KR19990086316A - 통기성이 우수한 정밀주조용 주형 - Google Patents

통기성이 우수한 정밀주조용 주형 Download PDF

Info

Publication number
KR19990086316A
KR19990086316A KR1019980019252A KR19980019252A KR19990086316A KR 19990086316 A KR19990086316 A KR 19990086316A KR 1019980019252 A KR1019980019252 A KR 1019980019252A KR 19980019252 A KR19980019252 A KR 19980019252A KR 19990086316 A KR19990086316 A KR 19990086316A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wax
sand
plastic
precision casting
mold
Prior art date
Application number
KR1019980019252A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100257960B1 (ko
Inventor
김학민
최승주
김두현
김주양
조창용
Original Assignee
황해웅
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 황해웅, 한국기계연구원 filed Critical 황해웅
Priority to KR1019980019252A priority Critical patent/KR100257960B1/ko
Publication of KR19990086316A publication Critical patent/KR19990086316A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100257960B1 publication Critical patent/KR100257960B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04—Use of lost patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C3/00—Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

본 발명은 정밀주조법중의 한 방법인 로스트왁스법(또는 인베스트먼트 법)으로 정밀주조품을 만드는 과정중에 필요한 세라믹 주형에 관한 것으로 보다 상세하게는 왁스나 플라스틱 등을 이용하여 제조하려는 제품의 모형을 만들고, 상기 왁스나 플라스틱의 표면에 콜로이달 실리카와 지르콘분말로 이루어진 슬러리와 모래를 이용하여 1, 2차 코팅을 행한 다음 그 위에 콜로이달 실리카 및 알루미나 실리케이트로 이루어진 백업슬러리를 분말상태의 모래와 함께 3∼10회에 걸쳐 코팅한 다음 탈납 및 소성하여 왁스나 플라스틱을 제거하여서 되는 정밀주조용 주형에 있어서, 상기 코팅공정중 3∼7차의 어느 한 공정중에 700∼1300℃에서 연소되며, 입자크기가 0.2∼1mm 인 가연성 물질이 모래 대신에 사용되는 것을 특징으로 하는 통기성이 우수한 정밀주조용 주형에 관한 것이다.
또한, 상기의 가연성 물질로서는 톱밥이 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 의해 통기성 악화에 그 원인이 있으며, 주조품 결함의 많은 부분을 차지하고 있는 콜드샷, 가스결함, 미스런, 핫티어링 등의 결함을 현저하게 감소시켜 주조품의 품질 및 원가절감에 크게 기여할 수 있다.

