~ 안에 투자 캐스팅, 탈산소는 종종 일상적인 단계로 처리됩니다.: 탈산제를 첨가하다, 슬래그를 걷어내다, 열기를 부어, 그리고 캐스팅이 깨끗하게 나오길 바라요.
그래도 실제로는, 다공성 등의 결함이 있는 경우, 포함, 정맥 같은 표면 반응, 또는 로컬 핫스팟이 나타납니다., 탈산은 일반적으로 엔지니어가 가장 먼저 살펴보는 부분입니다..
그 본능이 맞아요, 그러나 개념 자체가 너무 좁게 이해되는 경우가 많습니다..
탈산소는 단순히 '산소를 소모하는' 행위가 아닙니다. 금속학적 의미에서, 용융수지 내 용존 산소량을 감소시키는 것을 목표로 하는 체계적인 제어 전략입니다.,
산화물 개재물의 형성을 제한, 그리고 청결도 향상, 유동성, 주입 및 응고 중 금속의 계면 거동.
인베스트먼트 캐스팅에서, 이는 다른 많은 프로세스보다 훨씬 더 중요합니다., 세라믹 껍질이 얇기 때문에, 고온에서 화학적 활성, 합금 스트림의 산화 상태에 매우 민감합니다..
탈산이 제대로 되지 않은 용융물은 단순히 내부 결함을 발생시키는 것이 아닙니다.; 또한 쉘 인터페이스에서 금속-주형 반응을 강화할 수 있습니다..
이런 이유로, 매몰 주조 맥락에서 "제련"보다는 "용해"라고 말하는 것이 더 정확합니다..
완전한 제철 감각으로 금속을 정련하는 것이 아닙니다.; 그럼에도 불구하고, 산소 제어와 동일한 물리적, 화학적 원리가 여전히 적용됩니다..
1. 용융물 속의 산소는 어디에서 오는가?
산소는 여러 경로를 통해 용탕에 유입됩니다.:
첫 번째는 청구 자체입니다.. 권투 시합, 보고, 합금, 합금철은 표면 산화물을 운반할 수 있습니다., 규모, 녹, 아니면 수분을 흡수해서.
두 번째는 분위기다. 충전 중, 녹는, 스키밍, 견본 추출, 그리고 붓는다, 용융 표면은 공기에 노출되어 지속적으로 환경과 가스를 교환합니다..
세 번째는 용광로 또는 도가니 시스템입니다.. 내화물, 슬래그 잔여물, 플럭스는 산소 함유 종에 기여할 수 있습니다, 특히 고온이나 반복적인 열 순환 하에서.
다시 말해서, 용융물은 결코 완전히 분리되지 않습니다.. 산소는 우연한 불순물이 아닙니다.; 그것은 열의 열적 역사에 있어서 거의 불가피한 참여자이다..
2. 용강 내 두 가지 형태의 산소
용강에서, 산소는 일반적으로 두 가지 형태로 존재합니다..
첫 번째는 용존산소이다.. 이것은 액체 금속 내에 원자 형태로 존재하는 산소입니다., 산화 반응에 쉽게 참여할 수 있기 때문에 활성 산소라고도 합니다..
화학적으로 이동성이 있어 합금 소비에 직접적인 영향을 미치기 때문에 탈산 측면에서 가장 위험한 형태이다., 포함 형성, 및 응고 중 가스 관련 결함.
두 번째는 결합산소이다., 안정한 산화물이나 산황화물 함유물의 형태로 존재하는 것. 이 단계에서, 산소는 더 이상 “공짜”가 아니다,"하지만 사라지진 않았어.
용융물에 부유하거나 응고된 금속에 갇힌 고체 또는 반고체 비금속 입자로 옮겨졌습니다..
이러한 함유물은 화학적으로 상대적으로 불활성일 수 있습니다., 그러나 청결도를 떨어뜨리기 때문에 여전히 해롭습니다., 기계적 성질을 약화시키다, 균열 시작 지점으로 작용.
