주철 주조 업종 세미나

자동차부품산업진흥재단
전문위원 정민안
PART1 .주철주물의 이해

목 차

PART2 .C G I 란무엇인가
PART3 .주조결함의종류와 대응법
PART 1 주철주물 이해

1 .GROBAL PRODUCTION OF CASTING
2 .주철제조공정 및 각공정 관리 포인트
1) .용해 공정
2) .사처리 공정
3) .조형공정
4) .중자 공정
5) .후처리공정
1 .2009년 전세계 지역별 주물 생산량
(8,034만톤)

Korea
2.1million tons
2009년 10대 국가별 주조품 생산량
40

35
중국
미국
러시아
인도
일본
독일
브라질
이탈리아
프랑스
한국
멕시코

30

(
25

)

천
만
톤

20

15

10

5

0
2004

2005

2006

2007

2008

2009
2009 세계 주물 종류별 생산량

(천톤)

FC

FCD

MI

SC

Cu

Al

Mg

Zn

기타비철

합계

중국

17,000

8,700

600

4,800

600

3,350

0

0

250

35,300

미국

2,409

2,554

35

687

179

1,191

66

167

120

7,408

러시아

1,740

1,200

60

700

90

340

35

15

20

4,200

인도

5,050

800

60

880

0

653

0

0

0

7,443

일본

1,654

1,364

37

198

75

1,026

6

21

4

4,385

독일

1,806

1,192

31

182

77

540

20

51

2

3,901

브라질

1,365

526

27

166

12

195

3

3

0

2,297

이탈리아

566

372

0

65

14

549

7

49

46

1,668

프랑스

562

869

0

60

19

206

0

19

2

1,737

한국

1,020

608

39

153

25

279

0

0

11

2,135

합계

33,172

18,185

889

7,891

1,091

8,329

137

325

455

70,474

세계합계

37,616

19,939

1,040

9,033

1,379

10,238

153

473

472

80,343

Modern casting Dec. 2010 p 25
국가별 주조공장 수 및 단위 능력
국가별가동주조공장 수-2009
주강

비철

생산능력(천톤)

국가

주철

합계

중국

17,000

4,700

4,300

26,000

미국

659

416

985

2,060

중국
이탈리아
인도

러시아

1,350

인도

4,600

브라질
한국

일본

456

75

1,166

1,697

독일

205

53

344

602

일본

브라질

552

191

588

1,331

러시아

이탈리아

157

44

920

1,121

미국

프랑스

103

37

319

459

한국

508

142

223

873

멕시코

181

162

350

647

프랑스
독일
-

2,000

4,000

6,000

8,000
북미 주조 수요 예측 (철강 및 알루미늄)

Modern Casting Jan.2011
회주철 수요 예측(미국)
구분

단기(2010~2013)

단기전망 변화
건설

6.8%

장기(2010~2019)
장기수요전망 (2008~2018)
2%

고속도/교량

4.4%

0.7%

밸브

8.9%

1.2%

상하수도

13.1%

2.1%

농업

6.7%

0.8%

건설장비

-0.3%

-0.7%

산업장비

-3.8%

-2.6%

변속기

23.1%

6.6%

엔진

1.1%

-0.6%

펌프

8.8%

2.1%

차량

5.3%

0.3%

4.1%

0.3% Casting 2010.Jan
Modern

총계

Modern Casting 2010.Jan

2011 예상매출액

$4,115,533,000(41.5억 달라)
Modern Casting Jan.2011
구상흑연주철 수요 예측(미국)
구분

단기(2010~2013)

장기(2010~2019)

단기전망 변화
배관

10.9%

밸브

18.6%

10.1%

농업

15.8%

9.3%

건설장비

7.3%

6.8%

유전

4.5%

8.5%

산업장비

3.0%

3.6%

엔진장비

9%

6.9%

차량

10.4%

6.8%

상용차

6.3%

3.8%

총계

10.7%

7.0%

2011 예상매출액

장기수요전망 (2008~2018)
6.5%

$4,584,243,000(45.8억 달라)
Modern Casting Jan.2011
알루미늄 수요 예측(미국)
구분
단기전망 변화
냉동기

단기(2010~2013)
33.3%

장기(2010~2019)
장기수요전망 (2008~2018)
14.9%

엔진변속기

20.9%

14.4%

측정기

28.9%

18.8%

가정용

19.8%

13.2%

수송

4.0%

2.4%

모타장비

22.4%

13.8%

항공

1.0%

4.2%

총계

14.9%

10.9%

2011 예상매출액

$9,282,193,000(92.9억 달라)
Modern Casting Jan.2011
▣ 주조품 혁신 사례( 북미 )
사 례 : 2009년 북미 주조학회 수상 부품
모터사이클 프레임

재질 : 알루미늄
공법 : 자경성
중량 : 23.1kg
특기사항 : 20개 부품 조립
-> 1개 주조품
(연료탱크, 공기흡입구
전기배선,시트마운트,
모타 마운트 일체화)
30% 경량화
납기 : 5주

20개 부품 1개로 일체화하여 회전시 강성 향상으로 성능 업그레이드

Metal Casting Design & Purchasing May/Jun 2009
사 례 : 2010년 북미 주조학회 수상 부품
스키드로더 마운팅 브라케트
재질 : 구상흑연주철
공법 : 생형사
특기사항 : 11개 용접 ->
1개 주조품
원가 절감 : 48%
조립불량 감소 : 10%

Modern Casting Jun 2010
사 례 : 2011년 북미 주조학회 수상 부품
하이브리드버스 스테이터 하우징
재질 : 알루미늄
공법 : 자경성 주형 + 콜드박스 + 칠러
중량 : 53kg
특기사항 : 가공 -> 주조 변경
코아조립시 엄격한 공차관리
튜브 및 인서트 주조
기공 무결함/no-leakage

Modern Casting May.2011
사 례 : 2011년 북미 주조학회 선정 부품

라이플 조준경
재질 : 티타늄
공법 : 정밀주조
중량 : 0.22kg
특기사항 : 가공삭제
(20%원가절감)
가공홀->주조

소화전 포트
재질 : 회주철
공법 : 자경성
중량 : 1.7kg
특기사항 : 가공조립 ->
주조

헤드라이트 LED 마운트
재질 : 알루미늄
공법 : 고압주조
중량 : 0.11kg/0.24Kg
특기사항 : 히트싱트기능
조립치수정도
향상

Modern Casting May.2011
생각해 볼 점
1. 글로벌 시장 현황 및 우리의 위치
- 한국 소재공장의 현실과 나가야 할 방향
2. 선진 MAKER 들을 BENCH MARKING 하면서 키워야 할
핵심 역량은 무엇일까?
- 생산성, 원가, 품질(Q,C,D)
- 해외업체와의 커뮤니케이션
- 해외 업계 정보 및 동향
22 2

.주철 주조 공정흐름도
1) 용해 LINE
공정

고철 분리/보관
□ 프레스, 회수고철,
칩브리켓 성분
□ 잡고철 혼입 방지
(유해원소 관리)

관리
내용

고철
수거

고철 계량/장입
□ 고철 분리/저장
□ 자동 정량 계량

고철
계량
/장입

용해

주입

□ 장입 작업표준 관리
- CHARGE별 성분관리
- 고온 용해
- 장입계산
□ 부자재 정기 검수

용해
작업
합금철 투입

□ 주입 기술표준 관리
- 접종제 정량 관리
- 주입 온도/속도 관리

주입
작업
접종제 투입
용해온도는 어느정도가 적정한가?

SiO2 + C ↔Si + 2co

.FeO + C ↔ CO
접종이란 무엇인가 ?
접종(inoculation)이라함은 소량의 특정한 물질을 주입직전에 용탕
에첨가하므로써 아래와같이 재질에영향을 나타낸다
1.주철의 탄화물 생성경향을 감소 시키고 그의 기계가공성을크게
개선한다
2.주조조직과 흑연의 형태와 관련하여 주물두께의 차이에서 오는
민감성을 둔화시킨다(질량효과감소)
3.흑연의 생성과 그형상을 임의적으로 조절 한다
4.탄소당량이낮은 고장력주철을 주조할때 탄화물의 생성을 억제할수
있다
5.응고수축 경향이 약간상승되나 이는 압탕의 크기를 조절함으로써
해결할수있다
6.두께가 엷은 주물에 있어서는 접종제에 포함되어 있는 알루미늄
으로인하여 경우에따라서는 핀홀 생성 경향이 조장 될수있다
각종 접종제에 의한 칠감소(V.H.Patterson)
과냉이란
◈ 상태도로 살펴본 주철
- Fe –C 평형상태도에서 탄소 함유량 2.06% ~ 6.67% 사이의 조성을 주철이라고 함
◈ CE (CARBON EQUIVALENT) 값의 의미
CE = C + 1/3 Si

□ 탄소와 동일한 값을 가지는 SI%는
탄소%의 3/1이 된다는 의미

□ C%에 달라지는 초정온도가 탄소 뿐만
아닌 SI의 증감에 따라 달라짐

EX) C% 3.25에서 C를 1% 증가시킬
경우 초정온도는 1,250℃ →
1,130℃로 이동하며 이는
SI%를 3%를 증가시켜도
동일한 효과를 나타냄
주형벽면과 용탕내 결정립의 성장 모델
주형벽에서 떨어진 결정립의 증식
◈ 주철의 종류와 특징
구

분

회주철 (FC)

CGI 주철

구상흑연주철(FCD)

인장강도 (MPa)

175 ~ 220

420 ~ 580

500 ~ 700

경도 (BHN)

170 ~ 220

210 ~ 270

200 ~ 270

흑연 형태

SEM 사진

비고
◈ 회주철의 조직
◈ 회주철의 조직
□ α철 (페아이트) : 탄소 함유가 없는 순철
가장 높은 녹는점을 가지고 있으며

현미경에서 하얗고 선명한 상으로
나타남
□ 세멘타이트 조직 : Fe원자와 C가 화합물
형태로 결합된 조직이다. 평균 경도

500 이상으로 통상 칠 ( CHILL) 조직이다
급냉시 발생함
□ 펄라이트 조직 : 페라이트 & 세멘타이트
조직이 층층이 반복된 조직으로 가장
적정한 경도를 가짐. 현재 주철조직의
기지 조직임
◈ 회주철의 성질에 미치는 첨가 원소의 영향
구분

CHILL정도

흑연조직

세멘타이트

조직에 미치는 영향

C

억제

거칠다

현저히 감소

SI

↑

↑

↑

↑

AL

↑

↑

↑

↑

Cr

증가

미세화

증가

V

↑

미세화

↑

↑

Mn

다소 증가

다소 미세화

↑

↑

Mo

↑

현저히 미세화

다소 증가

↑

Cu

다소방해

거칠다

다소 증가

↑

NI

방해

다소 미세화

다소 감소

↑

페라이트 형성, 연화 시킴

펄라이트 미세화, 경화 시킴

비고
◈ 회주철의 성질에 미치는 첨가 원소의 영향 (2)
구분

MS SPEC

첨가시 영향

Mn

0.5% ~ 1.0%

Cr

0.15~0.40

Mo

0.05 ↓

◈ 편상 흑연을 미세하 하고 펄라이트 생성 조장
-. AUSTENITE의 변태속도를 늦춰 기지조직 개선
◈ 첨가량 과다시 두께가 두꺼운 부분에서 냉각속도가 늦은 경우
PERALITE 변태를 막음
◈ PEARLITE 과다 생성에 의한 내부 수축 유발

Ni

0.05 ↓

◈ 흑연화를 조장
◈ 첨가량 과다시 잔류 AUSTENITE를 증가 시켜 내마모성 및 경도를
저하시킴

◈ Si 함유량 저하시 MnSiO2의 화합물을 생성하여
강도 경도등의 기계적 성질을 저하시킴
◈ 흑연화를 방해하여 백주철화를 촉진 시킴
◈ 다량 첨가시 LEDEBURITE (백주철 조직) 로 변화함
◈ 소량 첨가하여 PEARLITE를 미세화하고 FERRITE의 석출을 억제
한다
◈ 과다 첨가시 PEARLITE 미세화에 의한 내부 수축 유발

◈ Cr 0.5% 정도에서 0.5%에서 인장강도의 최고치 발생
◈ 첨가량 과다시 LEDEBURITE 정출에 의한 강도 저하 발생
◈ 두께가 얇은 부위에서 칠 생성을 조장하여 가공성 저하 발생

비고
구분

MS SPEC

v

0.05% ↓

첨가시 영향
◈바나듐 탄화물을 형성 하고 PEARLITE 형성을 조장
-. 바나듐 탄화물에 의한 금속 개재물 석출
◈ PEARLITE 과다 형성에 의한 내부 수축 유발

Al

◈ 용탕이 대기와 반응하여 Al2O# 산화피막 형성
-. 산화피막에 의한 유동성 저하
◈ Al2O3 비금속 산화물 석출 (제품내)
-. 내부 응력에 의한 피로 파괴 유발
◈ 생형 주형에서 0.005% 초과시 수소에 의한 핀홀 발생 조장

Pb

◈ 주철주물내의 공정 흑연 생성에 직접적인 영향
◈ 0.0004% 이하에서도 침상 흑연 발생
◈ 0.002% 이상에서 비더만스테튼 (Widmanstatten) 흑연 생성
비더만스테튼 흑연

비고
◈ 성분 조정
□ 고철의 화학성분
고철명

C

SI

Mn

S

P

Cu

Cr

Sn

비고

회수철 (R.S)

3.40

2.05

0.67

0.10↓

0.10↓

0.72

0.22

0.07

제품과
동일

프레스고철 (PS.S)

0.08

0.04

0.26

0.03

0.03

0.1

0.01

선철

4.5

0.05

0.056

0.1

0.03

□ 부자재의 유효 회수율
부자재 명

목표 성분

함유율

회수율

가탄제

C

99

80

페로실리콘 (Fe-SI)

SI

75

70

페로크롬 (Fe-Cr)

Cr

50

45

페로망간 (Fe-Mn)

Mn

65

60

SI

60

50

C

36

30

주석 (Sn)

Sn

99

90

구리 (Cu)

Cu

99

90

실리콘 카바이드

비고
□ 성분 조정 예제
※ 8톤 중주파 용해로에 현재 잔탕이 2톤 남아있고 6톤을 장입하려 한다. 장입비는
PSS:RS = 7:3 으로장입할때 각 부자재의 투입량을 계산하라.
◈ 부족 성분 첨가량 = 용탕량 × (목표성분 – 고철성분(분석성분)) ÷ 회수율
고철명

C

SI

Mn

S

P

Cu

Cr

Sn

비고

성분 목표

3.40

2.05

0.67

0.10↓

0.10↓

0.72

0.22

0.07

제품과
동일

1) 탄소 성분 조정
- 회수철의 경우 회수율 100% 가정 용탕량에서 제외
□ 용탕량 = 장입량 × 프레스장입비 = 6톤 × 70 ÷ 100 = 4.2톤
□ 가탄제 첨가량 = 4,200 Kg × (3.40 – 0.08 ) ÷ 0.8 = 174.3 Kg
▣ 장입계산

목표성분:c3.3% .si2.0% .Mn0.6% 을 맞추기위해 아래 도표의%와 Kg을 기입하시요
장입재

배합비
(%)

중량
(kg)

C%
장입재

Si%
배합

장입재

Mn%
배합

장입재

배합

강고철

40

400

0.04

0.016

0.04

0.016

0.2

0.08

회수철

40

400

3.3

1.32

2.0

0.8

0.6

0.24

선철

10

100

4.42

0.442

1.23

0.123

0.4

0.04

주고철

10

100

3.0

0.3

2.0

0.2

1.8

0.18

합계

100

1000

가탄제
(95%)

(

)

(

(

)

(

)

Fe-Mn
(75%)

(

)

(

)

0.54

(

(

)

)

)

Fe-Si
(75%)

1.139

(

부족분

2.078

회수율
:90%

회수율
:85%

회수율
85%

)
2) 사처리 LINE
공정
관리
내용

회수사 처리

회수사 냉각

□ 덩어리 코어 분리
□ 고사내 철편,철분분리
□ 고사 입도관리

SAND 붕괴
및 분리

□ 고사 냉각후 온도
관리
□ 미분 제거후 고사
물성관리 최적화

SAND
COOLING

부자재 투입
□ 점결제, 첨가제 물성
입고 검수(1회/일)
□ 씨콜 자연발화 방지
□ 부자재 압송라인 점검

고사호퍼

혼련
□ 생형사 기술표준 관리
- 부자재 정량 계량/
검량선 관리(1회/년)
- 생형사 물성검사 (2회/일)

부자재 및
SAND MIX'G
▣ 사처리 공정 주요 관리 항목

T/CLAY

A/CLAY

신사
투입

입도

씨콜

CB

집진기

통기도 부족

감소

감소

증가

굵게

감소

감소

개방

수분과잉

감소

감소

증가

굵게

감소

감소

개방

압축강도 저하

증가

증가

감소

-

감소

감소

-

SAND불량

-

증가

감소

-

-

-

-

주형 파손

-

증가

감소

-

-

-

-

상형소착 발생

감소

-

증가

굵게

증가

-

개방

하형소착 발생

증가

증가

감소

가늘게

증가

-

폐쇄

SCAB 발생

-

증가

-

-

증가

-

-

구분즈증가

GAS
계열

SAND
계열
▣ 주물사조건
1) 일정한 입도 분포 를가져야한다
2) 편석이없어야한다(2~3 PEAK를가질것)
3)사립표면 형상이 다각형 . 예각형 이여서는안된다 (구형.둔각형.구각형)
4)PH 값은 중성이여야 한다(7 PH)
5)sio2 함량이 높아야한다:오염물(Fe2O3 .Al2O3)이 적어야한다
6)충분한내구성 갖어야한다 :입형 입도가 변형되지않을것
*열충격 내구성
*파쇄 균열 내구성
※ 주물사 팽창성 :최대팽창온도 677℃ 에서 0.018cm/cm팽창한다
*올리빈 센드:0.005cm/cm
*크로마이트 센드 :0.004cm/cm
*지르콘 센드 :0.003cm/cm
유첨1 : 입도분포
▣적정분포 例 (편중분포中)
85∼90%
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
6