Description

통기성이 우수한 정밀주조용 주형
본 발명은 정밀주조법중의 한 방법인 로스트왁스법(또는 인베스트먼트 법)으로 정밀주조품을 만드는 과정중에 필요한 세라믹 주형에 관한 것으로 보다 상세하게는 주형을 이루는 층중 어느 한층에 가연성 재료를 첨가시켜 주형을 제작하므로써 통기성이 향상된 정밀주조용 주형에 관한 것이다.
정밀주조법인 로스트왁스법의 일반적인 공정을 살펴보면 먼저 왁스나 플라스틱 등을 이용하여 제조하려는 제품의 모형을 만들고, 용해된 금속이 탕구와 탕도를 통하여 주입되어 제품화 될 수 있도록 상기 모형들을 하나의 클러스터(Cluster) 또는 트리(Tree)로 조립한다.
이후 이러한 왁스상태의 클러스터 표면위에 슬러리(Slurry) 상태의 내화물과 분말상태의 모래를 최종 금속제품의 형상 및 크기에 따라 7차 내지 10차례에 걸쳐 반복적으로 코팅하여 주형을 제작하는데, 이때 상기의 각 코팅과정에서는 클러스터 표면에 도포된 슬러리 상태의 내화물이 마르기 전에 내화물 모래를 도포한 후 건조과정을 거치게 된다.
그리고, 소성공정을 거쳐 내부에 들어있는 왁스 또는 플라스틱을 제거시키고 용융상태의 금속을 주입하여 응고 및 냉각된 후에 외곽의 주형을 제거하여 클러스터 상태의 금속만 남게 한후 절단 및 연마 등의 공정을 거쳐 금속제품을 생산하는 방법이다.
여기서, 상기의 코팅공정을 통한 주형제작과정에서 재료로 사용되는 슬러리는 미세한 분말을 점결제인 콜로이달 실리카(Colloidal Silica) 또는 에틸 실리케이트(Ethyle Silicate)에 혼합하여 사용되며, 이러한 내화물 분말의 종류와 특성에 따라 주형의 내화도 및 붕괴성에 차이가 발생하고, 보통 모래가 사용되는 스터코(Stucco)재료에 따라 주형의 통기성이 좌우된다.
또한, 상기와 같은 콜로이달 실리카는 음(-)으로 하전된 Si-O-Si 구조의 실리카 입자가 물속에 분산 및 현탁되어 콜로이드 상태로 된 액체이며, 실리카 입자의 크기는 보토 6×10-3㎛ 내지 100×10-3㎛ 의 초미립자이다.
한편, 정밀주조법에서 통상적으로 사용되는 1차 슬러리로는 콜로이달 실리카, 지르콘 분말, 소포제, 계면활성제 등을 혼합하여 사용하고 있으며, 이들의 특성 및 성분은 하기 표 1과 같다.
표 1.
콜로이달 실리카 SiO 함유량 30 wt%
입자크기 8×10-3㎛ ∼ 13×10-3㎛
pH (상온) 10.5
지르콘 분말 입자크기 200 ∼ 325 mesh
화학조성 ZrSiO4 97.7 % min.
free SiO2 0.2% max.
TiO2 035 % max.
Fe2O3 0.05 % max.
Al3O3 2.0 % max.
배합된 슬러리의 점도 Zahn 컵 #4로 38초 내지 47초
또한 1차 코팅에 사용되는 모래로는 1차 슬러리에 사용된 지르콘 분말과 동일한 화학조성을 가지면서 입자 크기가 80∼120mesh 인 지르콘 모래를 사용한다.
2차 슬러리로는 콜로이달 실리카, 지르콘 분말, 소포제, 계면활성제 등을 혼합하여 사용하고 있으며, 이들의 특성 및 성분은 하기 표 2와 같다.
표 2.
콜로이달 실리카 SiO 함유량 30 wt%
입자크기 8×10-3㎛ ∼ 13×10-3㎛
pH (상온) 10.5
지르콘 분말 입자크기 100 ∼ 200 mesh
화학조성 ZrSiO4 97.7 % min.
free SiO2 0.2% max.
TiO2 035 % max.
Fe2O3 0.05 % max.
Al3O3 2.0 % max.
배합된 슬러리의 점도 Zahn 컵 #4로 18초 내지 27초
2차 코팅에 사용되는 모래로는 1차 슬러리에 사용된 지르콘 분말과 동일한 화학조성을 지니되 다만 입자크기가 0.25∼0.5mm인 지르콘 모래를 사용한다.
백업(Back-Up) 슬러리는 3차 코팅 이후부터 최종 코팅까지 공용으로 사용되는 슬러리로서, 콜로이달 실리카, 알루미나 실리케이트(Alumina Silicate), 소포제 등을 혼합하여 제조하며, 이러한 백업 슬러리의 특성 및 화학조성은 하기 표 3에 나타내었다.
표 3.
콜로이달 실리카 SiO 함유량 30 wt%
입자크기 8×10-3㎛ ∼ 13×10-3㎛
pH (상온) 10.5
알루미나 실리케이트 분말 입자크기 100 ∼ 200 mesh
화학조성 Al3O3 50.0 %
SiO2 45.9 %
TiO2 2.61 %