그래서 우리가 산소 함량에 대해 말할 때, 우리는 실제로 용존 산소와 화학적으로 결합된 산소로 구성된 시스템에 대해 이야기하고 있습니다.. 효과적인 탈산소는 두 가지 모두를 해결해야 합니다..
3. 산소가 해로운 이유
산소의 위험성은 단일의 극적인 실패로 나타나지 않고 공정의 여러 단계에 걸쳐 분산되어 있기 때문에 종종 과소평가됩니다..
액체 상태에서의 피해
용존 산소는 용융물의 합금 원소를 공격적으로 산화시킵니다.. 이는 금속 손실을 증가시킬 뿐만 아니라 붕소와 같은 고가의 미세합금 첨가물을 낭비합니다., 지르코늄, 또는 희토류 원소.
고성능 합금, 심지어 미량의 산소도 표적 특성을 손상시킬 만큼 효과적인 화학적 성질을 변화시킬 수 있습니다..
그만큼 중요하다, 산소는 산화물 개재물의 형성을 촉진합니다.. 이러한 내포물은 단순한 미용상의 결함이 아닙니다.; 그들은 어렵다, 다루기 힘든, 그리고 종종 각진.
수유를 방해합니다., 가공저항 증가, 피로수명을 줄인다, 및 손상 인성.
정밀주조에서는, 치수 정확도와 표면 무결성이 모두 중요한 경우, 포함 인구가 조금만 증가해도 거부율이 불균형하게 증가할 수 있습니다..
응고 중 피해
녹은물이 식으면서, 용강의 산소 용해도가 감소합니다.. 액체 상태에서 안정했던 산소는 열역학적으로 불안정해지며 새로운 형태를 추구한다..
이 변환은 몇 가지 문제를 야기합니다..
첫 번째
용존 산소는 탄소와 반응하여 일산화탄소를 형성할 수 있습니다..
이 반응이 응고되는 동안이나 붓는 마지막 단계에서 일어나는 경우, 결과는 가스 다공성입니다, 가스 발생으로 인해 미세 수축이 악화됨, 심한 경우에는 스프루컵이 붓거나.
인베스트먼트 캐스팅에서, 이는 비정상적으로 동작하는 러너 시스템으로 볼 수 있습니다., 가라앉지 않고 부풀어오르는 쏟아지는 분지, 또는 먹이가 적절해 보일 때에도 내부 다공성을 나타내는 주물.
두번째
산소는 알루미늄과 같은 원소와 결합할 수 있습니다., 티탄, 규소, 온도가 떨어지면 망간이 새로운 산화물 개재물을 형성함.
이러한 개재물은 응고 전면이 이를 가두는 경향이 있고 쏟아지는 난류로 인해 용융물 전체에 분산되기 때문에 일반적으로 원래 입자보다 더 많습니다..
제삼
산소 유래 산화물은 황과 반응하여 결정 경계에서 저융점 공융 물질을 형성할 수 있습니다..
이는 뜨거운 단축과 입계 약화를 촉진합니다.. 결과가 항상 눈에 보이는 균열은 아닙니다.; 때로는 나중에 가공성이 떨어지는 것으로 나타납니다., 가장자리 찢어짐, 또는 서비스 수명 감소.
네번째
금형 상호작용의 관점에서, 산소는 용융물이 세라믹 껍질을 적실 때 특히 위험해집니다..
깨끗한 강철 용융물은 내화물 표면을 쉽게 젖지 않습니다., 그러나 산소가 풍부한 금속은 경계면에서 FeO 및 기타 저융점 산화물 종을 생성할 수 있습니다..
이러한 산화물은 실리카 함유 껍질 물질과 반응하여 파얄라이트 유형 화합물과 같은 저융점 규산염을 형성할 수 있습니다..
