기공의 영향, 기포(porosity), 기공(blow hole), 미세공(pin hole), 기공의 위험성, 기공 대책, 주조 결함

기공의 구체적인 영향은?

 

1. 개요

 

1) 기공 결함, 가스구멍 결함  (blow hole, pin hole) 정의

용탕 중 함유된 가스가 응고시 석출되어 주물 속에 남아있거나 탕구 방안의 잘못으로 공기가 흡입되어 잔류되는 경우 주물 내 공동이 생길 수 있는데, 큰 공동을 기공(blow hole), 작은 공동을 미세공(Pin hole)이라 하며 수축공과 구분하기 어려움  

• 주형의 통기성 부족으로 생기는 가스구멍
• 주물사에 수분이 많아 생긴 가스 구멍 (주물사 수분 증발)
• 상형의 모래다짐이 과도하여 생긴 가스구멍
• 주물사의 높은 가스발생능력에 기인된 가스구멍

주조 결함 정리, 주물 결함, 주조 결함 검사 시험, 비파괴검사, 소착, 미스런, 주조 유동성, 용탕

[주조, 2023] 주물에 생기는 결함의 종류별 특징과 원인, 대책

 

 

2) 기공 발생 원인

① 용탕의 주입 불량
용탕에 가스가 많이 함유되어있거나, 주입시 공기가 말려들어가면 기공 결함이 생길 수 있음 

② 주형, 코어의 불량 
주형이나 코어에 수분이 많거나, 가스발생이 많은 경우. 주형이나 코어의 통기성이 부족해서 가스 배출이 잘 되지 않는 경우 

③ 콜드셧 (cold shut)을 동반한 기공 
탕도 방안이 부적절해서 주탕 초반에 튄 용탕이 응고된 후, 유입된 용탕과의 상호작용으로 가스가 방출되어, 해당 가스로 인해 용탕과 융합되지 못한채 남아있게되며 가스는 기공을 생성함 

• 금형 캐비티 내 공기 및 수분에 의한 열분해 가스 혼입
• 용탕에 지나치게 많은 가스가 녹아있음 (주철이나 주강에서는 탄소와 산소가 결합하여 일산화탄소가 생기며 기공을 유발하기도 함) 
• 주형이나 중자(코어)에서 가스 유입 (지나친 수분, 중자 결합제(binder), 첨가제 등으로 인한 가스) 
• 탕구 방안이 적절하지 못함
• 주형의 투과성, 통기성이 부족  
• 배출되지 않은 가스가 주물 내부에서 중공 부분의 구를 만듬 → 구멍의 형태로 응고 

기공

3) 기공 대책

① 주형에 충분한 배기공(가스빼기구멍)을 설치하고 탕구방안을 개선
② 주물사의 수분 함량을 조절하고 적절한 건조처리 : 주형의 가스 발생을 줄일 것 
③ 탕도 높이를 조절하고 압탕에 의한 용융금속에 압력을 가함
④ 용해 온도를 너무 높이지 않는다 (과열 X) : 용탕의 가스 흡수량을 적게할 것 
⑤ 장입재료 관리를 철저히하여 질소, 수소의 양을 감소시킴 

• 주탕시 공기를 빨아들이지 않게 할 것
• 정련을 충분히 할 것
• 탕구를 크게하여 용탕에 가압 → 가스 배출 촉진
• 통기성 크게하여 가스 배출
• 충분한 탈산 및 재산화 방지 
• 용탕 중 산소친화력이 강한 성분 (Ti등)이 많으면 감소
• PF (pore free) diecasting, 고진공 다이캐스팅 등 공정 변경 
• 주형 내 수분 감소, 수소의 공급원이 되는 알루미늄 함량 조절 → 수소 가스의 발생 감소 

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2. 기공 결함의 영향

 

1) 제품에 미치는 영향

① 기계적 강도 저하
기공결함으로 인해 인장, 항복강도, 충격저항성, 피로강도 등이 저하됨 

② 피로 수명 단축 
 응력 집주을 야기하여 피로 수 명을 단축시킴

③ 밀봉 성능 저하 
 제품의 밀봉 성능 저하.  각종 케이스류 (변속기 등)은 다이캐스팅으로 제작하는 경우가 많은데, 이때 기공이 있을시 내부 윤활유가 유출될 수 있음 

④ 외관 불량
주조 제품의 외관 품질 저하 

 

 

2) 기공의 기계적 성질에 대한 영향

기포(porosity)함량에 따른 기계적 성질 변화 추이, "Effect of Porosity on the Mechanical Properties of Sintered Nickel Steels"

위 테이블을 보면. 기공을 유발하는 기포의 함량이 높아질수록 
1) 항복강도 감소 2) 압축강도 감소 3) 압축변형률 감소 (인성 관련) 4) 탄성계수 감소 (연성은 증가) 의 결과를 보인다 

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