아연 다이캐스팅 결함

고압 다이캐스팅 는 꿀벌의 비행과 유사하지만 둘 다 이론적으로는 불가능합니다. 그러나 150년 이상의 효과적인 운영과 함께 생산성 및 부품 품질이 지속적으로 향상되면서 압력 다이캐스팅은 본질적으로 견고하고 높은 수준의 공정 능력에 도달할 수 있다는 것이 입증되었습니다. 가장 잘 운영되는 공장에서도 스크랩이 발생하며, 아래에서는 아연 다이캐스팅에서 발생할 수 있는 결함의 진단, 원인 및 처리에 대해 설명하며, 이러한 모든 문제는 알루미늄 다이캐스팅 및 마그네슘 다이캐스팅에도 동일하게 적용됩니다.

일관된 처리를 제공하기 위해 결함을 정리하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 이 문서에서는 합금 잉곳 수령부터 완제품 발송까지 단계별 접근 방식을 취하고 결함이 발생하는 지점에서 각 결함 유형에 대한 정보를 제시합니다. 결함을 식별하는 다른 방법과 다양한 결함 발견 시스템은 나중에 설명합니다. 프로세스 단계는 다음과 같습니다:

또한 러너와 스크랩은 다양한 단계에서 재활용되며, 공정 간 보관 및 취급도 고려해야 합니다. 모든 주조가 모든 절차를 거치는 것은 아닙니다.

아연 합금 잉곳 사양:

아연 주조 합금의 조성은 75년에 걸쳐 체계적으로 개발되었습니다. 합금 원소 범위를 조정하고 위험한 오염 물질에 대한 최대치를 신중하게 결정했습니다. 신뢰할 수 있는 주물을 만들기 위해서는 국제적으로 인정되는 요건을 충족하는 잉곳을 사용해야 합니다. 또한 용융 및 주조 작업 중에 합금 품질을 유지하여 주조 성분이 주조 성분 기준을 충족하는지 확인해야 합니다.

각 합금 유형에 대한 잉곳(표 1)과 주물(표 2) 표준 간의 사소한 차이는 일반적인 가공 및 재활용 공정으로 인한 변동을 적절히 고려하기 위한 것입니다. 사양을 벗어난 잉곳, 특히 납, 주석, 카드뮴과 같은 독성이 강한 불순물이 포함된 잉곳을 사용하는 것은 결코 정당화될 수 없습니다.

합금은 세 가지 계열로 나뉩니다: 4% 알루미늄 합금(자막 3, 5, 번호 2, 7), 더 높은 알루미늄 ZA 합금(번호 8, 12, 27), 구리 합금(A cu 아연 5, 10).

또한 다른 특정 합금은 상업적으로 허용되지 않습니다. 거의 모든 아연 합금 주물은 자막 No3 또는 No5로 제작되며, 특정 품질이 필요한 경우에만 다른 합금이 지정됩니다.

오염의 영향

주물에 대한 납과 같은 오염 원소의 영향은 합금 전반에 걸쳐 비슷합니다. 표시된 특정 불순물 최대치는 다양한 영향의 심각도와 낮은 미량 원소 수준으로 잉곳을 제조할 수 있는 용이성을 반영합니다.

납, 주석, 카드뮴

These elements, together with the comparable but less common indium and thallium, can cause catastrophic failure by intergranular corrosion.’Impurities segregate to grain boundaries, facilitating intergrain corrosion, particularly in warm, humid environments. Castings swell and break up, resulting in mounds of grey powder (figure l).

마그네슘 수치를 최소값 이상으로 유지하면 이러한 오염 물질이 규정된 최대치까지 포함된 주물에서는 그 영향이 미미합니다. 예방 방법으로는 적절한 잉곳 구매와 납땜과 같은 작업장 환경이나 재용융으로 인한 오염을 방지하기 위한 철저한 관리가 있습니다.

Iron

Iron is only slightly soluble in zinc, and excess iron combines with the aluminium in the alloy to generate the intermetallic complex iron aluminide (FeAl3). This compound is extremely hard, and if it enters the casting, it can create machining issues, excessive tool wear, and polishing issues, as particles will stand proud or rip out. Excessive amounts can limit the alloy’s fluidity, and hence its ability to fill dies. Finally, if concentrated in stressed places, the strength and ductility may decrease. There is evidence that the size of the particles, rather than the total amount present, determines machinability because iron comes from the melting pot. The key protection is to keep metal temperatures under control.