일단 그런 일이 생기면, 용융물이 쉘 표면을 관통할 수 있음, 금속 침투 생성, 껍질이 달라붙는다, 표면 내포물, 또는 흔히 일반 슬래그 혼입으로 오인되는 화학적 결합 결함.
많은 쉘 시스템에 반응성 실리카 상이 포함되어 있기 때문에 이 점은 매몰 주조에서 특히 중요합니다..
껍질에 활성 SiO2 또는 크리스토발라이트가 충분히 포함되어 있는 경우, 산소가 풍부한 용융물은 전통적인 모래 주조 연소 또는 금속 침투 메커니즘과 매우 유사한 방식으로 금형 벽과 반응할 수 있습니다.. 스케일이 다르네요, 하지만 화학은 근본적으로 비슷해요.
단단한 금속에 해로움
응고 후, 산소는 주로 산화물 및 산황화물 함유물로 갇혀 남아 있습니다.. 이 단계에서, 더 이상 가스 진화에 관한 것이 아닙니다.; 그것은 야금학적 청결에 관한 것입니다.
크기, 형태, 수량, 함유물 분포에 따라 손상 정도가 결정됩니다..
괜찮은, 둥근, 드물게 분포된 입자는 일부 응용 분야에서 허용될 수 있습니다., 큰 동안, 클러스터된, 또는 각진 내포물은 재앙이 될 수 있습니다..
연성을 감소시킵니다., 피로 성능을 저하시키다, 낮은 충격 저항, 지역적 스트레스 집중 장소를 만들고.
정밀주조에서는, 오류의 여지가 좁은 곳, 포함 제어는 품질 안정성 뒤에 숨은 변수인 경우가 많습니다..
4. 탈산의 실제 목적
탈산소의 목적은 단순히 용존 산소를 "죽이는" 것이 아닙니다.. 이는 제어되고 야금학적으로 유용한 방식으로 용융물에서 산소를 이동시키는 것입니다..
이는 두 가지 일이 동시에 일어나야 함을 의미합니다.:
첫 번째, 용존 산소는 합금 원소가 보호될 수 있을 만큼 충분히 낮은 수준으로 감소되어야 합니다., 가스 반응이 억제됩니다., 그리고 용융물은 붓는 동안 깨끗하게 거동합니다..
두번째, 탈산의 산화물 생성물은 슬래그 부유선광 및 청정 금속 작업을 통해 가능한 한 효율적으로 용융물에서 제거되어야 합니다..
이탈하지 않고 완고한 개재물을 대량으로 형성하는 탈산제는 문제를 절반만 해결했으며 주조 결과를 더욱 악화시킬 수도 있습니다..
이것이 바로 탈산과 슬래그 제거를 별개로 취급해서는 안 되는 이유입니다., 관련 없는 작업.
실제로, 그들은 하나의 결합된 프로세스입니다: 산소 제거의 화학과 반응 생성물의 물리적 수송.
5. 탈산 방법
광범위하게 말하면, 탈산소는 두 가지 범주로 나눌 수 있다: 화학적 탈산 및 진공 탈산.
인베스트먼트 캐스팅에서, 화학적 탈산소화가 가장 일반적이다..
화학적 탈산소 내에서, 실용적인 경로는 확산 탈산입니다., 침전탈산, 그리고 결합된 탈산소.
확산탈산
확산 탈산은 슬래그의 산소 함유 종을 감소시켜 산소가 금속에서 슬래그 상으로 이동하는 방식으로 작동합니다..
미세한 탈산제 입자는 일반적으로 예열되어 용융 표면에 첨가됩니다., 종종 덮는 슬래그 또는 플럭스와 함께.
핵심 아이디어는 균형이다. 슬래그의 산화물 농도가 낮아지면, 용융물은 균형을 회복하기 위해 더 많은 산소 함유 종을 지속적으로 전달합니다.. 시간이 지남에 따라, 금속이 더 깨끗해진다.