MESH
Á·
ß®
%
Ô öö
Àµ Á¼
AFS

12

20

30

40

50

70

6

12

20

30 40 50 70
0.1 0.8 5.2 18.2
0.1 1.5 10.4 36.4
2 45 416 1820
62.17

100

140

200

270

Pan

100
20.8
41.6
2912

140 200 270 Pan °
è
4.8 0.2 0.1
50.0
9.6 0.3 0.1
100
960 42 20
6217

▶공극에 의한
통기도 확보
▶최소의 레진으로
최대의 강도
유첨2 : 입형 (Grain Shape) 구분

원형 (특수

인조사)

둔각형(자연사)

각형(규암파쇄사)

※같은 입도지수 (AFS GFN) 일시 원형으로 갈수록
- 전체 표면적이 적다. → 적은 레진으로 고강도 확보
- 입자간 공극률이 크다. → 통기도 확대
유첨3-1 : SiO2 함량 (색깔 구분)
구분

육안

현미경

(×100)

SiO2 함량 99.5%

SiO2 함량 90%
유첨3-2 : 이물질 (광물성) 구분
※산화철, 산화알루미늄, 산화마그네슘등의
광물질 불순물
(단독 또는 실리카 결정에 혼입형태)
※특히 실리카 결정에 혼입형태는 실리카
결정의 건전한 성장을 방해하여

표면이 거칠고, 기공이 많으며, 내화도를
급격히 저하 시킨다.
※이물질의 함량이 높을수록
⇒모래의 내화도 저하에 따른 주물품의 화학적 소착 발생 (주물표면거침, 가공성 악화)
⇒표면의 거침, 다기공 (porosity)에 따른 레진 소요량 증가 (코아강도 저하, 주물 기포 발생 증가)
▣ 주물사의 성질
◆구조적성질: 사립자의 형태,크기,분포상태와 점토 함유량이 중요
①입형: 환형,둔각형,준각형,다각형,첨각형,첨과각형으로 분류하나 환형,둔각형이 유리
②입도: 충진밀도가 좋아 용탕의 압력을 견디어 내는 입도지수가 AFS58~64가 적합

◆습태성질: 주물사가 젖었을때 보이는 성질
①수분(Moisture)
②통기도(Permeability)
③충진성(Compactability)

④습태인장강도
⑤점토분 함량(Total clay): 0.2mm보다 작은 입자
-활성 벤토나이트 –불활성 벤토나이트 –콜 더스트 –번 데드 콜더스트 –원사 미분
⑥생형 압축강도: 활성 점토분(Active clay)함량이 증가하면 생형압축강도 증가
⑦생형사 온도: 40℃이하로 관리
◆건태성질: 점토 점결사는 건조되면 습태시 보다 높은 강도를 나타냄
-자유 수분과 점토 입자의 표면에 흡수되어 있는 흡착수가 제거 되며
-이 수분이 제거될때 입자의 접촉이 긴밀하게 됨
-일반적으로 수분 제거와 더불어 점결제의 특성이 발휘되며
-그 성질의 변화를 좌우하는 것은 최초의 수분량이다
◆열간성질
-열팽창 :최대 팽창온도 677℃ 에서 0.018cm/cm 팽창 한다
( 올리빈 :0.005 크로마이트 :0.004 지르콘 :0.003 cm/츠 )
①실리카 함량이 클수록 열팽창 정도가 증가된다
②입자간 공간이 클수록 열확산이 커진다
③열은 고운 모래에는 천천히 침투하여 최대 팽창량에 도달되는 시간은 길어진다
-열간 압축강도
①온도,점결제의 종류와 양,입도분포,충진밀도 등에 따라 결정된다
②사립자가 작아지면 결합강도는 증가하고 복합입도가 강도가 크다
③고밀도로 충진된 모래는 다른 입자와의 접촉 면적이 크므로 하중을 받아서 생긴
균열이 확대되는 방향은 입자의 방해되기 때문에 열간강도가 커진다
▣ 점결제
①벤토나이트(Bentonite): 몬토모릴로나이트(Montmorilonite) 75% 이상
물 성

Ca 벤토나이트

Na 벤토나이트(소디움계)

생형 압축강도

높음

낮음

혼련성

우수함

불량함

건태 압축강도

낮음

높음

열간 압축강도

매우낮음

높음

열에대한 내구성

낮음

높음

유동성

우수함

나쁨

팽창결함 저항성

낮음

높음

붕괴성

양호

불량

※HMC는 Ca계에 소오다(Soda)로 활성화 처리하여 활성 Ca 벤토나이트 제조 사용
-모래와 물이 혼합하여 혼련 되었을때 훌륭한 점결성 확보
-열의 영향에 견디어 점결력과 성형성 유지
-주물사의 실리카 입자의 열적 팽창을 보상하여 주조 팽창결함 방지
-성형 주입후 쉽게 붕괴되어 재사용 가능
▣ 첨가제
주물사의 점결 기능외 쿠숀(Cushion)역할, 주물표면의 미려, 고온성질개선등
목적에 부여되는 첨가제가 사용됨

①씨콜(Seacoal)
-모래 소착의 방지와 개선
-탈사공정에서의 모래와 주물의 분리 촉진
-스캡(Scab)과 랫데일(Rat Tall)같은 팽창결함 감소
-미세 핀홀(Pin Hole) 억제
※씨콜 보관(화재위험 방지)
-상시 건조된 상태로 보관 하며 습한 씨콜은 자발적으로 발화 된다
-그늘진곳,통풍이 잘되는곳에 보관하며 1단 이상 적재는 금지한다
-저장 용량을 최소화 하고 선입선출 형태로 관리한다
②전분(Corn starch, Dextrine)
-주형의 균열 방지
-주형 표면의 안정성 향상
3) 조형 LINE
공정

내용

사
처
리

조형

코어 셋팅

□조형 작업표준 관리
□셋팅 작업표준 관리
- 이형제 분사량 확인 (수시)
- AIR BLOWING 확인(수시)
□ MOLD 경도 검사 (2회/일)
- FILTER 셋팅 확인(수시)
□ FLASK PIN, BUSH 마모 점검(1회/분기)

MOULDING

CORE
SETTING

0

PICK UP
□PICK UP 작업표준 관리
- 누탕 유무 확인(수시)
- CLAMP JIG 점검(1회/주)
- 제품 간섭 확인(수시)

제품 PICKUP
▣ 조형 공정 주요 관리 항목
구분
품질

점검 내용
□ 사처리 물성치

미준수시 문제점
□ 입도증가 방향 : GAS 불량 발생
□ 입도감소 방향 : SAND 불량 발생

□ 고사 회수량

□ 고사 유출량 과다시 신사 투입량
증가에 따른 물성저하와 그로 인한
소착 스캡 불량등의 증가

□ 금형 관리

□ BURR 및 기타 형파손의 증가

□ 장비 기준 PIN & BUSH 관리

□ 기준 PIN & BUSH 마모시 미스매치

및 코어 쉬프트 (SHIFT) 불량 증가
원가

□ 부자재 투입량

□ 사용량 과다로 원가 상승
□ 사처리 물성치 변경으로 품질 문제
동반 발생

기타

□ 주요 장비 가동 상태

□ 장비 가동율 저하
□ 장비 돌발 고장 발생 증가

비고
▣ 조형 PROCESS
손조형 : 레머, 스템프 도구
사용
조울트(JOLT)
스퀴이즈(SQUEEZE)

조
형

블로우잉(BLOWING)
기계조형

진공(VACUUM)

공기충격식(AIR INPACT)
디자메틱(DISAMATIC)
◇기계 조형 종류
UNIT

원리
적용사례

조울트법
(JOLT)

공기압

주형틀을 올려놓은 조울트 테이블을 피스톤에 의해 상승
낙하시켜 그층격으로 주형틀내의 상하 방향으로 이동시켜 다
짐

스퀴이즈법
(SQUEEZE)

유압
공기압

금형을 조형기 테이블에 고정후 주형틀을 얹어 스퀴이즈
실린더 해드로 주형틀의 모래를 가압하여 다짐

브로우잉법
(BLOWING)

공기압

금형에 모래를 공기압으로 불어 넣으면서 다짐
-.코아 제작에 유용함

공기압

진공챔버를 이용 주형틀 내의 모래가 충만되기 전에 약
60%의 공기를 제거하게 되며 압력차에 의한 모래가 공급
되는 힘을 가속화 시켜 다짐

공기압

밸브에 의해 밀폐된 챔버내에서 순간적으로 밸브가 열리면
모래에 압력이 작용하여 다짐
-.금형의 모든 부분에 적절한 충진도를 얻음

공기압
유압

수직분할형 블오우-스퀴이즈 방식이며 2면의 금형과 4면의
라이너로 구성된 챔버내에 공기압을 이용해 모래를 충만
시킨후 스퀴즈 실린더로 다짐
-.주형틀,중주,정반 불필요, 17가지 공정 생략

구분

진공법
(VACUUM)

공기충격법
(AIR IMPACT)

디자매틱법
(DISAMATIC)

비고
CORE LINE
4) CORE LINE
공정

내용

입고

혼련/코어제작

□RESIN, 건조사 물성
입고검수 (1회/일)
- 건조사 온도
- 항절력
- GAS VOLUME

□코어 작업표준 관리
(혼련비,혼련/경화시간)
□금형 청소 (1회/주)
□계량장치 정기 점검
(1회/분기)

도형
□도형 작업표준 관리
- 보메, 도형두께
□도형 TANK 청소
(1회/2주)

KEY CORE 공법
RESIN &
SAND
MIXING

CORE
제작

RESIN
투입

RESIN
투입

CORE
도형 및
STOCK

건조
□ 건조 작업표준 관리
- 건조온도/시간
- 건조후 수분 확인
□ 열전대, 온도계 점검
(1회/분기)

CORE
건조
▣ 코어 공정 주요 관리 항목
구분
품질

점검 내용

미준수시 문제점
□ 중파 불량 발생
□ 충진 불량부 소착 심화
□ 기타 후공정 툴(TOOL) 파손 발생
□ BURR 발생 과다時 LEAK 불량 발생

□ 레진 투입량
- 적정 레진량 : 1.4% ~ 2.0%

□ 투입량 과다時 : GAS 불량 발생
□ 투입량 미달時 : 코어 강도 저하
- 중파 불량 및 소착 심화
- 코어 성형 불량 발생

□ 도형상태
- 도형 보메 관리
- 건조 상태 관리

원가

□ 코어 성형 상태
- 코어 충진 및 형 파손 상태
- BURR 발생 상태

□ 도형 보메 과다時 : GAS 불량 발생
□ 도형 보메 미달時 : 소착 발생으로
외관 품질 저하 (후공정 불만 야기)
□ 미건조時 : GAS 불량 발생
□ 건조 과다時 : 코어 강도 저하

□ 레진 사용량

□ 표준 사용량 미준수시 원가 상승

□ 경화 GAS 사용량
기타

□ 작업조건
- 레진 투입량 , 아민 투입량
- SHELL 코어 소성시간 등
□ 장비 및 금형 관리 상태

“
□ 원가 상승 및 품질 문제 발생

비고
5) 후처리 LINE
공정

내용

자연 냉각

냉각

CUTTING

□제품 추락 확인
□바켓트 클램프 점검

탈사/사상

□지그 마모상태 확인
□클램프 상태 확인

BURR CUTTING

□작업표준 관리
- 지그 마모상태 확인
- 클래프 상태 확인
- 그라인더휠 교환주기
탈사/자동사상

쇼트/도장/검사
□작업표준 관리
-쇼트조건, 도장조건
□자주검사 기준서
- 한도견본 비치

SHOT/수동사상

FRONT &
REAR면
CUTTING

IMPELLAR

HEAD면
OVER
FLOW
CUTTING

탈사

하부
SUMP면
CUTTING

도장/적재
자동
사상
▣ 후처리 공정 주요 관리 항목
구분

품질

점검 내용

미준수시 문제점

□ 제품 안착 불량으로 제품 파손
연삭 불량 발생

□ LOT 관리
- 장내외 LOT 일상 관리

□ 제품 LOT 불량 발생時 제품 입,출고
통제 불가

□ 분체 도장기 분체 도료 도장상태

□ 가공 기준면 누적時 가공중 치수
불량 발생
□ 외관 품질 불량으로 불량 발생 및
후공정 불만 제기

□ 쇼트기 커트와이어 투입량

□ 쇼트기 커트와이어 관리 부족시
제품 표면 청정도 저하 및 분진
발생으로 후공정 불만 제기

□ 사상 작업 표준 준수

□ 불량 제품 출고로 불량율 상승 및
후공정 불만 제기

□ 용접 열처리 표준 사이클 준수 여부

원가

□ 사상 장비 JIG 상태

□ 열처리 사이클 표준 미준수時 용접
부위 경도 상승으로 가공 불가
및 필드 결함 발생 원인

□ 커트와이어 사용량

□ 표준 사용량 대비 과다 사용시
제품 표면 청정도는 향상되나
원가 상승함

비고
PART 2 . C G I 란 무엇인가?

■ CGI 의 기본적 특징
■ 고온에서 CGI 기계적 특성 고찰
■ CGI 적용 사례
■ CGI 제조 공법
CGI 출현 배경
연료 소모의 최소화
배기가스의 최소화

CGI

원가절감
성능증대

지금까지 엔진설계자들에게 재료의선택은 회주철 이나 AL합금으로 제한되어
왔으나 이들중 어떤재료도 환경적 기술적 경제적 요구를 만족시키지 못해왔으
며 승용차용가솔린엔진 및 디젤엔진용 재료로 제3의 선택 즉 CGI 가 출현하게
됨
■ CGI 의 기본적 특징

1. CGI 미세조직
2. CGI 기계적성질
3. CGI 의 치수안정성
4. CGI 의NVH 성능
5. CGI 의내마모성
6. CGI 의가공성
1. CGI 의 미세조직
1-1 CGI 는 회주철 과 구상흑연 주철의 중간 위치의 미세조직 과 특성을
지니고 있다 (그림 1)

1) 구형 흑연 입자가 20%미만
- 최적의 진동감쇠능
- 최적의 열전도도
- 최적의 주조성 가공성
2) 편상흑연 존재가 없을것
- 최적의 기계적강도

3) 회주철과 비교했을때 CGI 흑연입자는 더짧고 모서리가 둥글고 Aspec Ratio
(장축/단축 의 길이비) 가10 미만일것
※ 회주철의 Aspec Ratio 는 50~100 범위
1-2 회주철 . CGI주철 . 구상흑연주철 의흑연입자를 SEM으로관찰한 미세조직
(그림2)

구분
회주철

CGI 주철

흑연 형상

특성

흑연입자망이 부드러운표면과 날카롭게
되어있는 Knife-edge Type 이고
엉켜서 제멋대로 있지만 연속적 배열임

열전도도.진동감쇠능.가공성
이 좋은반면
균열발생시 흑연 전 파면으
로 연속됨(저강도.취성)

배열은 회주철과 동일 수준이며 Coral
Like 입자때문에 모서리가 둥글고 표면도
거칠어 균열발생 및 전파가 최소화

인장강도
피로강도
탄성게수 가우수
2. CGI 주철의 기계적 성질 (표1)

시험재 : Al 합금( A 319.0 A356.0 A390.0 )
CGI주철( Sinter Cast 공정으로 제조)→구상흑연20%이하.편상흑연
Zero .Ti 첨가Zero

1) .인장강도 와 피로강도
- 인장강도 : 70%Pearlite CGI 는 회주철보다 70%이상
100%Pearlite CGI는 회주철보다 최고 2배까지 증가
- 피로강도: 회주철의 2배 정도 증가

2) 탄성계수

- CGI 의흑연입자가 고립되어 있고 기지조직이 Ductile 하기때문에 탄성계수가 회주철
보다 30%높다
엔진블록의 진동수는 탄성계수와 비례하므로 CGI 엔진이 진동을 덜느낀다(NVH 18%향상)
3) 경도

- 100%Pearlite 기지 CGI는 회주철에 비해 경도가 15%정도높다
이는 회주철 흑연입자 면적이넓게 퍼져 있기때문에 철조직이 상대적으로 적기때문이다
- 70%Pearlite 기지의 CGI는 100%Pearlite 기지회주철 과 브리넬 경도가 동일수준

3 . CGI 치수안정성
1) CGI 주철재 실린더보아는 회주철에비해 편심율면에서 20~25% 향상
2) CGI 높은 강도로 인해 원통도가 25~40% 향상
3) 3가지 엔진 시험 결과 회주철에비해 보아의 팽창율각각 18% .22% .28% 감소
→오일소모량 감소 .환경측면에 우수함

