구리 주조란 무엇입니까? 종합 가이드

I. 동주조란 무엇입니까?

구리 주조 기본적으로 금속 성형 공정입니다. 핵심 원리는 고체 구리(Cu) 또는 그 합금을 고온에서 완전히 녹인 상태로 가열하여 유동성 액체 금속으로 변환시키는 것입니다. 그런 다음 이 액체 금속을 특정 캐비티 모양을 가진 미리 준비된 주형에 붓습니다(부어/주조). 금형 내에서 냉각(냉각) 및 응고(응고)를 거쳐 최종적으로 금형 캐비티의 형상에 맞는 견고한 금속 제품(주조품)이 얻어집니다.

이 과정은 단순해 보이지만 실제로는 재료과학, 열역학, 유체역학, 엔지니어링 기술이 통합된 복잡한 시스템 엔지니어링 작업입니다. 구리 주조를 이해하려면 다음과 같은 주요 특성과 의미를 파악해야 합니다.

핵심 목표: 형태와 성능의 통합

• 모양 복제:
  주조의 근본적인 장점은 매우 복잡한 모양, 내부 공동 또는 채널이 있는 부품을 경제적으로 생산할 수 있다는 것입니다. 이는 다른 많은 금속 가공 방법(단조, 기계 가공 등)으로는 달성하기 어렵거나 비용이 많이 듭니다. 곰팡이는 모양의 "부정적"입니다. 액체 금속이 이를 채우고 응고되어 공동의 모양을 정확하게 복제합니다.

• 성과 전달:
  주조는 형태뿐만 아니라 재료의 특성을 형성하는 과정이기도 합니다. 다양한 구리 합금(황동, 청동, 백동)을 선택하고, 용융 품질을 제어하고, 응고 공정을 최적화하고, 필요한 후열 처리를 적용함으로써 주조품에 필요한 기계적 특성(강도, 경도, 인성), 물리적 특성(전기 전도도, 열 전도성), 화학적 특성(부식성, 내마모성) 및 특수 기능(예: 자기 윤활, 비자성, 생물 부착 방지)을 부여할 수 있습니다.

핵심 프로세스 체인: 고체에서 액체, 고체로

1. 녹는:
   구리 및 합금 원소를 고온로(예: 유도로)에서 녹인 후 정련(탈산, 가스 제거, 슬래깅 제거), 합금화(조성 조정) 및 온도 제어를 거쳐 적절한 온도에서 순수하고 조성이 균일한 용융 금속을 얻습니다. 이는 주조품의 내부 품질을 보장하기 위한 기초입니다.

2. 금형 제작:
   주조물의 모양, 크기, 정확도 요구 사항 및 생산량을 기준으로 적합한 금형을 선택하고 제조합니다. 이는 주조 공정의 다양성을 구현합니다.

   • 일회용 금형: 예를 들어, 모래 주형(모래 주형 - 녹색 모래, 수지 모래, 규산나트륨 모래 등), 투자 껍질(투자 주형). 주물이 굳고 냉각된 후 주형을 파괴하여 주물을 제거합니다.

   • 영구 금형: 예를 들어, 금속 다이(영구 금형/다이), 다이캐스팅 다이(다이 캐스팅 다이). 수백~수만회 재사용이 가능합니다.

3. 붓는 것:
   용융된 구리는 용광로에서 레이들로 옮겨지고 설계된 게이팅 시스템(Gating System)을 통해 원활하고 연속적이며 빠르게 금형 캐비티에 부어집니다. 붓는 온도와 속도는 주요 제어 매개변수입니다.

4. 응고 및 냉각:
   액체 금속은 금형 내에서 열을 방출하여 액체에서 고체로 상 변화(응고)를 겪고 실온까지 계속 냉각됩니다. 응고 과정은 주물의 내부 구조, 밀도(수축 다공성의 존재) 및 최종 특성을 결정합니다. 공급(라이저를 통한) 및 응고 제어(예: 냉각 사용)가 이 단계의 초점입니다.

5. 녹아웃 및 청소:
   주물이 충분히 냉각되면(뒤틀림/균열을 방지하기 위해) 주형에서 제거됩니다(녹아웃). 게이팅 시스템, 라이저, 플래시/버를 제거하고 표면 청소(쇼트 블라스팅, 샌드 블라스팅 등)를 수행합니다. 이 단계에서는 최종 결과물 캐스팅이 생성됩니다.

6. 후처리:
   필요에 따라 수행됩니다. 특성을 더욱 강화하거나 최종 치수 및 외관 요구 사항을 달성하기 위한 열처리(예: 어닐링, 용체화 처리 시효), 용접 수리, 기계 가공, 표면 처리(예: 도금, 페인팅).

재료 기반: 풍부한 구리 합금 제품군

순수 구리(적동)는 전기 전도성과 열 전도성이 우수하지만 주조성과 강도가 제한적입니다. 따라서 구리 주조에서는 주로 구리에 다른 원소(아연-아연, 주석-주석, 납-Pb, 알루미늄-Al, 니켈-Ni, 실리콘-Si, 베릴륨-Be, 망간-Mn 등)를 첨가하여 우수한 종합 특성을 얻는 다양한 구리 합금(구리 합금)을 사용합니다.