니켈, 크롬, 망간 및 실리콘

이러한 성분의 과도한 수준은 주물에 여분의 철과 동일한 영향을 미칩니다. 니켈은 합금 7번의 오염 물질이 아니며, 오히려 용해도 한계보다 적은 양이 명시된 것은 마그네슘이 없고 유동성이 높은 이 합금에서 입계 부식을 줄이기 위해 의도적으로 첨가한 것입니다.

원소 합금의 효과

알루미늄
아큐진크 합금을 제외하면 알루미늄은 가장 일반적인 합금 원소입니다. 합금의 강도와 주조성은 모두 사양 범위 내에 있는 수준에 따라 달라집니다. 특히 아연 합금 2, 3, 5, 7의 경우 명시된 매우 제한된 범위를 벗어나면 특성이 빠르게 변할 수 있습니다.
4%Al 합금에 알루미늄이 과도하게 함유되면 충격 강도가 크게 감소하므로(그림 2), 가공 시 알루미늄을 수집해서는 안 됩니다. 알루미늄 수준이 규정된 최소치 이하로 떨어지면 그 영향은 눈에 띄지 않습니다. 가능한 영향으로는 강도를 감소시키는 핫 리핑 경향, 유동성 감소, 합금이 금형에 달라붙는 경향(납땜) 증가 등이 있습니다.

알루미늄 함량의 변화는 고알루미늄 ZA 합금의 특성에 눈에 띄지 않는 영향을 미치므로 허용 범위가 더 넓습니다. 그러나 4% 합금과 마찬가지로 최적의 특성 조합을 제공하도록 조성이 최적화되어 있으며 한계를 초과하면 해로울 수 있는 변형이 발생할 수 있습니다.

마그네슘

마그네슘 첨가는 강화 효과가 있지만, 주요 목적은 납, 주석 및 기타 금속이 허용 최대 수준까지 포함된 합금의 입자 간 부식을 방지하는 것입니다. 최소 범위보다 적은 양의 마그네슘을 함유한 주물은 사용 중 부식될 수 있습니다. 마그네슘 함량이 허용 범위를 초과하면 핫 리핑이 발생하여 강도가 떨어지거나 코팅이 어려워질 수 있습니다. 마그네슘 함량이 높으면 합금의 유동성이 낮아져 충전 문제가 발생할 수 있습니다.

구리

기본 4%Al 합금에 구리를 첨가하면 연성이 감소하는 대신 강도와 경도가 증가하며 노화 과정에서 합금의 치수가 더 많이 변합니다. 고구리 합금의 충격 강도도 노화에 따라 감소합니다. 결과적으로 해당 구리 한계를 벗어나는 합금은 지정된 합금의 중간 정도의 품질을 갖게 됩니다.
ZA 합금의 구리 성분은 기계적 특성에 큰 영향을 미칩니다. 일반적으로 구리가 높으면 연성이 감소하고 구리가 낮으면 인장 강도가 감소합니다.

Acuzinc 합금의 주요 합금 첨가물은 구리로, 다른 아연 기반 합금보다 경도와 고온 강도가 더 높습니다. Acuzinc 합금의 상대적인 구리 및 알루미늄 수준은 특성과 주조성의 균형을 맞추기 위해 최적화되었습니다. 높은 구리 레벨은 별개의 상 시스템에서 발생하기 때문에 치수 노화 변화에 미치는 영향은 4%Al 합금에서 보고된 것과 다를 수 있습니다.
금속 용융, 이송 및 고정

아연 합금은 허용할 수 없을 정도로 높은 속도로 철과 강철을 공격하는 ZA-12, ZA-27, Acuzinc10 합금을 제외하고는 금속 용기에 녹여 보관할 수 있습니다. 이러한 특징 덕분에 침지 사출 시스템을 사용하는 핫 챔버 공정을 통해 주조할 수 있습니다.

하지만 이 귀중한 기능은 엄격한 온도 제어를 통해서만 달성할 수 있습니다. 약 450°C 이하에서 아연 합금은 합금과 접촉하는 금속 부품을 사용할 수 있을 만큼 느린 속도로 철을 용해합니다. 반응 속도는 온도에 따라 기하급수적으로 증가하기 때문에 온도 변동에 민감하게 반응합니다.
반응은 합금의 알루미늄과 도가니 및 기계 부품의 철 사이에서 일어납니다.