4 . CGI 의 NVH 성능
회주철의 진동 감쇠능은 뛰어나다 음파가 회주철을 통과할때 꼬불꼬불한경로를
거치면서 흑연조각 표면에서 굴절되기 때문이다 이음파는 열로 전환된다
선형표준시편으로 NVH 를비교하면
회주철 > CGI > DCI > Steel > Al
※ 회주철보다 20~25% 낮고 DCI보다 2.5~3배 높고 Al합금보다 20배 높다.
5. CGI 의내마모성
1) .회주철은 비교적 내마모마성은 좋은 편이나 조직내 흑연이 날카로운Knife-edge
때문에 마찰시 흑연입자가 떨어져나가 오일소모.마찰열의방출을 저해한다.
2) .Wear-Scar TEST (표2)
- 조건 : 220℃ 55Kg 하중에서 1hr (30000cycle)
- 결과 : CGI 가 회주철에비해 45% 마모량이 적게나타남
3) .엔진 벤치 TEST 및고속주행시험
- 결과 :회주철보다 마모량이 60%정도 적게나타남
4) .CGI 내마모성이 우수함에따라 윤활유 소비량감소 Blow-by Gas배출량감소
6. CGI 의가공성
회주철 에 비해 가공성평가는 다음변수에 따라 다르다
1) Nodularity(노듈화정도)
2) 시편의 화학성분:Ti (TiC)
3) 기지조직
※고려사항 :칫수공차.표면거칠기 .칩의 량감소(Bore의 원형도. 브로칭의
평면도 향상)
최종분석은 직접경비 와 간접경비 모두를고려한 후평가.
■ 고온에서 CGI 기계적 물리적 특성 고찰
1 . 인장강도와 항복강도
KAP 업종별기술세미나 12년 9월 발표자료#1
2. 탄성계수
3. 연신율
4. 충격저항력

20~100℃ 온도범위에서
회주철은 충격에너지가
증가하지않은 반면 같은
온도범위에서 CGI 와구상
흑연주철은 각각 대략25%.
100%의 증가율을 보인다
5 . 피로강도
5. 고온에서 작동특성

고온에서 주철성장(결정립크기 성
장 및 조대화로 강도저하)
.스케일링
.표면산화
.크레이징(표면에 금이 가는 현상)
등의 성질을 알수있다
KAP 업종별기술세미나 12년 9월 발표자료#1
6. 열전도도 :흑연의 열전도도는 철의3~5배(흑연양.형상은 열전도도의중요한요소)
1) .CGI.구상흑연주철은
200℃에서 가장 높음
2) .회주철은 온도증가
에따라 감소
3).CGI 열전도도는구상흑연
보다25%~30%높아
열응력 받는분야에 선호
(배기매니홀드)
7. 내마모성
고온에서 CGI 의내마모성은 뛰어나다 특히 Ti 0.05% 첨가될경우 더증가 되며
이는 응고시 Ti 은 단단한 탄화질화물을 형성 하기때문이다.
가공성은 악화 시키므로 적합한 용도 선택이 중요

8. 기타
■ C G I 적용 사례
1. 모터 스포츠 카 에서의 CGI : OPEL 2.5L V6 엔진

2. 회주철대신 CGI 적용사례
- 일반회주철(250MPa)
고강도회주철(350MPa)
그리고CGI를동일엔진에
대해 NVH 성능을 비교 함
3. CGI 를이용한 경량 엔진 의설계
1) . 외벽 두께 얇은곳 흑연입자 증가 하므로 강성 유지
2) . 회주철에비해 두께감소효과로 중량감소
■ CGI 제조공법

1 .CGI 의 특성
2 .CGI 제조상의 문제점
1) Mg의 Fadind 문제
2) 접종의 문제
3 .CGI 관리 포인트
4 .제조공법 비교
Ⅰ. CGI의 특성
1. CGI의 필요성

현재 디젤엔진의 내부 압력은 약 160 bar 수준이나 차세대 디젤엔진은 내부
압력이 약 190 bar를 요구. 일반 회주철 재질이나 경합금 재질로는 설계적인
요구를 만족하기가 곤란하여 선진 자동차 업계에서 CGI를 적극 채택 中
2. 현미경 조직

CGI는 아래 현미경 사진과 SEM 이미지와 같이 편상 흑연보다 뭉쳐 있는
있는 모양이다. 즉, 흑연 모양이 더 짧고 두께는 두꺼우며 끝이 둥굴다
KAP 업종별기술세미나 12년 9월 발표자료#1
CGI는 아래 현미경 사진과 같이 편상 흑연보다 뭉쳐 있는 모양. 아래 그림
을 보면 CGI와 편상흑연의 차이점이 분명해 진다.

편상흑연
CGI
SEM 이미지로 확인해 보면 각각의 벌레 모양의 흑연이 서로 복잡하게 연결되어
있다. 또 각각의 흑연 끝단부가 ROUND 형상이므로 회주철과 같은 NOTCH
효과가 없고, 따라서 CRACK이 전파하는 모서리를 제공하지 않으므로 회주철에

비해 상대적으로 강한 기계적 성질을 나타낸다
2. CGI의 정의

B

1) 규격
◎ JIS G5502
◎ 흑연 형상의 종횡비가 12미만
◎ 편상흑연이 없을 것

A

1

종횡비 = A/B
① FC : 50~100
② CGI : 5~12
③ FCD : 1~1.2

2

3

2) 화학성분
C

Si

Mn

S

Cr

Cu

Sn

Ti

Mg

FC

3.2~3.4

1.9~2.2

0.7↓

0.02↓

0.3↓

0.5~0.6

0.05

0.03↓

-

CGI

3.5~3.7

2.1~2.3

0.3↓

0.02↓

0.04↓

0.9~1.1

0.08

0.025↓

0.007~0.017

FCD

3.5~3.7

2.2~2.4

0.5↓

0.02↓

0.04↓

0.9~1.1

0.08

0.025↓

0.035~0.045
3. CGI의 등급

1) 구화율 0%
CGI가 100% 얻어진 경우
2) 구화율 10%
그림과 같이 CGI가 분포된 중에 구상흑연이 10% 존재 (단, 편상흑연 0%)
3) 구화율 -1 ~ -5 %
CGI 중에 편상흑연이 포함된 경우의 등급분류이고, -5 등급은 완전히

편상흑연이 발생한 경우를 나타낸다. 아래 그림은 -3 등급의 사진임.
4. CGI의 기계적성질

CGI의 인장강도 측정값을 보면 구화도가 증가하면 점진적으로 강도가 증가함
을 알 수 있다. 그러나 편상흑연이 포함되면 급격하게 강도가 감소한다

CGI 사용범위

강도
급 강하
2. CGI의 제조상 문제점
1. Mg FADING 문제

CGI의 제조에서 가장 중요한 고려사항은 Mg FADING으로 인한 편상흑연의
석출을 억제하는 것이다. 아래 그림과 같이 CGI의 생산범위는 대단히 좁아서

CGI 영역을 벗어나 회주철 영역으로 떨어질 수 있다
2. 접종의 문제

CGI의 제조에서 CGI의 영역은 Mg 뿐만이 아니고 접종제에 의해서도 영향을
받는다. SinterCast에서 발견한 CGI窓은 아래 그림과 같다. 즉, 용해조건에
따라서 달라지는 접종량을 정확히 찾아내지 못하면 CGI 窓을 벗어나게 된다
4. CGI의 관리 포인트
3. CGI 관리 포인트
NO

항

목

관 리 치

내

용

비 고

1

CE

4.6 % 이하
ㅁ
- C % : 3.65~3.75
- Si% : 2.1~2.2

2

합금
(Mn.Cu.Sn)

Mn % 0.33~0.38
Cu % 0.90~0.95
Sn % 0.07~0.09

MATRIX PEARLITE 85% 이상

3

선철

33% 이상 (브라질産)

Ti % 감소 위해

4

Mg

INDEX 42 (TARGET)

AFTER CORRECTION 45

5

INO

INDEX 55 (TARGET)

AFTER CORRECTION 60

6

Ce 접종

S% × 3,000 배

FADING 방지

7

Ti

0.03 % 이하

8

출탕온도

1520 ~1530 ℃

9

보정(WIRE)

1460 ~1490 ℃

10

주입온도 (시작)

1410 ~1430 ℃

1400~1450 ℃ 범위가능 (조정 可)

11

주입온도 (끝)

1380 ℃ 이상

V-6 블록의 유동성 방지

CE 값이 4.6 % 이상인 경우
SENSOR 작동 不

1. TOOL LIFE 문제발생
2. 인장강도 저하

ㅁ

1500 ~1540 ℃ 범위가능
(마지막 주입온도 따라 조정 可)
1. Ti 증가하면 급격하게
가공성 악화

→ CGI 자체의 가공성이
나쁜 것에 Ti 효과가
가중되므로 특별관리
(Tupy Foundry 보고서)
2. Ti은 N과 Ti3N4를 형성
→ MATRIX 페라이트化
(인장강도 저하)
4. CGI 제조공법 비교
제조공법

공 법 개 요

SinterCast

◆ 기본개요 : 열분석에 의해 용탕의 Mg 및 inoculant결정
▷ measure-and-correct의 2 stage
◆ Samp’g Cup : 고유의 Immersion-Type Sampling Cup
▷ 측정중 산화방지 및 동일량의 샘플채취 가능

NOVACast

◆기본개요 : 열분석에 의해 원탕의 활성 산소 분석
▷ 원탕보정후 바로 주입 (InMold Process도 제안)
◆ Samp’g Cup : 2개의 일반 Sand Cup 사용

OxyCast

◆ 기본개요 : 접종처리후 래들에서의 활성 산소 측정
▷ 미리 설정된 범위내에서 각 측정변수를 제어
◆ Samp’g Cup : 1개의 일반 Sand Cup 사용
◆ 특이사항 : 주입 8분 경과후 resonant frequency
측정으로 검사

비 고
1) Sinter Cast Process

◆ 사용장비 : SYSTEM 2000 (고유의 immersion-type sampling cup 사용)
◆ 공법개요 : 열분석으로 용탕내의 Mg와 Inoculant량을 동시에 측정/보정
☞ 2 step : measure-and-correct
◆ 적용사례 : Catepillar(美),Cifunsa(멕시코),Halberg Guss(獨),Tupy(브라질)
2) NOVA Cast Process
공정 개략도

PQ-CGI InMold

◆ 사용장비 : ATAS(Adaptive Thermal Analysis System ) 2개의 일반
sandcup 사용
(2개중 1개는 0.2wt% 접종제 함유)
◆ 공법개요 : 열분석으로 접종전 원탕내의 C,O의 함량을 분석후 적정 O 함
량을 맞추기 위해 보온로 온도 및 C,Si를 조절함. (1 step)
◆ 적용사례 : Fritz Winter(獨)
3) Oxy Cast Process

◆ 사용장비 : RFDA(Resonant frequency and Damping Analyser) 에 의한
검증
◆ 공법개요 : 접종후 용탕의 활성산소 및 열분석, 화학분석 병행.
☞ 2 step이나 분석의 정확도로 음파측정장치 별도 운용
◆ 적용사례 : 일반적인 Consulting에 집중
PART 3 . 주조 결함 의 종류와 대응법

순

서

결함 발생기구 및 대책
결함 판단 의 문제점
개선 방향
1. 결함 발생기구 및 대책
■ 씻김에의한 주물사혼입
■ BLOW HOLE 과 PIN HOLE
■ SLAG 에 혼입된 BLOW HOLE

■ 표면 PIN HOLE 과 표면 직하 PIN HOLE
■ 외 수축
■ 중하면 수축

■ 내부 수축
■ 수축POROSITY .MICRO POROSITY .GAS POROSITY
■ 씻김에의한 주물사혼입

발생 기구
★.용탕이 유입될때 모래가
씻겨 INGATE 부근주물표
면이나 각이 있는 불규칙
한 평면에 발생
★원인:
1.용탕침식에견딜만한강도
부족(점결제의 고온점결
력부족)
2.주입구.탕구위치불량(주
형과중자의 동일한부위
에 계속용탕이흐름)

대책
1.고온에 견디는 점결제사용
2.주물사 다짐을 좋게한다
3.유속을 빠르게하거나 긴주
입시간 을 피한다
4.각진부위를피해 주조방안 수립
■ BLOW HOLE(큰 HOLE) .PIN HOLE(작은HOLE)

발생기구

대책

★.BLOW HOLE 및PIN HOLE은 응고하
는 금속에 달려들어간 GAS 에 의해 발생

1.주형 및 주조 방안상의 대책
a) 주형과 중자에서 GAS 배출을 용이
하게 VENTING 한다
b) 주형사.중자사의 통기성을 높인다
c) 탕구방안을 검토한다
d) 건조형의경우 주형이나 중자의 건조
를 철저히한다
e) 생형의 경우 수분함량을 검토한다
f) 점결제량을 줄인다

1 .야금학적 원인
a)용탕내에 GAS 함유량이 높은 경우 응
고할때 용탕온도가 저하 함에따라 GAS
용해 능력 감소로 GAS가 분리
b)용탕중에 탄소와산소의 반응에 의해
일산화 탄소가 발생하고 수소또는질
소의 확산에의해 BLOW HOLE 이크게
된다
2.주형및중자재료에의한 원인
a) 주형및 중자에 수분이 믾은경우
b) 주형및 중자점결제에 GAS 가많은경
우
c) 도형제에서 GAS 함유량이 많은경우
3.물리적 원인
a) 주형및 중자의 GAS배기가 불충분
b) 용탕흐름이 난류에의해 공기혼입

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■ SLAG 에 혼입된 BLOW HOLE

발생기구

대책

★.MnSio2 SLAG와 철중의 산소와 반응 한 일산화
탄소 에의해 SLAG에 혼입되어 GAS 발생

1. Al 과Ti량을 적게한다
2. Si 량을 증가 시키고 Mn량을 감소 한다
(Si와Mn의 차를 0.5% 로한다)

★ 원인:
Mn과Si의 배합이 부적절한 경우
또는 산소활성화가 큰 원소 예를들면 Ti .Al이과잉
으로함유함으로 인해 산화경향이 강한 철이
만들어진다

3. 용탕출탕온도를 높게하고 주입온도를 최적으로
한다
4. 소용돌이가 일어나지 않은 방안으로 단시간 주
입 되게한다

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■ 표면 PIN HOLE 과 표면 하 PIN HOLE

발생기구

대책

★ 주물표면 및 표면 하 에 작은 바늘구멍 크
기의 HOLE 이 광범위하게 집합 되어 있다
주철의경우 내면이 흑연막으로 덮어져 있다
★ 생형주물의 경우 유기점결제를 이용한
중자 면에 발생한다

1.야금학적 대책
a) 화학성분이 적정한것을 사용하고 녹이슨재료.
OIL성분이없는 재료를 사용
Si량을 높이고 Mn량을 낮춘다
b) 산소친화성 원소의 접종제(Ti .Al)의 사용을
피한다
C) 주입온도를 낮춘다
d) 탕구>탕도>주입구 의탕구계로 하고 탕구계의
길이를 짧게 한다

1. 야금학적 원인
a) .용탕중의 산소또는 수소함량이 높은경우
b) .첨가물에의해 생성된 산화물이 많은 경우
c) .산소 친화성원소 즉 Ti .Al(접종제)의 양이
많은경우
d) Mn과Si의 배합이 부적합 하거나 S 이많을
때에도 나타난다

2. 주형재료면의 대책
a) 주형사와중자사의 수분함량을 낯춘다
b) 중자점결제 중 요소성분이 낮은 수지 사용 한다

2. 주형재료에의한 원인
a) 주형및 중자사의 수분이 많은경우
b) 유기물을 이용한 중자 점결제중 요소성분
이 많은경우

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■ 외 수축

발생기구

대책

★ 일반적으로 주물상부의 최후로 응고 되는 부분
에발생(또는 탕구부분 주입구 부근 주물의두꺼
운곳)

1. 큰 압탕 설계를 한다
2. 적절한 응고상태가 되도록 냉금을 넣는다든
지 냉각PIN을사용하여 열집중장소에 열분산
이 잘되도록한다
3. 가능하면 주물성분을 체적수축이 적은것으로
한다(탄소포화도를 높인다)
4. 접종을 실시하고 가능하면 끝부분의 경화를
피하기위해 스트론튬 을 함유한 접종제를사
용
5. 냉각이 균일하게 하기위해 주입구 숫자를
증가 시킨다
6. 발열 단열압탕등을 사용하여 압탕효과를
좋게한다

★ 응고시 체적수축에 의해 발생
응고시 두꺼운 부분에 급탕이 부족 할때 발생
★ 주철의경우 에는 공정흑연이 많게 되면 체적
수축은적게되고 팽창 하게된다
접종을하게되면 공정세포수를 증가 시키기때
문에 접종하지않은 같은 성분의 주철보다
수축발생이 적게된다

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■ 중자면 수축

발생기구
★ 두꺼운 주물의중자 따라발생하는 수축공
빈 공 벽면은 거칠 고 순수한 수축 경우에는
수지상정을 보인다

대책
1. 중자사용을 피학고 적정한 압탕 설계를 한다
2. 경우에따라냉각용 PIN을사용한다
3. 탄소포화도를 변화 시킨다

★ 응고시 체적수축 두꺼운부분에서의 열의 발산
이 나쁘고 압탕부족등 으로 발생

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■ 내부수축

발생기구

대책

★ 가장두꺼운 곳과 급격한 두께변화가 있는곳
에 발생
a) 두꺼운부의 응고중 체적수축과 용탕보급
부족
b) 수축경향과 아공정주철의 탄소포화도와
관계 가있다
공정 또는 공정부근의 합금 경우에는
흑연 정출시 팽창에따른 주형벽이 이동
되면서 수축이 크게된다

1. 두꺼운부에 충분한용탕이보급되도록 주조
방안 설계
2. 공정흑연 주철 경우 주형벽 강도를 증가
시킨다
3. 냉금을 사용한다

이때 별도의 용탕보급이 없으면 수축이
발생된다

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■ 수축POROSITY .MICRO POROSITY .GAS
PPOROSITY