이 방법은 직접 침전 탈산소 방법보다 속도가 느립니다., 하지만 중요한 장점이 있어요: 반응 생성물이 용융물에 재동반될 가능성이 적습니다..
이런 이유로, 확산 탈산은 잔류 함유물이 적은 보다 깨끗한 금속조를 생성할 수 있습니다..
유도 용해 중, 전자기 교반은 이상적인 그림을 복잡하게 만들고 실제로 프로세스를 돕습니다..
금속은 계속 순환하고 있다, 이는 용융물 사이의 접촉을 증가시킵니다., 탈산제, 슬래그.
적절한 조건에서, 이 혼합은 교과서에서 제안하는 것보다 확산 탈산소를 더 효과적으로 만들 수 있습니다..
침전탈산
침전탈산, 때때로 직접 탈산소라고도 함, 용해된 금속에 직접 탈산제를 첨가하여 즉각적인 화학 반응을 통해 산소를 제거하는 것입니다..
일반적인 탈산소제에는 실리콘이 포함됩니다., 망간, 알류미늄, 및 이들 원소의 조합을 포함하는 복합 탈산제.
이 방법은 빠르다. 그것이 가장 큰 강점이다. 이는 용융물을 붓기 전에 신속하게 처리해야 할 때 특히 유용합니다..
하지만, 반응 속도도 약점이다. 탈산소 생성물은 따르기 시작하기 전에 부유할 시간이 충분하지 않은 매우 미세한 입자로 형성될 수 있습니다..
용융 온도가 충분히 높지 않은 경우, 혹은 유지시간이 너무 짧은 경우, 이러한 입자는 부유 상태로 남아 결국 주조물에 갇히게 됩니다..
그러므로, 침전탈산은 적절한 시기에 결합되어야 효과가 있다, 온도, 그리고 슬래그 연습. 독립형 솔루션으로 간주되어서는 안 됩니다..
복합탈산
실제 생산에서는, 가장 합리적인 접근 방식은 일반적으로 결합된 프로세스입니다.: 예비 탈산 후 최종 탈산.
이것이 매몰주조의 일반적인 실무논리이다.. 예비 단계에서는 산소 함량을 점차적으로 감소시키고 용융물을 안정화시킵니다..
마지막 단계에서는 따르기 직전에 잔류 산소 수준을 조정하고 수조가 안전한 야금학적 상태에 있도록 보장합니다..
실제 작업 현장 실습에서, 최종 탈산 방법은 작업자의 기술에 따라 침전 탈산 또는 확산 탈산과 유사할 수 있습니다..
일부 야금학자들은 매우 얇은 피복 플럭스 층을 추가합니다., 그런 다음 복합 탈산제를 바르십시오., 마지막으로 슬래그-금속 경계면에서 반응을 강제하기 위해 표면을 다시 덮습니다.. 그런 경우에는, 이 방법은 확산 탈산과 유사하게 작동합니다..
다른 사람들은 욕조에 탈산소제를 더 깊이 삽입합니다., 석출탈산에 더 가깝다. 둘 사이의 경계가 항상 엄격하지는 않습니다..
이것이 바로 라벨을 놓고 논쟁하는 것이 결과를 통제하는 것보다 덜 생산적일 수 있는 이유입니다..
실제 질문은 특정 단계가 교과서적 의미에서 "확산"인지 "침전"인지 여부가 아닙니다., 그러나 산소가 충분히 낮아졌는지, 붓기 전에 제품을 제거할 수 있는지 여부.
6. 제품이 용융물에서 나올 때까지는 탈산이 완료되지 않습니다.
가장 많이 간과되는 부분이 바로 이 부분이다.
용융물은 화학적으로 탈산소될 수 있지만 여전히 야금학적으로 더러울 수 있습니다.. 왜? 탈산 제품 자체가 함유물이기 때문에. 욕조에 계속 매달려 있는 경우, 그들은 단순히 새로운 결함 원인일 뿐입니다..
