주조물의 기공 유형

금속 주물의 다공성은 거의 항상 두 가지 근본적 과정의 결과이다. 액상 금속 내 가스의 포획 또는 발생, 그리고 응고 과정 중 불충분한 급수로 인해 발생하는 수축 공극이 그것이다. 알루미늄 주물의 대부분의 다공성 문제는 이 두 가지 메커니즘의 조합 또는 변형 형태이다. 체계적인 용융 준비(탈기 및 여과), 잘 설계된 게이트 및 급수 구조, 적절한 배기, 그리고 소모품의 목적에 맞는 사용을 통해... 세라믹 폼 필터 용융제와 플럭스를 사용하면 주조 공장에서 기공률을 획기적으로 낮출 수 있으며, 압력 밀폐성과 구조적 강도 사양을 안정적으로 충족시킬 수 있습니다. AdTech는 탈기 시스템, 입상 및 플럭스 화학 물질, 그리고 표준 공정 제어와 통합되는 세라믹 폼 필터로, 가스 및 내포물 관련 다공성을 감소시키고 용융 품질 개선을 통해 수축을 완화합니다.

1. 다공성이란 무엇이며 왜 중요한가

다공성은 주물 내부 또는 표면에 존재하는 모든 공극, 공동 또는 미세 구멍 네트워크로, 국부적으로 밀도를 감소시키고 기계적 특성, 내압성, 피로 수명 또는 외관을 저해할 수 있다. 많은 자동차, 유압, 항공우주 및 소비자 응용 분야에서 미세한 기공조차도 피로 수명을 감소시키거나 누출을 유발하거나 코팅 및 가공을 방해하기 때문에 불량으로 판정될 수 있다. 따라서 기공률 감소는 주조업체의 핵심 품질 과제이며, 이는 금속학, 열 제어 및 표적 용융 처리를 결합함으로써 가장 효과적으로 해결됩니다.

2. 공극 유형의 광범위한 분류

금속 주물의 다공성은 크게 기원과 형태에 따라 분류된다.

기원에 따라

• 가스 기공: 금속이 고체화되면서 핵생성 및 성장하는 용해되거나 포집된 가스로 형성된 기공. 알루미늄 합금에서는 수소가 주요 원인이다.

• 수축 공극: 액체 금속이 응고 과정에서 발생하는 부피 변화를 채우지 못해 발생하는 공극; 일반적으로 마지막으로 응고되는 고온 부위에 위치한다.

• 반응성 또는 포함 기공: 금형 재료, 코팅 또는 오염 물질이 용융물과 반응하여 국부적인 기체 또는 비금속성 포켓을 형성할 때 발생하는 공동.

형태 및 서비스 효과(일반적인 공학적 범주)에 따라

• 맹공극: 표면에서 시작하여 내부에서 끝난다.

• 다공성을 통해: 하나 이상의 표면에 열려 있으며 누출 경로를 생성한다.

• 완전 밀폐된 다공성: 내부적이며 주변 금속에 의해 밀봉됨; 종종 가공 후 또는 방사선 촬영을 통해서만 드러남.

이러한 범주는 실제로 중첩됩니다; 특정 주조품은 가스와 수축 현상이 혼합되어 나타날 수 있으며, 이를 구분하기 위해서는 계층적 진단이 필요합니다.

3. 상세한 공극 유형, 외관 및 근본 원인

아래는 디자이너와 공정 엔지니어가 활용 가능한 실용적인 분류 체계입니다. 각 항목에는 전형적인 외관, 근본 원인 및 발생 단서가 나열되어 있습니다.