발생기구
★ 이결함은 주물가공후 기밀시험시 처음알게
되는 경우가많다
★ 파면을 확대경으로 보면 미세한 다공질로
되어있다 결함부분의 조직의색에 따라
서발생원인을 알수있다
주철의 경우에는 흑색을 띤다
★ 주로최후에응고한 장소 주형과중자가돌출
한 부분 에 HOT SPOT가 발생
응고시 용탕유동성 이 나쁜합금에서 발생
1. 수축 POROSITY
a) 금속은 온도강하 및 응고에따라 수축이
일어나고 이때 용탕보급이 이루워지지
않을경우 발생
b) 공정 흔연이 많은 편상흑연의경우 응고시
팽창에 의해 결정간 미응고액이 충분하지
않으면 발생
2. GAS POROSITY
a) 응고시 금속에서 발생된 GAS
b) 주형에서 발생된 GAS
★ 주철의경우
접종을행한 주철에서는

대책
[ 수축 POROSITY ]
1. 일반대책
a) 정확한 응고과정을 알아야한다
b) 두꺼운 중심. 급격한 두께변화를 피한다
c) 용탕의 보급이 용이하게 한다
d) 냉금을 사용한다
e) 주입구의 수를 증가시킨다
f) 주입온도를 낮게한다
2. 주철의 경우
a) 아공정주철 경우에는 두꺼운부분에 요구되는 강도
를 깨뜨리지않는 정도에서 할수있는한 공정흑
연을 많게한다(C및Si을 증가하고 CE값을 적정하게
올린다)
b)만약 야금학상 바꿀수만 있다면 접종을 하지않던지
공정세포에 영향을 미치지 않은 접종제를 사용한다
c) 용탕온도를 높게한다
d) P함유량을 낮춘다(특히 Cr과Mo이 있는경우)

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■ 수축POROSITY .MICRO POROSITY .GAS POROSITY
발생기구

대책

공정세포의 수가 증가하므로 같은 화학성분 으로
[GAS POROSITY ]
접종을 행하지 않은 주철경우에 비해 POROSITY
및 수축발생 경향이 현저하다(접종 POROSITY)
1. 용탕에서 GAS를분리
수축POROSITY는 P의함유량이 많을때나타나
a) 용탕 탈산을 충분히 한다
고
b)용탕gas를 충분히 빼준다
특히 Mo .Cr같은 합금성분이 있는경우에 발생하
2. 주형재료에서 나온 GAS 배출
기쉽다 예를들면Mo이많이 존재하는 경우에는
a) 주형의 통기성을 높게한다
용탕보급이 원활하지않다
이것은 인화물
b) 주형및 중자의 수분을 낮추어준다
공정체 의 응고수축이 일어나기전에 먼저
c) 주형및 중자의 점결제양을 낮추고 필요하면 점
주위의철은 완전냉각 되어 있기 때문이다
결제도바꾸고 첨가제도 같은 방법으로 관리
흑연 정출에 의한 팽창과 유리한 공정흑연 양 간
d) 도형제 와 이형제의 영향에주의
에는 관련이 있다
e) 주형.중자재료 를 바꾸어준다
그 팽창압에 의해 주형벽이 이동되고 주물부피는
보호제를 첨가한다
커지게된다 그래서 용탕보급이되지않으면 수축
(마그네슘주철의경우 붕산 이나 유황을 첨가)
이 발생된다
★ GAS POROSITY
1.용탕에서 GAS 분리
a) 용탕온도가낮게되면 철중에 산소함유량이
많은많은경우에는 다음과같은 반응이
진행됨
FeO + C →Fe + co
즉 응고과정에서 co GAS 가 분리된다
2.주형재료에서 GAS발생
주형의 점결제나 첨가제의 기화 속도가 주형의
통기도보다 높은경우에는 GAS가 쌓인다
이경우 만약 배압이 높으면 GAS가 액상 또는
응고하고있는 금속중에 들어가 응고가 되면
POROSITY 또는 BLOW HOLE 로된다 주형수
분의기화에의해 발생한 수소GAS및 점결제 첨가
물
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도형제 로인한 gas 가 원인이 된다
2 . 결함판단의 문제점
■ 결함종류 의 판단 오류
1) 돌발적 발생 : 생산 당일 의 작업조건 검토
2) 고질적 발생 : 여러가지 재현 시험 으로 판단
■ 정확한 원인규명 미스 (표 1 참조)

★치유에 장시간소요 (결론 회피)
★원가적손실 발생
유첨 :표1
주철주물의 불량원인
원인

결함

기포
( B l o w Ho l e)

설계

Mo d el

Fl ask

1.Gas Vent 가

탕구, 압탕
1.탕구 위치,크기

탕회, 탕경
( Mi ss- Ru n
Co l d Sh u t )
Er o si o n
( Wash )

부적절

Di st o r t i o n ,
War p ag e
Sl ag I n cl u si o n
형사락
( Dr o p )
소 착
( B URN ON)

2.통기성 小

조형

재질

용해

주입

1.형강도 과대

1.불순물 혼입

1.용탕 산화

1.주입속도 과대

1.배합불량

1.용탕 산화

1.주입온도가 지나

3.Gas 빼기

( 통기성 불량)

부적절
1.압탕 냉금 부적절 1.열 흡수성 적음

2.교차부 두께

2.탕구위치 부적절

2.강도 부족

1.탕구 적음

1.수분 과다

2.탕구위치 불량

1.중자 과열

1.Ram m i ng 부족

2.통기도 불량

( C,Si ,P)

치게 높다

부적절
1.얇은 두께
2.평면부 과다

1.방안 부적절
( 횡 → 종)

1.중자의 이동

1.두께 불균일

1.불순물 혼입

1.용탕 산화

1.온도가 지나치게
낮다
2.유속 과대

1.탕구 크기

1.점결제 부족

2.위치 부적절

2.도형 불량

1.강도 부족

1.강도 부족

1.유속 과대
2.온도 부적절

3.수분 부족
1.Cl eat 부적절에

1.탕구 위치

1.수분 과다
2.통기도 부족
3.강도 부족

1.지나치게 넓은

1.Cl eat 부적절

평면

( 너무 좁다)

1.탕구 위치 , 수
부적절( 일부과열)

1.과도하게 타는

1.강도 불균일

1.온도가 지나치게

경우( 유중자)

높다

2.수분 과대

1.수분 과다

1.Ram m i ng 과다

2.열팽창 과다

2.강도 불균일

1.주입시간이 지나
치게 길다

3.점토분 과다
1.단면 급변

1.방안 불량

2.인장응력을 받는

2.응고방향 부적절

형상

1.Cl eat 에 의한
수축阻止

1.탕구 ,압탕 불량

1.강도 과대

1.강도 과대

1.Ram m i ng 과다

1.G,C 小

( 열점발생)

2.수축 과소

2.점토분 과대

2.砂의 수축阻止

2.Cu, S 과대

1.점토분 과대

1.상,하형 강도

1.G, C 大

3.Ri b 부족

1.두께 불균일

1.Model 의 휨

2.Ri b 부적절

1.용탕 산화

1.온도가 지나치게
낮다

3.열간 강도 大

2.방안 불량

1.Cl eat 위치 불량 1.탕구위치 부적절

1.사 강도 과대

( 균일냉각 阻止)
1.형합 불량

1.강판배합 과다

불일치

1.탕구 과대

1.강도 부족

1.강도 부족

1.Gat e부적절

2.도형 불량

1.온도가 낮다
2.유속이 낮다

2.도형 불량

1.청소 불량

1.저온 용해

1.Sl ag 제거
불충분
2.온도가 낮다

1.돌출부의 큰형상

1.분할면 부적절

1.합형불량

1.강도 부족

1. 釘등의 보강부족

2.변형량 적다

2.뽑기구배 부적절

2.砂의Ram m i ng

1.WEIGHT 취급
불량

강도부족
1.두께과대

1.위치,형상불량

2.열점 유발하는

( 부분적과열)

형상

치수불량

1.Gas 발생 大

2.분순물

1.두께 불균일

따른 강도 불균일 2.방향 부적절

균열
( Cr ack )

1.수분과다

치게 긴경우

Scab
B u ck l e
( Rat T ai l )

중자

3.통기성 불량

없는 경우
2.Cor e가 지나

수축
( Sh r i n k ag e)

San d

1.CORE 지지
난이한 형상

1.내열도 불량

1.Ram m i ng부족

2.입자 과대

2.운반부주위

2.도형 부적절

1.Ram m i ng부족

1.온도가 너무높다

1.모형 구배 불량

1.주입속도 빠름

3.도형 불량
1.분할면 불량
2.신율 부족

1.합형불량

1.탕구위치,크기
불량

1.강도 부족

1.Chapl et
부적절

2.Wei ght 부족

3.CORE PRINT
부적절

조대입자

1.두께 불균일
2.CORE지나치게
작다

1.위치,형상불량
( 부분과열)

1.냉금부족

1.G,C 大
2.P 大
3.접종 불량

1.침탄 과대

1.온도가 너무
높다
3. 개선방안
★ 결함 내부 에 X-RAY 를투과하여 정확한 결함을
판단 한다

(별첨)
별첨
SEM 장비 개요 – EDAX 시스템

단일 검출장치에
서 각종 성분을
분석
SEM 장비 개요 – JEOL 시스템

5 개의 PROBE
에서 서로 다른
성분이 잘 투과
되는 크리스탈
필터를 사용하여
분석 정밀도 높
임
EDAX 분석 데이타
Y축은
INTENSITY

Fe는 6.4 KeV에서 PEAK 발생

X축은 에너지
(단위 KeV)
Fe의 에너지는
6.4 KeV에서
PEAK가 발생함
JEOL 분석 데이타

Y축은
INTENSITY

X축은 방출되는 에너지 파장 (λ)
그러므로 방출되는 에너지에 대응
( E = h×ν = h×c/λ )
JEOL 분석 데이터
SEM 분석과 주조불량 분류표
NO.

구

분

표시

세부 구분

SEM 형 상

성 분 PEAK

1

A

흑연석출

둥근 모양

C, O

2

B

흑연 미 석출

둥근 모양

C, O

C

흑 연 석 출 확 대 ( FC)

흑연 띠 보임

C

D

흑 연 석 출 확 대 ( F C D)

거북이 등 모양

C, O

5

E

흑 연 에 MnS 혼 입

MnS 알 갱 이

C, O, S, M n

6

F

흑 연 에 Fe O 혼 입

Fe O 알 갱 이

C, O , Fe

7

A

산화 반응형

기다란 형상

C , O , S i, A l

B

산화 반응형 단면사진

C

수지상정 석출사진

D

수 지 상 정 석 출 사 진 (산 화 분 위 기 )

A

용 해 가 스 ( N 2 , H2 ) 가 석 출

개스 면이 거침

C , A l, S i, M n

B

흑연 有 용해형

흑 연 PEAK 大

C , S i, F e

A

망간실리케이트 슬래그

둥근 형상

C, M n, Si

3
4

8
9

물리형 핀홀

산화반응형
핀홀

10
11
12

용해형 핀홀

13

C, O, Si
둥근 알갱이

C, O, Si
C, O, Na, Si

14

슬래그

B

망간실리케이트 및 샌드

거친 형상

C , S i, M n , A l

15

생성형 핀홀

C

망간실리케이트 확대

표면 거침

C , S i, M n , A l

16

D

래들 슬래그

망상 이물질

C , S i, C a , A l

17

E

슬락스 혼입 슬래그

흰 반점

C , S i, A l

비

고
SEM 분석과 주조불량 분류표
NO.

구

분

표시

세부 구분

SEM 형 상
매끄러운 형상

성 분 PEA K

18

A

접종제로 인한 슬래그 형성

C , Si, C a , B a

19

B

접종제로 인한 슬래그 형성 확대

C , Si, C a , A l
C , M g , Si, M g

20

접종제

C

구상화제로 인한 슬래그

21

구상화제

D

D ROSS (큰 혼 입 )

22

핀홀

E

D ROSS 확 대

23

F

D ROSS (이 물 질 혼 입 )

둥근 이물질

C , M g , Si, O

24

A

M nS 계 열 슬 래 그

둥근 형상

C , Si, A l, M n

망상 이물질

C , M g , Si, A l
C , Si, M g

25

유화물계

B

M nS 계 열 슬 래 그 단 면 적

C , Si, A l, M n

26

핀홀

C

M nS 계 열 슬 래 그 확 대 사 진

C , Si, A l, M n

27

A

내부수축

C , Si, O

28

B

외부수축

C , O, Si, Ti

C

게이트 부근 내부수축

C , Si

30

D

편 석 있 는 내 부 수 축 (Ti)

C , O, Si, Ti

31

E

편 석 있 는 내 부 수 축 (C u)

32

F

편 석 있 는 내 부 수 축 (C u, B a , C a )

29

기타불량

수 지 상 정 현 저 함 C , O, C u
C , O, C u, B a , C a

비

고
SEM 분석과 주조불량 분류표
NO.

구

분

33
34

표시

세부 구분

SEM 형 상

성 분 PEAK

A

35

흰 반점들 산포

M g, C, O, Si

B

SAND 알 갱 이

흰 반점들 산포

C, O, Si

C

SAND 불 량

M g DRO S S 포 함 된 S A N D
DRO S S 로 혼 입 된 S A N D

흰 반점들 산포

O , A l, M g , S i

용탕방울 有

C, O, Si

36

C O L D S HO T

A

M E T A L S HO T

37

(용 탕 방 울 )

B

L A RG E M E T A L S HO T

38

C O L D S HU T

A

C O L D S HU T

39

(탕 경 )