그러므로, 좋은 탈산소 관행은 세 가지 질문에 동시에 답해야 합니다.:
용액에 얼마나 많은 산소가 남아 있습니까??
어떤 종류의 산화물 개재물이 형성되고 있습니까??
해당 포함 사항은 어떻게 제거됩니까??
최고의 탈산소제는 반드시 가장 빠르게 반응하는 탈산제일 필요는 없습니다.. 적당한 크기의 내포물을 생성하는 것입니다., 형태, 및 부유성, 슬래그 제거 및 타설 실습과 조화를 이루는 것.
이런 의미에서, 탈산은 내포공학으로 이해되어야 한다, 산소제거 뿐만 아니라.
7. 현대적인 관점: 용융 청정도 관리로서의 산소 제어
탈산소에 대해 생각하는 더 진보된 방법은 산소를 단일 숫자 문제로 취급하는 것을 중단하는 것입니다.. 산소 함량이 중요합니다, 하지만 이는 용융 청결도의 한 측면일 뿐입니다..
현대 주조 엔지니어는 다음 사항도 고려해야 합니다.:
산소의 열역학적 활동,
형성된 함유물의 종류와 구성,
해당 함유물의 부유 동역학,
산화물과 내화성 껍질 사이의 상호 작용,
반응 경로에 대한 전자기 교반의 효과,
및 주입에 따른 탈산제 첨가 시기.
이러한 더 넓은 관점은 투자 캐스팅에서 특히 가치가 있습니다., 하나의 고립된 원인이 아닌 여러 결합된 메커니즘으로 인해 결함이 발생하는 경우가 많습니다..
화학적으로 활동적인 껍질, 약간 과산화된 용융물, 탈산제를 너무 늦게 첨가하면 단 한 번의 시정 조치로도 완전히 해결되지 않는 결함이 발생할 수 있습니다..
8. 결론
사실은, 최종탈산이 침전탈산인지 확산탈산인지 고민한 적이 있습니다., 하지만 나중에 나는 이것이 단지 개념적인 차이일 뿐이라는 것을 깨달았습니다..
게다가, 탈산 형태는 강철 유형에 따라 다릅니다.: 예를 들어, 탄소강은 탈산을 위해 알루미늄 와이어 삽입을 사용합니다.,
스테인레스 스틸은 복합 탈산제를 사용하지만 (실리콘-알루미늄-바륨-칼슘 합금 등) 탈산의 경우 - 일부는 침전 탈산입니다., 일부는 확산 탈산소입니다., 일부는 동시에 두 가지 반응을 보이기도 합니다..
이것에 대해 어떻게 생각하세요?? 게다가, 매몰주조 기술의 발전으로, 일부 새로운 복합 탈산제 (칼슘-실리콘-망간 합금 등) 빠른 탈산과 제품의 부유가 용이한 장점이 있습니다.,
점차적으로 고품질 매몰 주조 생산의 주류 선택이 되었습니다., 일반적으로 추가 금액으로 0.2%-0.4% 용강 중량의.
진공 탈산이 강조되어야 한다., 또 다른 탈산소 방법으로, 주로 고급 인베스트먼트 주조품 생산에 사용됩니다. (항공우주 엔진 부품, 의료용 임플란트 등).
진공상태에서 용강의 산소 용해도가 크게 감소하는 원리를 이용합니다., 용강 속의 용존 산소를 침전시켜 가스 형태로 빠져나가게 하는 것.
진공 탈산은 탈산제에 의한 새로운 함유물 도입을 방지할 수 있습니다., 탈산 효과가 더욱 철저해졌습니다.,
그러나 장비 투자 및 운영 비용이 높습니다., 따라서 일반 투자 주조 생산에는 널리 사용되지 않습니다..
일부 고급 생산 라인에서, 진공 탈산은 탈산제 탈산과 결합되어 최고의 탈산 효과를 얻습니다., 용강의 총 산소 함량이 아래로 감소되도록 보장 0.002%.
