알루미늄 주조의 다공성은 네 가지 검증된 공정 제어를 결합하여 효과적으로 줄일 수 있습니다: 회전식 가스 제거 를 사용하여 용존 수소를 제거합니다, 세라믹 폼 여과 비금속 개재물을 제거하기 위한 플럭스 처리, 용융물을 세척하기 위한 정제제 및 슬래그 제거제, 냉각 속도 제어 및 게이팅 시스템 설계를 포함한 최적화된 응고 조건이 필요합니다. 여러 주조 공정에서 알루미늄 파운드리와 협력한 경험에 따르면, 네 가지 제어를 모두 동시에 구현하는 시설은 0.10cc/100g 미만의 수소 수준과 1.5% 미만의 밀도 지수 값을 달성하여 구조 주조에서 불합격 원인인 다공성을 근본적으로 제거할 수 있는 임계치를 달성합니다. 이러한 변수 중 한두 가지만 처리하고 다른 변수는 무시하면 기껏해야 미미한 개선 효과를 얻을 수 있습니다.
프로젝트에 가스 제거 장치와 알루미늄 플럭스를 사용해야 하는 경우 다음을 수행할 수 있습니다. 문의하기 무료 견적을 요청하세요.
알루미늄 주조에서 다공성이란 무엇이며 주조 거부의 원인이 되는 이유는 무엇입니까?
다공성은 고형화된 알루미늄 주물 내에 공극, 구멍 또는 불연속성이 존재하는 것을 말합니다. 이러한 내부 결함은 부품의 유효 하중 지지 단면을 감소시키고, 기계적 하중 하에서 응력 집중 지점으로 작용하며, 밀폐된 애플리케이션에서 누출 경로를 생성합니다. 육안 검사를 통과한 주물도 파괴적 기계 테스트나 압력 테스트에서 불합격할 만큼 내부 다공성이 있을 수 있으므로 알루미늄 주물 생산에서 다공성은 경제적으로 가장 피해를 주고 검출하기 어려운 결함 범주 중 하나입니다.
다공성 관련 불합격으로 인한 재정적 손실은 상당합니다. 체계적인 용융 처리 프로그램이 없는 주조 공장에서는 다공성으로 인한 5%~15%의 스크랩 비율이 일반적입니다. 항공우주, 자동차 안전 시스템 및 유압 장비에 사용되는 고가의 알루미늄 부품에서는 단 한 번의 주조 불량도 상당한 재료 및 가공 비용 손실을 초래할 수 있습니다.
알루미늄의 두 가지 뚜렷한 다공성 유형
기체 다공성과 수축 다공성의 차이점을 이해하는 것은 각 유형마다 근본 원인이 다르고 다른 시정 조치가 필요하기 때문에 필수적입니다.
기체 다공성(수소 다공성)
기체 다공성은 액체 알루미늄에 용해된 수소가 고체화 과정에서 기포 형태로 침전될 때 형성됩니다. 알루미늄의 수소 용해도는 660°C에서 액체 알루미늄의 경우 약 0.65cc/100g에서 고체 알루미늄의 경우 0.034cc/100g 미만으로 액체 온도에서 급격히 떨어집니다. 이 용해도 한계를 초과하는 수소는 응고가 완료되기 전에 표면으로 빠져나가거나 주조물 내에 구형 또는 구형에 가까운 기공으로 갇혀 있어야 합니다.
가스 기공이 특징적입니다:
- 모양이 둥글거나 구형입니다.
- 매끄러운 내부 표면(수지상 텍스처 없음).
- 주조 단면을 통해 비교적 균일하게 분포합니다.
- 직경 0.1mm에서 수 밀리미터까지 다양합니다.
수축 다공성
수축 다공성은 액체 알루미늄이 응고되는 동안 부피가 약 6%에서 7%로 수축하기 때문에 형성됩니다. 게이팅 및 라이징 시스템이 응고가 진행됨에 따라 이러한 부피 감소를 보상하기 위해 액체 금속을 공급하지 못하면 주물의 마지막 응고 영역에 공극이 형성됩니다.
모공 수축이 특징적입니다:
- 불규칙하거나 각진 모양 또는 수상돌기 모양.
- 수상돌기 암이 보이는 거친 내부 표면.
- 열적으로 더운 지역(두꺼운 부분, 사각지대)에 위치합니다.
- 종종 서로 연결되어 균열과 같은 네트워크를 형성합니다.
| 기능 | 가스 다공성 | 수축 다공성 |
|---|---|---|
| 모양 | 구형, 둥근 | 불규칙하고 각진 |
| 내부 표면 | Smooth | 거칠고 수지상 |
| 배포 | 비교적 균일함 | 핫스팟에 집중 |
| 주요 원인 | 용존 수소 | 공급 금속 부족 |
| 용융 처리 솔루션 | 가스 제거, 여과 | 게이팅/라이징 설계 |
| 플럭스 처리가 효과적일까요? | 예 | 아니요 |
| 가스 제거 효과가 있나요? | 예 | 아니요 |
알루미늄 주물에서 높은 다공성의 원인은 무엇인가요?
수정 조치를 선택하기 전에 다공성의 근본 원인을 파악하면 상당한 시간, 재료 및 비용을 절약할 수 있습니다. 실제 문제는 부적절한 라이저 설계인데도 파운드리에서 탈기 매개변수를 조정하는 데 수개월을 소비하거나, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
알루미늄 용융물의 수소 공급원
수소는 기술적으로 상당한 양으로 액체 알루미늄에 용해되는 유일한 기체입니다. 알루미늄은 다음과 같은 반응에 따라 수증기와 반응하기 때문에 용융 및 주조 환경의 모든 수분 공급원은 잠재적인 수소 공급원입니다:
2Al + 3H₂O = Al₂O₃ + 3H₂
이 반응으로 생성된 원자 수소는 액체 알루미늄에 빠르게 용해됩니다. 수분 기반 수소 픽업의 원천은 다음과 같습니다:
- 젖거나 오염된 충전 재료재활용 스크랩, 반품, 표면에 습기, 오일, 페인트 또는 코팅이 있는 잉곳.