Fe2O3 1.33 %
CaO 0.06 %
MgO 0.04 %
Na2O 0.03 %
K2O 0.03 %
배합된 슬러리의 점도 Zahn 컵 #4로 10초 내지 17초
백업 코팅에 사용되는 모래는 각 코팅 층수에 따라 모래의 입자크기만 다르고 화학조성은 백업슬러리에 사용된 알루미나 실리케이트 분말과 동일한 알루미나 실리케이트 모래를 통상 사용한다.
제품의 형상 및 크기에 따라 7차∼10차에 걸쳐 반복적으로 백업 코팅을 한후 표면에 묻어있는 모래입자의 이탈을 방지하기 위하여 백업 슬러리만을 도포하여 건조시키는 공정을 하는데, 이 공정을 마무리 코팅(Sealer Coating)이라 한다.
한편, 각 층의 코팅후에는 온도 23±1℃, 상대습도 50∼60%의 범위로 유지되는 항온항습실에서 각각 5시간 이상 건조한 후 다음 차수의 코팅을 진행하여야 하며, 이는 먼저 행한 코팅층의 건조가 충분히 이루어져야만 주형의 균열을 방지할 수 있기 때문이다.
이와같은 공정으로 원하는 층수까지의 코팅이 끝나고 마누리 코팅후에는 상기 조건의 건조실에서 12시간 이상 건조시킨다.
상기와 같은 공정에 의해 제조된 주형은 용탕을 주입시킬 때 적절한 강도를 유지해야 하며, 용탕과의 반응성이 적어야 하고, 우수한 통기성을 지녀야 한다.
특히, 통기성이 좋지 않을 경우 발생하는 주조결함으로는 콜드샷(Cold Shut), 가스결함(Gas Porosity), 핫 티어링(Hot-tearing), 미스런(Misrun or Non-Fill) 등을 들 수 있는데 그 내용은 하기와 같다.
먼저, 콜드샷은 양쪽 방향에서 흘러들어온 용탕이 서로 부딪힐 때 완전히 용해결합하지 못함으로써 생기는 움푹들어간 형태의 결함으로, 통기성이 낮은 주형속에서 존재하는 가스가 용탕의 흐름을 막아 양쪽 방향에서 흘러들어온 용탕이 완전히 연결되기 전에 용탕이 먼저 응고해서 생기는 결함이고, 가스결함은 통기성이 낮은 주형이 가스를 충분히 방출시킬 수 없기 때문에 주형 내부의 잔류가스가 용탕내에 갇히게 됨으로써 생기는 결함이다.
또한, 핫 티어링은 주형이 너무 단단하여 응고되는 금속의 열수축에 의해 균열이 형성되는 현상이고, 미스런은 특히 주형의 얇은 부위에서 가스방출이 되지않아 용탕이 얇은 부위로 흘러 들어갖 못해 제품의 형상이 완전히 구축되지 못하여 발생하는 결함이다.
본 발명은 상기와 같은 주형의 통기성 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서 제조하고자 하는 제품의 형상을 하고 있는 왁스나 플라스틱 등의 표면에 코팅되어지는 다수개의 코팅층중에 가연성물질을 첨가하여 연소시키므로써 통기성이 우수한 정밀주조형 주형을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 사용된 시험편의 사진도이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 왁스나 플라스틱 등을 이용하여 제조하려는 제품의 모형을 만들고, 상기 왁스나 플라스틱의 표면에 콜로이달 실리카와 지르콘분말로 이루어진 슬러리와 모래를 이용하여 1, 2차 코팅을 행한 다음 그 위에 콜로이달 실리카 및 알루미나 실리케이트로 이루어진 백업슬러리를 분말상태의 모래와 함께 3∼10회에 걸쳐 코팅한 다음 탈납 및 소성하여 왁스나 플라스틱을 제거하여서 되는 정밀주조용 주형에 있어서, 상기 코팅공정중 3∼7차의 어느 한 공정중에 700∼1300℃에서 연소되며, 입자크기가 0.2∼1mm 인 가연성 물질이 모래 대신에 사용되는 것을 특징으로 하는 통기성이 우수한 정밀주조용 주형을 제공한다.
또한, 상기 가연성 물질로서 톱밥이 사용되는 것을 그 특징으로 한다.
이하, 본발명의 수치한정의 이유에 대하여 설명한다.
먼저, 3∼7차의 코팅과정중 어느 한공정에 가연성물질을 첨가시키는 이유는 3차 이하에서 가연성물질을 첨가시키면 주형의 강도 및 제품의 조도가 떨어지기 때문이고, 7차 이상에서 가연성 물질을 첨가시키면 주형의 통기성을 향상시키는 효과가 적기 때문이다.
또한, 첨가되는 가연성 물질의 입자 크기를 0.2∼1mm로 한정하는 이유는 입자크기가 0.2mm 이하에서는 연소로 인하여 발생하는 공극이 너무 작아 통기성확보가 되지않고, 1mm 이상에서는 주형의 강도가 약해지기 때문이다.