B

B L O W HO L E 유 사 C O L D S HU T

C, O, M g, Si
긴 형상

C , O , S i, M n
O, Si

비

고
SEM 분석과 주조불량 – 물리형 핀홀 :휩쓸려들어간 GAS와주형에서발생된 GAS에
일어남
둥근모양: C. O

1

둥근모양: C. O

2

흑연띠보임 : C

3
SEM 분석과 주조불량 – 물리형 핀홀
거북등모양 : C. O

4

Mns알갱이 : C. O.
S. Mn

5

FeO알갱이 : C. O. Fe

6
SEM 분석과 주조불량 – 산화반응형핀홀:Fe가 산화하어 C와 반응함으로써 가스가 발생
기다란형상 : C. O.
Si. Al

7

; C. O. Si

8
SEM 분석과 주조불량 – 산화반응형 핀홀
둥근알갱이 : C. O.
Si

9

: C. O. Na.
Si

10
SEM 분석과 주조불량 – 용해형 핀홀:용탕에용해된가스(N2 .H2)가 공정응고부근 에서
방출된경우
개스면이거침: C. Al. Si.
Mn

11

흑연Peak큼 : C .Si. Fe

12
SEM 분석과 주조불량 – 슬래그 생성형 핀홀:슬레그생성후에 (망간실리케이트계)
C와반응하여가스가 발생하는경우
둥근형상 : C. Si. Mn

13
거친형상 : C. Si. Mn. Al

14

표면거침 : C. Si. Mn. Al

15
SEM 분석과 주조불량 – 슬래그 생성형 핀홀
망상이물질 : C. Si.
Ca.
Al

16

흰반점: C. Si. Al

17
SEM 분석과 주조불량 – 접종제.구상화제 핀홀:접좀제및구상화제침전물이나 이들
슬레그화합물의 개재물이 결함내 존재
매끄러운형상 : C. Si
Ca. Ba

18

19

: C. Si. Ca.
Al

: C. Mg. Si

20
SEM 분석과 주조불량 – 접종제.구상화제 핀홀
망상이물질 : C. Mg.
Si. Al

21

: C. Si. Mg

22

둥근이물질 : C. Mg
Si. O

23
SEM 분석과 주조불량 – 유화물계 핀홀 :MnS가 슬레그화하여 (MnS-SiO2) C와반응
CO가스를 발생
둥근모양 : C. Si. Al. Mn

24

: c. Si. Al .Mn

25

: c. Si. Al. Mn

26
SEM 분석과 주조불량 – 기타불량
:C. Si. O

27
: C. O. Si. Ti

28

: C. Si

29
SEM 분석과 주조불량 – 기타불량: 핀홀결함과 수축결함의 복합.유사 의경우
아공정주철에있어서 용해형핀홀결함과 수축결함은
모두 수지상정이 결함내부에 존재하기 때문에 구별이 어렵다
: C. O. Si. Ti

30

수지상정이현저함 : C. O. Cu

31

: C. O. Cu. Ba. Ca

32
SEM 분석과 주조불량 – SAND 불량
흰반점들산포 : Mg. C.
O. Si

33

흰반점들산포 : C. O. Si

34

흰반점들산포 : O. Al.
Mg.Si

35
SAM분석 과 주조불량 - METAL SHOT

용탕방울있슴 : C. O. Si

36

: C. O. Mg. Si

37
SEM 분석과 주조불량 – COLD SHUT (탕경) 불량

38

긴형상 : C. O. Si. Mg

:O. Si

39

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KAP 업종별기술세미나 12년 9월 발표자료#1

  • 1. 주철 주조 업종 세미나 자동차부품산업진흥재단 전문위원 정민안
  • 2. PART1 .주철주물의 이해 목 차 PART2 .C G I 란무엇인가 PART3 .주조결함의종류와 대응법
  • 3. PART 1 주철주물 이해 1 .GROBAL PRODUCTION OF CASTING 2 .주철제조공정 및 각공정 관리 포인트 1) .용해 공정 2) .사처리 공정 3) .조형공정 4) .중자 공정 5) .후처리공정
  • 4. 1 .2009년 전세계 지역별 주물 생산량 (8,034만톤) Korea 2.1million tons
  • 5. 2009년 10대 국가별 주조품 생산량 40 35 중국 미국 러시아 인도 일본 독일 브라질 이탈리아 프랑스 한국 멕시코 30 ( 25 ) 천 만 톤 20 15 10 5 0 2004 2005 2006 2007 2008 2009
  • 6. 2009 세계 주물 종류별 생산량 (천톤) FC FCD MI SC Cu Al Mg Zn 기타비철 합계 중국 17,000 8,700 600 4,800 600 3,350 0 0 250 35,300 미국 2,409 2,554 35 687 179 1,191 66 167 120 7,408 러시아 1,740 1,200 60 700 90 340 35 15 20 4,200 인도 5,050 800 60 880 0 653 0 0 0 7,443 일본 1,654 1,364 37 198 75 1,026 6 21 4 4,385 독일 1,806 1,192 31 182 77 540 20 51 2 3,901 브라질 1,365 526 27 166 12 195 3 3 0 2,297 이탈리아 566 372 0 65 14 549 7 49 46 1,668 프랑스 562 869 0 60 19 206 0 19 2 1,737 한국 1,020 608 39 153 25 279 0 0 11 2,135 합계 33,172 18,185 889 7,891 1,091 8,329 137 325 455 70,474 세계합계 37,616 19,939 1,040 9,033 1,379 10,238 153 473 472 80,343 Modern casting Dec. 2010 p 25
  • 7. 국가별 주조공장 수 및 단위 능력 국가별가동주조공장 수-2009 주강 비철 생산능력(천톤) 국가 주철 합계 중국 17,000 4,700 4,300 26,000 미국 659 416 985 2,060 중국 이탈리아 인도 러시아 1,350 인도 4,600 브라질 한국 일본 456 75 1,166 1,697 독일 205 53 344 602 일본 브라질 552 191 588 1,331 러시아 이탈리아 157 44 920 1,121 미국 프랑스 103 37 319 459 한국 508 142 223 873 멕시코 181 162 350 647 프랑스 독일 - 2,000 4,000 6,000 8,000
  • 8. 북미 주조 수요 예측 (철강 및 알루미늄) Modern Casting Jan.2011
  • 9. 회주철 수요 예측(미국) 구분 단기(2010~2013) 단기전망 변화 건설 6.8% 장기(2010~2019) 장기수요전망 (2008~2018) 2% 고속도/교량 4.4% 0.7% 밸브 8.9% 1.2% 상하수도 13.1% 2.1% 농업 6.7% 0.8% 건설장비 -0.3% -0.7% 산업장비 -3.8% -2.6% 변속기 23.1% 6.6% 엔진 1.1% -0.6% 펌프 8.8% 2.1% 차량 5.3% 0.3% 4.1% 0.3% Casting 2010.Jan Modern 총계 Modern Casting 2010.Jan 2011 예상매출액 $4,115,533,000(41.5억 달라) Modern Casting Jan.2011
  • 10. 구상흑연주철 수요 예측(미국) 구분 단기(2010~2013) 장기(2010~2019) 단기전망 변화 배관 10.9% 밸브 18.6% 10.1% 농업 15.8% 9.3% 건설장비 7.3% 6.8% 유전 4.5% 8.5% 산업장비 3.0% 3.6% 엔진장비 9% 6.9% 차량 10.4% 6.8% 상용차 6.3% 3.8% 총계 10.7% 7.0% 2011 예상매출액 장기수요전망 (2008~2018) 6.5% $4,584,243,000(45.8억 달라) Modern Casting Jan.2011
  • 11. 알루미늄 수요 예측(미국) 구분 단기전망 변화 냉동기 단기(2010~2013) 33.3% 장기(2010~2019) 장기수요전망 (2008~2018) 14.9% 엔진변속기 20.9% 14.4% 측정기 28.9% 18.8% 가정용 19.8% 13.2% 수송 4.0% 2.4% 모타장비 22.4% 13.8% 항공 1.0% 4.2% 총계 14.9% 10.9% 2011 예상매출액 $9,282,193,000(92.9억 달라) Modern Casting Jan.2011
  • 12. ▣ 주조품 혁신 사례( 북미 )
  • 13. 사 례 : 2009년 북미 주조학회 수상 부품 모터사이클 프레임 재질 : 알루미늄 공법 : 자경성 중량 : 23.1kg 특기사항 : 20개 부품 조립 -> 1개 주조품 (연료탱크, 공기흡입구 전기배선,시트마운트, 모타 마운트 일체화) 30% 경량화 납기 : 5주 20개 부품 1개로 일체화하여 회전시 강성 향상으로 성능 업그레이드 Metal Casting Design & Purchasing May/Jun 2009
  • 14. 사 례 : 2010년 북미 주조학회 수상 부품 스키드로더 마운팅 브라케트 재질 : 구상흑연주철 공법 : 생형사 특기사항 : 11개 용접 -> 1개 주조품 원가 절감 : 48% 조립불량 감소 : 10% Modern Casting Jun 2010
  • 15. 사 례 : 2011년 북미 주조학회 수상 부품 하이브리드버스 스테이터 하우징 재질 : 알루미늄 공법 : 자경성 주형 + 콜드박스 + 칠러 중량 : 53kg 특기사항 : 가공 -> 주조 변경 코아조립시 엄격한 공차관리 튜브 및 인서트 주조 기공 무결함/no-leakage Modern Casting May.2011
  • 16. 사 례 : 2011년 북미 주조학회 선정 부품 라이플 조준경 재질 : 티타늄 공법 : 정밀주조 중량 : 0.22kg 특기사항 : 가공삭제 (20%원가절감) 가공홀->주조 소화전 포트 재질 : 회주철 공법 : 자경성 중량 : 1.7kg 특기사항 : 가공조립 -> 주조 헤드라이트 LED 마운트 재질 : 알루미늄 공법 : 고압주조 중량 : 0.11kg/0.24Kg 특기사항 : 히트싱트기능 조립치수정도 향상 Modern Casting May.2011
  • 17. 생각해 볼 점 1. 글로벌 시장 현황 및 우리의 위치 - 한국 소재공장의 현실과 나가야 할 방향 2. 선진 MAKER 들을 BENCH MARKING 하면서 키워야 할 핵심 역량은 무엇일까? - 생산성, 원가, 품질(Q,C,D) - 해외업체와의 커뮤니케이션 - 해외 업계 정보 및 동향
  • 18. 22 2 .주철 주조 공정흐름도
  • 19. 1) 용해 LINE 공정 고철 분리/보관 □ 프레스, 회수고철, 칩브리켓 성분 □ 잡고철 혼입 방지 (유해원소 관리) 관리 내용 고철 수거 고철 계량/장입 □ 고철 분리/저장 □ 자동 정량 계량 고철 계량 /장입 용해 주입 □ 장입 작업표준 관리 - CHARGE별 성분관리 - 고온 용해 - 장입계산 □ 부자재 정기 검수 용해 작업 합금철 투입 □ 주입 기술표준 관리 - 접종제 정량 관리 - 주입 온도/속도 관리 주입 작업 접종제 투입
  • 20. 용해온도는 어느정도가 적정한가? SiO2 + C ↔Si + 2co .FeO + C ↔ CO
  • 21. 접종이란 무엇인가 ? 접종(inoculation)이라함은 소량의 특정한 물질을 주입직전에 용탕 에첨가하므로써 아래와같이 재질에영향을 나타낸다 1.주철의 탄화물 생성경향을 감소 시키고 그의 기계가공성을크게 개선한다 2.주조조직과 흑연의 형태와 관련하여 주물두께의 차이에서 오는 민감성을 둔화시킨다(질량효과감소) 3.흑연의 생성과 그형상을 임의적으로 조절 한다 4.탄소당량이낮은 고장력주철을 주조할때 탄화물의 생성을 억제할수 있다 5.응고수축 경향이 약간상승되나 이는 압탕의 크기를 조절함으로써 해결할수있다 6.두께가 엷은 주물에 있어서는 접종제에 포함되어 있는 알루미늄 으로인하여 경우에따라서는 핀홀 생성 경향이 조장 될수있다
  • 22. 각종 접종제에 의한 칠감소(V.H.Patterson)
  • 24. ◈ 상태도로 살펴본 주철 - Fe –C 평형상태도에서 탄소 함유량 2.06% ~ 6.67% 사이의 조성을 주철이라고 함
  • 25. ◈ CE (CARBON EQUIVALENT) 값의 의미 CE = C + 1/3 Si □ 탄소와 동일한 값을 가지는 SI%는 탄소%의 3/1이 된다는 의미 □ C%에 달라지는 초정온도가 탄소 뿐만 아닌 SI의 증감에 따라 달라짐 EX) C% 3.25에서 C를 1% 증가시킬 경우 초정온도는 1,250℃ → 1,130℃로 이동하며 이는 SI%를 3%를 증가시켜도 동일한 효과를 나타냄
  • 28. ◈ 주철의 종류와 특징 구 분 회주철 (FC) CGI 주철 구상흑연주철(FCD) 인장강도 (MPa) 175 ~ 220 420 ~ 580 500 ~ 700 경도 (BHN) 170 ~ 220 210 ~ 270 200 ~ 270 흑연 형태 SEM 사진 비고
  • 29. ◈ 회주철의 조직 ◈ 회주철의 조직 □ α철 (페아이트) : 탄소 함유가 없는 순철 가장 높은 녹는점을 가지고 있으며 현미경에서 하얗고 선명한 상으로 나타남 □ 세멘타이트 조직 : Fe원자와 C가 화합물 형태로 결합된 조직이다. 평균 경도 500 이상으로 통상 칠 ( CHILL) 조직이다 급냉시 발생함 □ 펄라이트 조직 : 페라이트 & 세멘타이트 조직이 층층이 반복된 조직으로 가장 적정한 경도를 가짐. 현재 주철조직의 기지 조직임
  • 30. ◈ 회주철의 성질에 미치는 첨가 원소의 영향 구분 CHILL정도 흑연조직 세멘타이트 조직에 미치는 영향 C 억제 거칠다 현저히 감소 SI ↑ ↑ ↑ ↑ AL ↑ ↑ ↑ ↑ Cr 증가 미세화 증가 V ↑ 미세화 ↑ ↑ Mn 다소 증가 다소 미세화 ↑ ↑ Mo ↑ 현저히 미세화 다소 증가 ↑ Cu 다소방해 거칠다 다소 증가 ↑ NI 방해 다소 미세화 다소 감소 ↑ 페라이트 형성, 연화 시킴 펄라이트 미세화, 경화 시킴 비고
  • 31. ◈ 회주철의 성질에 미치는 첨가 원소의 영향 (2) 구분 MS SPEC 첨가시 영향 Mn 0.5% ~ 1.0% Cr 0.15~0.40 Mo 0.05 ↓ ◈ 편상 흑연을 미세하 하고 펄라이트 생성 조장 -. AUSTENITE의 변태속도를 늦춰 기지조직 개선 ◈ 첨가량 과다시 두께가 두꺼운 부분에서 냉각속도가 늦은 경우 PERALITE 변태를 막음 ◈ PEARLITE 과다 생성에 의한 내부 수축 유발 Ni 0.05 ↓ ◈ 흑연화를 조장 ◈ 첨가량 과다시 잔류 AUSTENITE를 증가 시켜 내마모성 및 경도를 저하시킴 ◈ Si 함유량 저하시 MnSiO2의 화합물을 생성하여 강도 경도등의 기계적 성질을 저하시킴 ◈ 흑연화를 방해하여 백주철화를 촉진 시킴 ◈ 다량 첨가시 LEDEBURITE (백주철 조직) 로 변화함 ◈ 소량 첨가하여 PEARLITE를 미세화하고 FERRITE의 석출을 억제 한다 ◈ 과다 첨가시 PEARLITE 미세화에 의한 내부 수축 유발 ◈ Cr 0.5% 정도에서 0.5%에서 인장강도의 최고치 발생 ◈ 첨가량 과다시 LEDEBURITE 정출에 의한 강도 저하 발생 ◈ 두께가 얇은 부위에서 칠 생성을 조장하여 가공성 저하 발생 비고
  • 32. 구분 MS SPEC v 0.05% ↓ 첨가시 영향 ◈바나듐 탄화물을 형성 하고 PEARLITE 형성을 조장 -. 바나듐 탄화물에 의한 금속 개재물 석출 ◈ PEARLITE 과다 형성에 의한 내부 수축 유발 Al ◈ 용탕이 대기와 반응하여 Al2O# 산화피막 형성 -. 산화피막에 의한 유동성 저하 ◈ Al2O3 비금속 산화물 석출 (제품내) -. 내부 응력에 의한 피로 파괴 유발 ◈ 생형 주형에서 0.005% 초과시 수소에 의한 핀홀 발생 조장 Pb ◈ 주철주물내의 공정 흑연 생성에 직접적인 영향 ◈ 0.0004% 이하에서도 침상 흑연 발생 ◈ 0.002% 이상에서 비더만스테튼 (Widmanstatten) 흑연 생성 비더만스테튼 흑연 비고
  • 33. ◈ 성분 조정 □ 고철의 화학성분 고철명 C SI Mn S P Cu Cr Sn 비고 회수철 (R.S) 3.40 2.05 0.67 0.10↓ 0.10↓ 0.72 0.22 0.07 제품과 동일 프레스고철 (PS.S) 0.08 0.04 0.26 0.03 0.03 0.1 0.01 선철 4.5 0.05 0.056 0.1 0.03 □ 부자재의 유효 회수율 부자재 명 목표 성분 함유율 회수율 가탄제 C 99 80 페로실리콘 (Fe-SI) SI 75 70 페로크롬 (Fe-Cr) Cr 50 45 페로망간 (Fe-Mn) Mn 65 60 SI 60 50 C 36 30 주석 (Sn) Sn 99 90 구리 (Cu) Cu 99 90 실리콘 카바이드 비고
