제 3장 주물사와 주형재료 3.1 개요 1 주형의 재료는 주물사나 그 외의 주물이 응고 냉각을 가속시키는 냉각재료,

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1 제 3장 주물사와 주형재료 3.1 개요 1 주형의 재료는 주물사나 그 외의 주물이 응고 냉각을 가속시키는 냉각재료,
제 3장 주물사와 주형재료 3.1 개요 주형의 재료는 주물사나 그 외의 주물이 응고 냉각을 가속시키는 냉각재료, 주물을 보온하는 보온재료 및 발열재료로 구분. 1) 주형의 역할 ① 용해된 금속을 받아 담는다. ② 용융금속이 흐르는 통로가 된다. ③ 용융금속이 일정한 형태를 갖추도록 하고 이를 유지한다. ④ 주물표면의 거침의 정도를 결정한다. ⑤ 주물의 유해한 기체를 제거하고 대기중으로 부터 용융금속을 보호. ⑥주물에서 응고열을 발산시킨다. ⑦ 액상의 주물 형태를 상온까지 유도 1

2 2. 주형재료에 요구되는 성능 1 기계적 강도가 상온 및 고온에서 적당할 것 열충격(급가열) 에 파괴되지 않을 것
용금의 유동에 대한 마모(erosion)에 견딜 것 주어진 온도에서 용탕 또는 용제가 화학적 반응을 일으키지 않을 것 온도에 의한 변형 팽창이 작을 것 표면이 평활할 것 주형면에 소공이 있을때 용탕압력으로 삼투현상이 발생하지 않을 것 가열될 때 기체(수증기, 반응성기체 등)의 발생이 기준치 이하일 것 발생가스는 주물금속에 유해한 반응을 일으키지 않을 것 적당한 통기성을 가질 것 1

3 2. 주형재료에 요구되는 성능 1 적당한 용도에 맞는 열전도성,비열, 밀도를 가질 것
주물에 무리한 힘을 주지 않는 변형저항을 가질 것 모형에 부응하는 성형성과 유동성을 가질 것 사용 후 화학적 물리적 변화가 적고 간단한 처리로써 재생 가능할 것 원료가 저렴할 것 조제작업 시 혼련이 용이할 것 제조 후 변질 이 적을 것 제조 후 경화가 용이하고 모형의 접착성이 적을 것 적당한 붕괴성을 가지며 주조열에 심한 경화가 없을 것 주물표면에 고착이 잘 일어나지 않을 것 1

4 3.3 주물사 1 주물사 (moulding sand) : 주형을 만드는데 사용되는 주형재료를 말함,
즉 원료사에 점결제 및 보조제 등을 배합하여 주형을 만들 때 사용되는 재료. ① 자연사 또는 산사 (natural sand) - 자연현상으로 생성된 모래 - 규석질 모래와 점토질이 천연적으로 혼합된 것으로 수분을 알맞게 첨가하면 그대로 주물사로 사용 가능한 것 ② 생형사 (green sand) - 적당량의 수분이 들어 있는 산사나 합성사. - 생형을 조형할 때 사용 ③ 건조사 (dry sand) - 생형사에 비해 점토분이 많다. - 건조형을 조형할 때 사용 - 균열 방지용으로 코크스가루나 숯가루, 톱밥을 배합 - 고온 고압의 고급주물 주조 시 사용 1

5 2 - 표면사 층과 주형 틀과의 사이에 충진시키는 모래. ④ 코어사 (core sand) - 코어 제작용에 사용
- 규사에 점토나 다른 점결제를 배합한 모래. - 성형성, 내열성과 통기도, 강도가 좋고 주조 후 탈사가 쉬워야 한다. ⑤ 분리사 (parting sand) - 상형과 하형의 경계면에 사용 - 점토분이 없는 원형의 세립자 사용 ⑥ 표면사 (facing sand) - 용탕과 접촉하는 주형의 표면부분에 사용 - 내화도가 좋고 고운 모래로 표면을 매끈하게. ⑦ 이면사 - 표면사 층과 주형 틀과의 사이에 충진시키는 모래. - 강도나 내화도는 그다지 중요시 Ⅹ. 古砂 사용 - 통기도 大 ← 가스에 의한 결함을 방지. 표면사의 70~75강도 2