- 용융물 위의 습한 대기여름철이나 주변 습도가 높은 해안가 시설에서 특히 심합니다.
- 습식 내화 라이닝새로 설치하거나 수리한 캐스터블 내화물 또는 유휴 기간 동안 습기를 흡수한 라이닝.
- 습식 가스 제거 장비 및 도구충분히 예열되지 않은 임펠러, 랜스, 국자 및 세탁기.
- 습식 플럭스 및 피복제보관 상태가 좋지 않거나 습기에 오염된 플럭스 재료.
- 연소 생성물에서 발생하는 수소화로에서 천연 가스가 연소하면 용융 표면과 접촉하는 수증기가 생성됩니다.
비금속 이물질의 출처
개재물은 액체 알루미늄에 부유하는 고체 입자로, 용해되지 않고 의도한 합금 미세 구조의 일부가 되지 않습니다. 용융 청결도를 떨어뜨리고 응고 중에 가스 기공과 수축 공극을 모두 생성할 수 있습니다.
포함 소스에는 다음이 포함됩니다:
- 난류 용융물 취급으로 형성된 알루미늄 산화물 필름(바이필름).
- 용광로 슬래그 및 내화성 입자 혼입.
- 금속 간 화합물(재활용 합금의 철이 풍부한 상).
- 제대로 혼합되지 않았거나 불완전하게 용해된 플럭스 추가의 플럭스 입자.
- 마그네슘 함유 합금의 질소 가스 제거로 인한 질화 알루미늄(AlN).
다공성에 영향을 미치는 프로세스 요인
용융 화학 외에도 여러 공정 파라미터가 최종 주조 다공성에 직접적인 영향을 미칩니다:
- 붓는 온도가 너무 높음수소 용해도를 높이고, 액체 시간을 연장하며, 더 많은 기체를 흡수할 수 있습니다.
- 붓는 온도가 너무 낮음유동성을 감소시키고, 콜드 셧을 유발하며, 가스를 가두는 오작동을 일으킵니다.
- 난기류 주입 연습: 공기를 유입하고 이중막 산화물을 생성합니다.
- 부적절한 게이팅 시스템: 분출, 공기 유입, 핫스팟에 대한 피드 부족을 유발합니다.
- 잘못 설계된 라이저두꺼운 부분의 응고 수축을 보정하지 못합니다.
- 용융 처리 시간 부족탈기 사이클이 너무 짧아 목표 수소 수준에 도달할 수 없습니다.
로터리 디가스는 알루미늄 용융물에서 수소를 어떻게 제거하나요?
회전식 가스 제거는 알루미늄 용융물에서 수소를 제거하는 데 가장 효과적이고 널리 사용되는 방법입니다. 흑연 로터-스테이터 어셈블리가 200~600RPM으로 회전하면서 불활성 가스(아르곤 또는 질소)를 용융물 전체에 미세한 기포 형태로 분산시킵니다. 각 기포는 본질적으로 0의 수소 분압을 전달하여 용융물에서 용해된 수소를 상승하는 기포로 유도하는 확산 구배를 생성하여 수조 표면과 수조 밖으로 운반합니다.
애드테크 가스 제거 장치의 작동 방식
애드테크의 온라인 가스 제거 장비는 정밀하게 설계된 로터-스테이터 시스템을 사용하여 용융물 전체에 균일한 미세 기포를 생성합니다. 주요 성능 요소는 다음과 같습니다:
- 버블 크기기포가 작을수록 단위 부피의 가스당 표면적이 넓어져 수소 수집 효율이 향상됩니다. AdTech 로터는 1mm에서 3mm 범위의 버블을 생성합니다.
- 로터 속도: 너무 느리면 큰 기포가 생성되고 너무 빠르면 표면 난류와 산화물 혼입이 발생하므로 대부분의 애플리케이션에 최적의 작동 범위는 300~500RPM입니다.
- 가스 유량용융량 및 목표 수소 수준에 따라 시간당 2 ~ 6 Nm³.
- 치료 기간: 배치 용광로 탈기 시 15~30분, 주조 라인의 연속 인라인 처리.
가스 제거 성능 표준
| 매개변수 | 가스 제거 전 | 적절한 가스 제거 후 |
|---|---|---|
| 수소 함량(cc/100g) | 0.30 ~ 0.60 | 0.07 ~ 0.12 |
| 밀도 지수(%) | 5% ~ 15% | 1.5% 미만 |
| 다공성 등급(X-레이) | 레벨 3~5 | 레벨 0~1 |
| 치료 기간 | N/A | 15~30분 |
| 가스 소비량(Ar) | N/A | 20~50 Nm³/톤 |
알루미늄 가스 제거를 위한 질소 대 아르곤
질소와 아르곤은 모두 동일한 분압 메커니즘을 통해 수소를 효과적으로 제거합니다. 아르곤은 모든 알루미늄 합금과 화학적으로 불활성이며 최종 수소 수준이 약간 낮습니다. 질소는 훨씬 저렴하지만 마그네슘 함유 합금(5xxx, 7xxx 계열)과 반응하여 질화 알루미늄 내포물을 형성하며, 이는 제거에 도움이 되는 수소보다 더 많은 손상을 입힙니다.
권장 사항: 마그네슘 함량이 1.5% 이상인 모든 합금에는 아르곤을 사용하고, 마그네슘 함량이 0.5% 미만이고 비용 관리가 우선인 합금에는 질소만 사용할 것을 권장합니다.
세라믹 폼 필터는 알루미늄 용융물에서 이물질을 어떻게 제거하나요?
철저한 가스 제거 후에도 알루미늄 용융물에는 산화물 막, 금속 간 입자, 내화 파편, 플럭스 잔류물 등 수소 함량과 무관하게 주조 품질을 저하시키는 부유성 고체 개재물이 포함되어 있습니다. 세라믹 폼 여과는 용융물이 금형에 들어가기 전에 이러한 개재물을 제거하는 가장 효과적인 방법입니다.
애드테크 세라믹 폼 필터의 작동 원리
AdTech 세라믹 폼 필터(CFF)는 3차원 오픈셀 세라믹 구조로, 구불구불한 흐름 경로가 서로 연결되어 있습니다. 알루미늄이 필터를 통과할 때 세 가지 메커니즘에 의해 내포물이 포착됩니다:
- 기계식 스크리닝세포 크기보다 큰 입자는 물리적으로 차단됩니다.
- 관성 충격충분한 질량을 가진 입자는 곡선형 흐름 경로를 따라 세라믹 벽에 충격을 줄 수 없습니다.
- 확산 및 접착력매우 미세한 입자가 세라믹 표면으로 확산되어 표면 에너지 인력을 통해 부착됩니다.
그 결과 금형 캐비티로 유입되는 개재물 함량이 대폭 감소한 용융물이 생성되어 다공성을 위한 핵 형성 부위가 적고 깨끗한 금속을 생산할 수 있습니다.
애드테크 CFF 사양 및 선택
| 필터 등급(PPI) | 셀 크기(mm) | 애플리케이션 | 인클루전 제거 효율성 |
|---|---|---|---|
| 10 PPI | 2.5~3.0mm | 1차 거친 여과, 스크랩이 많은 용융물 | 60% ~ 70% |
| 20 PPI | 1.2 ~ 1.5mm | 범용 알루미늄 주조 | 70% ~ 80% |
| 30 PPI | 0.8~1.0mm | 고품질 자동차 및 구조용 주물 | 80% ~ 88% |
| 40 PPI | 0.6~0.7 mm | 고결성 주조, 항공우주 등급 | 88% ~ 93% |
| 50 PPI | 0.4 ~ 0.5mm | 프리미엄 필터링, 중요 애플리케이션 | 93% ~ 97% |
| 60 PPI | 0.3 ~ 0.4 mm | 최고의 청결도, 항공우주 및 밀리터리 스펙 | 95% ~ 98% |
다양한 알루미늄 합금을 위한 CFF 소재 등급
애드테크는 다양한 합금 화학 및 주조 온도에 맞는 다양한 소재 구성의 세라믹 폼 필터를 공급합니다:
- 알루미나(Al₂O₃) CFF가장 널리 사용되며 660°C~780°C의 모든 표준 알루미늄 합금에 적합합니다.
- 지르코니아(ZrO₂) CFF800°C 이상의 고온 응용 분야 및 합금용.
- 실리콘 카바이드(SiC) CFF반응성 합금에 적합한 최고의 강도 및 열충격 저항성.
- 마그네시아(MgO) CFF고마그네슘 알루미늄 합금을 위한 특수 등급.
CFF 설치 및 크기 조정
올바른 필터 크기는 매우 중요합니다. 필터 크기가 작으면 헤드 손실이 과도하게 발생하여 주입 속도가 느려지고 콜드 셧 결함이 발생할 수 있습니다. 필터 크기가 너무 크면 낭비가 심하고 효과적인 이물질 포획을 위한 충분한 유속을 얻지 못할 수 있습니다.
필터 크기 계산:
- 필터 면적(cm²) = 용융 유량(kg/분) / 유량 계수(일반적으로 1.5 ~ 2.5 kg/분-cm²).
- 60초 동안 100kg의 주물을 부은 경우: 유량 = 100kg/분, 필터 면적 = 100/2.0 = 50cm².
- 이는 20~30PPI에서 약 75mm × 75mm 필터에 해당합니다.
알루미늄 용융물을 세척하기 위해 어떤 플럭스 처리와 정제제가 사용되나요?
플럭스 처리는 가스 제거 및 여과라는 물리적 프로세스를 화학적으로 보완하는 것입니다. 정제 플럭스는 비금속 개재물과 반응하거나 응집시켜 스키밍 또는 여과를 통해 쉽게 제거할 수 있도록 합니다. 피복 플럭스는 용융 표면이 대기 중 수소를 흡수하지 않도록 보호합니다. 슬래그 제거제(드로스 리무버)는 표면 드로스의 물리적 특성을 수정하여 용융물에서 깨끗하게 분리할 수 있도록 합니다.
애드테크 플럭스 정제: 메커니즘 및 적용
애드텍 알루미늄 정제 플럭스는 알루미늄 용융 처리에 최적화된 무기 염화물과 불소 염을 세심하게 배합한 제품입니다. 용융물에 주입되면(탈기 로터를 통해 주입하거나 용융 표면에 떨어뜨려서) 플럭스는 여러 가지 기능을 동시에 수행합니다:
인클루전 응집
개별 미세 산화물 입자와 바이필름 조각은 너무 작아서 용융물을 통해 상승하거나 거친 여과로 포집할 수 없습니다. 정제 플럭스는 이러한 미세 입자를 적시고 응집시켜 스키밍을 위해 용융 표면에 더 쉽게 떠오를 수 있는 큰 클러스터로 만듭니다.
산화물의 화학적 환원
불소 함유 플럭스 성분은 알루미늄 산화물을 화학적으로 공격하여 안정적인 산화막을 분해하고 보다 관리하기 쉬운 화합물로 전환합니다. 이는 난류 주입 중에 형성되는 얇은 이중막 산화물에 특히 효과적이며 가장 손상이 심한 포함물 유형 중 하나입니다.
수소 저감 향상
특정 플럭스 배합에는 용존 수소와 반응하거나 동시 가스 제거 처리 중에 보다 효율적인 기포-용융 접촉을 촉진하여 수소 함량을 줄이는 성분이 포함되어 있습니다.
알칼리 금속 제거
재활용 재료에서 알루미늄의 나트륨과 리튬 오염은 입자 정제 문제와 고온 균열 민감성을 유발합니다. 염화물 기반 플럭스는 이러한 알칼리 금속 불순물을 효과적으로 제거합니다.
애드테크 플럭스 제품군
| 플럭스 유형 | 주요 기능 | 신청 방법 | 추가 요금 |
|---|---|---|---|
| 플럭스 정제 | 내포물 응집, 산화물 제거 | 사출 또는 표면 급락 | 0.5 ~ 2.0kg/톤 |
| 커버 플럭스 | 용융 표면 보호, 수소 장벽 | 표면 확산 | 1.0~3.0kg/톤 |
| 드로싱 플럭스(슬래그 제거제) | 드로스 컨디셔닝, 깨끗한 분리 | 표면 적용 | 0.5 ~ 1.5kg/톤 |
| 곡물 정제기 플럭스 | 입자 구조 개선 | 사출 또는 로드 추가 | 0.5 ~ 2.0kg/톤 |
| 발열 커버 플럭스 | 열 발생을 통한 표면 보호 | 래들로 표면 퍼짐 | 0.5 ~ 1.0kg/톤 |
애드테크 커버 플럭스: 수소 재흡수로부터 용융물 보호
탈기 처리만으로는 해결할 수 없는 한 가지 문제는 탈기 스테이션과 금형 사이의 수소 재흡수입니다. 세척기, 래들, 주입기를 통해 이송하는 동안 갓 탈기된 용융 표면은 대기에 노출되어 즉시 수소를 재흡수하기 시작합니다.
용해로, 래들 및 운반 용기의 용융 표면에 적용된 AdTech 커버링 플럭스는 금속과 대기 사이에 물리적 장벽을 만듭니다. 이 장벽:
- 수소 재흡수 속도가 60%에서 80%로 감소합니다.
- 전송 중 표면 산화 및 이중막 형성을 방지합니다.
- 가스 제거와 주조 사이에 용융물의 청결도를 유지합니다.
- 가스 제거 처리와 허용 가능한 수소 수준 사이의 유효 기간을 연장합니다.
애드테크 슬래그 리무버(드로싱 에이전트)
알루미늄 산화물, 알루미늄 금속 및 다양한 오염 물질의 표면 혼합물인 알루미늄 드로스는 용융 및 유지 중에 지속적으로 형성됩니다. 스키밍 중에 방해가 발생하면 드로스 조각이 용융물에 내포물로 혼입될 수 있습니다. 애드테크 슬래그 리무버는 드로스의 물리적 특성을 수정합니다:
- 드로스 점도를 감소시켜 액체 알루미늄이 용융물로 다시 배출되도록 합니다.
- 젖은 끈적끈적한 드로스를 깨끗하게 분리되는 건조한 가루 형태로 변환합니다.
- 드로스의 금속 손실이 30%~50%에서 10%~15%로 감소합니다.
- 스키밍 작업 중 드로스 재유입을 방지합니다.
응고 조건과 주조 공정 파라미터는 다공성에 어떤 영향을 미칩니까?
용융 처리는 수소 함량과 개재물 수준을 다루지만, 응고 조건에 따라 남은 수소와 개재물 함량이 실제로 완성된 주물에서 다공성으로 나타나는 정도가 결정됩니다.
냉각 속도와 다공성에 미치는 영향
응고 속도가 빨라지면 두 가지 메커니즘을 통해 다공성이 줄어듭니다:
- 수소 기포가 핵을 형성하고 성장한 후 용융물이 주변에서 굳기까지 걸리는 시간이 짧습니다.
- 수상돌기 암 간격(DAS)이 더 미세할수록 남은 수소가 빠져나가야 하는 수상돌기 간 채널이 더 작아져 수소가 큰 기공을 형성하기 전에 더 효과적으로 가두어 분산시킬 수 있습니다.
| 냉각 속도(°C/s) | 일반적인 DAS(µm) | 다공성 수준 |
|---|---|---|
| 0.1 ~ 0.5 | 80 ~ 150 | 높음(H > 0.15cc/100g인 경우) |
| 0.5 ~ 2.0 | 40 ~ 80 | 보통 |
| 2.0에서 10 | 20~40 | 낮음 |
| 10 ~ 50 | 10~20 | 매우 낮음 |
| 50% 이상 | 10% 미만 | 최소 |
주입 온도 최적화
주입 온도는 수소 다공성에 직접적이고 중요한 영향을 미칩니다. 과열이 높을수록 용융물의 수소 용해도가 증가하고, 응고 전에 수소 기포가 성장하는 시간이 길어지며, 대기 중 수소가 노출된 용융물 표면에 용해될 수 있는 기간이 연장됩니다.
합금 및 공정별 권장 주입 온도:
| 합금 시리즈 | 모래 주조(°C) | 영구 곰팡이(°C) | 다이캐스팅(°C) |
|---|---|---|---|
| 1xxx(순수 알루미늄) | 700 ~ 730 | 690 ~ 720 | 670~700 |
| 2xxx(Al-Cu) | 710 ~ 750 | 700 ~ 730 | N/A |
| 3xxx(Al-Mn) | 700 ~ 730 | 690 ~ 720 | 660~690 |
| 4xxx(Al-Si) | 680 ~ 720 | 670~710 | 650 ~ 680 |
| 5xxx(Al-Mg) | 710~745 | 700 ~ 730 | 660~700 |
| 6xxx(Al-Mg-Si) | 700 ~ 735 | 690 ~ 720 | 660~690 |
| 7xxx(Al-Zn-Mg) | 715 ~ 750 | 700 ~ 730 | 660~700 |
수축 다공성 방지를 위한 게이팅 시스템 설계
수축 다공성의 경우 용융 처리는 아무런 이점이 없으며, 해결책은 전적으로 금형 설계에 있습니다. 핵심 원칙:
방향성 강화
주물은 라이저에서 가장 먼 부분부터 라이저를 향해 점진적으로 응고되어야 하므로 액체 금속이 항상 응고되는 전면에 공급될 수 있습니다. 공급 경로에서 분리되어 응고되는 섹션은 용융 청결도에 관계없이 수축 다공성이 발생합니다.
라이저 크기 조정
라이저에는 주조 응고 수축(대부분의 알루미늄 합금의 경우 6%~7%)과 라이저 응고 수축을 보정할 수 있는 충분한 양의 액체 금속이 포함되어야 합니다. 일반적인 경험 법칙: 라이저 부피는 공급하는 주조 부피의 10% ~ 20% 이상이어야 합니다.
오한
외부 또는 내부 냉각은 국부 응고를 가속화하여 방향성 응고를 촉진하고 핫스팟 형성을 줄입니다. 주물의 두꺼운 부분에 금속 냉각 장치를 설치하면 국부 냉각 속도가 빨라져 응고 패턴이 라이저 쪽으로 이동합니다.
알루미늄 주물의 다공성을 측정하는 가장 효과적인 방법은 무엇일까요?
체계적인 다공성 측정은 모든 다공성 감소 프로그램의 기초입니다. 신뢰할 수 있는 측정이 없으면 엔지니어는 공정 변경으로 인해 주조 품질이 개선되는지 또는 악화되는지 확인할 수 없습니다.
밀도 지수 테스트(감압 테스트)
알루미늄 파운드리에서 가장 널리 사용되는 공정 중 다공성 측정 방법입니다. 동일한 용융물에서 대기압(1기압)에서 응고된 시료와 감압(약 80mbar~100mbar)에서 응고된 시료 두 개를 채취합니다. 진공 샘플은 낮은 압력이 수소 기포의 핵 형성과 성장을 촉진하기 때문에 더 많은 다공성을 갖습니다.
밀도 지수(DI) = [(ρ_atm - ρ_vacuum) / ρ_atm] × 100%
| 밀도 지수(%) | 용융 품질 평가 | 권장 조치 |
|---|---|---|
| 1.0% 미만 | 우수 | 캐스팅 진행 |
| 1.0% ~ 2.0% | Good | 대부분의 애플리케이션에 사용 가능 |
| 2.0% ~ 3.0% | 한계 | 가스 제거 연장, 플럭스 확인 |
| 3.0% ~ 5.0% | Poor | 전체 용융 처리 반복 |
| 5.0% 이상 | 허용되지 않음 | 수소 공급원 식별, 치료 재시작 |
인라인 수소 측정(텔레가스/알스캔)
용융물에 잠긴 확산 프로브를 사용하여 용존 수소를 직접 측정합니다. 밀도 지수 테스트보다 더 정확하며 비교 지수가 아닌 절대 수소 농도 값을 제공합니다.
- 측정 범위: 0.01 ~ 0.50cc/100g
- 정확도: ±0.01 ~ ±0.02cc/100g
- 응답 시간: 읽기당 3~8분
- 대량 연속 주조 작업에 필수적입니다.
엑스레이 방사선 촬영
X-선 방사선 촬영을 이용한 완성 주물의 비파괴 검사로 내부 다공성 분포, 크기 및 밀도를 확인할 수 있습니다. X-선 결과는 ASTM E505, ASTM E155 또는 자체 고객 등급 시스템에 따라 심각도 레벨 1~5(또는 일부 시스템에서는 A~E)로 분류됩니다.
X-선 방사선 촬영은 항공우주 및 자동차 분야의 구조용 알루미늄 주물에 대한 최종적인 품질 승인 테스트입니다. 가스 다공성(둥근 그림자)과 수축 다공성(불규칙한 그림자)을 모두 식별하고 근본 원인 분석을 위해 특정 영역에 국한시킵니다.
아르키메데스 방법(밀도 측정)
정수압 계량으로 주조 밀도를 정밀하게 측정합니다. 실제 밀도는 합금 조성의 이론 밀도와 비교됩니다. 차이는 체적 다공성 비율을 나타냅니다.
체적 다공성(%) = [(ρ_이론적 - ρ_실제) / ρ_이론적] × 100%
이 방법은 전체 주조량에 대한 단일 백분율 값을 제공하므로 다공성 위치나 유형을 식별할 수는 없지만 간단하고 비파괴적이며 통계적 공정 제어를 위한 정량적 데이터를 제공합니다.
저다공성 알루미늄 주조를 위한 완벽한 용융 처리 공정은 무엇입니까?
모든 용융 처리 단계를 일관되고 순차적인 공정으로 통합하는 것이 저다공성 주조를 일관되게 달성하는 파운드리와 스크랩 분류를 통해 반응적으로 다공성을 관리하는 파운드리를 구분하는 요소입니다.
권장 용융 처리 순서
1단계: 충전 준비
- 모든 충전 재료를 적재하기 전에 건조시킵니다(잉곳 및 반품의 경우 120°C에서 최소 2시간).
- 재활용 스크랩에서 코팅, 기름, 습기를 제거하세요.
- 용융 전에 충전물을 최소 200°C로 예열하여 용융 중 수분으로 인한 수소 흡수를 줄이세요.