알루미늄 + 철 > 금속 간 입자
3Al + Fe > FeAl3

금속 간 알루미늄산 철은 표면으로 떠오르고 산화물 층과 반응하여 드로스를 생성합니다. 드로스가 금속으로 교반되거나 냄비 레벨이 너무 낮아져 표면 아래 금속이 구즈넥으로 빨려 들어가면 주물에 단단한 입자가 포함되어 오염 섹션의 철 아래에 표시된 결함이 생깁니다.
마그네슘은 휘발성 원소이기 때문에 과도한 온도는 마그네슘 손실을 유발합니다. 마그네슘이 부족하면 주물이 심각한 부식 문제에 노출됩니다.

전체 용융 온도가 고려해야 할 유일한 요소는 아니라는 점에 유의할 필요가 있습니다. 보정이 잘못 된 버너와 같이 용광로에 핫스팟이 있는 경우 고온으로 인해 철이 픽업됩니다. 심한 상황에서는 도가니가 다 먹혀서 고장이 날 수 있습니다.

추천 금속 캐스팅 온도 가 있습니다:

자막 2,3,5,7호	415-4S0°C
ZA8	420-445°C
ZA12	465-495°C
ZA27	550-580°C
Acuzinc 5	~ 480°C
Acuzinc 10	~ 5S0°C

ZA 합금, 특히 ZA-27을 녹이면 중력에 의해 알루미늄과 아연이 풍부한 층으로 분리되는 경향이 있습니다. 수직으로 저으면 용융물이 혼합되지만, 강하게 저으면 산화가 촉진되므로 피해야 합니다. 일단 혼합되면 용융물은 안정적으로 유지되어야 합니다. 생성된 드로스 층을 분리하여 교반하지 않는 것이 중요합니다. 용액 속의 철은 거대한 금속 간 입자로 침전되므로 ZA-27은 540°C 이하에서 보관해서는 안 됩니다.

적절한 온도 제어가 유지되고 의도하지 않은 오염이 발생하지 않는 한 사양에 맞는 잉곳의 용융 및 유지에는 문제가 없어야 합니다. 러너와 스크랩을 재용융할 때는 다양한 측면을 고려해야 합니다.
특히 알루미늄 합금을 녹이는 상점에서는 반품을 엄격하게 분리해야 합니다. 일부 알루미늄 러너와 4% 아연 합금을 혼합하면 알루미늄 함량이 높은 주물이 생성되어 깨지기 쉽습니다. ZA 합금을 일반 합금과 결합할 경우에도 동일한 문제가 발생합니다.

스와프, 플래시 및 기타 라이트 게이지 표면 오염 물질을 직접 재용융하면 과도한 드로스가 생성되고 불순물을 포집할 가능성이 있습니다. 이러한 재료는 재용융된 잉곳의 조성을 결정할 수 있도록 개별적으로 처리하는 것이 가장 좋습니다. 드로스는 동일한 이유로 개별적으로 처리해야 합니다. 플럭스는 특히 금속이 따뜻해지면 마그네슘을 추출하는 경향이 있습니다. 전기 도금 주물은 특별한 주의가 필요합니다. 용융 중에는 전기도금 피막이 표면에 남아있어 훑어낼 수 있습니다. 특히 니켈은 딱딱한 반점을 만들 수 있으므로 플레이트를 잘게 부수어 용융물에 섞어서는 안 됩니다.

용융 및 주조 과정에서 합금은 소량의 마그네슘(휘발에 의해)과 알루미늄(철과의 상호 작용 및 이후 드로스로 제거됨)을 잃게 됩니다. 동일한 금속을 계속 재용해 주조하면 결국 사양을 벗어난 주물이 만들어집니다. No3 합금에 대한 테스트 결과, 마그네슘을 지정된 수준 이하로 낮추는 데 7번의 사이클이 소요되는 것으로 나타났습니다. 이러한 최종적인 성능 저하를 방지하려면 버진 잉곳을 공정에 지속적으로 공급해야 합니다.