6 3.1.2 주형재료 3 (1) 원료사 : ①산사, ②규사, ③특수사 (ⓐZr사, ⓑ올리빈사, ⓒ샤모트사)
주형재료 (1) 원료사 : ①산사, ②규사, ③특수사 (ⓐZr사, ⓑ올리빈사, ⓒ샤모트사) (2) 점결제 : 무기점결제 (ⓐ내화점토, ⓑ벤토나이트, ⓒ특수점토) 유기점결제 (ⓐ유류, ⓑ수지류, ⓒ곡분류, ⓓ당류, ⓔ피치) 특수점결제 (ⓐ규산소다, ⓑ시멘트, ⓒ석고) (3) 보조제 : ①탄소계, ②나무 및 곡류, ③당밀, ④규석가루, ⑤산화철 (4) 도형제 : ①흑연 및 숯가루, ②운모가루 (5) 이형제 : ①니스, ②래커, ③실리콘유 3

7 4 (1) 원료사 : ①산사, ②규사, ③특수사 (ⓐZr사, ⓑ올리빈사, ⓒ샤모트사) ① 산사 (山砂)
     ① 산사 (山砂)         ㉠ 규사를 주로 한 모래에 점토분이 10~15%인 것이 많이 이용된다.         ㉡ 내화도 및 반복사용에 따른 내구성이 낮다.      ② 규사 (silica sand)         ㉠ 주성분 : SiO2 , 점토분 : 2%이하, 점결성이 없는 규석질의 모래.         ㉡ 불순물 : Fe2O3, Al2O3, MgO, CaO 등         ㉢ 규사의 분류             ◆ 천연규사 : 해사, 하천사, 산사 – 둥근 형. 내화도가 낮아 주철 및 비철주물 용             ◆ 인조규사 : 석영질 암석 및 풍화된 규사를 파쇄, 가공. 고 순도             ◆ 처리규사 : 자연사의 불순물을 처리하여 SiO2의 함유량을 높인 것         ㉣ 산출량 풍족, 가격 저렴, 가장 많이 사용 4

8     ③ 특수사 - 주입온도가 높은 주강 등에 사용 규사 : 내화도나 고온 팽창성은 이상적이지 않다. → 기타 조성의 모래가 필요.         ㉠ 지르콘사 (zirconite sand) (90% ZrSiO4) : 규산지르코늄, 내화도 2200℃ 열팽창율 : 규사의 1/3~1/6, 고가, 특히 주강에서 소착발생이 쉬운 곳. 주산지 : 오스트레일리아, 인도, 미국         ㉡ 올리빈사 (olivine sand) ((MgFe)2SiO4 ) : 감람석 or forsterite sand, 내화도 1700℃ 열 팽창율도 균일하고 작기 때문에 표면사 또는 도형제로 사용. ㉢ 샤모트사 (chamote sand) (Al2O3 2SiO2 2H2O) : 내화점토를 1300℃의 높은 온도로 구어 파쇄한 것 내화도 및 강도가 크다. 열팽창이나 수축이 비교적 작다. 반복사용이 가능 5

9 200mesh : 75㎛ 325mesh : 45㎛ 6

10 7

11 8 (2) 점결제 : 무기점결제 ( ⓐ내화점토, ⓑ벤토나이트, ⓒ특수점토 )
유기점결제 ( ⓐ유류, ⓑ수지류, ⓒ곡분류, ⓓ당류, ⓔ피치 ) 특수점결제 ( ⓐ규산소다, ⓑ시멘트, ⓒ석고 ) 성형성을 높이기 위해 사용 점결제의 조건 ① 점결력이 클 것. ② 주조한 다음에 점결성을 잃고 부스러지기 쉬울 것. ③ 불순물의 함유량이 적고 내화도가 클 것. ④ 오랫동안 보존하여도 수분을 흡수하는 일이 적을 것. ⑤ 주입할 때 가스의 발생이 적고 통기성이 좋을 것. ⑥ 모래의 회수가 쉽고, 값이 쌀 것. ① 무기점결제 ( ⓐ내화점토, ⓑ벤토나이트, ⓒ특수점토 ) ⓐ 내화점토 (kaolininite) 장석, 운모 등이 지열, 지압 및 염류 등의 작용을 받아 생성. 내화성이 크고, 수축이 작아 점결제로 널리 사용 8

