주조 (casting)

주조 (casting)

쇳물을 녹여서 그 액체를 일정한 틀 속에 부어 식혀 가공하는 방법.

주물의 설계, 주조 방안의 작성, 모형의 작성, 용해 및 주입, 제품으로의 끝손질의 순서로 진행된다. 이를 위해서는 주형을 어떻게 설계하여 조합할 것인가가 중요한 문제인데, 원칙적으로는 코어를 가급적 사용하지 않고 되도록 전체를 2분할하게 고안한다. 그뿐만 아니라 제품에 기포 ·개재물의 혼입, 응고시의 부피감소로 인한 균열의 발생, 유동성 부족으로 용탕이 구석구석까지 돌아가지 못하여 부분적인 결함 등이 발생하지 않도록 고안되어야 할 것이다. 이를 달성하기 위해서는 그 재료의 주조성에 관한 과거의 자료를 잘 조사하고, 주형 속에서의 각부의 냉각상태, 응고의 진행상태 등을 잘 검토하고 용탕의 주입개소, 최후로 응고시키는 곳, 냉각시키기나 모가 난 부분의 둥근 정도 등의 필요성을 검토하여야 한다. 

매우 큰 주조품은 냉각하여 응고하는 속도도 그만큼 느리기 때문에 주물의 크기는 매우 중요한 인자이므로 이에 따른 배려가 필요하다. 주조성 중에서도 유동성과 응고시의 수축량이 특히 중요한데, 유동성이 좋지 않을 때에는 주입온도를 올리거나 다른 방법(외력)으로 용탕의 유동성을 향상시킬 것을 고려하여야 한다. 

응고수축률은 수축여유라 하여 재료에 따라 차이가 있으므로, 이 여유만큼 모형을 제품보다 크게 설계한다. 모형에는 나무 ·금속 ·석고 ·플라스틱 등 여러 가지가 있으나, 목제(목형)와 금속제(금형)가 많다. 수축여유는 주철 중에서도 회주철은 약 1%, 백선주철은 2% 정도이다. 주강은 보통 2%, 황동은 1.5∼1.8%, 청동은 0.8∼1.6%, 알루미늄합금의 사형주물은 1∼1.5% 정도로 대강 정해져 있다. 더 자세한 것은 합금의 종류에 따라 다르므로 사전에 이 분량만큼 가산한 주물자를 준비하고 이것을 사용해서 모형을 제작한다. 

실용되고 있는 주물자에는 가단주철용의 7/1,000에서 대형의 주강용인 25/1,000까지 여러 종류가 있으며, 알루미늄합금용에서는 10/1,000∼12/1,000가 사용된다. 또한 모형에는 모형경사라 하여 1/4∼1°정도의 경사를 붙여서 주형으로부터 모형을 빼기 쉽게 한다.

주형의 재료로서는 모래 ·금속 등이 있는데 제품의 제조 개수의 다소, 요구되는 치수정밀도, 제품의 모양 등을 고려하여 적당히 선정한다. 

사형주물에는 대별하여 주물사에 몇%의 수분을 가하고 굳혀서 사용하는 생사형과, 이것을 가열하여 사용하는 건조형이 있다. 사형주물은 치수정밀도와 표면 등이 좋지 못하나 가장 값싼 주물의 제조법이다. 금형은 제조하려고 하는 제품 개수가 많지 않으면 금형가공비가 커서 채산성이 문제가 되고, 금형에 통기성이 없으므로 응고시에 발생하는 가스를 배출시키는 데 대한 배려가 있어야 한다. 또한 사형과는 달라서 금형을 파괴하여 주물을 주형에서 꺼내는 것이 아니므로, 금형설계에 신중을 기하여야 하지만, 제품은 치수정밀도가 좋고 얻어지는 주물도 결정립이 미세하며 사형주물보다는 강도도 크다. 사형 ·금형 이외의 주형으로는 정밀주조에 사용되는 셸형 ·가스형 등이 있다.

주조시의 용탕 주입방법으로는 중력을 이용하는 것이 보통이나 가압하여 금형에 용탕을 주입시키는 다이캐스팅법이 있으며 폭약의 폭발력으로서 더욱더 강력한 압력으로 주입시키는 폭발주조법도 있다. 중력으로 주입하는 사형이나 금형의 주물에 비하면 다이캐스팅법은 능률적으로 외형치수가 정확한 제품을 만들 수 있으나 급랭 응고하기 때문에 문제가 있고 또한 금형대금이 비싸므로 동일제품을 다량으로 제조하는 경우에만 유리하다. 그러나 녹는점이 구리(1083℃)보다 높은 금속에 대해서는 금형의 내열성 등의 문제가 있어서 다이캐스팅은 곤란하다. 

주조하기 위해 바탕금속 ·합금원소 등을 녹여 섞으려면 보통 용해로에서 하고 도가니에 넣는다. 용해로의 가열방식은 희망하는 가열온도에 따라 코크스 ·전기 ·중유 ·아크 등과 유도용해 등의 방법도 있다. 도가니의 재질로서는 흑연이 가장 많이 쓰이며, 용탕과의 반응을 방지하기 위해 라이닝을 한다.