  • 34. □ 성분 조정 예제 ※ 8톤 중주파 용해로에 현재 잔탕이 2톤 남아있고 6톤을 장입하려 한다. 장입비는 PSS:RS = 7:3 으로장입할때 각 부자재의 투입량을 계산하라. ◈ 부족 성분 첨가량 = 용탕량 × (목표성분 – 고철성분(분석성분)) ÷ 회수율 고철명 C SI Mn S P Cu Cr Sn 비고 성분 목표 3.40 2.05 0.67 0.10↓ 0.10↓ 0.72 0.22 0.07 제품과 동일 1) 탄소 성분 조정 - 회수철의 경우 회수율 100% 가정 용탕량에서 제외 □ 용탕량 = 장입량 × 프레스장입비 = 6톤 × 70 ÷ 100 = 4.2톤 □ 가탄제 첨가량 = 4,200 Kg × (3.40 – 0.08 ) ÷ 0.8 = 174.3 Kg
  • 35. ▣ 장입계산 목표성분:c3.3% .si2.0% .Mn0.6% 을 맞추기위해 아래 도표의%와 Kg을 기입하시요 장입재 배합비 (%) 중량 (kg) C% 장입재 Si% 배합 장입재 Mn% 배합 장입재 배합 강고철 40 400 0.04 0.016 0.04 0.016 0.2 0.08 회수철 40 400 3.3 1.32 2.0 0.8 0.6 0.24 선철 10 100 4.42 0.442 1.23 0.123 0.4 0.04 주고철 10 100 3.0 0.3 2.0 0.2 1.8 0.18 합계 100 1000 가탄제 (95%) ( ) ( ( ) ( ) Fe-Mn (75%) ( ) ( ) 0.54 ( ( ) ) ) Fe-Si (75%) 1.139 ( 부족분 2.078 회수율 :90% 회수율 :85% 회수율 85% )
  • 36. 2) 사처리 LINE 공정 관리 내용 회수사 처리 회수사 냉각 □ 덩어리 코어 분리 □ 고사내 철편,철분분리 □ 고사 입도관리 SAND 붕괴 및 분리 □ 고사 냉각후 온도 관리 □ 미분 제거후 고사 물성관리 최적화 SAND COOLING 부자재 투입 □ 점결제, 첨가제 물성 입고 검수(1회/일) □ 씨콜 자연발화 방지 □ 부자재 압송라인 점검 고사호퍼 혼련 □ 생형사 기술표준 관리 - 부자재 정량 계량/ 검량선 관리(1회/년) - 생형사 물성검사 (2회/일) 부자재 및 SAND MIX'G
  • 37. ▣ 사처리 공정 주요 관리 항목 T/CLAY A/CLAY 신사 투입 입도 씨콜 CB 집진기 통기도 부족 감소 감소 증가 굵게 감소 감소 개방 수분과잉 감소 감소 증가 굵게 감소 감소 개방 압축강도 저하 증가 증가 감소 - 감소 감소 - SAND불량 - 증가 감소 - - - - 주형 파손 - 증가 감소 - - - - 상형소착 발생 감소 - 증가 굵게 증가 - 개방 하형소착 발생 증가 증가 감소 가늘게 증가 - 폐쇄 SCAB 발생 - 증가 - - 증가 - - 구분즈증가 GAS 계열 SAND 계열
  • 38. ▣ 주물사조건 1) 일정한 입도 분포 를가져야한다 2) 편석이없어야한다(2~3 PEAK를가질것) 3)사립표면 형상이 다각형 . 예각형 이여서는안된다 (구형.둔각형.구각형) 4)PH 값은 중성이여야 한다(7 PH) 5)sio2 함량이 높아야한다:오염물(Fe2O3 .Al2O3)이 적어야한다 6)충분한내구성 갖어야한다 :입형 입도가 변형되지않을것 *열충격 내구성 *파쇄 균열 내구성 ※ 주물사 팽창성 :최대팽창온도 677℃ 에서 0.018cm/cm팽창한다 *올리빈 센드:0.005cm/cm *크로마이트 센드 :0.004cm/cm *지르콘 센드 :0.003cm/cm
  • 39. 유첨1 : 입도분포 ▣적정분포 例 (편중분포中) 85∼90% 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 6 MESH Á· ß® % Ô öö Àµ Á¼ AFS 12 20 30 40 50 70 6 12 20 30 40 50 70 0.1 0.8 5.2 18.2 0.1 1.5 10.4 36.4 2 45 416 1820 62.17 100 140 200 270 Pan 100 20.8 41.6 2912 140 200 270 Pan ° è 4.8 0.2 0.1 50.0 9.6 0.3 0.1 100 960 42 20 6217 ▶공극에 의한 통기도 확보 ▶최소의 레진으로 최대의 강도
  • 40. 유첨2 : 입형 (Grain Shape) 구분 원형 (특수 인조사) 둔각형(자연사) 각형(규암파쇄사) ※같은 입도지수 (AFS GFN) 일시 원형으로 갈수록 - 전체 표면적이 적다. → 적은 레진으로 고강도 확보 - 입자간 공극률이 크다. → 통기도 확대
  • 41. 유첨3-1 : SiO2 함량 (색깔 구분) 구분 육안 현미경 (×100) SiO2 함량 99.5% SiO2 함량 90%
  • 42. 유첨3-2 : 이물질 (광물성) 구분 ※산화철, 산화알루미늄, 산화마그네슘등의 광물질 불순물 (단독 또는 실리카 결정에 혼입형태) ※특히 실리카 결정에 혼입형태는 실리카 결정의 건전한 성장을 방해하여 표면이 거칠고, 기공이 많으며, 내화도를 급격히 저하 시킨다. ※이물질의 함량이 높을수록 ⇒모래의 내화도 저하에 따른 주물품의 화학적 소착 발생 (주물표면거침, 가공성 악화) ⇒표면의 거침, 다기공 (porosity)에 따른 레진 소요량 증가 (코아강도 저하, 주물 기포 발생 증가)
  • 43. ▣ 주물사의 성질 ◆구조적성질: 사립자의 형태,크기,분포상태와 점토 함유량이 중요 ①입형: 환형,둔각형,준각형,다각형,첨각형,첨과각형으로 분류하나 환형,둔각형이 유리 ②입도: 충진밀도가 좋아 용탕의 압력을 견디어 내는 입도지수가 AFS58~64가 적합 ◆습태성질: 주물사가 젖었을때 보이는 성질 ①수분(Moisture) ②통기도(Permeability) ③충진성(Compactability) ④습태인장강도 ⑤점토분 함량(Total clay): 0.2mm보다 작은 입자 -활성 벤토나이트 –불활성 벤토나이트 –콜 더스트 –번 데드 콜더스트 –원사 미분 ⑥생형 압축강도: 활성 점토분(Active clay)함량이 증가하면 생형압축강도 증가 ⑦생형사 온도: 40℃이하로 관리
  • 44. ◆건태성질: 점토 점결사는 건조되면 습태시 보다 높은 강도를 나타냄 -자유 수분과 점토 입자의 표면에 흡수되어 있는 흡착수가 제거 되며 -이 수분이 제거될때 입자의 접촉이 긴밀하게 됨 -일반적으로 수분 제거와 더불어 점결제의 특성이 발휘되며 -그 성질의 변화를 좌우하는 것은 최초의 수분량이다 ◆열간성질 -열팽창 :최대 팽창온도 677℃ 에서 0.018cm/cm 팽창 한다 ( 올리빈 :0.005 크로마이트 :0.004 지르콘 :0.003 cm/츠 ) ①실리카 함량이 클수록 열팽창 정도가 증가된다 ②입자간 공간이 클수록 열확산이 커진다 ③열은 고운 모래에는 천천히 침투하여 최대 팽창량에 도달되는 시간은 길어진다 -열간 압축강도 ①온도,점결제의 종류와 양,입도분포,충진밀도 등에 따라 결정된다 ②사립자가 작아지면 결합강도는 증가하고 복합입도가 강도가 크다 ③고밀도로 충진된 모래는 다른 입자와의 접촉 면적이 크므로 하중을 받아서 생긴 균열이 확대되는 방향은 입자의 방해되기 때문에 열간강도가 커진다
  • 45. ▣ 점결제 ①벤토나이트(Bentonite): 몬토모릴로나이트(Montmorilonite) 75% 이상 물 성 Ca 벤토나이트 Na 벤토나이트(소디움계) 생형 압축강도 높음 낮음 혼련성 우수함 불량함 건태 압축강도 낮음 높음 열간 압축강도 매우낮음 높음 열에대한 내구성 낮음 높음 유동성 우수함 나쁨 팽창결함 저항성 낮음 높음 붕괴성 양호 불량 ※HMC는 Ca계에 소오다(Soda)로 활성화 처리하여 활성 Ca 벤토나이트 제조 사용 -모래와 물이 혼합하여 혼련 되었을때 훌륭한 점결성 확보 -열의 영향에 견디어 점결력과 성형성 유지 -주물사의 실리카 입자의 열적 팽창을 보상하여 주조 팽창결함 방지 -성형 주입후 쉽게 붕괴되어 재사용 가능
  • 46. ▣ 첨가제 주물사의 점결 기능외 쿠숀(Cushion)역할, 주물표면의 미려, 고온성질개선등 목적에 부여되는 첨가제가 사용됨 ①씨콜(Seacoal) -모래 소착의 방지와 개선 -탈사공정에서의 모래와 주물의 분리 촉진 -스캡(Scab)과 랫데일(Rat Tall)같은 팽창결함 감소 -미세 핀홀(Pin Hole) 억제 ※씨콜 보관(화재위험 방지) -상시 건조된 상태로 보관 하며 습한 씨콜은 자발적으로 발화 된다 -그늘진곳,통풍이 잘되는곳에 보관하며 1단 이상 적재는 금지한다 -저장 용량을 최소화 하고 선입선출 형태로 관리한다 ②전분(Corn starch, Dextrine) -주형의 균열 방지 -주형 표면의 안정성 향상
  • 47. 3) 조형 LINE 공정 내용 사 처 리 조형 코어 셋팅 □조형 작업표준 관리 □셋팅 작업표준 관리 - 이형제 분사량 확인 (수시) - AIR BLOWING 확인(수시) □ MOLD 경도 검사 (2회/일) - FILTER 셋팅 확인(수시) □ FLASK PIN, BUSH 마모 점검(1회/분기) MOULDING CORE SETTING 0 PICK UP □PICK UP 작업표준 관리 - 누탕 유무 확인(수시) - CLAMP JIG 점검(1회/주) - 제품 간섭 확인(수시) 제품 PICKUP
  • 48. ▣ 조형 공정 주요 관리 항목 구분 품질 점검 내용 □ 사처리 물성치 미준수시 문제점 □ 입도증가 방향 : GAS 불량 발생 □ 입도감소 방향 : SAND 불량 발생 □ 고사 회수량 □ 고사 유출량 과다시 신사 투입량 증가에 따른 물성저하와 그로 인한 소착 스캡 불량등의 증가 □ 금형 관리 □ BURR 및 기타 형파손의 증가 □ 장비 기준 PIN & BUSH 관리 □ 기준 PIN & BUSH 마모시 미스매치 및 코어 쉬프트 (SHIFT) 불량 증가 원가 □ 부자재 투입량 □ 사용량 과다로 원가 상승 □ 사처리 물성치 변경으로 품질 문제 동반 발생 기타 □ 주요 장비 가동 상태 □ 장비 가동율 저하 □ 장비 돌발 고장 발생 증가 비고
  • 49. ▣ 조형 PROCESS 손조형 : 레머, 스템프 도구 사용 조울트(JOLT) 스퀴이즈(SQUEEZE) 조 형 블로우잉(BLOWING) 기계조형 진공(VACUUM) 공기충격식(AIR INPACT) 디자메틱(DISAMATIC)
  • 50. ◇기계 조형 종류 UNIT 원리 적용사례 조울트법 (JOLT) 공기압 주형틀을 올려놓은 조울트 테이블을 피스톤에 의해 상승 낙하시켜 그층격으로 주형틀내의 상하 방향으로 이동시켜 다 짐 스퀴이즈법 (SQUEEZE) 유압 공기압 금형을 조형기 테이블에 고정후 주형틀을 얹어 스퀴이즈 실린더 해드로 주형틀의 모래를 가압하여 다짐 브로우잉법 (BLOWING) 공기압 금형에 모래를 공기압으로 불어 넣으면서 다짐 -.코아 제작에 유용함 공기압 진공챔버를 이용 주형틀 내의 모래가 충만되기 전에 약 60%의 공기를 제거하게 되며 압력차에 의한 모래가 공급 되는 힘을 가속화 시켜 다짐 공기압 밸브에 의해 밀폐된 챔버내에서 순간적으로 밸브가 열리면 모래에 압력이 작용하여 다짐 -.금형의 모든 부분에 적절한 충진도를 얻음 공기압 유압 수직분할형 블오우-스퀴이즈 방식이며 2면의 금형과 4면의 라이너로 구성된 챔버내에 공기압을 이용해 모래를 충만 시킨후 스퀴즈 실린더로 다짐 -.주형틀,중주,정반 불필요, 17가지 공정 생략 구분 진공법 (VACUUM) 공기충격법 (AIR IMPACT) 디자매틱법 (DISAMATIC) 비고
  • 51. CORE LINE 4) CORE LINE 공정 내용 입고 혼련/코어제작 □RESIN, 건조사 물성 입고검수 (1회/일) - 건조사 온도 - 항절력 - GAS VOLUME □코어 작업표준 관리 (혼련비,혼련/경화시간) □금형 청소 (1회/주) □계량장치 정기 점검 (1회/분기) 도형 □도형 작업표준 관리 - 보메, 도형두께 □도형 TANK 청소 (1회/2주) KEY CORE 공법 RESIN & SAND MIXING CORE 제작 RESIN 투입 RESIN 투입 CORE 도형 및 STOCK 건조 □ 건조 작업표준 관리 - 건조온도/시간 - 건조후 수분 확인 □ 열전대, 온도계 점검 (1회/분기) CORE 건조
  • 52. ▣ 코어 공정 주요 관리 항목 구분 품질 점검 내용 미준수시 문제점 □ 중파 불량 발생 □ 충진 불량부 소착 심화 □ 기타 후공정 툴(TOOL) 파손 발생 □ BURR 발생 과다時 LEAK 불량 발생 □ 레진 투입량 - 적정 레진량 : 1.4% ~ 2.0% □ 투입량 과다時 : GAS 불량 발생 □ 투입량 미달時 : 코어 강도 저하 - 중파 불량 및 소착 심화 - 코어 성형 불량 발생 □ 도형상태 - 도형 보메 관리 - 건조 상태 관리 원가 □ 코어 성형 상태 - 코어 충진 및 형 파손 상태 - BURR 발생 상태 □ 도형 보메 과다時 : GAS 불량 발생 □ 도형 보메 미달時 : 소착 발생으로 외관 품질 저하 (후공정 불만 야기) □ 미건조時 : GAS 불량 발생 □ 건조 과다時 : 코어 강도 저하 □ 레진 사용량 □ 표준 사용량 미준수시 원가 상승 □ 경화 GAS 사용량 기타 □ 작업조건 - 레진 투입량 , 아민 투입량 - SHELL 코어 소성시간 등 □ 장비 및 금형 관리 상태 “ □ 원가 상승 및 품질 문제 발생 비고
  • 53. 5) 후처리 LINE 공정 내용 자연 냉각 냉각 CUTTING □제품 추락 확인 □바켓트 클램프 점검 탈사/사상 □지그 마모상태 확인 □클램프 상태 확인 BURR CUTTING □작업표준 관리 - 지그 마모상태 확인 - 클래프 상태 확인 - 그라인더휠 교환주기 탈사/자동사상 쇼트/도장/검사 □작업표준 관리 -쇼트조건, 도장조건 □자주검사 기준서 - 한도견본 비치 SHOT/수동사상 FRONT & REAR면 CUTTING IMPELLAR HEAD면 OVER FLOW CUTTING 탈사 하부 SUMP면 CUTTING 도장/적재 자동 사상
  • 54. ▣ 후처리 공정 주요 관리 항목 구분 품질 점검 내용 미준수시 문제점 □ 제품 안착 불량으로 제품 파손 연삭 불량 발생 □ LOT 관리 - 장내외 LOT 일상 관리 □ 제품 LOT 불량 발생時 제품 입,출고 통제 불가 □ 분체 도장기 분체 도료 도장상태 □ 가공 기준면 누적時 가공중 치수 불량 발생 □ 외관 품질 불량으로 불량 발생 및 후공정 불만 제기 □ 쇼트기 커트와이어 투입량 □ 쇼트기 커트와이어 관리 부족시 제품 표면 청정도 저하 및 분진 발생으로 후공정 불만 제기 □ 사상 작업 표준 준수 □ 불량 제품 출고로 불량율 상승 및 후공정 불만 제기 □ 용접 열처리 표준 사이클 준수 여부 원가 □ 사상 장비 JIG 상태 □ 열처리 사이클 표준 미준수時 용접 부위 경도 상승으로 가공 불가 및 필드 결함 발생 원인 □ 커트와이어 사용량 □ 표준 사용량 대비 과다 사용시 제품 표면 청정도는 향상되나 원가 상승함 비고
  • 55. PART 2 . C G I 란 무엇인가? ■ CGI 의 기본적 특징 ■ 고온에서 CGI 기계적 특성 고찰 ■ CGI 적용 사례 ■ CGI 제조 공법
  • 56. CGI 출현 배경 연료 소모의 최소화 배기가스의 최소화 CGI 원가절감 성능증대 지금까지 엔진설계자들에게 재료의선택은 회주철 이나 AL합금으로 제한되어 왔으나 이들중 어떤재료도 환경적 기술적 경제적 요구를 만족시키지 못해왔으 며 승용차용가솔린엔진 및 디젤엔진용 재료로 제3의 선택 즉 CGI 가 출현하게 됨
  • 57. ■ CGI 의 기본적 특징 1. CGI 미세조직 2. CGI 기계적성질 3. CGI 의 치수안정성 4. CGI 의NVH 성능 5. CGI 의내마모성 6. CGI 의가공성
  • 58. 1. CGI 의 미세조직 1-1 CGI 는 회주철 과 구상흑연 주철의 중간 위치의 미세조직 과 특성을 지니고 있다 (그림 1) 1) 구형 흑연 입자가 20%미만 - 최적의 진동감쇠능 - 최적의 열전도도 - 최적의 주조성 가공성 2) 편상흑연 존재가 없을것 - 최적의 기계적강도 3) 회주철과 비교했을때 CGI 흑연입자는 더짧고 모서리가 둥글고 Aspec Ratio (장축/단축 의 길이비) 가10 미만일것 ※ 회주철의 Aspec Ratio 는 50~100 범위
  • 59. 1-2 회주철 . CGI주철 . 구상흑연주철 의흑연입자를 SEM으로관찰한 미세조직 (그림2) 구분 회주철 CGI 주철 흑연 형상 특성 흑연입자망이 부드러운표면과 날카롭게 되어있는 Knife-edge Type 이고 엉켜서 제멋대로 있지만 연속적 배열임 열전도도.진동감쇠능.가공성 이 좋은반면 균열발생시 흑연 전 파면으 로 연속됨(저강도.취성) 배열은 회주철과 동일 수준이며 Coral Like 입자때문에 모서리가 둥글고 표면도 거칠어 균열발생 및 전파가 최소화 인장강도 피로강도 탄성게수 가우수