3.1 기체 다공도 (구형 또는 매끄러운 벽의 기공)

모양: 구형에 가까운 빈 공간으로 둥글며, 매끄러운 내부 표면을 가지며, 때로는 수지상 구조 사이의 영역에 군집을 이룬다.
주된 원인용융물 내 과잉 용해 가스(알루미늄 내 수소) 또는 난류 주입 시 공기/가스의 유입. 수소 용해도는 응고 시 급격히 감소하므로 기포가 핵생성된다.
일반적인 단서들가스 충전 금속 이력(재가열 스크랩, 수분 오염 플럭스), 불충분한 용융물 탈가스, 높은 주입 난류, 산화물 존재로 인한 회색 내부 기공 벽.
어디에 표시되는지: 분포된 부분들, 가지 사이 공간과 늦게 굳어지는 중심부에 집중되어 있다.

3.2 수축 공극(수지상 또는 불규칙한 공동)

모양: 들쭉날쭉한 가장자리를 가진 불규칙한 모양의 공동으로, 종종 연결되거나 네트워크를 형성하며; 열점이 되는 부위를 차지하는 경향이 있다.
주된 원인: 마지막으로 고형화되는 영역에서 고형화 수축을 보상하기 위한 액체 금속 공급이 불충분함. 형상 및 열적 경사도로 인해 핫스팟이 발생함.
일반적인 단서들부품 전반에 걸쳐 일관된 위치, 두꺼운 단면이나 냉각/가열 설계가 불량한 특징에 연결됨.
어디에 표시되는지최종 응고 영역, 단면 전환부, 코어 교차점.

3.3 미세공극률(미세수축률)

모양: 매우 미세한, 때로는 서브마이크론 크기의 기공이 수지상 영역 사이에 존재함; 식각 후 현미경으로 관찰 시 벌집과 유사한 느낌을 줌.
주된 원인수축과 국부적 가스 발생이 수지상 고화 후기 단계에서 결합된 현상이다. 이 메커니즘은 미세구조 수준에서 발생하는 수축의 성장과 관련이 있다.
일반적인 단서들: SEM 관찰 또는 CT 촬영 시 확인 가능; 육안으로 보이지 않더라도 연성과 피로 저항성을 제한함.

3.4 표면 또는 피부의 다공성

모양주조 표면에 작은 구멍이나 물집이 생김.
주된 원인: 금형 표면 근처의 가스 포획, 금형 재료와 금속 간의 반응, 또는 코팅 및 바인더에서 발생하는 증기.
일반적인 단서들: 코어, 통풍구 또는 금형 표면 근처 영역에 국한됨. 종종 기공 가장자리의 변색을 동반함.

3.5 흡입 다공성

모양게이트 또는 라이저 인터페이스 근처의 불규칙한 공동.
주된 원인: 고화 과정 중 급격한 압력 변화 또는 불충분한 게이트 설계로 인해 금속이 캐비티에서 다시 빨려 들어가는 현상.
일반적인 단서들: 게이트 형상, 부적절한 라이저 배치 및 응고 과정 중 금속 공급의 불규칙성과 관련이 있습니다.

3.6 함입 공기 또는 접힘 다공성

모양주름 모양의 터널 또는 길쭉한 공극으로, 종종 공동 내벽을 따라 산화막이 형성된다.
주된 원인충전 과정에서 난류 흐름이 산화물이 부착된 표면을 용융물 속으로 접어 넣는다. 유입된 산화막이 금속을 분리시켜 길쭉한 포켓을 생성한다.
일반적인 단서들: 조사 시 내부 공극에서 산화물 이음매와 어두운 막이 관찰됨.

3.7 반응 다공성

모양국소적인 불규칙한 구멍으로, 종종 코어 근처나 코팅 경계면 근처에 발생한다.
주된 원인용융 금속과 금형/코어 바인더 또는 포집된 휘발성 물질 간의 화학 반응으로 국부적 가스가 발생함.
일반적인 단서들: 코팅된 모래, 바인더 잔류물 또는 수리된 코어 영역과의 접촉 지점에 위치함.