가연성 물질의 연소온도를 700∼1300℃로 한정하는 이유는 700℃ 이하에서는 주형의 소성시 주형내부에 존재하는 왁스가 완전히 제거되지 않기 때문이고, 1300℃ 이상에서는 주형에 균열 등이 발생하여 주형의 강도를 약화시키기 때문이다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
<실시예>
본발명은 왁스나 플라스틱의 표면에 코팅을 행하는데 있어, 1차 및 2차 코팅과정에 필요한 슬러리의 내화물, 모래 및 그 배합조건을 종래의 방법과 동일하게 하였으며, 이후 코팅되어 지는 백업슬러리의 성분 및 조성도 종래의 방법과 동일하게 실시하였고, 다만 4차 코팅과정에서 사용되는 스터코(Stucco) 재료에 있어 알루미나 실리케이트 대신에 입자크기 0.2∼1mm의 톱밥을 사용하였다.
하기 표 4 및 표 5에는 종래법 및 본발명에 사용되는 주형제작재료와 그에 의해 제작된 주형의 통기성 시험결과를 나타내었다.
표 4. 종래방법
코팅층수 슬러리용 내화물재료의종류 및 입자크기 모래재료의 종류 및입자크기
1 차 Zorcon (325 mesh) Zorcon (120 mesh)
2 차 Zorcon (200 mesh) Zorcon (0.25 mm)
3 차 Alumina Silicate (200 mesh) Alumina Silicate (0.5 mm)
4 차 Alumina Silicate (200 mesh) Alumina Silicate (0.5 mm)
5 차 Alumina Silicate (200 mesh) Alumina Silicate (1.0 mm)
6 차 Alumina Silicate (200 mesh) Alumina Silicate (1.0 mm)
7 차 Alumina Silicate (200 mesh) Alumina Silicate (1.0 mm)
마무리 코팅 Alumina Silicate (200 mesh) -
상온 통기도 170 cc/min
고온 통기도 21 cc/min
표 5. 본 발명
코팅층수 슬러리용 내화물재료의종류 및 입자크기 모래재료의 종류 및입자크기
1 차 Zorcon (325 mesh) Zorcon (120 mesh)
2 차 Zorcon (200 mesh) Zorcon (0.25 mm)
3 차 Alumina Silicate (200 mesh) Alumina Silicate (0.5 mm)
4 차 Alumina Silicate (200 mesh) 톱밥 (0.2∼1 mm)
5 차 Alumina Silicate (200 mesh) Alumina Silicate (1.0 mm)
6 차 Alumina Silicate (200 mesh) Alumina Silicate (1.0 mm)
7 차 Alumina Silicate (200 mesh) Alumina Silicate (1.0 mm)
마무리 코팅 Alumina Silicate (200 mesh) -
상온 통기도 192 cc/min
고온 통기도 26 cc/min
상기 표와 같이 종래방법과 본발명에 의한 방법으로 제작한 주형의 통기성을 측정하기 위하여, 시험편 주형을 왁스나 플라스틱 대신에 일정한 크기를 가지며 연소되기 쉬운 탁구공을 사용하여 제작하였으며, 제작된 주형을 1000℃에서 1시간동안 소성시켜 내부의 탁구공 및 톱밥을 연소시켰다.
한편, 통기성 시험은 ASTM-C577-68 "Permeability of Refractories"에 따라 시험을 수행하였고, 이때 상온 통기성 시험은 25±2℃의 항온분위기에서 수행하였고, 고온 통기성시험은 871±5℃에서 수행하였다.
고온 통기성 시험온도를 871℃로 선택한 이유는 용탕이 주형에 주입될 때 초기의 주형온도가 871℃(1600。F)이기 때문이고, 고온 통기성 시험에 사용한 로(Furnace)는 머플(Muffle)로로서 온도편차는 871±5℃이다.
이와 같은 실시결과 본발명에 의해 제조된 주형은 상기 표 4 및 표 5에 나타난 바와 같이 종래법에 의해 제조된 주형에 비해 상온에서 약 13%, 고온에서 약 24%의 통기성 향상을 나타내었다.
상기와 같은 본 발명에 의해 통기성 악화에 그 원인이 있으며, 주조품 결함의 많은 부분을 차지하고 있는 콜드샷, 가스결함, 미스런, 핫티어링 등의 결함을 현저하게 감소시켜 주조품의 품질 및 원가절감에 크게 기여할 수 있다.