12 9 ⓑ 벤토나이트 (bentonite) 화산재의 풍화에 의하여 생성된 점토.
  화산재의 풍화에 의하여 생성된 점토. 수분을 가하면 점결성이 클 뿐 아니라 건조하면 강도가 크고 통기성, 내화도도 크기 때문에 최근에는 점결제로 주로 사용된다. ⓒ 특수점토 (halloysite, illite) halloysite : 내화도가 높고 적당한 수축성과 가소성, air set 강도가 낮다. illite : · 점결력이 크고 쉽게 분산하므로 혼련이 쉽다. · 수축은 적으나 내화성이 부족하므로 다른 점토와 혼합 사용 · pin hole 발생이 적다. · 미국에서 많이 사용 9

13 10 ② 유기점결제 ( ⓐ유류, ⓑ수지류, ⓒ곡분류, ⓓ당류, ⓔ피치 )
높은 정밀도가 요구되는 주형이나 코어에 이용 대기중에서 흡습성이 적고 주입 후의 붕괴성도 좋으며 주물의 표면이 미려하다. ⓐ 유류 아마인유, 콩기름 200~250℃에서 주형강도가 높고, 통기성이 좋다. 주입 후는 기름이 타서 탈사가 좋다. 주물의 표면이 미려하고 강도 크고 흡습성 적어 코어 및 복잡한 부품제조에 사용 ⓑ 수지류 페놀수지, 요소수지 등 열경화성이 있는 합성수지를 액체 또는 분말상태로 사용 새로운 점결제 : 폴리비닐, 알코올, 요소수지, 석탄산 수지 요소수지 : 낮은 건조온도, 짧은 건조시간, 큰 강도 ⓒ 곡분류 외형 및 코어의 점결제로서 다른 점결제와 함께 배합 (0.5~1%) 소맥분, 라이맥분, 옥수수 분말, 전분 분말 적당한 쿠션 → 붕괴성은 좋으나 코어의 흡습 촉진, 500~700℃에서 완전 연소 10

14 11 ⓓ 당류 펄프를 만들 때의 폐액에서 부산물로 제조되는 것. 습태강도가 양호하여 취급이 쉬우나 건태강도가 작다. ⓔ 피치
tar 증류 시 찌꺼기로 남는 탄수화물 수용액이 전혀 없으므로 흡습에 의한 강도의 저하와 기포가 없다. 가열에 의해 코어에 침투하며 냉각 시에 경화한다. 주입 시에 가스발생이 크고 탈사 작업이 곤란하다. → 사용 Ⅹ 11

15 12 ③ 특수점결제 ( ⓐ규산소다, ⓑ시멘트, ⓒ석고 ) ⓐ 규산소다 (Na2SiO3) 가스형법에 사용되는 점결제
물에 대한 용해성이 있기 때문에 흔히 물유리(Water Glass) 탄산가스 취입에 의하여 탄산소다와 규산으로 변화하여 경화한다. Na2SiO3 + CO2 → Na2CO3 + SiO2 ⓑ 시멘트 (cement) 포틀랜드 시멘트는 8~12%, 수분 4~6%로 배합하여 대형의 주형 코어제조 강도, 경도가 크며 1200℃까지 연소하지 않는다. 고온에서 붕괴성이 불량하므로 주물에 균열이 발생하기 쉽다. ⓒ 석고 통기도가 적다. 고온 합금에 주입할 때 열분해 발생 정밀 주물용으로 사용 ⓓ 점결제의 배합방법 몇 가지의 점결제를 혼합 사용 계량 : 가루 – 무게, 액체 - 부피 12

16 13 ④ 점결제의 건조 건조온도가 중요 건조원칙 : 점결제의 효과를 잃지 않는 정도까지 온도를 올렸다가 방치
불충분한 건조 : 수분이나 가스에 의해 주물 불량 급격하고 과도한 건조 : 코어를 약하게 하고 주형에 균열 발생 초래 13

17 14 (3) 보조제 : ① 탄소계, ② 나무 및 곡류, ③ 당밀, ④ 규석가루, ⑤ 산화철 보조제 또는 첨가제
(3) 보조제 : ① 탄소계, ② 나무 및 곡류, ③ 당밀, ④ 규석가루, ⑤ 산화철 보조제 또는 첨가제 주물사의 열적 성질을 향상시키고 주형의 신축성을 돕는다. 주물의 표면을 미려하게 하고 산화, 소착방지, 탈사를 쉽게 하기 위해 첨가 ① 탄소계 석탄, 피치, 코크스 및 흑연가루 용탕과 연소반응에 따라 생기는 휘발성 가스에 의해 주형과 금속표면 사이에 절연층 → 모래표면에 탄소피막 형성 ⇒ 주물표면 미려, 용탕의 산화와 모래의 소착을 방지 ② 나무 및 곡류 주형에 용탕을 주입하면 고온 때문에 모래입자나 점토가 팽창 → 100mesh 로 분쇄한 나무나 곡분을 사용 주강과 같이 고온 주입을 할 때 많이 이용 ③ 당밀 생형에 사용하면 주형표면을 경화 → 주형 파손 방지, 주물사의 용탕 혼입 방지 14

18 15 ④ 규석가루 입자가 매우 곱다. → 모래입자 사이를 메워 주므로 용탕 침투를 방지, 주물표면 미려
과용 → 팽창이 커져 주물결함 ⑤ 산화철 코어 모래에 사용 1~2%의 산화철 (Fe2O3)을 첨가하면 1250~1350℃에서의 고온강도가 2~3배 증가 → 주형표면의 용탕 침입 방지 15

19 16 (4) 도형제 : ① 흑연 및 숯가루, ② 운모가루 도형제 (coating agent)
(4) 도형제 : ① 흑연 및 숯가루, ② 운모가루 도형제 (coating agent) 주형은 모래입자 사이에 틈이 생기며 점결제나 보조제의 첨가에 따라 내화도 하락 → 용탕의 물리적 침투나 화학반응을 방지하고 주물표면을 미려하게 하기 위해 ⇒ 주형표면에 도장하는 재료 ① 흑연 및 숯가루 주형의 내화도를 높이고 환원가스를 발생시켜 주는 물질 탄소성분이 많고 회분이 적을수록 좋다. 마른 가루를 생형에 뿌리거나 붓으로 바르는 방법 점토나 당밀과 혼합하여 건조형에 도장하는 방법 ② 운모가루 가루 그대로 사용할 때가 많지만, 내열성이 작기 때문에 큰 주물에 사용 Ⅹ 과용하면 용탕에 혼입되기 쉽다. 주철 주물계에는 점결제와 혼합하여 사용 고품질의 운모가루, 활석가루는 단독으로 사용 16

20 18 (5) 이형제 : ①니스, ②래커, ③실리콘유 이형제 (parting agent)
상형(cope)과 하형(drag) 또는 모형과 주물사가 서로 붙는 현상을 방지 고운 모래나 강모래(무 점토분) 사용 - 분리사(parting sand) 모형과 주물사가 서로 붙는 현상을 방지 : 니스, 래커, 실리콘유 실리콘유 : 모형 표면에 많이 사용, 표면장력이 매우 작아 이형성이 우수하다. 18

21 3.1.3 주물사의 조건과 그 조성 19 ① 알맞은 입도분포를 가질 것 (입도) → 주물사의 강도, 유동성, 통기도에 영향
주물사의 조건과 그 조성 ① 알맞은 입도분포를 가질 것 (입도)        → 주물사의 강도, 유동성, 통기도에 영향 ② 사립의 모양은 구형에 가까울 것 (형상)        → 성형성, 통기성에 영향 ③ 주형제작이 쉽고, 원형의 치수와 모양을 정확하게 재현할 수 있을 것 (성형성) → 성형성 : 모래, 점결제, 수분 등의 조건에 의해 결정 ④ 주형의 취급이나 운반, 또는 주입할 때 용탕의 압력이나 충격에 견딜 수 있는 강도를 가질 것 (강도) ⑤ 용탕과의 반응이 적고 고온에서 견딜 수 있을 것 (내화성) → 내화도가 낮으면 용탕과 주물사가 반응하여 금속규산염을 만들어 소착함. ⑥ 통기성이 좋아서 주형 안에 생긴 가스가 배출이 쉬울 것 (통기성) ⑦ 응고 후에는 주형의 파괴나 주물을 주형에서 뽑아내는 작업이 쉬울 것 (붕괴성) ⑧ 점결재가 용탕과 반응하여 유해가스 발생하지 않을 것 (반응성) ⑨ 열전도성이 불량하고 보온성이 있어야 한다. (보온성) ⑩ 값이 싸고 되풀이 하여 여러 번 사용할 수 있을 것 (복용성) 19

22 (2) 주물사의 조성 20 ① 광물조성 주성분 : SiO2 불순물 : 점토, 장석 광물학적 검토 필요
 (2) 주물사의 조성 ① 광물조성 주성분 : SiO2 불순물 : 점토, 장석 광물학적 검토 필요 鑄鋼用은 97% SiO2이상의 것이 요구되며, 鑄鐵이하의 주입온도일 경우에는 80% SiO2이상의 것이 사용되고 있다 20

23 전남 무안군 자은도 21

24 22 ② 모래입자의 모양과 크기 산출상황과 제조상태에 따라 형체가 다르다. 체 (sieve)에 의한 분리
③ 주물사의 열적 성질 가열 : 주형에 균열이 생기거나 파괴 올리빈사, 지르콘사 지르콘사 : 고급 주물, Cosworth Casting Process 22

25 3.2 주물사의 관리 3.2.1 주물사 시험법 23 (1) 수분 함유량시험(KS A 5355)
3.2 주물사의 관리 3.2.1 주물사 시험법 건전한 주물을 제조하기 위해서는 주물사가 필요로 하는 성질을 갖추어야 한다. 주물사를 구성하는 여러 가지 성분의 종류와 구성비에 의해 결정된다. 성분과 구성비를 점검하고, 주형의 건태․습태 및 고온성질 등을 예측해야 한다. 점결제의 종류에 따라 각기 달라진다. (1) 수분 함유량시험(KS A 5355), (2) 점토분 함유량시험(KS A 5301) (3) 입도시험(KS A 5302), (4) 통기도시험(KS A 5503) (5) 강도시험(KS A 5304), (6) 표면경도시험, (7) 고온성질 및 내열성 시험 (1) 수분 함유량시험(KS A 5355) 주물사에 알맞은 양의 수분이 함유되어 있는가를 측정하는 시험이다. 잘 혼련된 시료 50g을 채취하여 105±5℃에서 1~2시간 동안 건조시킨 다음 냉각시킨다. (흡습 방지를 위하여 데시케이트 속에서 냉각) 상온으로 냉각된 시료의 무게를 측정하여 다음 식에 의해 수분량을 결정한다.        23

26 24 (2) 점토분 함유량시험(KS A 5301) 건조된 주물사에 함유되어 있는 점토분과 직경 20㎛이하의 미분량을 측정한다.
100g의 주물사를 105±5℃에서 충분히 건조시키고, 데시케이터 속에서 냉각시킨 후 그 중에서 50g을 측량하여 시료로 한다. 이 시료와 증류수 475cc, 3% NaOH 용액 25cc를 회전식 점토분리용 용기에 넣고 교반시켜 주물사와 NaOH 용액이 충분히 반응하도록 한 다음 용기를 세워두고 물총을 사용하여 용기의 벽과 뚜껑에 붙은 모래를 씻어내려 물의 깊이가 150mm가 되도록 한다. 이 상태로 10분간 방치하여 두었다가 사이펀으로 밑바닥으로부터 25mm 이상의 윗물을 따라내고 여기에 다시 증류수를 150mm 깊이까지 넣어 잘 섞은 후 10분간 두었다가 같은 방법으로 25mm 이상의 물을 따라낸다. 이 과정을 윗물이 맑아질 때까지 반복한 후 105±5℃에서 건조시킨 후의 무게를 달아 다음 식으로부터 점토분 함유량을 구한다.               24