4. 고화 과정에서 기공이 형성되는 방식

합금의 고체화는 열 추출, 용질 재분배, 기체 용해도 변화가 역동적으로 상호작용하는 과정이다. 두 가지 메커니즘이 지배적이다:

가스 핵생성과 성장온도가 낮아질수록 액체 알루미늄 내 수소 용해도는 온도와 거의 선형적으로 감소합니다. 따라서 용해된 수소는 과포화 상태가 되어 기포를 핵생성합니다. 기포가 빠져나가거나 잔류 액체에 용해되지 못하면 기공으로 남게 됩니다. 급속 냉각은 수많은 작은 기공을 선호하는 반면, 느린 냉각은 기포가 더 크게 성장하도록 합니다. 적절한 용융 탈기는 초기 수소 농도를 감소시키고 기포 형성의 추진력을 낮춥니다.

사료 공급 실패 및 체중 감소모든 금속은 고체화 과정에서 수축한다. 수지상 네트워크가 흐름을 차단하여 액상 금속의 공급이 최후 고체화 영역에 도달하지 못하면 공동이 형성된다. 이는 주물의 형상, 열 구배, 라이저/게이트 설계에 의해 제어된다. 미세공극은 고체화 후기 단계에서 수지상 간 액상이 고립되어 부피 보상을 공급하지 못하는 부위에서 흔히 발생한다.

기체에 의해 형성된 기공인지 수축에 의해 형성된 기공인지 파악하는 것은 교정 조치가 달라지기 때문에 매우 중요하다. 기체 문제는 용융물 세정 및 탈기 처리에 반응하는 반면, 수축 문제는 라이저 재설계 및 국부 냉각 장치와 같은 열적·금속 유동 교정이 필요하다.

5. 진단 방법과 각 방법이 밝혀내는 것

단일 검사 방법으로 모든 기공을 포착할 수 없습니다. 다층적 접근법을 사용하십시오.

5.1 육안 및 현미경 검사

빠르고 비용이 저렴함; 절단 후 표면 다공성과 미세 규모에서의 기공 형태를 확인하는 데 적합함.

5.2 방사선 촬영 및 X선 검사

시스템 해상도보다 큰 내부 기공에 적합합니다. 기공이 고립되었는지, 연결되었는지, 또는 네트워크를 형성하는지 여부를 표시할 수 있습니다.

5.3 컴퓨터 단층촬영(CT)

공극 분포 및 형태의 3차원 매핑. 안전이 중요한 부품 및 고장 분석에 적극 권장됩니다. CT는 기체와 유사한 구형 공극을 수축 네트워크와 구분할 수 있습니다.

5.4 금속 조직 절편 및 SEM

미세한 미세공극과 미세구조적 맥락을 드러냅니다. SEM/EDS를 사용하여 함입을 나타내는 공동 내부의 산화막을 확인하십시오.

5.5 수소 분석 및 용융 시료 채취

용융물 내 용해 수소 농도를 직접 측정합니다. 권장 기준치를 초과할 경우 기포 발생 가능성이 높아집니다.

5.6 압력 시험 및 누출 검출

압력 밀폐 부품의 경우, 누출 시험을 통해 다공성 및 맹점 누출 경로를 신속하게 식별합니다.

진단 워크플로는 일반적으로 CT 또는 X선 스캔을 금속 조직 분석 및 용융 수소 시험과 결합하여 근본 원인을 규명합니다.

6. 예방 및 통제 전략 (공정 및 소모품)

공극 방지는 체계적인 노력이 필요합니다. 해결책은 네 가지 핵심 요소로 구분됩니다: 용융 품질, 열 및 게이트 설계, 금형/배기 관행, 그리고 필요한 경우 주조 후 보정 조치입니다.

6.1 용융 품질: 탈기 및 여과

• 가스 제거진공 또는 불활성 가스 회전 탈기법을 통해 용존 수소를 제거하고, 산화물 및 비금속 내포물을 제거하기 위한 플럭싱을 병행합니다. 적절한 탈기 처리는 기공 발생 위험을 현저히 감소시킵니다.

• 필터링세라믹 폼 필터와 심층 필터는 기포 유입 결함을 유발하고 기공의 핵생성 부위가 되는 산화막과 슬래그 내포물을 제거합니다. 적절히 배치된 세라믹 폼 필터는 금속 흐름을 원활하게 하고 난류를 감소시킵니다. AdTech의 세라믹 폼 필터는 마이크론 수준의 포집력과 낮은 압력 강하를 위해 설계되어 게이트 시스템에서 효과적입니다.

6.2 게이트, 라이저 및 열 제어

• 라이저 배치 및 크기: 마지막으로 응고되는 영역에 금형을 공급하기 위한 라이저를 설계하십시오. 응고 경로를 제어하기 위해 핫탑, 내부 라이저 또는 쿨러를 사용하십시오.

• 오한: 국부적 냉각은 원하는 위치에서 고체화를 가속시켜 열점이나 수축을 중요 표면으로부터 멀리 이동시킵니다.

• 충전 제어적절한 게이트 형상과 주입 속도를 사용하여 난류를 줄입니다. 매끄러운 층류는 유입된 산화막을 감소시킵니다.

6.3 금형, 코어 및 코팅 관리

• 불만 토로: 주조 과정에서 발생하는 가스를 배출할 수 있는 충분한 배출로를 마련하십시오. 배출이 불충분하면 가스가 갇혀 기공이 됩니다.

• 코어 및 바인더 선택: 저휘발성 바인더를 사용하고 코어가 경화되어 잔류 휘발성 물질이 없도록 하십시오. 모래 수분을 관리하십시오.

• 스프레이 및 코팅 선택: 주입 온도에서 휘발성 물질을 생성하는 코팅은 피하십시오.

6.4 공정 모니터링 및 피드백

• 수소 추적정기적인 용융 수소 점검. 기록을 유지하고 수치가 목표치를 초과할 경우 시정 탈기 조치를 시행하십시오.

• 열 시뮬레이션주조 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 핫 스팟을 식별하고, 금형 제작을 확정하기 전에 게이팅 및 라이저 설계를 반복적으로 개선하십시오.

• 비파괴 검사주요 부품에 대한 주기적 방사선 촬영 또는 CT 샘플링을 통해 지속적인 관리 상태를 확보합니다.

6.5 주조 후 보정 조치

• 진공 함침압력 밀봉이 필수적이지만 막힌 기공이 있는 부품의 경우, 폴리머를 이용한 진공 함침으로 누출 경로를 봉쇄할 수 있습니다. 이는 적절한 공정 제어의 대체 수단이 아닌 보완 조치입니다.

7. AdTech 제품이 다공성 제어 프로그램에 어떻게 적용되는가

애드테크는 상기 네 가지 핵심 분야에 통합되는 장비 및 소모품을 생산합니다. 다음은 이러한 제품을 활용하여 다공성을 제어하는 실용적인 제안 사항입니다.

7.1 광고 기술 탈기 시스템

• 용량과 합금에 따라 회전식 탈기 장치 또는 진공 탈기를 사용하십시오. 산업별 기준치(일반적으로 많은 알루미늄 합금의 경우 <0.10–0.15 mL/100 g, 단 부품 요구사항에 따라 확인 필요) 미만의 목표 수소 수준을 유지하십시오. 탈기는 기공 발생에 대한 주요 방어 수단입니다. 탈기와 함께 합금 및 유지 시간에 최적화된 교반 프로파일을 병행하십시오.

7.2 애드테크 플럭스 그리고 플럭스 주입

• 애드테크의 미세 플럭스 및 커버 플럭스 제형은 금속 청정도를 향상시키고 보존 및 운반 중 용융 표면을 보호합니다. 플럭스는 금속 표면에서 내포물을 제거하고 공기 유입을 제한하는 데 도움이 됩니다. 래들링 및 이송 단계에서 플럭스를 사용하십시오. 플럭스 주입 장비는 반복적인 주조 작업에 일관된 투여량을 제공할 수 있습니다.