아연 다이캐스팅 결함

다음은 일반적으로 나열된 결함입니다. 아연 다이캐스팅알루미늄 다이캐스팅, 마그네슘 다이캐스팅의 경우 아연 주조와 거의 동일한 문제가 발생할 수 있습니다,

내부 아연 다이캐스팅의 결함

수축 다공성

합금이 액체에서 고체로 전환되면 주조 부피의 몇 퍼센트만큼 수축합니다. 수축을 촉진할 추가 액체 금속을 사용할 수 없는 경우 빈 공간이 생깁니다. 이것이 수축 다공성입니다. 이는 종종 고립된 무거운 부분에서 거대한 불규칙한 구멍(그림 S)으로 발생하지만, 특히 ZA-27 및 Acuzinc와 같은 긴 동결 범위 합금에서 수지상 균열과 같은 모양으로 나타날 수도 있습니다.

Internal porosity may be disclosed if surfaces such as flanges or bores must be machined, resulting in rejection. Porosity can also lead to tool wear and drill drift during machining processes. The influence on strength will be determined by both the distribution and the quantity of porosity. It is important to recall that the “book” strength ratings stated for the alloys were achieved on specimens with typical porosity levels.

수축 다공성을 제한하려면 금속 압력을 높이고 응고 중에 게이트가 충분히 두꺼운지 확인하세요. 플런저가 구즈넥의 바닥에 닿을 정도로 크립하지 않아야 금속에 압력이 부족해질 수 있습니다. 그렇지 않으면 플런저가 돌아올 때 금속이 캐비티에서 빠져나오게 되므로 패킹 시간은 완전히 응고될 수 있을 정도로 충분해야 합니다. 국소 냉각은 핫스팟을 최소화하여 냉동 시 기공을 생성하는 액체 금속의 고립된 패치가 생성되는 것을 방지할 수 있습니다.

Interdendritic porosity can lead to leakage in pressure-tight components. The longer the alloy’s freezing range, the greater the likelihood of leaking. Casting at a low die temperature thickens the casting skin and reduces the possibility of leaking. However, this process may be hampered by the necessity for a high enough die temperature to provide a desirable surface look. Die face temperatures typically range from 170°C to 240°C.

가스 다공성

다이가 빠르게 채워지면 엄청난 양의 가스가 갇힐 수 있습니다. 고압 응고 후 가스는 일반적으로 중심선 주변에서 준구형 기포를 형성합니다(그림 4). 기체와 수축 다공성이 공존할 수 있으며, 이 경우 기체가 수축 다공성을 둥글게 만드는 경향이 있습니다.

가스 다공성은 수축 다공성과 동일한 결함을 유발하지만 가스 구멍이 서로 거의 연결되지 않기 때문에 누출이 발생할 가능성이 적습니다. 또한 가스 다공성은 주물에서 블리스터링의 주요 원인입니다. 합금이 약할 경우 고온으로 가열하면 기공의 엄청난 가스 압력으로 인해 주변 금속 피막이 날아갈 수 있습니다. 냉각 시간을 늘리거나 금형 온도를 낮추면 배출 직후 블리스터 발생을 줄일 수 있습니다.

이상적으로는 캐비티에 갇힌 가스의 양을 최소화해야 합니다. 이는 가능한 가장 큰 1단계 스트로크와 가능한 가장 긴 충전 시간을 사용하여 달성할 수 있습니다(허용 가능한 표면 모양을 얻기 위해 짧은 충전 시간이 필요하다는 상충되는 필요성을 염두에 두어야 함). 통풍구를 최대화하고 적절한 위치에 배치해야 합니다. 다이 스프레이를 최소한으로 유지하는 것이 유리합니다. 다공성은 몇 개의 큰 기공이 아닌 많은 미세한 기공의 형태로 존재할 때 문제가 덜 발생하고 확실히 블리스터링이 덜 발생합니다. 작은 기공은 높은 금속 속도를 사용하는 것이 권장되며, 40m/s의 게이트 속도가 목표가 되어야 합니다. 진공 다이캐스팅은 이러한 유형의 다공성을 제거합니다.

다이캐스팅의 미세 다공성 결함

눈에 보이는 다공성 외에도 현미경으로만 관찰할 수 있는 크기의 다공성이 존재합니다. 이러한 미세 다공성은 주조 스킨에 없는 경우(흔히 그렇듯이) 나중에 표면 코팅 전 연마 공정을 통해 노출되지 않는 한 부정적인 영향을 미치지 않습니다.