• 황동(Cu-Zn 기반 합금):
  유동성이 좋고 주조가 쉽고 비용이 비교적 저렴합니다. 납(납 함유 황동)을 첨가하면 가공성이 향상됩니다. 알루미늄, 망간, 철을 첨가하면 강도와 내식성이 향상됩니다(예: 알루미늄 황동, 망간 황동). 밸브, 파이프 피팅, 기어, 장식 부품에 널리 사용됩니다.

• 청동(원래는 Cu-Sn 합금, 현재는 주로 Zn이 없는 구리 합금을 광범위하게 지칭함):

  • 주석 청동: 내마모성, 내식성(특히 해수, 묽은 산)이 우수하고 마찰계수가 낮습니다. 베어링, 기어, 예술 주물에 사용됩니다.

  • 알루미늄 청동: 고강도, 높은 내마모성, 높은 내식성, 고온 저항. 대형 기어, 선박 프로펠러, 마모 부품 등에 사용됩니다.

  • 납 청동: 뛰어난 마찰 방지, 매립성 및 자기 윤활성이 뛰어납니다. 슬라이딩 베어링의 주요 소재.

  • 실리콘 브론즈: 강도, 내식성, 주조성, 용접성이 우수합니다. 펌프/밸브 본체, 선박 부속품에 사용됩니다.

  • 베릴륨 청동: 초고강도, 고탄성, 내마모성, 비자성. 정밀 탄성 부품, 금형 인서트에 사용됩니다.

• 백동(Cu-Ni 기반 합금):
  탁월한 해수 내식성, 생물부착 방지성, 매력적인 은빛 색상. 선박 콘덴서, 해수 밸브, 의료 장비에 사용됩니다.

• 순수 구리: 매우 높은 전기/열 전도성을 요구하는 주조품에 주로 사용됩니다.

핵심 장점 및 적용 가능성

• 복잡한 형상 제조 능력: 복잡한 내부 공동, 곡면, 얇은 벽, 미세한 디테일을 갖춘 부품을 생산할 수 있습니다. 많은 복잡한 구조 부품(예: 예술품, 펌프 하우징, 밸브 본체)에 대해 선호되거나 유일하게 실행 가능한 프로세스인 경우가 많습니다.

• 높은 재료 활용도: 순 형상에 가까운 상당한 잠재력을 발휘하여 후속 가공을 줄이고 재료를 절약합니다. 게이팅/라이저 스크랩은 대부분 재활용될 수 있습니다.

• 넓은 크기 적응성: 몇 그램(예: 보석, 전자 부품)부터 수십 톤(예: 선박 프로펠러, 대형 조각상)에 이르는 부품을 주조할 수 있습니다.

• 우수한 종합 특성: 구리 합금의 고유한 특성(강도, 인성, 내마모성, 내식성, 전기/열 전도성, 항균성, 미적 특성)은 주조 공정을 통해 완벽하게 구현되고 활용됩니다.

• 일괄 생산 경제: 특히 영구금형(금속금형, 다이캐스팅금형)을 이용한 일괄생산의 경우 단가가 경쟁력이 있다.

다른 구리 가공 기술과의 구별

• VS 단조: 단조는 소성 변형(해머링, 프레싱)을 통해 금속 모양을 바꾸고 구조를 개선하여 강도/인성을 향상시키지만 복잡한 내부 공동으로 인해 어려움을 겪고 일반적으로 주조보다 재료 활용도가 낮습니다. 주조는 복잡한 모양에 탁월합니다.

• VS 가공: 기계가공은 재료를 절단하여 형태를 얻습니다. 이는 정밀도가 높지만 재료 낭비가 심하며, 특히 복잡한 부품의 경우 비효율적이거나 비용이 많이 듭니다. 주조는 그물 형태로 성형됩니다. 폐기물은 주로 게이트/라이저(재활용 가능)에 있으며 복잡한 부품 블랭크에 적합합니다.

• VS 분말야금(PM): PM은 금속분말을 압축, 소결하여 형상을 형성하는 물질로 다공성 또는 특수소재 부품에 적합합니다. 그러나 주조는 일반적으로 대형, 고밀도, 고성능(특히 전도성/열 전도성) 구리 부품에 우수합니다.

• VS 적층 가공(3D 프린팅): 3D 프린팅은 레이어별로 모양을 제작하여 작은 배치의 복잡한 부품 및 프로토타입에 적합한 극도의 디자인 자유를 제공합니다. 주조는 대규모 배치, 대형 부품 및 특정 재료 특성(예: 고밀도, 높은 열/전기 전도성)에 대해 비용 및 성능 이점을 유지하지만 두 가지(예: 3D 인쇄된 금형/코어)를 결합하는 것이 추세입니다.

II. 핵심 프로세스: 구리 주조 기술 분석

구리 주조는 여러 주요 단계를 포함하는 복잡한 물리화학적 공정입니다.

합금 설계 및 용융 준비

• 재료 선택: 주조의 최종 사용 요구 사항(강도, 전도성, 부식/마모 저항, 색상, 비용)을 기준으로 적합한 구리 합금 등급(예: 순수 Cu, 황동, 청동, 백동, 특수 Cu 합금)을 선택합니다.