2단계: 녹이기
- 용광로 라이닝을 잘 건조된 상태로 유지 - 유지보수 또는 유휴 기간 후에는 예열하세요.
- 용융하는 동안 용융 표면을 AdTech 커버 플럭스로 덮어 대기 중 수소 흡수를 최소화합니다.
- 용융 중 과도한 저어주기를 피하세요. 난류가 산화막을 침전시킵니다.
3단계: 온도 조정 및 합금
- 정확한 온도에서 마스터 합금과 경화제를 용융물에 추가합니다.
- 합금 후 0.5~1.5kg/톤의 AdTech 정제 플럭스를 주입 또는 급유로 추가합니다.
- 훑어보기 전에 5~10분의 반응 시간을 허용합니다.
4단계: 가스 제거 처리
- 시간당 2~5Nm³의 아르곤 또는 질소로 AdTech 온라인 가스 제거 장치를 가동합니다.
- 로터 속도를 300~450RPM으로 유지합니다.
- 15~25분간 치료
- 치료 종료 시 밀도 지수 측정 - 계속 진행하기 전에 2.0% 미만을 목표로 합니다.
5단계: 스키밍
- 가스 제거 후 AdTech 드로싱 에이전트를 사용하여 용융 표면을 완전히 훑어내어 표면 드로스를 컨디셔닝합니다.
- 모든 컨디셔닝된 드로스를 깨끗하게 제거하세요 - 교란된 젖은 드로스는 주요 인클루전 소스입니다.
- 스키밍 후 새로운 애드테크 커버 플럭스 적용...
6단계: 전송 및 필터링
- 예열된 세탁기를 통해 용융물을 주조 스테이션으로 옮깁니다.
- 용도에 맞는 크기의 애드테크 세라믹 폼 필터를 통해 용융물을 통과시킵니다.
- 필터 온도를 600°C 이상으로 유지하여 조기 응고를 방지합니다(필터 박스 예열 필요).
7단계: 캐스팅
- 합금 및 공정에 적합한 온도에서 붓습니다.
- 난기류를 최소화하기 위해 조용하고 제어된 충전을 사용합니다.
- 주입 속도를 조절하여 배압을 유지하세요.
수소 및 포함 함량에 대한 복합 처리 효과
| 치료 단계 | H 콘텐츠(cc/100g) | 포함 수준(mm²/kg PoDFA) | 밀도 지수 |
|---|---|---|---|
| 녹인 후(처리하지 않음) | 0.40 ~ 0.60 | 2.0 ~ 5.0 | 8% ~ 15% |
| 플럭스 처리 후 | 0.35 ~ 0.50 | 0.8 ~ 2.5 | 6% ~ 10% |
| 가스 제거 후 | 0.08 ~ 0.15 | 0.5 ~ 1.5 | 1.5% ~ 4% |
| 세라믹 폼 여과 후 | 0.08 ~ 0.15 | 0.05 ~ 0.30 | 1.0% ~ 2.5% |
| 전체 병용 치료 | 0.07 ~ 0.12 | 0.03 ~ 0.15 | 0.8% ~ 1.5% |
다양한 주조 공정이 다공성 수준과 처리 요구 사항에 어떤 영향을 미치나요?
각 알루미늄 주조 공정은 응고 속도, 금형 투과성, 용융 청결도에 대한 민감도에 따라 고유한 다공성 위험 프로필이 결정됩니다. 그에 따라 처리 요건도 달라집니다.
주조 공정별 다공성 위험 및 처리 강도
| 캐스팅 프로세스 | 기본 다공성 유형 | 냉각 속도 | 필요한 치료 강도 |
|---|---|---|---|
| 모래 주조 | 가스 + 수축 | 매우 느림 | 높음 - 전체 가스 제거, 플럭스, 여과 |
| 영구 금형(중력 금형) | 가스 + 수축 | 보통 | 높은 - 가스 제거, 여과 필수 |
| 저압 다이 캐스팅 | 가스 + 수축 | 보통에서 빠름 | 높은 정밀도의 용융 품질 중요 |
| 고압 다이 캐스팅 | 가스(포집된 공기) | 매우 빠름 | 중간 - 덜 중요한 가스 제거, 샷 컨트롤 키 |
| 투자 캐스팅 | 가스 + 수축 | 느림에서 보통 | 매우 높음 - 가장 높은 용융 청결도 필요 |
| 연속 캐스팅(빌릿) | 가스 | 빠른 | 높은 - 인라인 탈기 및 여과 표준 |
| 분실된 폼 캐스팅 | 가스 + 열분해 가스 | 느림 | 매우 높음 - 거품 패턴의 가스가 H에 추가됩니다. |
고압 다이 캐스팅: 특별한 경우
HPDC는 매우 높은 사출 압력(500~1500bar)이 고형화 과정에서 가스 기공을 압축하여 눈에 잘 띄지 않는 독특한 소재입니다. 그러나 HPDC 알루미늄에는 실제로 상당한 용존 가스가 포함되어 있으며, 큰 기공이 아닌 매우 미세하고 분산된 미세 다공성으로 보일 뿐입니다. 이러한 미세 다공성은 다음과 같은 경우에 문제가 됩니다:
- 구성품은 열처리(T6 또는 T7) - 용액 열처리 과정에서 기공이 확장되면서 블리스터가 발생합니다.
- 부품 용접 - 다공성으로 인해 용접 스패터링 및 결함이 발생합니다.
- 압력에 견디는 성능이 필요합니다.
열처리 가능하거나 용접 가능한 부품을 생산하는 HPDC의 경우 고압 응고 조건에도 불구하고 주조 전 탈기 처리가 필수적입니다.
용융 처리에도 불구하고 높은 다공성 수치를 유발하는 일반적인 실수는 무엇인가요?
