워지거나 융합되는 현상입니다.
영향:
주조 형태가 불완전하고 기계적 성질이 손상되었습니다.
예방 조치:
주입 온도와 속도를 높입니다.
원활한 금속 흐름을 보장하기 위해 게이팅 시스템의 설계를 최적화합니다.
균열
형질:
주조물 표면이나 내부에 선형 또는 불규칙하게 휘어진 틈새가 있습니다.
영향:
주조물의 강도와 안정성을 직접적으로 감소시킵니다.
예방 조치:
실제 게이팅 시스템에서 국부적인 과열을 방지하여 내부 응력을 줄이세요.
금형과 코어의 드래프트 각도가 2도 이상인지 확인하고, 스프루가 굳으면 코어를 제거하고 금형을 엽니다.
주조물 전체에 걸쳐 일관된 냉각 속도를 보장하기 위해 코팅 두께를 제어합니다.
모래 구멍
주조물의 표면이나 내부에 주형 모래(코어)로 채워진 작은 구멍이 생기는 것은 일반적인 주조 결함으로, 주조물이 종종 불합격 처리됩니다.
모래 포함
주조 표면은 금속(또는 금속 산화물)과 모래(또는 코팅)의 혼합물로 일부 또는 전부 덮이거나, 타버린 주형 모래로 덮여 있어 주조 표면이 거칠어집니다.
충전 부족, 불완전한 충전, 금형 누출, 러너 화재 등 다양한 이유로 주조물의 모양과 형태에 결함이 발생합니다.
비충전(불완전 충전)
주조물은 불완전하거나 윤곽이 불완전하며, 특히 스프루에서 멀리 떨어진 부분과 얇은 벽에서 모서리와 가장자리가 둥글고 반짝거리는 경우가 많습니다. 주입 시스템은 채워집니다. 주조물의 윗부분은 살이 빠져 있고 가장자리가 약간 둥글며 스프루의 윗면은 주조물과 수평을 이룹니다.
금속 재료에는 많은 유형의 주조 결함이 있지만 대부분은 주조 공정을 최적화하고, 원자재 품질을 개선하고, 장비 유지 관리를 강화함으로써 예방하고 줄일 수 있습니다. 주조 기업은 시장과 고객 수요를 충족시키기 위해 주조 품질을 지속적으로 개선하기 위해 공정 혁신과 기술 발전에 집중해야 합니다.
II 금속소재의 가공 및 성형 결함
금속 소재를 가공하고 성형하는 동안 재료 특성과 제품 품질에 상당한 영향을 미치는 다양한 결함이 발생할 수 있습니다.
과열 및 번아웃
과열:금속이 고온에서 장시간 가열 또는 가공되면 거친 입자 구조와 큰 입자가 생깁니다. 과열되면 표면에 거친 부분, 오렌지 껍질, 확대된 입자가 생길 수 있습니다. 과열된 합금의 강도는 약간 감소하지만 실온에서의 충격 인성과 연성은 크게 감소하여 재료가 취성이 됩니다.
(T10A강 과열미세구조 400X)
위 이미지에서 볼 수 있듯이, 담금질한 T10A 강철 가공물의 균열 근처의 미세구조는 결정립계를 따라 검은 펄라이트, 탄소 함량이 높은 거친 마르텐사이트 껍질, 흰색 잔류 오스테나이트 및 최소량의 침전 탄화물로 구성됩니다.
번아웃:금속이 용융 온도 근처에서 또는 용융 온도에서 장시간 또는 과도하게 가열되면 저융점 구성 요소의 국부적 용융 또는 결정립계 약화가 발생하는데, 이를 번아웃이라고 합니다. 번아웃은 거친 표면, 결정립계의 거칠어짐 및 곧게 펴짐, 결정립계 닳음, 심지어 균열로 이어질 수도 있습니다. 번아웃은 금속의 접합 강도를 크게 감소시킵니다.
(W18Cr4V 소성 미세구조 400X)
위 그림에 나타난 미세구조는 W18Cr4V 강의 담금질 및 과열 조직으로, 회백색의 미세 침상 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트 기지, 결정립계를 따라 밝은 흰색의 네트워크 탄화물, 검은색 트루스타이트로 구성되어 있습니다.
과열에 대한 예방 조치
적합한 가열 방법 및 가열 속도: 재료의 특성과 형태에 따라 적절한 가열 방법과 가열 속도를 선택합니다. 예를 들어, 국부적인 고온을 피하기 위해 균일한 가열 방법이나 단계적 가열을 사용합니다.
장비 매개변수 조정: 실제 생산 조건 및 재료 특성에 따라 가열 장비의 전력, 가열 시 온도 제어의 정밀도, 재료 이동 속도 등을 조정하여 균일한 가열 및 정밀한 온도 제어를 보장합니다.
로 가스 구성의 제어:특히 스테인리스 강철 단조품을 가열할 때 약한 산화 분위기를 조성하기 위해 용광로 내의 과도한 공기를 줄이세요.
가열 온도 및 유지 시간 제어:과도한 가열과 장시간 보류 시간을 방지하려면 다양한 금속 재료와 가공 요구 사항에 맞게 적절한 가열 온도와 보류 시간을 설정하세요.
화염로에서 가열하는 동안 빌릿과 버너 노즐 사이에 일정한 거리를 유지하여 화염이 빌릿과 직접 접촉하는 것을 방지합니다. 저항로 가열의 경우 빌릿과 저항선 사이의 거리를 제어하여 국부 과열을 방지합니다.
재료 선택 및 거부: 과열되기 쉬운 고탄소강 및 저탄소 합금강을 가열할 때는 과열을 방지하기 위해 주의하세요.이미 과열이나 국부적인 과열을 겪은 강철은 완제품의 오염을 방지하고 더 큰 손실을 피하기 위해 즉시 거부해야 합니다.
열처리 장비 제어:열처리 중 과열을 피하기 위해 고급 열처리 템퍼링로를 사용하는 등 열처리 장비의 구조 및 특성을 수정합니다.
균열과 틈
가공 균열: 부적절한 가공 방법이나 절차적 결함으로 인해 가공 균열이 발생할 수 있습니다. 이러한 균열은 열 균열과 냉간 균열로 분류할 수 있으며, 세로 균열, 가로 균열, 측면 균열과 같은 다양한 형태가 있습니다.
(연삭시 과도한 온도로 인한 균열)
열처리 균열:합금 내에 상당한 잔류 응력이 존재하는 경우, 예를 들어 가열로 인해 유도된 열 응력이 금속의 강도와 일치하고 이를 초과하는 경우 균열이 발생할 수 있습니다. 또한 가열 과정에서 합금은 결정립계를 따라 2차 상을 침전시켜 2차 응력을 생성하거나 상 변환으로 인해 상당한 체적 변화를 겪을 수 있으며, 이는 균열로 이어질 수도 있습니다.
(균열 해소)
이러한 결함을 방지하고 줄이기 위해서는 금속 소재 가공 및 성형 공정 중에 가열 온도, 가공 방법, 합금 조성 등의 요소를 엄격하게 제어해야 합니다. 또한, 제품 품질 검사 및 관리를 강화하는 것이 중요합니다. 나아가 산업용 CT 스캐닝과 같은 첨단 비파괴 검사 기술을 사용하면 금속 소재의 내부 결함을 효과적으로 감지하고 제어할 수 있습니다.