• 요금 계산: 순수 구리, 합금 원소(예: Zn, Sn, Pb, Ni, Al, Si, Be, Mn) 및 반환(스크랩)의 비율을 정확하게 계산합니다.

• 녹는 장비: 주로 중주파 유도로(효율적, 에너지 절약, 정밀한 온도 제어, 균일한 합금 구성, 상대적으로 환경 친화적). 도가니, 반사로, 아크로는 특정 용도로 사용됩니다.

• 녹는 과정:

  • 충전 및 용해: 금속 충전물을 순서대로 추가합니다(일반적으로 녹기 어려운 Cu, Ni를 먼저 넣은 다음 쉽게 산화/휘발성인 Zn, Pb 등). 유도로는 전자기 유도 와전류를 사용하여 금속을 녹입니다.

  • 덮음 & 탈산: 산화 및 가스 흡수(주로 H2)를 줄이기 위해 피복재(숯, 붕사, 유리)를 사용하십시오. 탈산제(예: 인동, 규소 칼슘 합금)를 추가하여 용존 산소를 제거하고 가스 다공성과 산화물 함유물을 방지합니다.

  • 정제(필요한 경우): 불순물(예: S, Fe)을 제거합니다. 수요가 높은 주조품의 경우 불활성 가스(예: Ar) 정련 또는 진공 용해를 사용할 수 있습니다.

  • 합금: 용융 온도가 적합할 때 합금 원소를 추가합니다. 균일한 용해를 위해 잘 저어줍니다.

  • 온도 조절: 유동성, 공급 및 입자 크기에 중요한 태핑 및 주입 온도(일반적으로 합금 액상선보다 50~150°C 높음)를 정확하게 제어합니다. 열전대와 적외선 고온계를 사용하여 모니터링합니다.

금형 제작: 금속 성형

금형은 주조품의 외부 윤곽과 내부 공동을 형성하는 핵심 도구입니다. 구리 주조의 일반적인 금형 공정은 다음과 같습니다.

• 모래 주조: 가장 널리 사용되고 적용 가능한 주조 방법입니다.

  • 성형 모래: 주로 기본 모래(규사, 지르콘사, 크로마이트 모래 등), 결합제(점토, 규산나트륨, 수지 등) 및 첨가제(석탄 분진, 물 등)로 구성됩니다. 적절한 강도, 투과성, 내화성, 붕괴성이 필요합니다.

  • 성형 방법:

    • 손 성형: 높은 유연성으로 프로토타입, 소규모 배치, 크거나 복잡한 부품에 적합합니다. 효율성이 낮고 품질은 작업자의 기술에 달려 있습니다.

    • 기계 성형: (Jolt-squeeze, Shoot-squeeze, 정압, 공기 충격 등) 효율성과 금형 압축 균일성이 크게 향상됩니다. 일괄 생산에 적합합니다.

  • 바인더 시스템:

    • 클레이 그린 샌드: 비용이 저렴하고 널리 사용됩니다. 생지 강도가 높고 투과성/접힘성이 상대적으로 낮습니다.

    • 규산나트륨 모래: (CO2 경화, 에스테르 경화) 경화가 빠르고 강도가 높으며 붕괴성이 우수합니다(특히 에스테르 경화). 흡습성, 어려운 모래 매립.

    • 수지 모래: (푸란, 페놀계, 알칼리성 페놀계 무소성사) 주조 치수 정밀도가 높고, 표면 조도가 높으며, 강도가 좋고, 붕괴성이 우수합니다. 더 높은 비용, 환경 문제(포름알데히드, 페놀 방출).

  • 핵심 만들기: 내부 구멍이나 복잡한 공동용 코어(모래 코어)를 만듭니다. 종종 수지 모래, 기름 모래, 규산 나트륨 모래로 만들어집니다. 적절한 강도, 투과성, 접힘성 및 금형 내 안정적인 위치 지정이 필요합니다(코어 프린트, 목걸이).

  • 코팅: 표면 마감을 개선하고 금속 침투를 방지하며 금속 흐름을 향상시키기 위해 내화 코팅(예: 흑연 기반, 지르콘 기반)을 금형 캐비티 및 코어에 적용합니다.

• 인베스트먼트 주조(분실 왁스 주조): 고정밀, 고복잡성, 고표면 품질 주조에 선호됩니다.

  • 왁스 주입: 액체/페이스트 패턴 재료(왁스 또는 레진 기반)를 금속 다이에 주입하여 정밀한 왁스 패턴을 만듭니다.

  • 집회: 여러 개의 왁스 패턴을 왁스 게이팅 시스템(푸어링 컵, 스프루, 러너, 인게이트)에 용접하여 패턴 클러스터를 형성합니다.

  • 쉘 빌딩: 클러스터를 내화성 슬러리(실리카졸/규산나트륨 지르콘 가루, 알루미나 가루 등)와 치장벽토(다른 입자 크기)에 반복적으로 담그고 각 층을 건조/경화시킵니다. 일반적으로 5~9개의 층이 충분한 강도의 껍질을 형성합니다.

  • 탈왁스: 껍질(증기, 뜨거운 물, 용광로)을 가열하여 패턴 재료를 녹여 속이 빈 껍질을 남깁니다.

  • 발사: 쉘을 고온(800-1100°C)에서 소성하여 잔여 패턴 물질과 수분을 제거하고 쉘 강도/투과성을 높이고 붓기 위해 예열합니다.

  • 장점: 높은 치수 정확도(CT4-7), 우수한 표면 조도(Ra 3.2-12.5μm), 매우 복잡한 형상(얇은 벽, 깊은 구멍, 미세한 세부 사항)을 주조할 수 있으며 분할선 플래시가 최소화되어 가공하기 어려운 합금에 적합합니다. 단점: 많은 단계, 긴 주기 시간, 높은 비용, 크기 제한.

• 영구 금형 주조(중력 다이 캐스팅):
  금속(주철, 주강, 구리합금 등)으로 제작된 재사용 가능한 금형을 사용합니다.

  • 장점: 더 빠른 냉각, 더 조밀한 구조, 더 나은 기계적 특성; 높은 치수 정확도, 우수한 표면 조도; 높은 생산율(성형 불필요) 단점: 높은 금형 비용, 긴 금형 리드 타임; 부품 복잡성에 대한 제한; 코팅 및 금형 온도 조절이 필요합니다.

  • 신청: 기어 블랭크, 부싱, 밸브 부품 등 상대적으로 단순하거나 중간 정도로 복잡한 구리 합금 주물을 대량 생산합니다.

• 다이 캐스팅:
  액체 또는 반고체 구리 합금을 고압(수십~수백 MPa)에서 고속으로 정밀 금속 다이 캐비티에 밀어 넣어 압력을 가하면 빠르게 응고됩니다.

  • 장점: 매우 높은 생산율; 매우 높은 치수 정확도와 표면 마감; 벽이 얇고 복잡한 부품을 생산할 수 있습니다. 치밀한 구조(반고체 다이캐스팅이 더 좋음). 단점: 고가의 장비; 매우 높은 다이 비용; 가스 다공성이 발생하기 쉽습니다. 일반적으로 저융점 자유 유동 합금(예: 일부 황동)에만 적합합니다. 크기 제한.

  • 신청: 자물쇠, 하드웨어, 소형 기어, 전기 커넥터 등 작고 벽이 얇은 고정밀 구리 합금 부품을 대량 생산합니다.

• 원심 주조:
  고속으로 회전하는 금형에 용융된 금속을 붓고, 원심력에 의해 캐비티를 채우고 응고시키는 공정입니다.

  • 장점: 조밀한 주조 구조(가스/수축 다공성에 민감한 부품에 특히 좋음) 좋은 기계적 성질; 원통형/링형 부품(부싱, 링, 파이프)의 주조를 단순화합니다. 단점: 주로 특정 모양에 사용됩니다. 내경의 치수 정확도/표면 마감 불량(가공 필요) 분리가 발생할 수 있습니다.

  • 신청: 구리 합금 베어링 슬리브, 부싱, 플랜지, 밸브 본체, 링 부품.

• 연속 주조:
  용융된 구리를 수냉식 주형(결정기)에 연속적으로 부어 일정한 단면 형상(슬래브, 빌렛, 튜브)으로 응고시킨 후 지속적으로 빼냅니다.

  • 장점: 매우 높은 생산 효율성; 균일하고 조밀한 구조; 높은 재료 수율; 쉬운 자동화. 단점: 높은 장비 투자; 주로 후속 압연, 압출, 단조용 빌렛을 생산하는 데 사용됩니다.

  • 신청: 추가 플라스틱 성형을 위한 순수 구리, 황동, 청동 슬래브, 빌렛, 튜브를 생산합니다.

붓는 것: 액체 금속 주입

적절한 온도의 용융 구리를 용광로에서 국자(수동, 크레인 리프팅, 자동 주입기)로 옮기고 원활하고 연속적이며 신속하게(중단 없이) 금형의 게이팅 시스템에 붓습니다.

주요 제어:

• 붓는 온도: 너무 높으면 수축 다공성, 금속 침투, 거친 입자가 발생합니다. 너무 낮으면 콜드 셧다운, 잘못된 실행, 포함이 발생합니다. 합금, 부품 크기/벽 두께, 금형 재료를 기준으로 정밀하게 제어합니다.

• 붓는 속도: 금형 충진 안정성, 공기 포집, 캐비티 배출에 영향을 미칩니다. 종종 "느리게-빠르게-느리게" 원칙(통풍을 위한 느린 시작, 빠른 채우기, 공급을 위한 느린 끝)을 따릅니다.

• 게이팅 시스템 설계: 금속이 캐비티를 원활하고 질서있고 격렬하게 채우도록 안내합니다. 트랩 슬래그; 가스 배출; 냉각/응고 순서를 제어합니다. 쏟아지는 컵, 스프루, 러너, 입구, 라이저 등이 포함됩니다. 디자인은 중요하며 주조 품질에 직접적인 영향을 미칩니다.

응고 및 냉각: 형태 정의

구리가 금형 내에서 열을 잃어 액체에서 고체로 변하는 과정입니다. 열 전달, 상 변화 및 부피 수축을 포함하는 복잡한 물리적 과정입니다.

응고 특성:

• 냉동 범위: 구리 합금은 응고 범위(액상 온도와 고상 온도 차이)가 매우 다릅니다. 냉동 범위가 넓은 합금(예: 일부 납 함량이 높은 황동)은 흐릿한 응고 경향이 있어 공급이 어렵고 미세 다공성이 발생하기 쉽습니다. 좁은 냉동 범위 합금(예: 알루미늄 청동, 일부 망간 청동)은 방향성 응고 경향이 있어 공급이 상대적으로 더 쉽습니다.

• 수축량: 구리 합금은 냉각 중에 액체 수축, 응고 수축 및 고체 수축을 겪습니다. 응고 수축은 수축 공동 및 다공성의 주요 원인입니다. 고체 수축은 최종 치수와 변형 경향을 결정합니다(금형 설계 시 수축 허용치를 고려해야 함).

• 수유: 응고 수축을 보상하고 공동/다공성을 방지하기 위해 라이저(열 중심 또는 최종 동결 부분 위에 위치한 용융 금속 저장소)가 일반적으로 사용됩니다. 라이저 설계(위치, 크기, 모양) 및 단열/발열 조치는 효과적인 공급의 핵심입니다.

• 방향성 응고: 냉각 방향을 제어(예: 냉각기, 단열 라이저 사용)하여 라이저에서 가장 먼 영역에서 라이저를 향해 점진적으로 주물을 응고시켜 라이저가 마지막에 응고되고 주물을 효과적으로 공급할 수 있도록 합니다.

• 냉각 속도: 입자 크기, 수상돌기 암 간격, 미세분리, 2차 분포에 영향을 미쳐 최종 기계적/물리적 특성에 영향을 미칩니다. 금속 주형/다이캐스팅은 빠르게 냉각되어 미세한 구조를 만들어냅니다. 모래/인베스트먼트 주조는 더 느리게 냉각됩니다.

녹아웃, 세척 및 후처리

• 녹아웃: 주물이 충분히 냉각된 후(뒤틀림/균열 방지를 위해) 금형에서 제거합니다(진동, 쉐이크아웃 기계).

• 게이트/라이저 제거: 노크, 톱질, 연삭, 화염 절단, 유압 전단을 통해 주조물에서 게이팅 시스템과 라이저를 제거합니다.

• 표면 청소:

  • 탄/모래 폭파: 고속 강철 샷/모래를 사용하여 표면에 충격을 가하여 부착된 모래, 스케일, 버를 제거하고 깨끗한 표면을 만들고 피부를 작업 경화시킵니다.

  • 화학 청소: 산세척(스케일 제거), 알칼리 세척(심사 잔류물 제거) 등 환경 및 안전 고려 사항이 중요합니다.

  • 연삭 및 마무리: 플래시, 버, 게이트/라이저 스터브를 수동으로 또는 기계적으로 제거합니다. 표면을 장식하십시오.

• 열처리(필요에 따라):

  • 응력 완화(어닐링).

  • 미세 구조 균일성 및 기계적 특성 개선(용액 처리 노화, 특히 베릴륨 구리, 알루미늄 청동의 경우)

  • 치수 안정성 향상(응력 완화)

• 용접 수리(선택 사항): 허용되는 주조 결함(예: 작은 기공, 미세 다공성)을 수리합니다.

• 최종 검사 및 코팅: 품질 검사를 통과한 후 내식성 또는 미관을 위해 필요에 따라 표면 처리(예: 패시베이션, 전기 도금, 페인팅)를 적용합니다.

III. 구리 주물의 종류

다양한 특성을 지닌 수많은 구리 합금이 주조에 사용됩니다. 주요 카테고리는 다음과 같습니다:

• 순수 구리(적동):

  • 등급: 예: C11000(전해 터프 피치 구리 - ETP).

  • 특성: 매우 높은 전기(~100% IACS) 및 열 전도성, 우수한 연성, 우수한 내식성(특히 대기, 담수). 주조성이 좋지 않습니다(보통의 유동성, 산화/가스 흡수 경향, 높은 수축).

  • 주조 응용 분야: 주로 매우 높은 전기/열 전도성이 필요한 주조(예: 대형 전기 부품, 주형(예: 연속 주조 주형), 예술 주조). 일반적으로 모래 주조, 원심 주조.

• 황동(구리-아연 합금): 가장 널리 사용되는 주조 구리 합금.

  • 일반 황동: Cu-Zn 이원 합금(예: C85800, C86100). Zn에 따라 강도는 증가하고 연성은 최고점에 도달한 후 감소합니다. 좋은 주조성(좋은 유동성, 적당한 수축).

  • 특수 황동: 속성을 개선하려면 다른 요소를 추가하세요.

    • 납을 첨가한 황동: Pb(예: C83600, C84400, C85700)를 추가합니다. 가공성, 내마모성이 대폭 향상되고 자기 윤활성이 향상됩니다. 밸브, 파이프 피팅, 기어, 베어링, 잠금 장치, 시계 부품에 널리 사용됩니다. 주조 황동의 주류. 환경적 추세에 따라 무연 쾌삭 황동(Bi, Se, Te 등 첨가)이 개발되고 있습니다.

    • 주석 황동: Sn을 추가합니다(예: C87500, C87600). 강도, 경도, 해수부식성(내탈아연화성)이 향상됩니다. 해양부품, 펌프바디 등에 사용됩니다.

    • 알루미늄 황동: Al을 추가합니다(예: C86200, C86300). 강도, 경도, 내마모성, 내식성(특히 해수 침식-부식)이 대폭 향상됩니다. 대형 기어, 웜, 베어링, 선박 프로펠러 등에 사용됩니다.

    • 망간 황동: Mn을 추가합니다(예: C86500, C86700). 고강도, 고인성, 우수한 해수/증기 내식성, 우수한 감쇠성. 해양 프로펠러, 견고한 베어링, 기어, 펌프 본체, 밸브에 사용됩니다.

    • 실리콘 황동: Si(예: C87500, C87800)를 추가합니다. 주조성이 양호하고 강도가 적당하며 내식성이 우수하고(특히 유속수) 브레이징이 용이합니다. 파이프 피팅, 펌프 하우징, 수도꼭지 밸브 본체에 사용됩니다.

    • 철 황동: Fe를 추가합니다(종종 Mn, Al과 함께 사용, 예: C86300, C86500). 입자를 미세화하고 강도와 내마모성을 높입니다.

• 청동(원래는 Cu-Sn 합금, 현재는 광범위하게 Zn이 없거나 Zn이 미량인 Cu 합금):

  • 주석 청동: Cu-Sn 이성분 또는 다중 합금(예: C90300, C90500, C90700, C91000, C91300).

    • 특성: 우수한 내마모성, 내식성(특히 해수, 묽은 산), 낮은 마찰 계수(마손 방지), 우수한 주조성(우수한 유동성, 낮은 수축, 편석 경향). Sn 함량에 따라 강도/경도가 증가하고 연성이 감소합니다. 역사적으로 가장 중요한 주조 합금.

    • 응용 분야: 베어링, 부싱, 기어, 웜, 마모 슬리브, 밸브 부품, 펌프 본체, 예술 조각, 벨. 고성능 마모 부품용 고주석 청동(>10% Sn).

  • 알루미늄 청동: Cu-Al 이원 또는 다중 합금(종종 Fe, Ni, Mn, 예: C95200, C95400, C95500, C95800 포함).

    • 특성: 주조 구리 합금 중 강도와 경도가 가장 높습니다. 우수한 내마모성, 내식성(특히 해수, 황산/유기산); 우수한 충격/피로 저항; 고온 내산화성(최대 500°C); 스파크 방지. 주조성 허용됨(유동성은 양호하지만 수축률이 높고 산화/가스 흡수 경향이 있음).

    • 응용 분야: 중장비 기어, 웜, 베어링, 부싱, 밸브 시트, 펌프 임펠러, 선박 프로펠러, 광산 기계 부품, 화학 장비 부식 방지 부품, 스파크 방지 도구.

  • 납 청동: Cu-Pb 이원 또는 다중 합금(주로 Sn 포함, 예: C93200, C93400, C93500, C93700, C93800, C94300).

    • 특징: 다량의 불용성 납 입자(5-25%)를 함유하여 우수한 매립성 및 형상성(마모/마찰 방지), 마모 방지 및 자기 윤활성을 제공하며 특히 저속, 고하중 베어링에 적합합니다. 강도/경도가 상대적으로 낮습니다.

    • 응용 분야: 엔진, 중장비, 철도 차량에 사용되는 슬라이딩 베어링(부싱, 쉘)의 주요 재료입니다.

  • 실리콘 브론즈: Cu-Si 이원 또는 다중 합금(주로 Zn, Mn, Fe, 예: C87300, C87500, C87800).

    • 특성: 강도, 내식성(특히 해수), 주조성 및 용접성이 우수합니다. 비자성; 스파크 방지. 유동성이 좋고 수축률이 낮습니다.

    • 응용 분야: 펌프 하우징, 밸브 본체, 파이프 피팅, 선박 피팅, 화학 장비, 미술품 주조, 방폭 도구.

  • 베릴륨 청동: Cu-Be 이원 또는 다중 합금(종종 Ni, Co 포함, 예: C82000, C82200, C82500).

    • 특성: 주조 구리 합금 중 가장 높은 강도 수준(용체화 후); 우수한 탄성, 피로 강도, 내마모성, 내식성, 열 전도성, 비자 성; 좋은 주조성(좋은 유동성). 가격이 비싸고 베릴륨은 독성이 있어 엄격한 보호가 필요합니다.

    • 응용 분야: 정밀 탄성 부품(스프링, 다이어프램), 마모가 심한 부품(플라스틱 몰드 인서트, 스파크 방지 도구), 항공우주/전자 부품, 고성능 스위치 접점.

• 백동(구리-니켈 합금):

  • 일반 백동: Cu-Ni 이원 합금(예: C96200, C96400).

    • 특성: 우수한 내식성(특히 해수, 유기산, 알칼리); 우수한 강도, 인성, 열간/냉간 가공성; 매력적인 은빛 색상; 생물 부착 방지. 허용 가능한 주조성.

    • 용도: 선박 콘덴서 튜브 플레이트, 해수 펌프/밸브 부품, 화학 장비 부식 방지 부품, 의료 기기, 동전, 장식 부품.