눈물 and 균열

이름에서 알 수 있듯이 핫 티어는 응고 범위에 가까운 온도에서 발생합니다. 이 균열은 높은 변형률, 낮은 응력 변형 하에서 주조 실패로 인해 발생하며 종종 고르지 않은 패턴을 따릅니다(그림 5). 이는 높은 응력과 낮은 변형률의 조건에서 낮은 온도에서 발생할 수 있는 상당히 곧은 균열과 대조적입니다. 또한 균열면의 모양은 이 두 가지 유형의 결함에 따라 다릅니다.

구성 요소의 형태는 핫 티어링에 크게 기여합니다. 응고 수축이 작은 영역으로 제한될 때, 특히 그 영역이 핫존인 경우에 발생합니다. 알루미늄 함량이 사양 이하이거나 마그네슘이 과도하게 함유되어 있지 않는 한 ZA-27과 Acuzinc는 다른 합금보다 이 결함이 발생하기 쉽습니다. 다이 온도 분포를 제외하고 주조 매개변수는 핫 티어링에 영향을 미치지 않습니다. 다이의 뜨거운 영역을 냉각하면 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.

금형에서 주물이 막혀서 과도한 힘이 발생하면 이젝션 중에 균열이 발생합니다. 이는 언더컷, 부적절한 드래프트 또는 플래시를 유발하는 툴 제작 오류의 결과인 경우가 많습니다. 냉각 기간을 연장하여 주물을 더 단단하게 만들고 배출 응력을 더 잘 흡수할 수 있도록 하면 균열을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 주물이 금형에 강하게 수축하여 힘이 발생하는 경우에는 냉각 시간을 길게 하는 것이 효과적이지 않으며, 더 빨리 배출하는 것이 유리할 수 있습니다.

포함 문제

이는 산화막 형성제가 더 강한 아연 합금보다 아연 합금에서 훨씬 덜 문제가 됩니다. 실제로 부적절한 용융 관리로 인해 발생하는 철 간 금속은 종종 실제로 문제를 일으키는 유일한 금속입니다. 냄비의 금속 레벨이 표면 아래 금속이 구즈넥으로 들어가는 지점까지 떨어지지 않아야 합니다.

다이캐스팅 표면 결함

골드 랩.

이 결함(플로우 마크 또는 콜드 플로우라고도 함)은 금형과 접촉하여 미리 응고된 금속 흐름이 추가 금속이 도착했을 때 주조물에 다시 녹아들지 않을 때 발생합니다. 표면은 랩의 정도에 따라 깊이가 달라지는 물고기 비늘 효과가 있는 고르지 않은 홈으로 나타납니다(그림 6). 단면에는 표면 파단이 수평으로 계속되고 표면 아래 불연속성을 생성하는 정도인 콜드 랩의 특징이 표시됩니다(그림 7).

Cold laps degrade the appearance of castings and cause issues with future finishing procedures, particularly electroplating, resulting in coating failure. If severe, laps can impair the casting’s ductility. The cavity fill time and die temperature are the key casting parameters that influence the production of cold laps. Less important characteristics are flow pattern, flow distance, metal speed, die surface, and metal temperature. The thickness of the casting is crucial. Laps are more common in thin section castings.

표면 외관, 벽 두께, 다이 온도 및 충진 시간 간의 연관성이 결정되었습니다. 표면 예측기(그림 8)를 사용하여 전기 도금 가능한 표면을 생성할 수 있는 최대 캐비티 채우기 시간과 최소 금형 온도를 결정할 수 있습니다. 부품을 도장할 경우 더 긴 충진 시간과 더 낮은 금형 온도가 허용됩니다. 다이의 텍스처 표면은 최대 충전 시간을 50%까지 늘릴 수 있습니다.

다이가 뜨겁고 캐비티 채우기 시간이 짧은데도 랩이 나타나는 경우가 있습니다. 이런 경우 일반적으로 가스가 갇혀 있는 소용돌이 흐름 패턴과 관련이 있습니다. 가스에 의해 가해지는 배압은 가스 에서 의 끝 의 캐비티 채우기 느림 의 둘러싸기 금속 스팀 그리고 따라서 생산 의 조건 필요한 경우 local 랩 포메이션. In 이 케이스, it will be 필요 에 감소 의 air 갇힘 in 의 die (참조 섹션)을 참조하거나 이러한 랩 형성을 방지하기 위해 채우기 패턴을 수정합니다.