  • 60. 2. CGI 주철의 기계적 성질 (표1) 시험재 : Al 합금( A 319.0 A356.0 A390.0 ) CGI주철( Sinter Cast 공정으로 제조)→구상흑연20%이하.편상흑연 Zero .Ti 첨가Zero 1) .인장강도 와 피로강도 - 인장강도 : 70%Pearlite CGI 는 회주철보다 70%이상 100%Pearlite CGI는 회주철보다 최고 2배까지 증가 - 피로강도: 회주철의 2배 정도 증가 2) 탄성계수 - CGI 의흑연입자가 고립되어 있고 기지조직이 Ductile 하기때문에 탄성계수가 회주철 보다 30%높다 엔진블록의 진동수는 탄성계수와 비례하므로 CGI 엔진이 진동을 덜느낀다(NVH 18%향상)
  • 61. 3) 경도 - 100%Pearlite 기지 CGI는 회주철에 비해 경도가 15%정도높다 이는 회주철 흑연입자 면적이넓게 퍼져 있기때문에 철조직이 상대적으로 적기때문이다 - 70%Pearlite 기지의 CGI는 100%Pearlite 기지회주철 과 브리넬 경도가 동일수준 3 . CGI 치수안정성 1) CGI 주철재 실린더보아는 회주철에비해 편심율면에서 20~25% 향상 2) CGI 높은 강도로 인해 원통도가 25~40% 향상 3) 3가지 엔진 시험 결과 회주철에비해 보아의 팽창율각각 18% .22% .28% 감소 →오일소모량 감소 .환경측면에 우수함 4 . CGI 의 NVH 성능 회주철의 진동 감쇠능은 뛰어나다 음파가 회주철을 통과할때 꼬불꼬불한경로를 거치면서 흑연조각 표면에서 굴절되기 때문이다 이음파는 열로 전환된다 선형표준시편으로 NVH 를비교하면 회주철 > CGI > DCI > Steel > Al ※ 회주철보다 20~25% 낮고 DCI보다 2.5~3배 높고 Al합금보다 20배 높다.
  • 62. 5. CGI 의내마모성 1) .회주철은 비교적 내마모마성은 좋은 편이나 조직내 흑연이 날카로운Knife-edge 때문에 마찰시 흑연입자가 떨어져나가 오일소모.마찰열의방출을 저해한다. 2) .Wear-Scar TEST (표2) - 조건 : 220℃ 55Kg 하중에서 1hr (30000cycle) - 결과 : CGI 가 회주철에비해 45% 마모량이 적게나타남 3) .엔진 벤치 TEST 및고속주행시험 - 결과 :회주철보다 마모량이 60%정도 적게나타남 4) .CGI 내마모성이 우수함에따라 윤활유 소비량감소 Blow-by Gas배출량감소
  • 63. 6. CGI 의가공성 회주철 에 비해 가공성평가는 다음변수에 따라 다르다 1) Nodularity(노듈화정도) 2) 시편의 화학성분:Ti (TiC) 3) 기지조직 ※고려사항 :칫수공차.표면거칠기 .칩의 량감소(Bore의 원형도. 브로칭의 평면도 향상) 최종분석은 직접경비 와 간접경비 모두를고려한 후평가.
  • 64. ■ 고온에서 CGI 기계적 물리적 특성 고찰 1 . 인장강도와 항복강도
  • 68. 4. 충격저항력 20~100℃ 온도범위에서 회주철은 충격에너지가 증가하지않은 반면 같은 온도범위에서 CGI 와구상 흑연주철은 각각 대략25%. 100%의 증가율을 보인다
  • 70. 5. 고온에서 작동특성 고온에서 주철성장(결정립크기 성 장 및 조대화로 강도저하) .스케일링 .표면산화 .크레이징(표면에 금이 가는 현상) 등의 성질을 알수있다
  • 72. 6. 열전도도 :흑연의 열전도도는 철의3~5배(흑연양.형상은 열전도도의중요한요소) 1) .CGI.구상흑연주철은 200℃에서 가장 높음 2) .회주철은 온도증가 에따라 감소 3).CGI 열전도도는구상흑연 보다25%~30%높아 열응력 받는분야에 선호 (배기매니홀드)
  • 73. 7. 내마모성 고온에서 CGI 의내마모성은 뛰어나다 특히 Ti 0.05% 첨가될경우 더증가 되며 이는 응고시 Ti 은 단단한 탄화질화물을 형성 하기때문이다. 가공성은 악화 시키므로 적합한 용도 선택이 중요 8. 기타
  • 74. ■ C G I 적용 사례 1. 모터 스포츠 카 에서의 CGI : OPEL 2.5L V6 엔진 2. 회주철대신 CGI 적용사례 - 일반회주철(250MPa) 고강도회주철(350MPa) 그리고CGI를동일엔진에 대해 NVH 성능을 비교 함
  • 75. 3. CGI 를이용한 경량 엔진 의설계 1) . 외벽 두께 얇은곳 흑연입자 증가 하므로 강성 유지 2) . 회주철에비해 두께감소효과로 중량감소
  • 76. ■ CGI 제조공법 1 .CGI 의 특성 2 .CGI 제조상의 문제점 1) Mg의 Fadind 문제 2) 접종의 문제 3 .CGI 관리 포인트 4 .제조공법 비교
  • 77. Ⅰ. CGI의 특성 1. CGI의 필요성 현재 디젤엔진의 내부 압력은 약 160 bar 수준이나 차세대 디젤엔진은 내부 압력이 약 190 bar를 요구. 일반 회주철 재질이나 경합금 재질로는 설계적인 요구를 만족하기가 곤란하여 선진 자동차 업계에서 CGI를 적극 채택 中 2. 현미경 조직 CGI는 아래 현미경 사진과 SEM 이미지와 같이 편상 흑연보다 뭉쳐 있는 있는 모양이다. 즉, 흑연 모양이 더 짧고 두께는 두꺼우며 끝이 둥굴다
  • 79. CGI는 아래 현미경 사진과 같이 편상 흑연보다 뭉쳐 있는 모양. 아래 그림 을 보면 CGI와 편상흑연의 차이점이 분명해 진다. 편상흑연 CGI
  • 80. SEM 이미지로 확인해 보면 각각의 벌레 모양의 흑연이 서로 복잡하게 연결되어 있다. 또 각각의 흑연 끝단부가 ROUND 형상이므로 회주철과 같은 NOTCH 효과가 없고, 따라서 CRACK이 전파하는 모서리를 제공하지 않으므로 회주철에 비해 상대적으로 강한 기계적 성질을 나타낸다
  • 81. 2. CGI의 정의 B 1) 규격 ◎ JIS G5502 ◎ 흑연 형상의 종횡비가 12미만 ◎ 편상흑연이 없을 것 A 1 종횡비 = A/B ① FC : 50~100 ② CGI : 5~12 ③ FCD : 1~1.2 2 3 2) 화학성분 C Si Mn S Cr Cu Sn Ti Mg FC 3.2~3.4 1.9~2.2 0.7↓ 0.02↓ 0.3↓ 0.5~0.6 0.05 0.03↓ - CGI 3.5~3.7 2.1~2.3 0.3↓ 0.02↓ 0.04↓ 0.9~1.1 0.08 0.025↓ 0.007~0.017 FCD 3.5~3.7 2.2~2.4 0.5↓ 0.02↓ 0.04↓ 0.9~1.1 0.08 0.025↓ 0.035~0.045
  • 82. 3. CGI의 등급 1) 구화율 0% CGI가 100% 얻어진 경우 2) 구화율 10% 그림과 같이 CGI가 분포된 중에 구상흑연이 10% 존재 (단, 편상흑연 0%)
  • 83. 3) 구화율 -1 ~ -5 % CGI 중에 편상흑연이 포함된 경우의 등급분류이고, -5 등급은 완전히 편상흑연이 발생한 경우를 나타낸다. 아래 그림은 -3 등급의 사진임.
  • 84. 4. CGI의 기계적성질 CGI의 인장강도 측정값을 보면 구화도가 증가하면 점진적으로 강도가 증가함 을 알 수 있다. 그러나 편상흑연이 포함되면 급격하게 강도가 감소한다 CGI 사용범위 강도 급 강하
  • 85. 2. CGI의 제조상 문제점 1. Mg FADING 문제 CGI의 제조에서 가장 중요한 고려사항은 Mg FADING으로 인한 편상흑연의 석출을 억제하는 것이다. 아래 그림과 같이 CGI의 생산범위는 대단히 좁아서 CGI 영역을 벗어나 회주철 영역으로 떨어질 수 있다
  • 86. 2. 접종의 문제 CGI의 제조에서 CGI의 영역은 Mg 뿐만이 아니고 접종제에 의해서도 영향을 받는다. SinterCast에서 발견한 CGI窓은 아래 그림과 같다. 즉, 용해조건에 따라서 달라지는 접종량을 정확히 찾아내지 못하면 CGI 窓을 벗어나게 된다
  • 87. 4. CGI의 관리 포인트 3. CGI 관리 포인트 NO 항 목 관 리 치 내 용 비 고 1 CE 4.6 % 이하 ㅁ - C % : 3.65~3.75 - Si% : 2.1~2.2 2 합금 (Mn.Cu.Sn) Mn % 0.33~0.38 Cu % 0.90~0.95 Sn % 0.07~0.09 MATRIX PEARLITE 85% 이상 3 선철 33% 이상 (브라질産) Ti % 감소 위해 4 Mg INDEX 42 (TARGET) AFTER CORRECTION 45 5 INO INDEX 55 (TARGET) AFTER CORRECTION 60 6 Ce 접종 S% × 3,000 배 FADING 방지 7 Ti 0.03 % 이하 8 출탕온도 1520 ~1530 ℃ 9 보정(WIRE) 1460 ~1490 ℃ 10 주입온도 (시작) 1410 ~1430 ℃ 1400~1450 ℃ 범위가능 (조정 可) 11 주입온도 (끝) 1380 ℃ 이상 V-6 블록의 유동성 방지 CE 값이 4.6 % 이상인 경우 SENSOR 작동 不 1. TOOL LIFE 문제발생 2. 인장강도 저하 ㅁ 1500 ~1540 ℃ 범위가능 (마지막 주입온도 따라 조정 可)
  • 88. 1. Ti 증가하면 급격하게 가공성 악화 → CGI 자체의 가공성이 나쁜 것에 Ti 효과가 가중되므로 특별관리 (Tupy Foundry 보고서) 2. Ti은 N과 Ti3N4를 형성 → MATRIX 페라이트化 (인장강도 저하)
  • 89. 4. CGI 제조공법 비교 제조공법 공 법 개 요 SinterCast ◆ 기본개요 : 열분석에 의해 용탕의 Mg 및 inoculant결정 ▷ measure-and-correct의 2 stage ◆ Samp’g Cup : 고유의 Immersion-Type Sampling Cup ▷ 측정중 산화방지 및 동일량의 샘플채취 가능 NOVACast ◆기본개요 : 열분석에 의해 원탕의 활성 산소 분석 ▷ 원탕보정후 바로 주입 (InMold Process도 제안) ◆ Samp’g Cup : 2개의 일반 Sand Cup 사용 OxyCast ◆ 기본개요 : 접종처리후 래들에서의 활성 산소 측정 ▷ 미리 설정된 범위내에서 각 측정변수를 제어 ◆ Samp’g Cup : 1개의 일반 Sand Cup 사용 ◆ 특이사항 : 주입 8분 경과후 resonant frequency 측정으로 검사 비 고
  • 90. 1) Sinter Cast Process ◆ 사용장비 : SYSTEM 2000 (고유의 immersion-type sampling cup 사용) ◆ 공법개요 : 열분석으로 용탕내의 Mg와 Inoculant량을 동시에 측정/보정 ☞ 2 step : measure-and-correct ◆ 적용사례 : Catepillar(美),Cifunsa(멕시코),Halberg Guss(獨),Tupy(브라질)
  • 91. 2) NOVA Cast Process 공정 개략도 PQ-CGI InMold ◆ 사용장비 : ATAS(Adaptive Thermal Analysis System ) 2개의 일반 sandcup 사용 (2개중 1개는 0.2wt% 접종제 함유) ◆ 공법개요 : 열분석으로 접종전 원탕내의 C,O의 함량을 분석후 적정 O 함 량을 맞추기 위해 보온로 온도 및 C,Si를 조절함. (1 step) ◆ 적용사례 : Fritz Winter(獨)
  • 92. 3) Oxy Cast Process ◆ 사용장비 : RFDA(Resonant frequency and Damping Analyser) 에 의한 검증 ◆ 공법개요 : 접종후 용탕의 활성산소 및 열분석, 화학분석 병행. ☞ 2 step이나 분석의 정확도로 음파측정장치 별도 운용 ◆ 적용사례 : 일반적인 Consulting에 집중
  • 93. PART 3 . 주조 결함 의 종류와 대응법 순 서 결함 발생기구 및 대책 결함 판단 의 문제점 개선 방향
  • 94. 1. 결함 발생기구 및 대책 ■ 씻김에의한 주물사혼입 ■ BLOW HOLE 과 PIN HOLE ■ SLAG 에 혼입된 BLOW HOLE ■ 표면 PIN HOLE 과 표면 직하 PIN HOLE ■ 외 수축 ■ 중하면 수축 ■ 내부 수축 ■ 수축POROSITY .MICRO POROSITY .GAS POROSITY
  • 95. ■ 씻김에의한 주물사혼입 발생 기구 ★.용탕이 유입될때 모래가 씻겨 INGATE 부근주물표 면이나 각이 있는 불규칙 한 평면에 발생 ★원인: 1.용탕침식에견딜만한강도 부족(점결제의 고온점결 력부족) 2.주입구.탕구위치불량(주 형과중자의 동일한부위 에 계속용탕이흐름) 대책 1.고온에 견디는 점결제사용 2.주물사 다짐을 좋게한다 3.유속을 빠르게하거나 긴주 입시간 을 피한다 4.각진부위를피해 주조방안 수립
  • 96. ■ BLOW HOLE(큰 HOLE) .PIN HOLE(작은HOLE) 발생기구 대책 ★.BLOW HOLE 및PIN HOLE은 응고하 는 금속에 달려들어간 GAS 에 의해 발생 1.주형 및 주조 방안상의 대책 a) 주형과 중자에서 GAS 배출을 용이 하게 VENTING 한다 b) 주형사.중자사의 통기성을 높인다 c) 탕구방안을 검토한다 d) 건조형의경우 주형이나 중자의 건조 를 철저히한다 e) 생형의 경우 수분함량을 검토한다 f) 점결제량을 줄인다 1 .야금학적 원인 a)용탕내에 GAS 함유량이 높은 경우 응 고할때 용탕온도가 저하 함에따라 GAS 용해 능력 감소로 GAS가 분리 b)용탕중에 탄소와산소의 반응에 의해 일산화 탄소가 발생하고 수소또는질 소의 확산에의해 BLOW HOLE 이크게 된다 2.주형및중자재료에의한 원인 a) 주형및 중자에 수분이 믾은경우 b) 주형및 중자점결제에 GAS 가많은경 우 c) 도형제에서 GAS 함유량이 많은경우 3.물리적 원인 a) 주형및 중자의 GAS배기가 불충분 b) 용탕흐름이 난류에의해 공기혼입 www.themegallery.com
  • 97. ■ SLAG 에 혼입된 BLOW HOLE 발생기구 대책 ★.MnSio2 SLAG와 철중의 산소와 반응 한 일산화 탄소 에의해 SLAG에 혼입되어 GAS 발생 1. Al 과Ti량을 적게한다 2. Si 량을 증가 시키고 Mn량을 감소 한다 (Si와Mn의 차를 0.5% 로한다) ★ 원인: Mn과Si의 배합이 부적절한 경우 또는 산소활성화가 큰 원소 예를들면 Ti .Al이과잉 으로함유함으로 인해 산화경향이 강한 철이 만들어진다 3. 용탕출탕온도를 높게하고 주입온도를 최적으로 한다 4. 소용돌이가 일어나지 않은 방안으로 단시간 주 입 되게한다 www.themegallery.com
  • 98. ■ 표면 PIN HOLE 과 표면 하 PIN HOLE 발생기구 대책 ★ 주물표면 및 표면 하 에 작은 바늘구멍 크 기의 HOLE 이 광범위하게 집합 되어 있다 주철의경우 내면이 흑연막으로 덮어져 있다 ★ 생형주물의 경우 유기점결제를 이용한 중자 면에 발생한다 1.야금학적 대책 a) 화학성분이 적정한것을 사용하고 녹이슨재료. OIL성분이없는 재료를 사용 Si량을 높이고 Mn량을 낮춘다 b) 산소친화성 원소의 접종제(Ti .Al)의 사용을 피한다 C) 주입온도를 낮춘다 d) 탕구>탕도>주입구 의탕구계로 하고 탕구계의 길이를 짧게 한다 1. 야금학적 원인 a) .용탕중의 산소또는 수소함량이 높은경우 b) .첨가물에의해 생성된 산화물이 많은 경우 c) .산소 친화성원소 즉 Ti .Al(접종제)의 양이 많은경우 d) Mn과Si의 배합이 부적합 하거나 S 이많을 때에도 나타난다 2. 주형재료면의 대책 a) 주형사와중자사의 수분함량을 낯춘다 b) 중자점결제 중 요소성분이 낮은 수지 사용 한다 2. 주형재료에의한 원인 a) 주형및 중자사의 수분이 많은경우 b) 유기물을 이용한 중자 점결제중 요소성분 이 많은경우 www.themegallery.com
  • 99. ■ 외 수축 발생기구 대책 ★ 일반적으로 주물상부의 최후로 응고 되는 부분 에발생(또는 탕구부분 주입구 부근 주물의두꺼 운곳) 1. 큰 압탕 설계를 한다 2. 적절한 응고상태가 되도록 냉금을 넣는다든 지 냉각PIN을사용하여 열집중장소에 열분산 이 잘되도록한다 3. 가능하면 주물성분을 체적수축이 적은것으로 한다(탄소포화도를 높인다) 4. 접종을 실시하고 가능하면 끝부분의 경화를 피하기위해 스트론튬 을 함유한 접종제를사 용 5. 냉각이 균일하게 하기위해 주입구 숫자를 증가 시킨다 6. 발열 단열압탕등을 사용하여 압탕효과를 좋게한다 ★ 응고시 체적수축에 의해 발생 응고시 두꺼운 부분에 급탕이 부족 할때 발생 ★ 주철의경우 에는 공정흑연이 많게 되면 체적 수축은적게되고 팽창 하게된다 접종을하게되면 공정세포수를 증가 시키기때 문에 접종하지않은 같은 성분의 주철보다 수축발생이 적게된다 www.themegallery.com