  • 복잡한 백동: Fe, Mn, Cr, Al 등을 추가합니다(예: C70600 - CuNi10Fe1Mn, C71500 - CuNi30Mn1Fe).

    • 특징: 강도, 내식성(예: 고속 해수 침식, 응력 부식), 내열성을 더욱 향상시킵니다.

    • 응용 분야: 고성능 선박 응축기 튜브(종종 함께 사용됨), 열 교환기, 고온/고압 밸브, 해양 플랫폼 장비.

IV. 응용 분야: 구리 주조의 광대한 영역

포괄적인 성능 이점을 활용하여 구리 주물은 현대 사회의 모든 측면에 침투합니다.

• 산업 장비 및 기계 제조:

  • 밸브 및 파이프 피팅: 수도꼭지 본체, 게이트/글로브/볼/나비/체크 밸브 본체, 보닛, 디스크(일반적으로 납을 첨가한 황동, 실리콘 황동, 알루미늄 청동).

  • 펌프: 펌프 하우징, 임펠러, 원심/기어/스크류 펌프용 마모 링(일반적으로 알루미늄 청동, 주석 청동, 망간 황동).

  • 베어링 및 부싱: 일반 베어링(납 청동, 주석 청동, 알루미늄 청동), 스러스트 베어링, 부싱(다양한 기계식 변속기 시스템에 널리 사용됨).

  • 기어 및 웜: 소형/중형 기어(납 함유 황동), 중부하용 고하중 기어 및 웜(알루미늄 청동, 망간 청동).

  • 일반 기계 부품: 피팅, 부싱, 플랜지, 커넥터, 하우징, 마모 플레이트.

• 교통:

  • 해양: 프로펠러(고망간 알루미늄 청동, 니켈 알루미늄 청동), 해수 펌프 밸브, 응축기 튜브 플레이트(백동), 선미 튜브 베어링(Lignum Vitae Cupronickel/청동), 배관 시스템 피팅, 의장 부품.

  • 자동차: 기화기 부품(전통), 라디에이터 캡, 오일 펌프 부품, 잠금 실린더, 베어링 케이지, 싱크로나이저 링(특수 황동, 청동).

  • 철도: 기관차/차량 베어링 쉘(납청동), 브레이크 시스템 부품, 팬터그래프 접촉 스트립(구리 합금 분말 야금).

  • 항공우주: 고성능 베어링, 기어, 유압 밸브, 전도성 부품(종종 베릴륨 청동, 특수 알루미늄 청동 등).

• 건설 및 배관:

  • 배관 시스템: 파이프 피팅, 엘보우, 티, 캡(주조 납 함유 황동, 무연 황동을 많이 사용함).

  • 배관 하드웨어: 수전 본체, 손잡이, 샤워헤드, 배수 부품(주로 주조 황동을 사용하고 표면은 Cr, Ni 등으로 도금됨)

  • 건축 장식: 문 손잡이, 경첩, 자물쇠, 명판, 예술 난간, 지붕 장식(청동, 황동).

• 전력 및 전자:

  • 전도성 부품: 스위치 접점, 클램프, 부스바 커넥터(순수 구리, 고전도 구리 합금 주물).

  • 방열판 구성요소: 방열판 베이스, 히트파이프 부품(순동, 구리합금).

  • 전자 포장: 일부 하우징, 베이스(특수 구리 합금).

  • 모터 및 전기 제품: 모터 엔드 실드, 로터 바(순수 구리 주조는 드물고 대부분 가공됨), 기기 하우징.

• 예술과 문화:

  • 조각품: 대형 도시 조각품, 조각상, 동물 형상(일반적으로 주석 청동, 실리콘 청동, 모래 또는 인베스트먼트 주조물).

  • 벨 & 차임: 교회 종, 카리용, 미술 종(하이틴 브론즈).

  • 종교 및 장식물: 향로, 촛대, 트로피, 명판, 부조(청동, 황동).

  • 악기 부품: 색소폰 본체, 트럼펫 벨(황동), 심벌즈(특수 청동).

• 기타 분야:

  • 하드웨어 및 도구: 렌치, 해머 헤드(일부 구리 합금 주물), 스파크 방지 도구(베릴륨 청동, 알루미늄 청동).

  • 마모 부품: 광산 기계 라이너, 롤(알루미늄 청동).

  • 소비재: 자물쇠, 지퍼 손잡이, 안경테(주로 아연 다이캐스트, 황동도 있음), 장식 품목.

V. 구리 주조 품질 관리: 결함 및 검사

주조 공정은 많은 영향을 미치는 요소로 인해 복잡하므로 결함이 불가피합니다. 일반적인 결함 및 원인:

• 캐비티 유형 결함:

  • 가스 다공성: 응고 중에 석출되는 금속에 용해된 가스(주로 H2) 또는 금속에 갇힌 금형/코어에서 생성된 가스가 빠져나오지 못합니다. 매끄러운 벽을 가진 구형 또는 배 모양의 공동으로 나타납니다. 예방: 철저한 탈산/탈기, 모래 투과성 향상, 적절한 통풍구 확보, 주입 온도 조절.

  • 수축 공동/수축 다공성: 금속 응고 수축이 적절하게 보상되지 않을 때 형성됩니다. 공동: 큰 집중 공극; 다공성: 미세하게 분산된 공극. 예방: 방향성 응고를 위한 합리적인 라이저/칠 설계; 충분한 공급 압력을 보장하십시오. 합금 조성을 제어합니다(넓은 동결 범위를 피하십시오).

  • 슬래그 함유물(포함물): 금속과 함께 캐비티에 동반된 슬래그, 산화물, 모래 입자 또는 금형/게이트 표면 파열. 슬래그가 포함된 불규칙한 공동. 예방: 용융 중 철저한 슬래그 제거; 주입 중 슬래그 트래핑(레이들 립, 필터); 게이팅 시스템을 깨끗하게 유지하십시오.

• 표면 결함:

  • 금속 침투(불타기): 금속은 모래 공극을 관통하거나 모래와 화학적으로 반응하여 모래가 주조 표면에 단단히 부착되도록 합니다. 기계적 침투(물리적), 화학적 침투(낮은 MP 화합물 형성). 예방: 고운 모래, 내화성 코팅을 사용하십시오. 주입 온도 조절; 모래 특성(압축, 내화도)을 최적화합니다.

  • 딱지/버클: 열에 의해 금형 표면이 휘어지거나 균열이 생기고, 금속이 침투하여 금속 모래 덩어리를 형성합니다. 예방: 모래의 열간 강도를 높입니다(예: 점토, 벤토나이트 추가). 과도한 표면 건조를 피하십시오. 붓는 온도를 낮추세요.

  • 콜드 셧다운/잘못 실행: 금속 스트림이 완전히 융합되지 않거나(Cold Shut) 캐비티를 채우지 못합니다(잘못 실행). 얇은 부분, 게이트에서 멀리 떨어진 부분에 흔히 나타납니다. 솔기 또는 누락된 모깎기로 나타납니다. 예방: 붓는 온도/속도를 높이세요. 유동성 개선(합금, 과열); 입구 면적을 늘리십시오. 환기를 개선하십시오.

• 모양 및 치수 결함:

  • 왜곡(뒤틀림): 제한된 수축(금형, 코어, 부품 형상) 또는 불균일한 응력으로 인해 응고/냉각 중에 주조가 휘어집니다. 예방: 설계 최적화(균일한 벽, 보강재) 금형/코어 붕괴성을 개선합니다. 버팀대를 사용하십시오; 녹아웃 시간 제어; 스트레스 해소.

  • 금형 전환/코어 전환: 금형 조립 중 캡/드래그 또는 코어의 정렬 불량으로 인해 치수/형상 편차가 발생합니다. 예방: 패턴/코어 박스 정확도를 향상합니다. 금형/코어 위치 지정(다웰 핀)을 강화합니다. 정확한 성형/조립을 보장합니다.

• 균열 유형 결함:

  • 뜨거운 눈물: 억제된 수축(금형, 코어, 부품 설계)으로 인해 최종 응고 중 또는 직후에 고온에서 입계 균열이 발생합니다. 균열 표면이 산화되었습니다. 예방: 금형/코어 붕괴성을 개선합니다. 설계 최적화(핫스팟, 날카로운 모서리 방지) 붓는 온도를 낮추고; 유해 요소(예: S)를 제어합니다.

  • 콜드 크랙: 주조 시 발생하는 입자간 균열은 재료 강도를 초과하는 주조 응력(열적, 변형, 기계적 구속)으로 인해 낮은 온도(탄성 상태)로 냉각됩니다. 균열은 직선이고 표면은 깨끗합니다. 예방: 응력 집중을 줄이기 위해 설계를 최적화합니다. 접힘성을 향상시키고; 냉각 속도 제어(예: 느린 냉각); 스트레스 해소.

품질 검사 방법:

• 육안 검사(VT): 가장 기본적인 방법으로 표면 결함, 윤곽 무결성을 검사합니다.

• 치수 검사: 캘리퍼스, 게이지, CMM(3차원 측정기)을 사용하여 주요 치수를 확인합니다.

• 액체 침투 테스트(PT): 표면 파괴 결함(균열, 기공, 다공성)을 감지합니다.

• 자분 시험(MT): 강자성 재료(Fe가 높은 일부 Cu 합금)에만 적용 가능합니다. 표면/표면 근처 결함을 감지합니다.

• 방사선 사진 테스트(RT - X선/γ선): 내부 결함(다공성, 수축 공동/다공성, 개재물, 균열)을 감지하고 결함 모양/크기/위치를 시각적으로 표시합니다. 일반적인 방법.

• 초음파 테스트(UT): 내부 결함 감지, 두께 측정, 평면 결함(균열)에 민감합니다. 숙련된 조작/해석이 필요합니다.

• 압력 테스트: 누출을 확인하기 위한 압력 함유 주물(예: 밸브, 펌프 본체)의 수압 또는 공압 테스트.

• 금속 조직 분석: 입자 크기, 상 구성, 함유물, 결함 특성을 평가하고 열처리를 확인하기 위해 샘플을 현미경으로 검사합니다.

• 기계적 성질 테스트: 재료 특성이 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위한 인장, 경도, 충격 테스트.

• 화학 성분 분석: 합금 조성을 확인하기 위한 분광법 등