탈기 장비, 여과 시스템, 플럭스 제품을 갖추고 있어도 많은 파운드리에서는 올바른 용융 처리를 저해하는 체계적인 공정 오류로 인해 다공성 문제를 계속 경험하고 있습니다.
가장 일반적인 다공성 제어 실패
불충분한 가스 제거 시간
일반적인 생산 압력 실수입니다. 일정 압력 때문에 탈기 사이클을 20분에서 12분으로 줄이면 수소 레벨이 0.10cc/100g이 아닌 0.20cc/100g에 불과할 수 있으며, 이는 여전히 모래 주조 부품에 상당한 다공성을 생성하는 수준입니다. 주조하기 전에 항상 밀도 지수 측정으로 확인해야 합니다.
가스 제거 후 수소 재흡수
가스 배출이 잘 된 용융물은 뚜껑을 덮지 않은 채로 개방형 래들이나 용광로에 놓아두면 수소를 빠르게 재흡수합니다. 용융물 표면을 보호하는 AdTech 커버 플럭스가 없으면 습도가 높은 조건에서 20~30분 내에 수소 레벨이 0.20~0.30cc/100g으로 회복될 수 있습니다. 탈기 처리는 탈기 스테이션뿐만 아니라 전체 공정 체인의 맥락에서 고려해야 합니다.
콜드 세라믹 폼 필터
차가운 필터 상자에 세라믹 폼 필터를 설치하면 필터를 통과하는 첫 번째 금속이 얼어 기공을 막고 과도한 헤드 손실이 발생합니다. 이로 인해 깨끗한 금속에서도 바이필름 산화물이 생성되는 난류와 튀는 충진 조건이 발생합니다. 필터 박스는 금속과 접촉하기 전에 최소 600°C로 예열해야 합니다.
습식 플럭스 추가
습기에 오염된 플럭스를 용융물에 첨가하면 의도한 효과와는 반대로 수소가 금속에 직접 유입됩니다. 모든 AdTech 플럭스 제품은 건조한 환경에서 밀폐된 용기에 보관해야 하며, 수분 함량이 의심스러운 경우 사용하기 전에 100°C~150°C로 예열해야 합니다.
난류 붓기 연습
세상의 모든 용융 처리는 금형 캐비티에서 바이필름 산화물을 생성하는 난류 주입을 보상할 수 없습니다. 바닥 충전 게이팅 시스템, 제어된 충전 속도, 게이팅 시스템의 스트림 레벨 필터는 래들 레벨 가스 제거 및 여과를 보완하는 필수 요소입니다.
알루미늄 주조에서 다공성 감소에 대해 자주 묻는 질문
Q1: 알루미늄 주조에서 다공성을 줄이는 가장 효과적인 단일 단계는 무엇인가요?
회전식 가스 제거는 가스 다공성을 줄이기 위한 가장 영향력 있는 개별 단계입니다. 적절하게 실행된 탈기 사이클은 수소 함량을 0.30~0.60cc/100g에서 0.07~0.12cc/100g으로 감소시켜 가스 기공 형성의 주요 원동력을 제거합니다. 그러나 탈기만으로는 수축 기공이나 내포물 핵 형성 기공을 해결할 수 없으며, 탈기, 플럭스 처리, 세라믹 폼 여과를 결합한 완전한 용융 처리 프로그램이 최상의 결과를 제공합니다.
Q2: 다공성이 수소로 인한 것인지 수축으로 인한 것인지 어떻게 알 수 있나요?
연마된 단면 또는 X-선 이미지에서 기공의 형태를 조사합니다. 기공은 둥글고 벽이 매끄러우며 비교적 균일하게 분포되어 있습니다. 수축 기공은 불규칙하고 각진 형태이며 종종 네트워크로 상호 연결되어 있으며 두꺼운 단면과 블라인드 포켓의 마지막 응고 영역에 집중되어 있습니다. 수축은 항상 단면 형상에서 예측 가능한 열적 핫스팟에서 발생하는 반면 가스 다공성은 더 무작위적으로 분포합니다.
Q3: 주조 전 알루미늄 용융물에 허용되는 수소 수준은 어느 정도인가요?
허용되는 수소 수준은 용도에 따라 다릅니다. 항공우주 및 내압 주물의 경우: 0.10cc/100g 미만(밀도 지수 1.0% 미만). 자동차 구조용 주물의 경우: 0.12cc/100g 미만(밀도 지수 1.5% 미만). 중간 정도의 품질 요건을 갖춘 일반 모래 주물의 경우: 0.15~0.20cc/100g 미만이 허용될 수 있습니다. 비구조적 용도의 경우: 0.25cc/100g 미만.
Q4: 세라믹 폼 필터가 알루미늄에서 용존 수소를 제거할 수 있나요?
세라믹 폼 필터는 산화물 입자, 금속 간 화합물, 내화성 파편 등 고체 내포물을 포집하는 물리적 여과 장치입니다. 용해된 수소 가스를 제거하는 메커니즘이 없습니다. 수소를 제거하려면 불활성 기포를 이용한 가스 제거 처리가 필요합니다. 여과와 가스 제거는 서로 다른 결함 원인을 해결하는 상호 보완적인 공정입니다.
Q5: 알루미늄 용융물은 가스 제거 처리 후 얼마나 오래 깨끗하게 유지되나요?
용융물 표면을 보호하는 AdTech 커버 플럭스가 있는 덮개형 유지로에서 처리된 용융물은 주변 습도에 따라 약 45분에서 90분 동안 허용 가능한 수소 수준(0.15cc/100g 미만)을 유지합니다. 플럭스 보호막을 덮지 않으면 습도가 높은 조건에서 수소 레벨은 20~30분 이내에 처리 전 값으로 돌아갈 수 있습니다. 가스 제거와 주조 사이의 시간은 항상 최소화해야 하며, 유지 기간 동안에는 반드시 커버 플럭스를 사용해야 합니다.