7.3 AdTech 세라믹 폼 필터

• 금형 상류의 게이트 시스템에 세라믹 폼 필터를 설치하여 산화막과 내포물을 제거하고 유동을 안정화합니다. 필터는 열 완충 역할도 하며, 합금과 게이트 영역에 따라 다공성 등급(ppi 또는 인치당 기공 수)으로 지정할 수 있습니다.

7.4 통합 접근법

• 최상의 결과를 얻으려면 먼저 여과를 실시한 후 탈기하고, 마지막으로 플럭스 보호를 마무리 공정으로 적용하십시오. 실제 적용 방법: 세라믹 폼 필터를 통해 용탕을 이송용 용기에 주입하십시오; 회전식 진공 또는 불활성 가스 퍼지로 이송용 용기의 탈기를 수행하십시오; 주조와 탈기 사이에 플럭스 커버를 적용하여 재기화를 제한하십시오; 복잡성이나 내포물 위험이 높을 경우 두 번째 필터를 통해 주조하십시오.

8. 빠른 참조 표

표 1. 공극 유형, 시각적 단서, 가능한 근본 원인

표 2: 대표적인 지표 및 진단 방법

표 3. 예방 사다리: 우선순위 조치 및 예상 영향

9. 알루미늄 주조 공장에서 기공률 저감을 위한 공정 체크리스트

1. 기준선 용융 수소를 측정하고 기록하십시오.

2. 용융 유동 및 합금에 적합한 세라믹 폼 필터를 설치하십시오.

3. 주요 열 첨가 후 및 주입 전의 디가스. 상황에 맞게 불활성 가스 회전식 또는 진공 방식을 사용하십시오.

4. 유지 및 이송 중 플럭스 커버를 적용하여 재기화를 제한하십시오. 일관되게 도포하십시오.

5. 열 시뮬레이션을 통해 게이트 및 라이저 전략을 검증하고, 핫 스팟을 변경하기 위해 냉각부를 배치하십시오.

6. 주입 난류 감소: 테이퍼형 러너, 적절한 경우 침수 주입.

7. 코어와 금형이 건조되고 경화되었는지 확인하고, 중요한 주물에는 저휘발성 바인더를 사용하십시오.

8. 생산 공정에서 정기적인 비파괴 검사(NDT) 샘플링(방사선 촬영 또는 CT)을 실시하십시오.

9. 공극이 제어 후에도 지속될 경우 근본 원인 연구를 수행하라: 금속 조직 분석, 수소 추이 분석 및 유동 시각화.

10. 압력 밀봉이 필수적이며 수리가 허용되는 경우, 상류 문제를 해결한 후에만 진공 함침을 사용하십시오.

10. 자주 묻는 질문

1. 알루미늄 주물의 다공성을 줄이는 데 가장 효과적인 단일 조치는 무엇입니까?
   정기적인 용융 탈기와 세라믹 여과를 병행하면 가스 및 내포물 관련 기공률에서 측정 가능한 최대 감소 효과를 얻을 수 있다.

2. 가스 공극과 수축 공극을 어떻게 구분하나요?
   가스 기공은 일반적으로 구형이며 매끄러운 벽을 가진다; 수축 기공은 불규칙하고 들쭉날쭉한 가장자리를 가지며 마지막으로 고형화되는 영역에 군집한다. X선 및 금속 조직학 분석을 통해 진단을 확인할 수 있다.

3. 더 높은 주입 온도가 수축 기공을 제거할 수 있을까?
   높은 주입 온도는 단기 동결을 줄이고 충진에 도움이 되지만, 가스 용해도를 증가시켜 기공률과 내포물을 높일 수 있습니다. 적절한 급재 및 라이저 설계가 장기적인 해결책입니다.