27 25 (3) 입도시험(KS A 5302) 주물사의 입도 별의 분포를 측정하는 실험
여러 가지 입도가 혼합된 모래의 평균값을 나타내는 방법으로 입도지수를 사용. 시료로는 점토분시험에서 점토와 미분이 제거되고 남은 모래 전량을 사용한다. 여러 가지 체눈의 체를 체눈이 큰 순서로 위에서부터 아래로 쌓아놓고 맨 위의 체(체눈이 가장 큰 체)에 시료를 털어 넣은 후 약 15분 동안 체질 한다. 각 입도는 그 체위에 남아 있는 모래의 중량을 측량하여 다음 식에 의해 구한다.               여기서 시료 무게는 점토분과 모래무게의 합(50g)으로 한다. 25

28 Screening Mesh 증대 입도 감소 Powder : 100g, 15분간 진동

29 입도지수 200mesh : 75㎛ 325mesh : 45㎛ 26

30 ∑(WnⅩSn) Fineness factor Wn ∑(WnⅩSn) F.N= ∑Wn 27

31 28 (4) 통기도 시험(KS A 5503) 일정한 시험편을 통해 일정한 압력으로 보내진 기체가 흐르는 속도를 표시한 값이다.
변수 : 모래입자의 크기, 점결제의 성질과 양, 다지기 강도 표준시험법, 속성시험법 표준 다짐기를 사용하여 직경 50mmØ, 높이 50±1mm의 원통형 강철파이프에 적당량의 주물사를 넣고 표준 다짐기에서 세 번 다져서 높이가 상기의 오차범위 내에 드는 것만을 시편으로 채택한다. 시편을 통기도 측정기에 올려놓고 이 시편을 통해 일정압력으로 2000cc의 공기를 흘려 보낸다. 이때 시험편 앞뒤에서의 압력차이와 2000cc의 공기가 완전히 통과하는데 소요된 시간을 측정하여 다음과 같은 식으로부터 통기도를 구한다.                        여기서      V : 시험편을 통과한 공기의 양(cc)               h : 시험편의 높이               P : 시험편 앞뒤에서의 압력차이(cm/Hg)                A : 시험편의 단면적                 t : 공기가 통과하는데  걸리는 시간(min) 28

32 그림 2.7 통기도 시험기 29 (a) 통기도 시험의 원리 (b) 표준시험편 다짐기
시험편 앞뒤에서의 압력차이와 2000cc의 공기가 완전히 통과하는데 소요된 시간을 측정        (a) 통기도 시험의 원리 (b) 표준시험편 다짐기 그림 2.7 통기도 시험기 29

33 30 (5) 强度시험(KS A 5304) 전단력, 항압력, 항장력시험 특히 중요한 것은 습태 및 건태에서의 항압력시험
통기도 시험편 사용 - 만능강도 시험기 시험편이 압축되어 파괴될 때의 하중으로부터 시험편의 단위 면적당 압력 30

34 그림 2.8 만능강도 시험기 31

35 그림 2.9 표면경도 시험기 32 (6) 표면경도시험 주형의 다짐정도를 측정하는 시험
그림 2.9 표면경도 시험기 (6) 표면경도시험 주형의 다짐정도를 측정하는 시험 경도계는 생형용과 건조형용으로 구분하여 사용한다. 생형 경도계는 스프링에 받혀 있는 강구를 주형표면에 대고 눌렀을 때, 강구가 주형표면에 들어간 깊이를 dial gauge로 읽을 수 있도록 되어 있으며, 건조형은 강구 대신에 칼날을 사용한다. 32

36 33 일반 생형사를 다졌을 때의 경도 : 30~40 기계조형 : 65~85 특수주형 : 90~
주물사의 경도를 알면 주형의 항압력이나 통기도를 짐작 가능 33

37 34 (7) 고온성질 및 내열성 시험 용탕이 주형과 접촉했을 때 열 반응 → 주형표면의 균열
∵ 주형재료의 주 원료인 규사의 열 팽창 ⇒ SiO2의 경우 573℃에서 α→β 변태로 급격한 팽창 주형강도가 약한 생형에서 잘 일어난다. 내열성 시험편 : 통기도 시험편과 동일 110±5℃에서 약 2시간 건조시키고 그 바깥쪽에 백금리본 발열체를 시료에 끼운 다음 전류를 통하여 시험편이 소결되는 정도를 알아본다. 34

38 주물사의 조정 및 관리 주물사의 처리란 주물사의 원료인 규사, 점결제, 수분 등을 적절히 선택하여 주형으로써 요구되는 성질을 만족할 수 있도록 적절히 배합, 혼련하는 공정이며, 용탕을 주형에 주입한 후의 주형의 처리 및 주물사 재생처리도 일련의 공정으로 취급된다. 폐사 재생처리 공정 35

39 (1) 주물사의 조정 36 천연의 산사만을 사용하는 공장 : 묵은 모래는 제거하고 새 모래만 보충
합성사 : 원료사의 입도와 수분의 조정이 중요 원료사 → 점결제, 보조제, 물 등을 배합한 다음 혼사기로 혼련하여 조정 혼련 : 충분 시는 주물사의 통기도와 강도가 좋지만, 과잉 시는 모래입자의 파괴 또는 수분 증발 초래 혼련기(sand mixer)의 종류 ① 혼련기 (simpson type sand muller) ② 신속혼련기 (speed muller) ③ 혼사기 (sand mixer) ④ 모래투사기 (aerator) ⑤ 자기 분리기 山砂型 : 산사를 그대로 사용하거나 또는 약간의 점토분을 첨가하여 조정한 산사로 조형한 주형 合成砂型 : 규사에 점토, 벤토나이트, 그 외에 첨가제를 배합하고 충분하게 조정한 모래로 조형한 주형 품질관리가 가장 쉬운 주형이다. 36

40 37 ① 혼련기 (simpson type sand muller) 가장 많이 사용
혼사와 동시에 모래입자의 표면에 점결제를 coating 해 주기 때문에 점결력을 크게 할 때 사용 ② 신속 혼련기 (speed muller) 대규모의 공장에서 주물사의 대량 처리용 수분 첨가 장치 및 자동 장입 장치가 되어 있어 작업능률 향상 ③ 혼사기 (sand mixer) 코어모래와 CO2법 및 특수사의 혼합에 많이 이용 ④ 모래투사기 (aerator) 혼련된 모래를 공중에 방사하여 모래의 질을 고르게 하기 위하여 사용 모래 중의 단단한 잡물을 제거하는 작용 ⑤ 자기 분리기 자력을 이용하여 주물사 중에 섞인 쇳조각이나 쇳가루 등을 제거할 수 있는 것 묵은 모래의 재생처리에 중요한 기계 37

41 38

42 샌드밀(sand mill) 스피드 말러(speed muller) 39

43 (2) 묵은 모래의 조정 40 탈사 작업이 끝난 뒤에 회수되는 모래는 파괴된 모래입자나 점결력을
잃은 점토에 의하여 그 성질이 나빠진다. → 주물사의 노화 (deterioration) ⇒ 주물사에 섞여 있는 쇳조각, 소착된 모래와 점결제를 제거할 필요 묵은 모래의 조정방법 : 건식, 습식 건식법 : 탈사된 모래를 부수고 체로 쳐서 미분이나 먼지는 제거 가능하나, 모래입자에 붙은 점결제나 보조제 등은 제거 불능 예) 높은 순도가 요구되지 않는 주철계 주물사 습식법 : 물속에서 모래입자의 마찰에 의하여 순도가 높아진다. 예) 높은 순도가 요구되는 주강계 주물사 40

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47 3.3 주물사의 배합과 관리 44 2.3.1 주강계 2.3.2 주철계 2.3.3 동 합금계 2.3.4 알루미늄 합금계
2.3.5 마그네슘 합금계 ⑴ 주물사의 배합 금속의 독특한 성질→ 주형에 사용되는 주물사가 일정하지 않다. 표 참조 ⑵ 코어 모래의 배합     ◆ 코어사를 주형사보다 고급사를 사용하는 이유         ① 코어제작 및 취급에 충분한 습태강도 유지         ② 건조 후의 건태강도 및 경도가 높을 것         ③ 용융금속에 의해 씻기거나 파괴되지 않을 정도의 충분한 고온강도 가질 것         ④ 가스의 발생량이 적고, 발생된 가스가 쉽게 배출되도록 통기도 유지할 것         ⑤ 주형 해체 작업이 용이할 것         ⑥ 건조 후 보관 시 흡습이나 변형이 없을 것         ⑦ 수축성이 좋을 것 44

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49 3.3.1 주강계 3.3.2 주철계 46 주강은 주입온도가 1530~1560℃로서 매우 높기 때문에 주형과 용탕사이에
화학반응이 일어나기 쉽다. 원료사 : 순도가 높은 95%SiO2를 사용하고, 특수한 경우는 표면사로서 지르콘사나 올리빈사를 이용. 점토 양이 많으면 내화도가 낮아지므로 첨가량을 최소로 한다. 주로 건조형이 많이 사용되는데, 무게가 작은 것은 생형을 사용 주형의 수분은 기포 발생의 원인이 되므로 생형일 때는 수분을 5% 이하로 한다. 3.3.2 주철계 주철은 주입온도가 1350~1400℃지만, 강철scrap이 많이 배합되면 100℃이상 차이를 초래한다. 주물사 : 천연사 보다 합성사나 반합성사를 많이 사용 보조제 : 탄소계, 도형제 : 흑연계 주방상태로 사용되는 비교적 작고, 치수가 정밀한 것이 요구되므로 생형을 사용 필요에 따라서 건조형이나 특수형도 사용 46

50 3.3.3 동 합금계 3.3.4 알루미늄 합금계 3.3.5 마그네슘 합금계 47 주입온도는 1050~1200℃
원료사 : 주철용과 동일 유동성이 불량하므로 탕구를 크게 하여 용탕이 잘 들어가도록 세게 주입하므로, 주형은 상당히 견고해야 한다. 도형제 : 작은 주물품의 생형 – 활석 또는 운모가루 대형 주물품 - 흑연제 3.3.4 알루미늄 합금계 주입온도는 670~760℃ 원료사의 순도에는 문제가 없으나 소형주물이 많고 깨끗한 주물표면이 요구 생형에는 70~150mesh의 고운 자연사가 이용된다. 수분에 민감한 반응 3.3.5 마그네슘 합금계 주입 시에 용탕에 인(P)가루를 뿌려준다. SF6 분사 생형 사용 시에는 산화, 폭발의 위험 산화물은 Mg보다 무거워서 주조방안에 의하여 산화물을 주형 밖으로 제거가 어려우므로 산화 방지가 중요. → SF6 분사 47

51 알루미늄 47 1827년 발견, Si 다음으로 지구상에 많이 존재 금속 중 Mg 다음으로 가벼운 금속
알루미늄 광석 Bauxite(Al2O3, SiO2, FeO, TiO2 등 포함) 1 xxx : 알루미늄 99% 이상, 전기, 화학산업 2 xxx ( Cu 함유) : 열처리 합금으로 항공산업에 사용 3 xxx (Mn 함유) : Mn이 1.5% 이하로 제한, 가공이 용이 4 xxx (Si 함유) : 유동성이 좋아 주물재료로 많이 사용 5 xxx (Mg 함유) : 용접성과 내식성이 양호하여 선박에 사용 6 xxx(Mg/Si 함유) : 내식성이 양호 7 xxx (Mg/Zn함유) : 열처리에 의해 높은 강도, 항공기 재료 F : 가공한 상태 그대로 O : 어닐링 후 재결정 H1 : 가공경화 H2 : 가공경화 후 어닐링 H3 : 가공경화 후 안정화 T1 : 열간가공 후 자연시효 T2 : 열간가공-냉간가공-자연시효 T3 : 용체화처리- 냉간가공-자연시효 T6 : 열간가공-용체화처리- 인공시효 47