알루미늄 합금 다이캐스팅 엔진 블록의 다공성: 원인과 해결책

다공성 형성 원리

알루미늄 합금 다이캐스팅의 다공성은 침전 다공성과 포집 다공성의 두 가지 유형으로 나뉩니다. 침전 다공성은 용융 온도(>750°C)가 높아 용융물의 수소 용해도가 증가하거나 슬래그가 많은 리턴 소재에서 탈슬래깅이 잘 되지 않아 발생합니다. 갇힌 기공은 낮은 샷 슬리브 충진 비율, 조기 고속 사출, 과도한 이형제 가스 또는 잘못 설계된 게이팅 및 배기 시스템과 같은 공정 또는 설계 결함으로 인해 용융물에 가스가 갇히면서 발생합니다. 이러한 기공은 일반적으로 벽이 매끄럽고 둥글며 주조 끝이나 복잡한 영역에 나타납니다.

Alt: 알루미늄 합금 다이캐스팅에서 침전 및 포획된 다공성 형성을 보여주는 다이어그램.

문제 설명

뵐러 28,000kN 냉간 챔버 기계로 주조된 8.5kg ZL201 알루미늄 합금 엔진 블록은 X-레이 및 기계 가공 검사를 통해 마킹 표면에 무작위 다공성이 발견되었습니다. 2017년에는 기술 사양에 따라 허용되지 않는 매끄럽고 짙은 회색의 기공으로 밀봉과 강도를 위협하는 다공성 제거율이 2.5%에 달했습니다.

Alt: 엔진 블록 마킹 표면의 다공성 분포를 보여주는 X-레이 이미지.

솔루션 접근 방식

다공성은 용융 품질, 공정 파라미터 및 금형 설계에서 비롯됩니다. 침전 다공성은 용융 관행을 개선하여 억제할 수 있으며, 포획 다공성은 충진 역학과 관련이 있습니다. 이 전략에는 공정 설정, 용융 순도, 게이팅 설계를 단계별로 해결하여 주요 원인을 정확히 파악하고 제거하는 것이 포함되었습니다.

솔루션 방법

프로세스 매개변수 조정

이슈: 고속 사출은 500mm(적정)에서 시작했지만 복잡한 캐비티에 가스가 갇혔고, 스프레이 후 금형 온도가 120°C로 이상적인 160-190°C보다 낮아 이형제 가스가 과다하게 발생했습니다.
수정: 고속 시작을 510mm로 지연시키고 분사 시간을 1.5초에서 1초로 줄였으며 0.5초의 에어 블로우를 추가하여 금형 온도를 160°C로 올렸습니다.
결과: 거부율이 2.5%에서 2.3%로 감소하여 소폭 개선되었습니다.

용융 공정 최적화

이슈: 반전 물질이 50%를 초과하여 청결도가 떨어지고 수소 함량(밀도 1.523)이 증가했습니다.
수정: 사전 건조 리턴이 30%-45%로 제한되고, 가스 제거 시간이 260초에서 300초로 연장되었습니다.
결과: 수소 밀도가 0.927로 감소하여 거부율이 2%로 감소했지만 여전히 불충분합니다.

게이팅 시스템 개선

이슈: 게이팅 설계로 인해 마킹 표면에서 난류 충전 및 가스 포획이 발생했습니다(그림 3).
수정: 금형 흐름 분석에 따른 변경 사항: 게이트 1 밀폐, 게이트 2 3mm 넓어짐, 게이트 3 3mm 좁아짐.
결과: 개선된 충진으로 끼임이 제거되어(그림 4) 마킹 표면 거부율이 0.12%로 감소했습니다.

Alt: 게이팅 조정 후 최적화된 용융물 충진 순서를 보여주는 금형 흐름 분석.

Alt: 개선 전과 후의 마킹 표면의 다공성 X-레이 비교.

개선 사항 요약 표

결론

엔진 블록의 다공성은 용융물의 수소와 충전 중 가스 포획으로 인해 발생했습니다. 공정 및 용융에 대한 초기 조정으로 결함이 소폭 감소했지만 금형 흐름 분석을 통한 게이팅 재설계가 결정적인 역할을 하여 불량률을 2.5%에서 0.12%로 낮췄습니다. 이러한 단계별 접근 방식은 다이캐스팅에서 유사한 다공성 문제를 해결하기 위한 실질적인 청사진을 제공합니다.