4. 알루미늄 주물에 허용되는 수소 함량은 어느 정도인가요?
   표적 수치는 합금과 용도에 따라 다릅니다. 많은 업체들은 압력 감지 부품의 경우 수소 수준을 ~0.10–0.15 mL/100 g 미만으로 유지하는 것을 목표로 합니다. 계약 사양을 활용하고 시험을 통해 검증하십시오.

5. 세라믹 폼 필터는 모든 알루미늄 합금에 사용할 수 있습니까?
   예; 유량과 함유물 부하에 따라 발포 다공도(ppi)와 두께를 선택하십시오. 적절한 치수 선정은 과도한 압력 강하를 방지합니다. AdTech는 일반적인 알루미늄 합금용으로 등급이 지정된 재료를 제공합니다.

6. 플럭싱이 탈기를 대체합니까?
   아니요. 플럭싱은 산화물을 제거하고 용융 표면을 보호합니다. 탈기는 용해된 수소를 제거합니다. 둘은 상호 보완적입니다.

7. 공극 모니터링을 위한 비파괴 검사(NDT)는 얼마나 자주 수행해야 합니까?
   중요 부품 생산 시 공정 검증 기간 동안 교대별 또는 배치별로 대표 방사선 촬영 또는 CT 샘플링을 수행하십시오. 안정성과 위험도에 따라 빈도를 조정하십시오.

8. CT 검사에서 미세공극이 발견될 경우, 주요 완화 방안은 무엇인가요?
   용융물 청정도를 개선하고, 냉각구/상부구 재설계를 통해 응고 속도를 조정하며, 수지상 간 격리 현상 감소를 위해 합금 변경 또는 열처리 변경을 고려하십시오.

9. 진공 함침은 다공성 누출에 대한 영구적인 해결책인가요?
   진공 함침은 다양한 응용 분야에서 누출 경로를 효과적으로 차단하지만, 기계적 강도를 회복시키지 못하며 근본 원인 제거보다는 복구 조치로 간주됩니다.

10. 공정 변경 중 기공 불량으로 인한 불량률을 겪고 있는 기존 파운드리에게 가장 높은 투자 수익률(ROI)을 제공하는 것은 무엇인가?
    정기적인 탈기 작업과 세라믹 폼 여과 장치 추가를 통해 일반적으로 불량품, 재작업 및 누출 수리를 줄여 가장 높은 투자 수익률(ROI)을 달성할 수 있습니다.

11. AdTech 솔루션을 활용한 최종 권고사항 및 실행 계획

1. 기준선 측정용융물에 대해 일주일 동안 수소 테스트를 수행하여 현재 평균값을 확인하십시오. 목표치 이상일 경우 탈기 작업을 우선적으로 진행하십시오.

2. 여과 시스템 개조첫 번째 금형 주입 전에 세라믹 폼 필터를 추가하여 산화막을 즉시 제거하고 기포 유입을 줄입니다. 게이트 면적과 합금에 따라 필터 ppi를 지정하십시오.

3. 탈기 프로그램회전식/진공 탈기 장치를 설치하거나 최적화하십시오. 재오염을 줄이기 위해 AdTech의 제어된 플럭스 주입 방식과 탈기 공정을 병행하십시오.

4. 설계 검증열 시뮬레이션을 활용하여 반복적인 수축 공극이 발생하는 경우 라이저 및 칠 설계에 대한 보정을 수행하십시오.

5. 모니터링 및 반복중요 주물에 대해 CT/방사선 촬영 샘플링을 활용하고 기공률 지표를 추적하십시오. 각 변경 사항의 효과를 확인하기 위해 통제된 실험을 수행하십시오.

애드테크는 여과, 플럭스 화학, 탈기 장비를 결합한 패키지 솔루션과 적용 지침을 제공하여 실제 운영 환경에서 다공성 수준을 낮추는 통합 공정 개선을 지원합니다.