  • 100. ■ 중자면 수축 발생기구 ★ 두꺼운 주물의중자 따라발생하는 수축공 빈 공 벽면은 거칠 고 순수한 수축 경우에는 수지상정을 보인다 대책 1. 중자사용을 피학고 적정한 압탕 설계를 한다 2. 경우에따라냉각용 PIN을사용한다 3. 탄소포화도를 변화 시킨다 ★ 응고시 체적수축 두꺼운부분에서의 열의 발산 이 나쁘고 압탕부족등 으로 발생 www.themegallery.com
  • 101. ■ 내부수축 발생기구 대책 ★ 가장두꺼운 곳과 급격한 두께변화가 있는곳 에 발생 a) 두꺼운부의 응고중 체적수축과 용탕보급 부족 b) 수축경향과 아공정주철의 탄소포화도와 관계 가있다 공정 또는 공정부근의 합금 경우에는 흑연 정출시 팽창에따른 주형벽이 이동 되면서 수축이 크게된다 1. 두꺼운부에 충분한용탕이보급되도록 주조 방안 설계 2. 공정흑연 주철 경우 주형벽 강도를 증가 시킨다 3. 냉금을 사용한다 이때 별도의 용탕보급이 없으면 수축이 발생된다 www.themegallery.com
  • 102. ■ 수축POROSITY .MICRO POROSITY .GAS PPOROSITY 발생기구 ★ 이결함은 주물가공후 기밀시험시 처음알게 되는 경우가많다 ★ 파면을 확대경으로 보면 미세한 다공질로 되어있다 결함부분의 조직의색에 따라 서발생원인을 알수있다 주철의 경우에는 흑색을 띤다 ★ 주로최후에응고한 장소 주형과중자가돌출 한 부분 에 HOT SPOT가 발생 응고시 용탕유동성 이 나쁜합금에서 발생 1. 수축 POROSITY a) 금속은 온도강하 및 응고에따라 수축이 일어나고 이때 용탕보급이 이루워지지 않을경우 발생 b) 공정 흔연이 많은 편상흑연의경우 응고시 팽창에 의해 결정간 미응고액이 충분하지 않으면 발생 2. GAS POROSITY a) 응고시 금속에서 발생된 GAS b) 주형에서 발생된 GAS ★ 주철의경우 접종을행한 주철에서는 대책 [ 수축 POROSITY ] 1. 일반대책 a) 정확한 응고과정을 알아야한다 b) 두꺼운 중심. 급격한 두께변화를 피한다 c) 용탕의 보급이 용이하게 한다 d) 냉금을 사용한다 e) 주입구의 수를 증가시킨다 f) 주입온도를 낮게한다 2. 주철의 경우 a) 아공정주철 경우에는 두꺼운부분에 요구되는 강도 를 깨뜨리지않는 정도에서 할수있는한 공정흑 연을 많게한다(C및Si을 증가하고 CE값을 적정하게 올린다) b)만약 야금학상 바꿀수만 있다면 접종을 하지않던지 공정세포에 영향을 미치지 않은 접종제를 사용한다 c) 용탕온도를 높게한다 d) P함유량을 낮춘다(특히 Cr과Mo이 있는경우) www.themegallery.com
  • 103. ■ 수축POROSITY .MICRO POROSITY .GAS POROSITY 발생기구 대책 공정세포의 수가 증가하므로 같은 화학성분 으로 [GAS POROSITY ] 접종을 행하지 않은 주철경우에 비해 POROSITY 및 수축발생 경향이 현저하다(접종 POROSITY) 1. 용탕에서 GAS를분리 수축POROSITY는 P의함유량이 많을때나타나 a) 용탕 탈산을 충분히 한다 고 b)용탕gas를 충분히 빼준다 특히 Mo .Cr같은 합금성분이 있는경우에 발생하 2. 주형재료에서 나온 GAS 배출 기쉽다 예를들면Mo이많이 존재하는 경우에는 a) 주형의 통기성을 높게한다 용탕보급이 원활하지않다 이것은 인화물 b) 주형및 중자의 수분을 낮추어준다 공정체 의 응고수축이 일어나기전에 먼저 c) 주형및 중자의 점결제양을 낮추고 필요하면 점 주위의철은 완전냉각 되어 있기 때문이다 결제도바꾸고 첨가제도 같은 방법으로 관리 흑연 정출에 의한 팽창과 유리한 공정흑연 양 간 d) 도형제 와 이형제의 영향에주의 에는 관련이 있다 e) 주형.중자재료 를 바꾸어준다 그 팽창압에 의해 주형벽이 이동되고 주물부피는 보호제를 첨가한다 커지게된다 그래서 용탕보급이되지않으면 수축 (마그네슘주철의경우 붕산 이나 유황을 첨가) 이 발생된다 ★ GAS POROSITY 1.용탕에서 GAS 분리 a) 용탕온도가낮게되면 철중에 산소함유량이 많은많은경우에는 다음과같은 반응이 진행됨 FeO + C →Fe + co 즉 응고과정에서 co GAS 가 분리된다 2.주형재료에서 GAS발생 주형의 점결제나 첨가제의 기화 속도가 주형의 통기도보다 높은경우에는 GAS가 쌓인다 이경우 만약 배압이 높으면 GAS가 액상 또는 응고하고있는 금속중에 들어가 응고가 되면 POROSITY 또는 BLOW HOLE 로된다 주형수 분의기화에의해 발생한 수소GAS및 점결제 첨가 물 www.themegallery.com 도형제 로인한 gas 가 원인이 된다
  • 104. 2 . 결함판단의 문제점 ■ 결함종류 의 판단 오류 1) 돌발적 발생 : 생산 당일 의 작업조건 검토 2) 고질적 발생 : 여러가지 재현 시험 으로 판단 ■ 정확한 원인규명 미스 (표 1 참조) ★치유에 장시간소요 (결론 회피) ★원가적손실 발생
  • 105. 유첨 :표1 주철주물의 불량원인 원인 결함 기포 ( B l o w Ho l e) 설계 Mo d el Fl ask 1.Gas Vent 가 탕구, 압탕 1.탕구 위치,크기 탕회, 탕경 ( Mi ss- Ru n Co l d Sh u t ) Er o si o n ( Wash ) 부적절 Di st o r t i o n , War p ag e Sl ag I n cl u si o n 형사락 ( Dr o p ) 소 착 ( B URN ON) 2.통기성 小 조형 재질 용해 주입 1.형강도 과대 1.불순물 혼입 1.용탕 산화 1.주입속도 과대 1.배합불량 1.용탕 산화 1.주입온도가 지나 3.Gas 빼기 ( 통기성 불량) 부적절 1.압탕 냉금 부적절 1.열 흡수성 적음 2.교차부 두께 2.탕구위치 부적절 2.강도 부족 1.탕구 적음 1.수분 과다 2.탕구위치 불량 1.중자 과열 1.Ram m i ng 부족 2.통기도 불량 ( C,Si ,P) 치게 높다 부적절 1.얇은 두께 2.평면부 과다 1.방안 부적절 ( 횡 → 종) 1.중자의 이동 1.두께 불균일 1.불순물 혼입 1.용탕 산화 1.온도가 지나치게 낮다 2.유속 과대 1.탕구 크기 1.점결제 부족 2.위치 부적절 2.도형 불량 1.강도 부족 1.강도 부족 1.유속 과대 2.온도 부적절 3.수분 부족 1.Cl eat 부적절에 1.탕구 위치 1.수분 과다 2.통기도 부족 3.강도 부족 1.지나치게 넓은 1.Cl eat 부적절 평면 ( 너무 좁다) 1.탕구 위치 , 수 부적절( 일부과열) 1.과도하게 타는 1.강도 불균일 1.온도가 지나치게 경우( 유중자) 높다 2.수분 과대 1.수분 과다 1.Ram m i ng 과다 2.열팽창 과다 2.강도 불균일 1.주입시간이 지나 치게 길다 3.점토분 과다 1.단면 급변 1.방안 불량 2.인장응력을 받는 2.응고방향 부적절 형상 1.Cl eat 에 의한 수축阻止 1.탕구 ,압탕 불량 1.강도 과대 1.강도 과대 1.Ram m i ng 과다 1.G,C 小 ( 열점발생) 2.수축 과소 2.점토분 과대 2.砂의 수축阻止 2.Cu, S 과대 1.점토분 과대 1.상,하형 강도 1.G, C 大 3.Ri b 부족 1.두께 불균일 1.Model 의 휨 2.Ri b 부적절 1.용탕 산화 1.온도가 지나치게 낮다 3.열간 강도 大 2.방안 불량 1.Cl eat 위치 불량 1.탕구위치 부적절 1.사 강도 과대 ( 균일냉각 阻止) 1.형합 불량 1.강판배합 과다 불일치 1.탕구 과대 1.강도 부족 1.강도 부족 1.Gat e부적절 2.도형 불량 1.온도가 낮다 2.유속이 낮다 2.도형 불량 1.청소 불량 1.저온 용해 1.Sl ag 제거 불충분 2.온도가 낮다 1.돌출부의 큰형상 1.분할면 부적절 1.합형불량 1.강도 부족 1. 釘등의 보강부족 2.변형량 적다 2.뽑기구배 부적절 2.砂의Ram m i ng 1.WEIGHT 취급 불량 강도부족 1.두께과대 1.위치,형상불량 2.열점 유발하는 ( 부분적과열) 형상 치수불량 1.Gas 발생 大 2.분순물 1.두께 불균일 따른 강도 불균일 2.방향 부적절 균열 ( Cr ack ) 1.수분과다 치게 긴경우 Scab B u ck l e ( Rat T ai l ) 중자 3.통기성 불량 없는 경우 2.Cor e가 지나 수축 ( Sh r i n k ag e) San d 1.CORE 지지 난이한 형상 1.내열도 불량 1.Ram m i ng부족 2.입자 과대 2.운반부주위 2.도형 부적절 1.Ram m i ng부족 1.온도가 너무높다 1.모형 구배 불량 1.주입속도 빠름 3.도형 불량 1.분할면 불량 2.신율 부족 1.합형불량 1.탕구위치,크기 불량 1.강도 부족 1.Chapl et 부적절 2.Wei ght 부족 3.CORE PRINT 부적절 조대입자 1.두께 불균일 2.CORE지나치게 작다 1.위치,형상불량 ( 부분과열) 1.냉금부족 1.G,C 大 2.P 大 3.접종 불량 1.침탄 과대 1.온도가 너무 높다
  • 106. 3. 개선방안 ★ 결함 내부 에 X-RAY 를투과하여 정확한 결함을 판단 한다 (별첨)
  • 107. 별첨 SEM 장비 개요 – EDAX 시스템 단일 검출장치에 서 각종 성분을 분석
  • 108. SEM 장비 개요 – JEOL 시스템 5 개의 PROBE 에서 서로 다른 성분이 잘 투과 되는 크리스탈 필터를 사용하여 분석 정밀도 높 임
  • 109. EDAX 분석 데이타 Y축은 INTENSITY Fe는 6.4 KeV에서 PEAK 발생 X축은 에너지 (단위 KeV)
  • 111. JEOL 분석 데이타 Y축은 INTENSITY X축은 방출되는 에너지 파장 (λ) 그러므로 방출되는 에너지에 대응 ( E = h×ν = h×c/λ )
  • 113. SEM 분석과 주조불량 분류표 NO. 구 분 표시 세부 구분 SEM 형 상 성 분 PEAK 1 A 흑연석출 둥근 모양 C, O 2 B 흑연 미 석출 둥근 모양 C, O C 흑 연 석 출 확 대 ( FC) 흑연 띠 보임 C D 흑 연 석 출 확 대 ( F C D) 거북이 등 모양 C, O 5 E 흑 연 에 MnS 혼 입 MnS 알 갱 이 C, O, S, M n 6 F 흑 연 에 Fe O 혼 입 Fe O 알 갱 이 C, O , Fe 7 A 산화 반응형 기다란 형상 C , O , S i, A l B 산화 반응형 단면사진 C 수지상정 석출사진 D 수 지 상 정 석 출 사 진 (산 화 분 위 기 ) A 용 해 가 스 ( N 2 , H2 ) 가 석 출 개스 면이 거침 C , A l, S i, M n B 흑연 有 용해형 흑 연 PEAK 大 C , S i, F e A 망간실리케이트 슬래그 둥근 형상 C, M n, Si 3 4 8 9 물리형 핀홀 산화반응형 핀홀 10 11 12 용해형 핀홀 13 C, O, Si 둥근 알갱이 C, O, Si C, O, Na, Si 14 슬래그 B 망간실리케이트 및 샌드 거친 형상 C , S i, M n , A l 15 생성형 핀홀 C 망간실리케이트 확대 표면 거침 C , S i, M n , A l 16 D 래들 슬래그 망상 이물질 C , S i, C a , A l 17 E 슬락스 혼입 슬래그 흰 반점 C , S i, A l 비 고
  • 114. SEM 분석과 주조불량 분류표 NO. 구 분 표시 세부 구분 SEM 형 상 매끄러운 형상 성 분 PEA K 18 A 접종제로 인한 슬래그 형성 C , Si, C a , B a 19 B 접종제로 인한 슬래그 형성 확대 C , Si, C a , A l C , M g , Si, M g 20 접종제 C 구상화제로 인한 슬래그 21 구상화제 D D ROSS (큰 혼 입 ) 22 핀홀 E D ROSS 확 대 23 F D ROSS (이 물 질 혼 입 ) 둥근 이물질 C , M g , Si, O 24 A M nS 계 열 슬 래 그 둥근 형상 C , Si, A l, M n 망상 이물질 C , M g , Si, A l C , Si, M g 25 유화물계 B M nS 계 열 슬 래 그 단 면 적 C , Si, A l, M n 26 핀홀 C M nS 계 열 슬 래 그 확 대 사 진 C , Si, A l, M n 27 A 내부수축 C , Si, O 28 B 외부수축 C , O, Si, Ti C 게이트 부근 내부수축 C , Si 30 D 편 석 있 는 내 부 수 축 (Ti) C , O, Si, Ti 31 E 편 석 있 는 내 부 수 축 (C u) 32 F 편 석 있 는 내 부 수 축 (C u, B a , C a ) 29 기타불량 수 지 상 정 현 저 함 C , O, C u C , O, C u, B a , C a 비 고
  • 115. SEM 분석과 주조불량 분류표 NO. 구 분 33 34 표시 세부 구분 SEM 형 상 성 분 PEAK A 35 흰 반점들 산포 M g, C, O, Si B SAND 알 갱 이 흰 반점들 산포 C, O, Si C SAND 불 량 M g DRO S S 포 함 된 S A N D DRO S S 로 혼 입 된 S A N D 흰 반점들 산포 O , A l, M g , S i 용탕방울 有 C, O, Si 36 C O L D S HO T A M E T A L S HO T 37 (용 탕 방 울 ) B L A RG E M E T A L S HO T 38 C O L D S HU T A C O L D S HU T 39 (탕 경 ) B B L O W HO L E 유 사 C O L D S HU T C, O, M g, Si 긴 형상 C , O , S i, M n O, Si 비 고
  • 116. SEM 분석과 주조불량 – 물리형 핀홀 :휩쓸려들어간 GAS와주형에서발생된 GAS에 일어남 둥근모양: C. O 1 둥근모양: C. O 2 흑연띠보임 : C 3
  • 117. SEM 분석과 주조불량 – 물리형 핀홀 거북등모양 : C. O 4 Mns알갱이 : C. O. S. Mn 5 FeO알갱이 : C. O. Fe 6
  • 118. SEM 분석과 주조불량 – 산화반응형핀홀:Fe가 산화하어 C와 반응함으로써 가스가 발생 기다란형상 : C. O. Si. Al 7 ; C. O. Si 8
  • 119. SEM 분석과 주조불량 – 산화반응형 핀홀 둥근알갱이 : C. O. Si 9 : C. O. Na. Si 10
  • 120. SEM 분석과 주조불량 – 용해형 핀홀:용탕에용해된가스(N2 .H2)가 공정응고부근 에서 방출된경우 개스면이거침: C. Al. Si. Mn 11 흑연Peak큼 : C .Si. Fe 12
  • 121. SEM 분석과 주조불량 – 슬래그 생성형 핀홀:슬레그생성후에 (망간실리케이트계) C와반응하여가스가 발생하는경우 둥근형상 : C. Si. Mn 13 거친형상 : C. Si. Mn. Al 14 표면거침 : C. Si. Mn. Al 15
  • 122. SEM 분석과 주조불량 – 슬래그 생성형 핀홀 망상이물질 : C. Si. Ca. Al 16 흰반점: C. Si. Al 17
  • 123. SEM 분석과 주조불량 – 접종제.구상화제 핀홀:접좀제및구상화제침전물이나 이들 슬레그화합물의 개재물이 결함내 존재 매끄러운형상 : C. Si Ca. Ba 18 19 : C. Si. Ca. Al : C. Mg. Si 20
  • 124. SEM 분석과 주조불량 – 접종제.구상화제 핀홀 망상이물질 : C. Mg. Si. Al 21 : C. Si. Mg 22 둥근이물질 : C. Mg Si. O 23
  • 125. SEM 분석과 주조불량 – 유화물계 핀홀 :MnS가 슬레그화하여 (MnS-SiO2) C와반응 CO가스를 발생 둥근모양 : C. Si. Al. Mn 24 : c. Si. Al .Mn 25 : c. Si. Al. Mn 26
  • 126. SEM 분석과 주조불량 – 기타불량 :C. Si. O 27 : C. O. Si. Ti 28 : C. Si 29
  • 127. SEM 분석과 주조불량 – 기타불량: 핀홀결함과 수축결함의 복합.유사 의경우 아공정주철에있어서 용해형핀홀결함과 수축결함은 모두 수지상정이 결함내부에 존재하기 때문에 구별이 어렵다 : C. O. Si. Ti 30 수지상정이현저함 : C. O. Cu 31 : C. O. Cu. Ba. Ca 32
  • 128. SEM 분석과 주조불량 – SAND 불량 흰반점들산포 : Mg. C. O. Si 33 흰반점들산포 : C. O. Si 34 흰반점들산포 : O. Al. Mg.Si 35
  • 129. SAM분석 과 주조불량 - METAL SHOT 용탕방울있슴 : C. O. Si 36 : C. O. Mg. Si 37
  • 130. SEM 분석과 주조불량 – COLD SHUT (탕경) 불량 38 긴형상 : C. O. Si. Mg :O. Si 39