Q6: 알루미늄 주조에는 어떤 PPI 등급의 세라믹 폼 필터를 사용해야 하나요?
올바른 PPI 등급은 주조 품질 요구 사항과 합금 유형에 따라 다릅니다. 일반 알루미늄 모래 및 영구 주형 주조에는 20~30 PPI가 적합합니다. 자동차 구조 및 안전이 중요한 주조에는 30~40 PPI가 권장됩니다. 40~60 PPI는 항공우주 및 최고 무결성 애플리케이션에 사용됩니다. PPI 등급이 높을수록 더 많은 내포물을 제거하지만 더 높은 흐름 저항이 발생하므로 더 미세한 등급을 지정할 때는 필터 크기를 다시 계산해야 합니다.
Q7: 고압 다이캐스팅에는 탈기 처리가 필요합니까?
예, 특히 생산된 주물을 열처리(T6), 용접 또는 기밀 용도에 사용할 경우 더욱 그렇습니다. HPDC의 빠른 응고는 눈에 보이는 큰 기공을 억제하지만, 용존 수소는 여전히 열처리(블리스터링) 또는 용접 중에 눈에 띄는 미세 다공성을 유발합니다. 이러한 부품을 생산하는 HPDC 공정에서는 유지로에서 업스트림 가스 제거 처리를 실시해야 합니다.
Q8: 다공성 방지에서 커버 플럭스의 역할은 무엇인가요?
커버 플럭스는 액체 알루미늄 표면과 대기 사이의 물리적, 화학적 장벽 역할을 합니다. 이는 대기 중의 수분이 용융물과 접촉하여 탈기 처리 후 수소가 다시 유입되는 것을 방지합니다. 또한 홀딩 및 이송 중 표면 산화와 이중막 형성을 방지합니다. 플럭스를 덮지 않으면 탈기 스테이션과 금형 사이에서 수소가 재흡수되어 탈기 처리 효과의 상당 부분이 무효화될 수 있습니다.
Q9: 드로스와 슬래그 제거는 주조 다공성을 어떻게 줄이나요?
표면 드로스와 슬래그는 산화물 개재물과 갇힌 가스의 저장소입니다. 스키밍 또는 금속 이송 중에 드로스가 방해받으면 용융물에 내포물 구름이 되어 응고 중에 다공성을 형성하게 됩니다. AdTech 슬래그 제거제(드로싱 에이전트)는 젖은 끈적끈적한 드로스를 금속 표면에서 혼입 없이 깨끗하게 분리되는 건조한 분말로 변환하여 이러한 개재물 오염을 크게 줄입니다.
Q10: 알루미늄 주조품의 다공성은 주조 후 수리할 수 있습니까?
진공 함침이라고 하는 진공 및 압력 하에서 열경화성 수지에 미세한 표면 다공성을 함침할 수 있으며, 이를 통해 기계적 특성에 영향을 주지 않고 기공을 밀봉하여 기밀성을 유지할 수 있습니다. 이 공정은 자동차 알루미늄 주조에서 구제 공정으로 널리 사용됩니다. 그러나 기계적 특성을 저하시키는 내부 구조적 다공성은 효과적으로 수리할 수 없으며, 영향을 받은 주물은 폐기해야 합니다. 적절한 용융 처리를 통한 예방이 주조 후 회수 작업보다 항상 더 경제적입니다.
결론 결론: 알루미늄 주조에서 다공성 제어를 위한 통합 접근 방식
알루미늄 주조의 다공성은 다각적인 해결책을 필요로 하는 복합적인 문제입니다. 단일 제품이나 공정 단계로는 모든 근본 원인에서 다공성을 제거할 수 없습니다. 밀도 지수 1.5% 미만, X-선 품질 레벨 0~1로 일관되게 낮은 불량률을 달성하는 주조소는 용융 처리 체인의 모든 요소를 체계적으로 구현하고 각 단계의 결과를 측정하는 주조소입니다.
통합 솔루션 프레임워크:
- 애드테크 온라인 가스 제거 장치아르곤 또는 질소를 사용한 최적화된 로터-스테이터 기술을 통해 용존 수소를 0.10cc/100g 이하로 제거합니다.
- 애드테크 세라믹 폼 필터비금속 개재물을 밀리미터 이하의 입자 크기까지 포착하여 개재물 핵 형성 다공성을 제거합니다.
- 애드테크 정제 플럭스여과만으로는 포착할 수 없는 미세한 산화물 입자와 바이필름 조각을 응집하고 제거합니다.
- 플럭스를 커버하는 애드테크보유 및 이송 중 가스 제거된 용융물이 수소를 재흡수하지 않도록 보호합니다.
- 애드테크 슬래그 리무버포함물 혼입 없이 깨끗하게 제거하기 위한 조건 드로스.
- 프로세스 규율올바른 충전 건조, 적절한 주입 온도, 제어된 충전 속도 및 적절한 게이팅 설계가 그림을 완성합니다.
애드텍 알루미늄 용융 처리 제품군의 각 제품은 특정 다공성 메커니즘을 해결합니다. 이 제품들은 다공성을 만성적인 생산 문제에서 제어, 측정 및 관리 가능한 공정 변수로 전환하는 포괄적인 품질 시스템을 형성합니다.
이 기술 참고자료는 AdTech 편집 및 엔지니어링 팀에서 발행합니다. AdTech는 온라인 가스 제거 장치, 세라믹 폼 필터, 정제 플럭스, 피복 플럭스, 슬래그 제거제 등 알루미늄 용융 처리 장비와 소모품을 설계 및 제조하여 전 세계 알루미늄 주조 공장 및 주조 작업장에 공급합니다.