Claims (2)

  1. 왁스나 플라스틱 등을 이용하여 제조하려는 제품의 모형을 만들고, 상기 왁스나 플라스틱의 표면에 콜로이달 실리카와 지르콘분말로 이루어진 슬러리와 모래를 이용하여 1, 2차 코팅을 행한 다음 그 위에 콜로이달 실리카 및 알루미나 실리케이트로 이루어진 백업슬러리를 분말상태의 모래와 함께 3∼10회에 걸쳐 코팅한 다음 탈납 및 소성하여 왁스나 플라스틱을 제거하여서 되는 정밀주조용 주형에 있어서,
    상기 코팅공정중 3∼7차의 어느 한 공정중에 700∼1300℃에서 연소되며, 입자크기가 0.2∼1mm 인 가연성 물질이 모래 대신에 사용되는 것을 특징으로 하는 통기성이 우수한 정밀주조용 주형.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가연성 물질로서 톱밥이 사용되는 것을 특징으로 하는 통기성이 우수한 정밀주조용 주형.
KR1019980019252A 1998-05-27 1998-05-27 통기성이 우수한 정밀주조용 주형 KR100257960B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980019252A KR100257960B1 (ko) 1998-05-27 1998-05-27 통기성이 우수한 정밀주조용 주형

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980019252A KR100257960B1 (ko) 1998-05-27 1998-05-27 통기성이 우수한 정밀주조용 주형

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19990086316A true KR19990086316A (ko) 1999-12-15
KR100257960B1 KR100257960B1 (ko) 2000-06-01

Family

ID=19537800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980019252A KR100257960B1 (ko) 1998-05-27 1998-05-27 통기성이 우수한 정밀주조용 주형

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100257960B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010044137A (ko) * 2000-11-17 2001-06-05 임옥동 티타늄 합금 주조용 주형 제조법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010044137A (ko) * 2000-11-17 2001-06-05 임옥동 티타늄 합금 주조용 주형 제조법

Also Published As

Publication number Publication date
KR100257960B1 (ko) 2000-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11179767B2 (en) Compositions and methods for foundry cores in high pressure die casting
JP5632136B2 (ja) 崩壊性鋳型及びその製造方法
US4947927A (en) Method of casting a reactive metal against a surface formed from an improved slurry containing yttria
US3859153A (en) Refractory laminate having improved green strength
BR112019019960A2 (pt) materiais moldados refratário poroso, recipiente metalúrgico e processo para a minimização de oxidação
US7128129B2 (en) Investment casting slurry composition and method of use
UA125088C2 (uk) Застосування в ливарному виробництві композиції покриття, яка містить кислоту
PL188600B1 (pl) Sposób wytwarzania ceramicznej formy skorupowej do odlewania metodą traconego wosku
US5221336A (en) Method of casting a reactive metal against a surface formed from an improved slurry containing yttria
KR20080093799A (ko) 인베스트먼트 주조용 석고계 매몰제
US8007580B2 (en) Material used to combat thermal expansion related defects in high temperature casting processes
US20090114365A1 (en) Material used to combat thermal expansion related defects in high temperature casting processes
KR100257960B1 (ko) 통기성이 우수한 정밀주조용 주형
JPH04124073A (ja) ジルコニア質複合耐火断熱材
US3752680A (en) Refractory laminate based on positive sols and polymer lattices containing anionic surfactants
KR100257959B1 (ko) 붕괴성이 우수한 정밀주조용 주형
JP4034119B2 (ja) 低炭素鋼鋳物の製造方法およびその鋳型
JPS5844945A (ja) 有機自硬性鋳型に用いる浸炭及び浸硫防止用塗型剤
JP2015213919A (ja) 精密鋳造鋳型製造用スラリーのフィラー材及びそれを用いて得られたスラリー並びに精密鋳造鋳型
RU2689473C1 (ru) Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней
JPH04333343A (ja) セラミックシェル鋳型の製造方法
KR100348713B1 (ko) 정밀주조용 알루미나계 주형 및 그 제조방법
JP4421466B2 (ja) 鋳造用鋳型用スラリー及びそれを用いて得られる鋳型
KR20160031547A (ko) 소실 모형용 도형제 조성물
JP7537918B2 (ja) 付加製造装置用水硬性組成物

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20090306

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee