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저융점 합금 주얼리가 특별한 이유: 생산 및 관리 가이드
세공의 예술을 만나보세요: 저융점 합금 주얼리의 세계 들여다보기
저융점 또는 용융 합금은 납, 주석, 비스무트, 카드뮴과 같은 금속 원소로 구성된 2진, 3진 또는 4진 합금입니다. 청회색 또는 은백색의 차가운 색조, 낮은 녹는점, 쉬운 용융, 간단한 주조, 부드러운 합금 품질, 조각하기 쉽다는 특징이 있어 정교한 디자인의 공예 장식품을 만드는 데 널리 사용됩니다.
아연 합금은 상대적으로 녹는점이 낮기 때문에 용융성 합금과 함께 도입되기도 합니다. 아연 합금 주얼리는 저융점 합금으로 만든 또 다른 중요한 유형의 인기 있는 주얼리 소재이며, 주얼리에 사용되는 아연 합금의 주요 유형은 아연-알루미늄 합금, 아연-알루미늄-마그네슘 합금, 아연-알루미늄-구리 합금입니다.
아연 합금 브로치
목차
섹션 I 저융점 합금 액세서리
1. 몇 가지 대표적인 저융점 금속 원소 소개
(1) 주석
주석은 백금, 금, 은에 이어 네 번째로 희귀한 금속입니다. 화학 기호는 Sn, 원자 번호는 50, 원자량은 119, 밀도는 7.31g/cm입니다.3이며 녹는점은 232℃입니다. 주석은 은백색의 연성 금속으로 마찰 계수가 낮고 매우 부드러우며 가소성과 연성이 우수합니다. 17℃에서 주조 주석의 연신율은 45%-60%, 인장 강도는 25-40MPa, 항복 강도는 12-25MPa입니다. 주석은 산소, 물, 이산화탄소에 의해 공기 중에서 빠르게 산화되어 표면에 보호막을 형성합니다. 변색되지 않고 산화되지 않으며 독성이 없는 특성으로 인해 주석은 인체와의 접촉에 매우 적합합니다. 금의 높은 가격과 은의 변색 경향을 고려할 때 주석으로 만든 주얼리는 많은 장점이 있습니다. 금과 은을 제외한 주얼리 소재 중 고급스러운 외관과 우수한 금속성을 모두 갖춘 우수한 소재 중 하나로 인정받고 있습니다.
상업용 순수 주석의 경우 총 불순물 함량은 0.25%를 초과하지 않으며, ASTMB-339 표준에서 A등급 주석 잉곳에 필요한 최소 주석 함량은 99.8%입니다. 주석은 절삭 성능이 좋지 않고 공구에 달라붙는 경향이 있으므로 주석 제품은 기계 가공 및 성형에는 적합하지 않지만 압력 성형 및 주조에는 적합합니다.
중국은 전 세계 총 매장량의 약 3분의 1을 차지하는 300만 톤 이상의 매장량을 보유한 풍부한 주석 자원을 보유하고 있습니다.
(2) 리드
납은 인류가 가장 먼저 사용한 금속 중 하나로 화학 기호는 Pb, 원자량은 207, 원자 번호는 82이며 모든 안정한 화학 원소 중 원자 번호가 가장 높습니다. 밀도는 11.33g/cm입니다.3이며 녹는점은 327℃입니다. 납은 청색을 띤 은백색의 중금속으로 부드럽고 인장 강도가 낮으며 연성이 있는 주요 그룹 금속입니다. 납은 자연에서 납-204, 납-206, 납-207, 납-208의 네 가지 안정 동위원소와 20개 이상의 방사성 동위원소를 가지고 있습니다. 금속 납은 공기 중에서 산소, 물, 이산화탄소에 의해 빠르게 산화되어 표면에 보호막을 형성하고, 가열하면 납은 산소, 황, 할로겐과 빠르게 반응하며, 차가운 염산과 차가운 황산에는 거의 불활성이지만 뜨거운 염산과 황산에는 반응하고, 묽은 질산에는 반응하지만 농축 질산에는 반응하지 않으며, 강알칼리 용액에는 천천히 용해될 수 있는 특성을 가지고 있습니다. 납과 그 화합물은 인체에 매우 유독하며 체내에 축적될 수 있습니다.
(3) 안티몬
안티몬은 화학 기호 Sb, 원자 번호 51, 원자량 121.76, 녹는점 631℃, 밀도 6.65g/cm의 부서지기 쉬운 광택이 있는 은백색 고체입니다.3. 안티몬은 고대에 1×10의 함량으로 발견되었습니다.-6 은 지각에 풍부하게 존재하며, 주로 원소 자체 또는 스티브나이트와 발렌티나이트의 형태로 존재합니다. 안티몬에는 두 가지 동소체가 있는데, 황색 동소체는 -90℃에서만 안정하며, 금속 동소체는 안정한 형태의 안티몬입니다. 안티몬은 물과 반응하여 붉을 때만 수소 가스를 방출하고 고온에서는 산소와 반응하여 양쪽성 산화물인 삼산화 안티몬을 형성할 수 있으며, 물에는 잘 녹지 않지만 산과 염기에는 용해되며 농축 질산과 반응할 수 있습니다.
(4) 비스무트
비스무트는 은백색의 금속으로 잘 부서지고 쉽게 부서지며 화학기호 Bi, 원자번호 83, 원자량 209, 녹는점 271℃, 밀도 9.81g/cm인 금속입니다.3. 지각의 비스무트 함량은 20×10입니다.-6원소 또는 화합물로 주로 자연계에 존재하며, 두 가지 동위 원소를 가지고 있지만 안정 동위 원소는 하나뿐입니다. 비스무트는 붉게 뜨거우면 공기와 반응하고 황 및 할로겐과 직접 반응할 수 있으며 비산화산에는 불용성이지만 질산과 고온의 농축 황산에는 용해됩니다. 비스무트의 일반적인 특성은 액체에서 고체로 전환될 때 부피가 증가하여 응고 시 팽창한다는 것입니다.
(5) 카드뮴
카드뮴은 은백색 또는 납회색을 띠고 연성이 있으며 화학 원소 기호는 Cd, 원자 번호는 48, 원자량은 112, 밀도는 8.64g/cm인 반짝이는 부드러운 금속입니다.3녹는점은 321℃입니다. 카드뮴은 8개의 천연 안정 동위원소와 11개의 불안정한 인공 방사성 동위원소를 가지고 있습니다. 공기 중에서 빠르게 광택을 잃고 산화막으로 덮여 더 이상의 산화를 방지합니다. 물에 녹지 않고 대부분의 산에 용해됩니다.
(6) 아연
아연은 7.14g/cm의 밀도를 가진 청백색 금속입니다.3 녹는점은 419.5℃입니다. 100-150℃에서는 비교적 부서지기 쉽고, 200℃를 넘으면 부드러워졌다가 다시 부서지기 쉽습니다.
아연은 활성 화학적 특성을 가지고 있습니다. 상온의 공기 중에서 얇고 밀도가 높은 염기성 탄산아연 막이 표면에 형성되어 추가 산화를 방지합니다. 상온에서 아연 표면에 보호막이 쉽게 형성되기 때문에 아연은 아연 도금 산업에서 가장 많이 사용됩니다. 온도가 225℃에 도달하면 아연은 격렬하게 산화됩니다. 연소하면 청록색 불꽃을 방출합니다. 아연은 산에 쉽게 용해되며 용액에서 금, 은, 구리 등을 쉽게 대체할 수 있습니다.
아연은 환원성이 강하며 물, 산 또는 알칼리 금속 수산화물과 접촉하면 인화성 수소 가스를 방출할 수 있습니다. 산화제나 유황과 반응하면 연소 또는 폭발을 일으킬 수 있습니다. 아연 분말은 공기와 폭발성 혼합물을 형성하여 화염에 쉽게 점화되어 폭발을 일으킬 수 있으며, 습한 먼지는 공기 중에서 쉽게 자체 가열되어 발화될 수 있습니다.
위의 몇 가지 대표적인 저융점 합금 원소는 표 4-1에 나와 있습니다.
표 4-1 몇 가지 일반적인 저융점 합금 원소
| 요소 이름 | 요소 기호 | 원자 번호 | 원자 무게 | 밀도 /g - cm-3 | 녹는점/℃ |
|---|---|---|---|---|---|
| 안티몬 | Sb | 51 | 121. 76 | 6.65 | 631 |
| 비스무트 | Bi | 83 | 209 | 9.81 | 271 |
| 카드뮴 | Cd | 48 | 112 | 8.64 | 321 |
| Lead | Pb | 82 | 207 | 11. 33 | 327 |
| Tin | Sn | 50 | 119 | 7.31 | 232 |
| 아연 | Zn | 30 | 65 | 7. 14 | 419. 5 |
2. 일반적인 저융점 합금
2.1 주석 합금
주석에는 백 주석, 회주석, 취성 주석의 세 가지 동소체가 있습니다. 가장 흔한 것은 은백색인 백 주석이지만 13℃ 이하에서는 "주석 해충"으로 알려진 현상인 분말 회색 주석으로 변합니다. 이러한 상황을 피하기 위해 주석에 안티몬, 비스무트, 납, 카드뮴과 같은 합금 원소를 첨가하여 "주석 해충"의 발생을 방지할 수 있습니다. 또한 합금 원소를 추가하면 주석의 기계적 특성과 주조 성능을 향상시킬 수 있습니다.
(1) 합금 원소가 주석 합금의 특성에 미치는 영향
리드. 주석과 납은 그림 4-1의 상 다이어그램과 같이 183℃의 공융 온도와 38.1℃Pb의 공융점을 가진 전형적인 이원 공융 합금을 형성합니다. 융점을 낮추고 주석 합금의 주조 성능을 향상시키고 유동성이 좋으며 다공성을 줄이고 입자를 정제하며 주석 합금의 비열 용량과 열전도도를 감소시킵니다. 납은 합금의 연성은 그대로 유지하면서 주석의 경도를 높입니다. 납은 독성 원소이며 납 함량이 높으면 합금 표면의 광택에 영향을 줄 수 있습니다.
안티몬. 안티몬은 주석 합금의 강도와 경도를 높이고 연성을 감소시키며 응고 시 팽창하고 표면 복제를 돕고 선명하고 깨끗한 글자를 만드는 데 도움을 줍니다. 하지만 표면 도금 변색이라는 문제도 발생합니다. 주석에서 안티몬의 고체 용해도는 246°C에서 최대 10.4%에 이릅니다. 실온에서 안티몬의 고체 용해도는 약 2%입니다. 합금에 연성이 있을 때 안티몬 함량이 20% 이하이면 가공이 가능하지만 아름다운 광택을 잃지 않습니다. 따라서 합금에 적절한 양의 주석을 첨가하면 일정한 경도를 얻을 수 있어 모양을 잃지 않고 가공할 수 있습니다.
비스무트. 비스무트는 부서지기 쉬운 금속으로 옅은 빨간색이며 광택이 높고 응고 시 팽창하며 다른 금속보다 더 뚜렷하게 나타납니다. 비스무트는 합금의 응고 수축을 줄이고 표면 복제 성능을 개선하는 데 도움이 됩니다. 그러나 비스무트는 합금의 취성을 증가시킬 수 있으므로 그 함량을 조절해야 합니다.
구리. 구리는 합금의 경도를 높이고 인장 강도를 향상시키며, 주석-납-안티몬 합금에 일반적으로 사용됩니다.
카드뮴. 카드뮴은 청백색의 부드럽고 연성 금속으로 독성이 있습니다. 카드뮴은 합금의 녹는점을 낮추어 낮은 온도에서 주조할 수 있으며, 연성을 개선하고 응고 수축을 줄여 크고 평평한 조각을 주조하는 데 유용합니다.
(2) 주석 합금 카테고리
공예 주얼리에 사용되는 주석 합금의 주요 범주는 다음과 같습니다.
흰색 왁스. '백색 주석'이라고도 하는 주석-납 합금의 일반적인 용어로, 로마 시대부터 주석 테이블, 잔, 접시, 촛대 또는 의류와 같은 식기 및 기타 생활용품에 오랫동안 사용되어 온 용어입니다. 전통적인 백색 왁스는 납 함량이 높고 독성이 있으며 표면 광택에 영향을 미칩니다. 현대식 화이트 왁스는 약 6%의 안티몬과 1%-2%의 구리를 함유한 고주석 합금입니다. 일반적으로 드로잉용 화이트 왁스의 경우 안티몬 함량은 4% 이하로 제한되지만, 캐스트 화이트 왁스는 최대 8% 안티몬과 2% 구리를 함유할 수 있습니다. 화이트 왁스의 경화 특성을 개선하기 위해 필요한 경우 소량의 비스무트 또는 은을 첨가할 수도 있습니다.
현재 유럽에는 백랍에 대한 특정 표준인 EN611-1996이 있으며, 여기에는 백랍 제품과 피팅을 결합하는 데 사용되는 땜납 표준(EN29453)도 포함되어 있습니다. 국제 주석 연구소는 전 세계 백랍 제품에 대한 가이드를 발간했습니다. 합금 조성에 따라 백랍의 녹는점은 240~295℃이며, 이러한 합금은 중력 다이캐스팅 및 원심 주조 등 다양한 기술을 사용하여 주조할 수 있습니다. 백랍 제품은 전통적으로 주조되었지만, 현대의 제조 기술은 주석의 우수한 스탬핑, 연신 및 회전 특성을 활용하여 압연 시트로 생산하고 있습니다. 현대의 백랍 제품 제조업체는 잔, 찻잔, 커피 포트와 같은 전통적인 제품에서 현대 생활의 요구를 충족하기 위해 변화하기 시작했으며 현재 백랍 담배 라이터, 재떨이, 램프 및 시계가 있습니다.
주석 기반 다이캐스팅 합금. 주석 기반 합금은 낮은 융점과 독특한 유동성으로 인해 특별한 요구 사항이나 금형 손상 없이 복잡한 구조나 모양의 견고한 주물을 생산할 수 있기 때문에 다이캐스팅에 선호됩니다. 일반적으로 대부분의 응용 분야에서 주석 기반 다이캐스팅 합금은 내식성이 우수하고 필요한 경우 전기 도금을 할 수 있습니다.
주석 기반 저융점 합금. 비스무트, 주석, 납, 카드뮴, 인듐은 모두 저융점 금속입니다. 이러한 금속을 다른 비율로 결합하면(2원, 3원 또는 4원 합금) 녹는점이 훨씬 낮은 합금을 얻을 수 있으며, 이를 일반적으로 "저융점 합금"이라고 합니다. 또한 이러한 합금은 낮은 증기압, 우수한 열전도율, 가공 용이성, 주조 금형에 적합한 높은 유동성, 응고 시 치수 제어 가능, 주조 시 미세한 디테일 재현, 재사용성 등 몇 가지 가치 있는 특성을 가지고 있습니다.
2.2 납 합금
납 합금은 납을 기본으로 하고 다른 원소로 구성된 합금입니다. 납 합금의 표면은 부식 과정에서 산화물, 황화물 또는 기타 복합 염을 생성하여 산화, 황화, 용해 또는 휘발을 방지하여 공기, 황산, 담수 및 바닷물에서 우수한 내식성을 제공합니다. 납 합금에 납에 용해되지 않거나 제2상을 형성하는 비스무트, 마그네슘 또는 아연과 같은 불순물이 포함되어 있으면 내식성이 감소하며, 텔루륨과 셀레늄을 첨가하면 비스무트가 내식성에 미치는 유해한 영향을 제거할 수 있습니다. 비스무트가 함유된 납 합금에 안티몬과 텔루륨을 첨가하면 입자 구조를 개선하고 강도를 높이며 비스무트의 유해한 영향을 억제하고 내식성을 향상시킬 수 있습니다.
납 합금은 변형 저항성이 낮으며 주조된 잉곳은 가열이나 중간 어닐링 없이 압연 및 압출 등의 공정을 통해 시트, 스트립, 파이프, 바 및 와이어로 가공할 수 있습니다. 납 합금의 인장 강도는 0.3~0.7MPa로 대부분의 다른 금속 합금보다 훨씬 낮습니다. 안티몬은 매트릭스를 강화하는 중요한 요소로 납에 부분적으로만 용해되며 고용체 및 노화 강화에 사용할 수 있습니다. 그러나 함량이 너무 높으면 납 합금의 인성과 내식성이 저하될 수 있습니다.
납, 주석, 안티몬은 공융 합금을 형성할 수 있습니다. 공예 장식품에 사용되는 납 합금은 일반적으로 유동성이 우수하고 응고 수축이 거의 없으며 주조 표면이 아름다운 공융점 근처의 삼원계 Pb-Sn-Sb 합금을 사용합니다.
2.3 주얼리용 저융점 합금 소재의 선택
표 4-2 국내 저융점 합금 공예 보석 재료
| 제품 이름 | 모델 | 제품명 요소 내용 구성/% | 녹는점/ ℃ | 주요 애플리케이션 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tin | 기타 | 안티몬 | Lead | ||||
| 바빗 합금 | 0 # A | 96 | 2 | 2 | 없음 | 200 | 경량, 적당한 경도, 우수한 인성, 저온 결정화, 무연 및 무독성으로 고급 보석, 조리기구, 음료수 도구 및 광택이 나는 다양한 고급 수공예품 생산에 적합합니다. |
| 0 # B | 92 | 2 | 6 | 없음 | 200 | 경량, 강한 경도, 우수한 치밀화, 저온 결정화, 무연 및 무독성으로 고급 보석, 조리기구, 음료수 도구 및 광택있는 다양한 고급 수공예품 생산에 적용 가능합니다. | |
| 0 # C | 88 | 4 | 8 | 없음 | 200 | 경량, 강한 경도, 우수한 치밀화, 저온 결정화, 무연 및 무독성. 고급 장신구, 조리 도구, 음료수 도구 및 광택 표면이 큰 다양한 고급 공예품(예: 바람 종소리)을 만드는 데 적합합니다. | |
| No.1 납-주석 합금 | 1 # A | 92 | 3 | 2 | 잔여 | 200 | 인성이 강하고 밀도가 낮으며 광택이 큰 표면을 가진 고급 보석 및 수공예품 생산에 적합합니다. |
| 1 # B | 90 | 4 | 3 | 잔여 | 215 | ||
| 1 # C | 85 | 5 | 4 | 잔여 | 220 | ||
| No.2 납-주석 합금 | 2 # A | 72 | 5 | 3 | 잔여 | 230 | 강한 인성, 작은 밀도, 좁은 광택 표면으로 다양한 종류의 고급 보석 및 수공예품 제작에 적합합니다. |
| 2 # B | 63 | 5 | 4 | 잔여 | 230 | 더 나은 인성, 더 낮은 밀도, 더 좁은 연마 표면 또는 연마 없이 더 큰 연마 표면을 가진 중간 범위의 보석 및 수공예품 생산에 적합합니다. | |
| 2 # C | 50 | 4 | 4 | 잔여 | 250 | ||
| No.3 납-주석 합금 | 3 # A | 35 | 4 | 4 | 잔여 | 270 | 더 나은 인성, 더 낮은 밀도 및 더 큰 연마 표면을 갖춘 다양한 중급 보석 및 수공예품 생산에 적합합니다. |
| 3 # B | 30 | 3 | 3 | 잔여 | 270 | ||
| 3 # C | 25 | 1 | 2.8 | 잔여 | 270 | ||
| No.4 납-주석 합금 | 4 # A | 15 | 1 | 3 | 잔여 | 280 | 더 나은 인성, 더 낮은 밀도, 더 좁은 연마 표면 또는 연마 없이 다양한 종류의 중간급 보석 또는 수공예품을 만드는 데 적합합니다. |
| 4 # B | 12 | 1 | 3 | 잔여 | 280 | ||
| 4 # C | 10 | 1 | 3 | 잔여 | 280 | ||
| No.5 납-주석 합금 | 5 # A | 8 | 2 | 3 | 잔여 | 286 | 더 나은 인성, 더 낮은 밀도, 더 좁은 연마 표면 또는 연마 없이 모든 종류의 중급 보석 또는 수공예품을 만드는 데 적합합니다. |
| 5 # B | 6 | 2 | 3 | 잔여 | 290 | ||
| No.6 납-주석 합금 | 6 # A | 5 | 1 | 3.5 | 잔여 | 300 | 모든 종류의 일반 장신구와 무거운 공예품을 만드는 데 적합합니다. |
| 6 # B | 3 | 1 | 3.5 | 잔여 | 300 | ||
| 6 # C | 2 | 1 | 3 | 잔여 | 320 | ||
| (탄 데루이 및 첸 관이, 1996) | |||||||
표 4-3 외국 주석 합금 공예 보석 재료
| 일련 번호 | Sn | Sb | Cu | 불순물 | 비고 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Pb | As | Fe | Zn | Cd | |||||
| 1 | 91 ~ 93 | 6 ~ 8 | 0. 25 ~ 2 | 0.05 | 0.05 | 0.015 | 0.005 | 미국 표준 ASTMB5601 유형, 주조 합금 | |
| 2 | 95 ~ 98 | 1.0 ~ 3.0 | 1.0 ~ 2.0 | 0.05 | 0.05 | 0.015 | 0.005 | - | 미국 표준 ASTMB5603 특수 합금 |
| 3 | 잔여 | 5 ~ 7 | 1.0 ~ 2. 5 | 0.5 | - | - | - | 0.05 | 영국 표준 BS5140 |
| 4 | 잔여 | 3 ~ 5 | 1.0 ~ 2. 5 | 0.5 | - | - | - | 0.05 | 영국 표준 BS5140 |
| 5 | 잔여 | 1 ~ 3 | 1 ~ 2 | 0.5 | - | - | - | - | 독일 표준 DIN17810 |
| 6 | 잔여 | 3. 1 ~ 7 | 1 ~ 2 | 0.5 | - | - | - | - | 독일 표준 DIN17810 |
| 7 | 92 | 6 | 2 | - | - | - | - | - | 벽이 얇고 입자가 미세한 제품을 주조하는 데 적합 |
| 8 | 90 | 6 | 2 | 플러스 Bi | - | - | - | - | 좋은 연마 효과 |
| 9 | 82 | - | Pb18 | - | - | - | - | - | 프랑스 백랍 |
| 10 | 80 | - | Pb20 | - | - | - | - | - | 잉글랜드 백랍 |
| 11 | 85 | 7 | 4 | 4(주성분) | - | - | - | - | 잉글랜드 백랍 |
| 12 | 83 | 7 | 2 | 3(주성분) | - | - | 5(주성분) | - | 엠프레스 메탈 |
| 13 | 89 | 11 | - | - | - | - | - | - | CABE(이탈리아)는 내열 실리콘 고무로 성형된 원심 주조 합금을 전문으로 합니다. 전자는 무연 주얼리 주조용으로, 후자는 납땜 주얼리 주조용으로 사용할 수 있습니다. |
| 14 | 61 | 4 | - | 35(주성분) | - | - | - | - | |
| (탄 데루이 및 첸 관이, 1996) | |||||||||
합금을 선택할 때 가장 중요한 고려 사항은 제품 카테고리이며, 합금은 생산자와 고객 모두의 "성형, 건강 및 기능성" 요구 사항을 충족해야 합니다. 일부 회사는 저주석 합금의 재료 가격이 낮기 때문에 주석 함량이 낮은 합금이 더 저렴하다고 생각합니다. 납 함량이 높은 합금은 유해한 영향이 더 크고 고온에서 주조해야 하므로 금형 수명이 단축될 수 있으므로 합금의 전체 비용을 고려해야 합니다. 또한 주석의 밀도는 7.31g/cm입니다.3납의 밀도는 11.33g/cm입니다.3따라서 같은 무게의 주석으로 더 많은 장식품을 만들 수 있으며 합금을 선택할 때는 다양한 요소를 고려해야 합니다.
현재 고급 공예품에는 주로 순수 주석 또는 주석이 풍부한 백랍 합금이 사용되며, 일반 대중 보석에는 1# 납-주석 합금 - 6# 납-주석 합금이 일반적으로 사용되며, 그중에서도 3# 납-주석 합금이 가장 일반적입니다. 고급 장신구는 주석 함량이 높은 합금을 사용하는 경우가 많으며, 저가형 저품질 장신구는 주로 주석 함량이 낮은 합금을 사용합니다.
2.4 공예 보석에 사용되는 저융점 합금의 특성
(1) 안정적인 성능, 낮은 융점, 좋은 유동성, 작은 수축.
(2) 입자가 미세하고 인성이 좋고 경도가 적절하며 표면이 매끄럽고 모래 구멍, 흠집, 균열이 적으며 연마 및 전기 도금 효과가 좋습니다.
(3) 원심 주조는 성능이 우수하고 인성이 강하며 주물에 매끄러운 표면을 가진 복잡한 형상 및 얇은 벽의 정밀 부품을 주조 할 수 있습니다.
(4) 제품은 전기 도금, 스프레이, 도장 등 표면 처리를 할 수 있습니다.
(5) 조밀한 결정 구조는 원료 측면에서 주물의 작은 치수 공차를 보장합니다. 표면이 미세하고 후처리 결함이 거의 없습니다.
3. 저 융점 합금 공예 보석의 범주 및 특성
납-주석 저융점 합금 공예 장식품은 장식성과 실용성을 모두 갖춘 합금 제품의 일종입니다. 주석 금속을 대량으로 소비하는 응용 분야 중 하나이며, 다양한 창의적인 테마와 거대한 시장 개발 잠재력을 가지고 있습니다.
(1) 주석 공예
주석 합금은 와인 도구, 차 세트, 식기, 트로피, 엠보싱 패턴이 있는 기타 제품 또는 장식 공예품, 합금 액자, 종교 상징, 미니어처 조각, 기념품 및 기타 수공예품과 같은 다양한 유형의 용기로 만들 수 있습니다. 이러한 제품은 일반적으로 순수 주석 또는 주석 함량이 높은 백랍으로 만들어지며 은제품의 외관 특성을 갖추고 은제품보다 가격이 저렴하며 장식용과 실용적인 용도를 모두 겸비하고 있습니다. 다양한 문화적 의미를 담을 수 있으며 기업 선물, 각종 행사 기념품, 여행 기념품, 가정 장식용품 등으로 널리 사용되어 시장 범위가 넓습니다.
주석 플레이트
양철 냄비와 양철 컵
주석 합금 재떨이
주석 합금 장식
(2) 바디 쥬얼리
납-주석 저융점 합금은 다양하고 정교한 바디 쥬얼리로 만들 수 있습니다. 이 보석은 개성과 패션이 특징이며 저렴하고 세련된 남성과 여성이 점점 더 선호하고 있습니다. 대부분의 합금 주얼리에는 전기 도금 층이 있습니다(18K 화이트 골드, 18K 골드, 925 실버). 지르콘, 크리스탈 다이아몬드, 진주 또는 옥이 상감되어 있어 고가의 금은 주얼리와 비슷한 외관을 자랑합니다. 반지, 목걸이, 팔찌, 귀걸이, 브로치, 단추, 넥타이 클립, 헤어 액세서리 등이 있으며 주요 소재는 3# 납-주석 합금입니다.
납-주석 합금 라인석 펜던트
납-주석 합금 라인석 이어링
납-주석 합금 라인석 크라운
납-주석 합금 라인석 헤어 클립
납-주석 합금 라인석 링
납-주석 합금 열쇠고리
납-주석 합금 목걸이
납-주석 합금 코사지
4. 저융점 합금 주얼리 관리
녹는점이 낮은 납-주석 합금 주얼리는 표면 처리 후 시뮬레이션 효과가 좋습니다. 그러나 제대로 관리하거나 착용하지 않으면 주얼리가 부식, 변색 또는 파손과 같은 문제를 빠르게 나타낼 수 있습니다. 따라서 아래에 설명된 대로 정확하고 합리적으로 유지 관리해야 합니다:
(1) 장신구는 자주 교체해야 합니다. 특히 더운 여름 날씨에는 장신구의 도금이 땀과 장시간 접촉하여 쉽게 마모될 수 있으므로 동일한 장신구를 장시간 착용하지 않아야 합니다. 따라서 정기적으로 교체할 수 있도록 여러 개의 주얼리를 준비하는 것이 가장 좋습니다.
(2) 화학 약품과의 접촉은 주얼리를 쉽게 손상시킬 수 있습니다. 목욕 중 향기, 수영 시 염소, 바닷물의 염분은 모두 주얼리 도금을 부식시킬 수 있으므로 목욕이나 수영 전에 모든 주얼리를 제거해야 합니다.
(3) 충돌로 인해 쉽게 긁힐 수 있으므로 주의하여 보관하세요. 보석을 함께 쌓아 보관하지 마시고, 충돌로 인해 표면이 긁히지 않도록 원래 포장에 보관하거나 별도의 수납공간이 있는 보석 상자에 넣어 보관하세요.
(4) 부드러운 미세모 브러시를 사용하여 주얼리 표면을 쓸고 닦아 표면 얼룩을 제거하여 정기적으로 주얼리를 청소합니다.
5. 저융점 합금 주얼리의 안전성
금속 원소는 인체 건강에 매우 중요한 역할을 하며, 결핍과 과잉은 질병을 유발할 수 있습니다. 그러나 일부 금속 원소는 인체 건강에 해로우며 질병을 유발하고 심지어 사망에까지 이르게 합니다.
(1) 리드
납은 중금속이자 오염이 심한 독소입니다. 납은 혈액을 손상시켜 적혈구를 파괴하고 혈류를 통해 모든 장기와 조직으로 퍼져 뼈로 들어가 뼈 신경 마비와 손가락 떨림을 유발할 수 있습니다. 심한 경우 납 중독, 뇌병증, 사망에 이를 수 있습니다. 고대 로마인들은 납 용기를 사용하여 설탕과 포도주를 저장하고 납으로 수도관을 주조하여 음식과 물의 납 함량을 증가시켜 만성 중독을 일으켰습니다. 사망 후 뼈에 황화납의 검은 반점이 나타나는 것이 그 예입니다.
알려진 모든 독성 물질 중에서 납은 책에 가장 많이 기록되어 있습니다. 고대 문헌에는 식수 수송에 납 파이프를 사용하는 것이 위험하다고 기록되어 있습니다. 많은 화학물질은 환경에 일정 기간 남아 있다가 무해한 최종 화합물로 분해될 수 있습니다. 하지만 납은 분해되지 않고 한 번 방출되면 오랫동안 남아 있습니다. 납은 환경에 장기간 잔류하고 많은 생물체에 대한 강력한 잠재적 독성으로 인해 지속적으로 강력한 오염 물질로 분류되어 왔습니다.
(2) 카드뮴
카드뮴 중독은 근육 위축, 관절 기형, 견딜 수 없는 뼈 통증, 수면 장애, 병적 골절, 심지어 사망까지 초래할 수 있습니다. 카드뮴의 주요 공급원은 공장에서 강바닥으로 배출되는 카드뮴이 포함된 폐수, 논에 관개, 식물에 흡수되어 쌀에 축적되는 폐수입니다. 카드뮴에 오염된 쌀이나 카드뮴에 오염된 식수를 장기간 섭취하면 쉽게 "뼈 통증 질환"으로 이어질 수 있습니다.
(3) 안티몬
초창기 국제 안티몬 협회에서 실시한 실험에 따르면 쥐가 고농도의 안티몬에 장기간 노출되면 폐에 염증이 발생하여 폐암으로 이어질 수 있다고 합니다. 그러나 실제로 사람들은 고농도의 안티몬이 있는 환경에서 장시간 작업하지 않으며, 안티몬의 과도한 흡입으로 인한 폐암 발병 사례는 보고된 바 없습니다. 그럼에도 불구하고 인체에 대한 잠재적 위험성을 배제할 수는 없습니다.
파운드리 작업자는 Cd, Pd와 같은 독성 원소 외에도 Cu, Sn, Bi, Zn과 같은 다른 합금 원소가 인체에 미치는 유해한 영향에 대해서도 알고 있어야 합니다. 따라서 주조 시 환기가 잘 되도록 하고 이러한 원소의 적절한 사용 및 노출 한도에 관한 법률을 준수하는 것이 중요합니다. 미국의 "산업 오염"에는 대표적인 금속 원소와 신체 여러 부위에 대한 유해성이 나열되어 있습니다(표 4-4).
연구에 따르면 납과 카드뮴이 없는 일부 합금은 고무 성분을 개선하여 주조 성능을 향상시킬 수 있으며, 가능하다면 독성 원소를 사용할 필요가 없습니다.
표 4-4 신체 장기에 대한 금속 성분의 유해성
| 영향을 받는 기관 | Bi | Cd | Cu | Pb | Sn | Zn |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 신장 | √ | √ | √ | |||
| Nerves | √ | √ | √ | |||
| 간 | √ | |||||
| 위장 | √ | √ | √ | √ | √ | |
| 호흡기 기관 | √ | |||||
| 조혈 조직 | √ | √ | √ | |||
| Bones | √ | √ | ||||
| 피부 | √ | √ | ||||
| 심혈관 | √ |
섹션 II 아연 합금 제품
1. 아연 합금
아연 합금은 아연을 기본으로 알루미늄, 구리, 마그네슘 등의 다른 원소를 첨가하여 만든 비철 합금입니다. 청백색을 띠고 광택이 있으며 단단하고 부서지기 쉽습니다. 아연 합금은 가공 기술에 따라 변형 아연과 주조 아연의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 주조 아연 합금은 유동성과 내식성이 우수하여 보석, 악기 및 자동차 부품 하우징과 같은 주조 공정 제품에 적합합니다.
아연 합금은 주로 주조 방법에 따라 실리콘 고무 원심 주조 및 다이캐스팅에 사용됩니다.
1.1 실리콘 고무 원심 주조용 아연 합금
표 4-5 저융점 아연 합금 조성 표(미국 ASTMB240-01 표준에 따름)
| 요소 | Zn | Al | Cu | Mg | Fe | Pb | Cd | Sn |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 콘텐츠 /wt% | 마진 | 3. 9 ~ 4. 3 | 0.75 ~ 1.25 | 0.03 ~ 0.06 | < 0.075 | < 0. 005 | < 0.03 | < 0. 002 |
납, 카드뮴, 니켈이 없는 환경 친화적인 합금입니다. 가볍고 표면 마감이 좋으며 빠르게 성형되고 입자 경계 부식을 효과적으로 억제하며 표면 거칠기와 모래 구멍이 생기지 않습니다. 자동차, 가전제품, 기계, 시계, 전기제품, 악기, 하드웨어 액세서리, 장식용 선물, 장난감 상표 등 다양한 산업에 적합합니다.
액세서리 표면의 광택을 높이고 고광택 액세서리의 주조 요구를 충족하기 위해 마그네슘을 주원료로 하는 아연-마그네슘 합금이 개발되었습니다. 이 합금은 펜던트, 귀걸이, 머리핀, 의류, 핸드백 버클, 벨트 버클, 신발 버클, 명판 등과 같은 고경도, 고광택 하드웨어 액세서리에 널리 사용됩니다. 일반적인 화학 성분은 표 4-6에 나와 있습니다.
표 4-6 액세서리용 일반적인 아연-마그네슘 합금 구성
| 요소 | Zn | Mg | Al | Cu | Bi | Ag | In | Pb | Ni | Cd |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 콘텐츠 /wt% | 마진 | 12.4 | 3.5 | 0.06 | 0.06 | 0. 05 | 0.01 | 0.0003 | 0.0002 | 0.0019 |
아연-마그네슘 합금의 융점 범위는 320-330 ℃입니다. 일반적으로 주조 온도는 380-400 ℃이며 입자가 미세하고 균일하며 생산 된 제품은 매끄럽고 광택이 나는 표면, 모래 구멍이 없으며 기름진 느낌의 흰색 광택, 좋은 유동성, 적은 산화 및 슬래그 포함, 연마하기 쉽고 빠른 냉각, 대형 매끄러운 표면 제품의 요구 사항에 적합합니다. 이 합금은 무연, 무카드뮴, 무니켈 합금으로 환경 친화적 합금으로 분류되며 비용은 0# 납-주석 합금 재료의 1/3에 불과하며 매끄러운 표면은 0# 납-주석 재료보다 우수합니다. 이 합금은 납-주석 합금 3# 소재보다 50% 가볍고 아연 합금보다 20% 가볍습니다.
또한 아연-마그네슘 합금에 대응하는 재료로 아연과 알루미늄을 주요 합금 원소로 사용하는 마그네슘 기반 합금 재료도 시중에 나와 있으며, 일반적으로 마그네슘-아연 합금이라고 합니다. 일반적으로 사용되는 장식용 마그네슘-아연 합금 소재는 주로 세 가지 범주로 나뉩니다.
(1) 마그네슘-아연 합금 A 소재
이 합금은 고광택 마감(5cm 이상)이 필요한 장식품 및 공예품 생산에 적합합니다. 유동성, 인성 및 광택이 우수하고 연마 및 용접이 용이하며 전기 도금 시 기포가 발생하지 않으며 녹는점이 약 300℃입니다. 납-주석 합금 1# 소재와 동등한 수준이지만 가격은 납-주석 합금 1# 소재의 절반에 불과합니다.
(2) 마그네슘-아연 합금 B 소재
이 합금은 적당히 까다로운 매끄러운 표면(약 3cm)에 적합합니다. 유동성, 인성 및 부드러움이 우수하며 연마 및 용접이 용이합니다. 20%는 소재 A보다 가볍고 녹는점이 약 320℃로 보석 및 공예품 생산에 적합합니다.
(3) 마그네슘-아연 합금 C 소재
이 합금은 강도와 경도가 높은 작고 매끄러운 표면의 제품(2cm 미만) 생산에 적합하며 유동성과 부드러움이 우수하고 용접 및 연마가 용이하며 납-주석 합금 #3의 1/3로 앞의 두 합금보다 가볍습니다. 그러나 인성은 앞의 두 합금보다 떨어지므로 머리핀이나 벨트 버클과 같은 단단한 강도의 제품 생산에는 적합하지만 녹는점이 350~380℃인 속이 비어 있거나 천공이 있는 제품에는 적합하지 않습니다.
마그네슘-아연 합금의 적용 범위는 매우 넓어 반지, 목걸이, 팔찌, 귀걸이, 브로치, 단추, 넥타이 클립, 모자 장식, 공예 장식품, 종교 상징, 미니어처 조각상, 기념품, 벨트 버클 및 기타 공예 액세서리와 같은 다양한 정교한 예술적 주물을 만드는 데 적합합니다. 이러한 자료에는 다음과 같은 특징이 있습니다:
- 안정적인 성능, 낮은 융점, 좋은 유동성, 작은 수축.
- 입자가 고르고 인성과 경도가 적절하며 표면이 매끄럽고 모래 구멍, 흠집, 균열이 거의 없으며 연마 및 전기도금 효과가 좋습니다.
- 환경 보호 요건 및 건강 기준 준수.
- 녹는점이 낮아 실리콘 몰드에 적합합니다. 따라서 금형 소비 비용이 낮기 때문에 특히 빠른 배송과 소량 배치로 주물을 생산하는 데 적합합니다.
1.2 다이캐스팅 아연 합금
(1) 다이캐스트 아연 합금의 특성
아연 합금은 다이캐스팅 산업에서 재료의 특성과 밀접한 관련이 있는 다양한 구조 및 기능성 다이캐스트 부품을 생산하기 위해 널리 사용됩니다. 아연 다이캐스팅 합금은 녹는점이 낮고 유동성이 좋으며 주조 공정을 통해 금형의 작은 부품을 채울 수 있어 빠른 주조 속도, 저온, 낮은 에너지 소비, 긴 금형 수명 등 다른 다이캐스팅 합금에는 없는 많은 장점을 제공합니다. 이로 인해 많은 주얼리 회사에서 채택하고 있으며, 점차 그 종류가 다양해지고 사용 범위가 확대되어 일련의 합금 제품을 형성하고 있습니다. 이러한 합금의 특징 중 하나는 저온 챔버 다이캐스팅 기계로 주조해야 하는 고 알루미늄 아연 합금 및 알루미늄 합금의 생산 속도보다 훨씬 빠른 고온 챔버 다이캐스팅 기계를 사용하여 가공할 수 있으며, 비교적 경제적인 얇은 벽의 다이캐스트 부품으로 가공하기 쉽고 표면 처리, 도장 및 전기도금도 용이하다는 점입니다. 또한 아연 합금은 청동 합금, 주조 알루미늄 합금 및 주철에 비해 가공 에너지 소비가 적고 비용이 저렴하며 기계적 특성이 우수하다는 장점이 있습니다.
(2) 다이캐스트 아연 합금의 종류
제품 아연 등급이 개선되면서 아연 합금이 개발되었습니다. 1930년대 초에 이르러 그 구성이 안정화되었습니다. 이 기간 동안 미국의 뉴저지 회사(현재 미국 아연 회사로 알려짐)는 세계적으로 인정받으며 다이캐스팅 합금의 대명사가 된 유명한 Zamak 시리즈 합금을 개발했습니다. Zamak 시리즈 합금은 다양한 생산 공정 및 제품 구조 성능의 요구 사항에 따라 개발되었으며, 아연 합금마다 물리적 특성과 기계적 특성이 다르기 때문에 다이캐스트 부품 설계에 대한 옵션을 제공합니다.
다이캐스트 아연 합금의 일반적인 유형은 다음과 같습니다:
- 자막 3. 유동성과 기계적 특성이 좋은 주물은 장난감, 램프, 장식, 전기 부품 등 낮은 기계적 강도가 필요한 용도에 사용됩니다.
- 자막 5. 자동차 부품, 전자기계 부품, 기계 부품, 전기 어셈블리 등 기계적 강도에 대한 특정 요구 사항이 있는 주물에는 우수한 유동성과 기계적 특성이 사용됩니다.
- 자막 2. 기계적 성능, 높은 경도 요구 사항 및 일반적인 치수 정확도 요구 사항에 대한 특별한 요구 사항이 있는 기계 부품에 사용됩니다.
- ZA8. 유동성과 치수 안정성은 우수하지만 유동성이 낮아 전기 부품과 같이 높은 정밀도와 기계적 강도가 요구되는 소형 다이캐스팅 부품에 적용됩니다.
- Superloy. 유동성이 가장 뛰어나며 전기 부품 및 인클로저와 같은 얇은 벽, 대형, 고정밀, 복잡한 모양의 공작물을 다이캐스팅하는 데 사용됩니다.
위에서 언급한 합금의 구성 요건은 표 4-7에 나와 있습니다.
표 4-7 아연 합금의 표준 합금 구성
| 합금 카테고리 | 자막 2 | 자막 3 | 자막 5 | ZA8 | Superloy | AcuZinc 5 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 알루미늄 | 3.8 ~ 4. 3 | 3.8 ~ 4. 3 | 3.8 ~ 4. 3 | 8. 2 ~ 8. 8 | 6. 6 ~ 7. 2 | 2. 8 ~ 3. 3 |
| 구리 | 2. 7 ~ 3. 3 | < 0.030 | 0. 7 ~ 1. 1 | 0. 9 ~ 1. 3 | 3. 2 ~ 3. 8 | 5. 0 ~ 6.0 |
| 마그네슘 | 0.035 ~ 0.06 | 0.035 ~ 0.06 | 0.035 ~ 0.06 | 0.02 ~ 0.035 | < 0. 005 | 0.025 ~ 0.05 |
| Iron | < 0.020 | < 0.020 | < 0.020 | < 0.035 | < 0. 020 | < 0.075 |
| Lead | < 0. 003 | < 0. 003 | < 0. 003 | < 0.005 | < 0. 003 | < 0.005 |
| 카드뮴 | < 0.003 | < 0.003 | < 0.003 | < 0. 005 | < 0.003 | < 0. 004 |
| Tin | < 0.001 | < 0.001 | < 0.001 | < 0.001 | < 0.001 | < 0. 003 |
| 아연 | 마진 | 마진 | 마진 | 마진 | 마진 | 마진 |
| (루홍위안, 1997; 우춘먀오, 2003) | ||||||
(3) 아연 합금의 특성에 대한 합금 원소의 영향
다이캐스트 아연 합금의 구성에는 알루미늄, 구리, 마그네슘과 같은 효과적인 합금 원소와 납, 카드뮴, 주석, 철과 같은 유해한 불순물 원소가 존재합니다. 이러한 원소가 합금의 특성에 미치는 영향은 다음과 같습니다.
알루미늄. 알루미늄은 합금의 주조 성능을 향상시키고 합금의 유동성을 높이며 입자를 정제하고 고용체 강화를 유발하며 기계적 특성을 향상시킬 수 있으며, 또한 알루미늄은 철과 아연의 반응성을 감소시켜 구즈넥, 곰팡이, 도가니의 침식과 같은 철 재료에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다.
알루미늄 함량은 일반적으로 3.8%-4.3% 사이에서 조절됩니다. 이는 주로 필요한 강도와 유동성 때문인데, 좋은 유동성은 완전한 모양, 정확한 치수, 매끄러운 표면을 가진 주물을 얻기 위한 필수 조건입니다.
구리. 아연 합금에서 구리의 역할은 합금의 경도와 강도를 높이고, 합금의 내마모성을 개선하며, 입계 부식을 줄이는 것입니다.
그러나 아연 합금의 구리 함량을 제어하기 위해 구리 함량이 1.25%를 초과하면 노화로 인해 다이캐스트 부품의 치수 및 기계적 강도에 변화를 일으키고 합금의 연성을 감소시킵니다.
마그네슘. 아연 합금에서 마그네슘의 역할은 입계 부식을 줄이고, 합금 구조를 개선하여 합금의 강도를 높이고, 내마모성을 향상시키는 것입니다.
마그네슘은 쉽게 산화되고 용융된 합금 상태에서 손실되는 매우 활성적인 원소입니다. 마그네슘 함량이 0.08%를 초과하면 합금은 열에 약해져 인성과 유동성이 감소합니다.
불순물 요소: 납, 카드뮴, 주석. 앞서 언급한 불순물 원소는 아연 합금의 입계 부식을 매우 민감하게 만들어 따뜻하고 습한 환경에서 입계 부식을 가속화하여(그림 4-2) 합금의 내충격성을 감소시키고 합금의 인장 강도를 낮추어 기계적 특성을 감소시키고 주물의 치수 변화를 일으킵니다. 합금의 카드뮴 및 납 함량은 0.003%, 아연 합금 잉곳의 주석 함량은 0.001%를 초과하지 않아야 하며 대형 주물의 함량은 0.002%를 초과하지 않아야 합니다. 아연 합금의 불순물 원소 납과 카드뮴의 함량이 너무 높으면 다이캐스팅 직후에는 공작물의 표면 품질이 정상으로 보이지만 실온에서 일정 시간 (8 주 ~ 수개월) 보관하면 표면에 물집이 생깁니다.
불순물 요소: 철. 철 원소는 아연 합금의 경도를 높일 수 있지만 아연 합금의 철 함량은 0.02%를 초과해서는 안 되며, 그렇지 않으면 합금의 취성을 증가시킵니다. 철은 아연 합금에서 알루미늄과 반응하여 금속 간 화합물 Al5Fe2를 형성하여 알루미늄의 손실을 유발하고 슬래그를 형성하며 다이캐스트 부품에 단단한 반점을 형성하여 후속 가공 및 연마에 영향을 미치고 연마 중에 표면에 스크래치가 나타날 수 있으며 합금의 취성을 증가시킵니다.
불순물 요소: 실리콘. 아연 합금의 실리콘 함량은 0.02%를 초과하지 않아야 합니다. 그렇지 않으면 아연 합금의 취성 전이 온도가 높아지고 가공 성능이 저하됩니다.
(4) 다이캐스트 아연 합금의 선택
다이캐스트 아연 합금은 여러 가지가 있으며, 어떤 아연 합금을 사용할지 선택하는 것은 주로 세 가지 측면에 따라 달라집니다.
다이캐스트 부품 자체의 목적. 충족해야 하는 성능 요구 사항은 다음과 같습니다:
- 인장 강도, 연신율, 경도 등과 같은 기계적 특성. 인장 강도는 파단 시 재료의 최대 저항력, 연신율은 재료의 취성 및 가소성의 척도, 경도는 단단한 물체와의 압박 또는 마찰로 인한 소성 변형에 대한 재료 표면의 저항력입니다.
- 작업 온도, 습도, 작업물과 접촉하는 매체, 기밀성 요건 등 작업 환경 조건.
- 달성 가능한 정밀도 및 치수 안정성을 포함한 정밀도 요구 사항.
우수한 프로세스 성능. 여기에는 주조 공정 성능, 기계 가공성 및 표면 처리 공정 성능이 포함됩니다.
좋은 경제. 원자재 비용, 생산 장비 요구 사항(용융 장비, 다이캐스팅 기계, 금형 등) 및 생산 비용.
2. 아연 합금 보석의 예
아연 합금 펜던트
아연 합금 링
아연 합금 열쇠고리
아연 합금 케이스
아연 합금 스트랩 버클
아연 합금 커프스 단추
아연 합금 브로치
아연 합금 타이 클립
섹션 III 저 융점 합금 공예 보석의 생산 공정
1. 실리콘 고무 원심 주조 공정
1.1 원심 주조 프로세스 소개
1.2 실리콘 고무 원심 주조 공정의 특성
합금 주얼리는 녹는점이 낮기 때문에 주조 금, 은, 구리 합금과 같은 석고 몰드를 만들 필요가 없습니다. 대신 내열성 실리콘 고무로 만든 부드러운 몰드를 사용하여 생산 비용을 크게 절감하고 생산 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
금 주얼리의 원심 주조는 원심 압력 주조 방법을 사용하여 수행됩니다. 용융 금속을 금형에 부은 후 금형이 회전하면서 용융 금속에 원심력이 가해져 용융 금속이 캐비티를 원활하게 채우도록 충진 압력을 발생시킵니다. 원심력 F=m-r-w2에서 F는 원심력, m은 용융 금속의 질량, w는 금형의 회전 반경, 각속도입니다. 회전 반경이 크고 회전 속도가 빠를수록 원심력이 더 크게 발생한다는 것을 알 수 있습니다. 용융 금속이 원심력에 의해 채워지고 응고되기 때문에 금속은 수축 보상이 우수하여 주물의 조밀 한 구조와 우수한 기계적 특성을 가지며 중공 주물은 라이저가 필요하지 않으므로 금속 활용도가 크게 향상됩니다.
그러나 음압 주조에 비해 원심 주조는 주입 시 용융 금속의 심한 난류, 가스 구멍 발생 경향, 용융 금속에 의한 금형 벽의 강한 침식, 주조 가능한 최대 금속 양이 상대적으로 적다는 단점이 있습니다. 또한 원심 주조 방식으로 생산된 주물은 특히 높은 회전 속도에서 열 균열 결함이 발생하기 쉽습니다.
1.3 실리콘 고무 원심 주조 생산 공정
저융점 합금 주얼리는 주로 실리콘 고무 원심 주조 공정을 사용하며, 그 공정은 주로 다음과 같은 측면을 포함합니다.
(1) 주얼리 개발
주얼리 개발은 주얼리 제작의 첫 단계로, 다음 단계의 가이드와 참고 자료가 되며 주얼리의 개성을 완벽하게 표현하는 중요한 연결 고리이기도 합니다. 디자이너는 다양한 측면의 정보를 종합하고 분류한 다음 평면 도면으로 표현하여 초기 아이디어를 형성합니다. 도면이 완성되면 샘플 제작실로 넘겨져 샘플 제작자가 도면의 요구 사항에 따라 합금 소재를 사용하여 3차원 마스터 모델을 제작합니다. 마스터 모델을 완성하면 주얼리 개발의 주요 과정이 마무리됩니다.
(2) 성형
완성된 마스터 모델은 몰딩룸으로 옮겨져 몰드 제작자가 특수 고무로 만든 몰드를 만듭니다. 몰딩 공정은 단일 주얼리에서 대량 생산으로 전환하는 데 핵심적인 역할을 하며, 몰드의 품질은 다음 공정의 수율에 직접적인 영향을 미칩니다.
고무 원료의 종류. 저 융점 합금 원심 주조 생산에는 소량의 천연 고무와 실리콘 고무를 사용하여 실리콘 고무로 만든 모델이 널리 사용됩니다. 두 가지 유형의 고무 모델 재료의 비교는 표 4-8에 나와 있습니다.
표 4-8 천연 고무와 실리콘 고무의 비교
| 매개변수 | 천연 고무 | 실리콘 고무 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1#black | 2#black | 3#black | 흰색 | 자연스러운 | 60 - D | 70 - D | 58 - D | 65 - D | |
| 상대 경도 | 60 | 65 | 70 | 66 | 42 | 60 | 70 | 58 | 65 |
| 밀도/(g-cm-3 ) | 1.24 | 1.26 | 1.17 | 1. 55 | 1.07 | 1.6 | 1. 73 | 1.44 | 1.56 |
| 인열 강도/MPa | 2.34 | 2.09 | 3. 00 | 1.94 | 0.68 | 0. 74 | 0.69 | 1.01 | 0. 63 |
| 굽힘 계수/MPa | 2.20 | 2.17 | 3. 58 | 2.41 | 1.72 | 1. 86 | 2.41 | 1.31 | 2.27 |
| 인장 강도/MPa | 3.79 | 3.79 | 2.41 | 3.45 | 3.93 | 2. 55 | 2.41 | 3.58 | 1.38 |
고무에는 일반적으로 필러, 촉매, 활성제, 지연제, 항산화제, 가소제 및 기타 재료가 포함되어 있습니다. 경화되지 않은 재료는 서늘한 곳에 보관해야 하며, 경화된 모델은 오존으로 인해 재료가 손상될 수 있으므로 가능한 한 빛으로부터 멀리 떨어진 곳에 보관해야 합니다.
생산 시에는 성형이 쉽고 블록을 움직일 수 있기 때문에 일반적으로 약간 부드러운 고무 소재가 선호됩니다. 가황 후 액세서리에 사용되는 고무의 경도는 일반적으로 60~80 정도이며, 실제 생산에서는 약 70%의 고무 종류 중 상대 경도가 65인 제품이 있으며, 경도가 70인 5%도 있습니다.
고무 모형의 경도가 낮을수록 더 많이 수축하므로 주조 작업자와 모형 제작자가 협력하여 수축 값을 보정하기 위한 조치를 취해야 합니다. 수축 값은 주조 중 공작물의 배치와 관련이 있으며 동일한 제품의 경우 다른 배치 방법에 따라 수축 값이 크게 달라질 수 있습니다. 일부 특수 공작물의 생산은 작업자의 경험에 따라 달라집니다.
고무 시트 만들기. 새 고무와 재활용 고무를 50/50의 비율로 혼합합니다. 고무는 성형기에서 가열되어 고무 몰드의 한 층인 1.3-1.5mm 두께의 시트로 압착됩니다. 재료는 원통형 배럴에 말아서 필요한 크기의 작은 조각으로 자릅니다. 재료를 팔레트에 쌓아 냉각 챔버(냉각 챔버 온도는 약 6℃)에 3~4일 동안 넣어 고무가 최종 크기로 줄어들도록 합니다. 전체 공정 동안 재료의 총 수축량은 11%에 달할 수 있습니다. 재료의 최종 모양이 달걀 모양이면 냉각이 불충분하기 때문일 수 있습니다. 재료는 일반적으로 냉각 챔버에서 제거되어 원하는 직경(보통 8'-18''의 원형 조각으로 절단됩니다. 그림 4-3에서는 모델의 표면층으로 고온 저항성, 낮은 수축률, 강한 인열 저항성 및 내구성이 특징인 고무 A를 사용했습니다. 반대로 고무 B는 고무 모델의 보강층으로 사용되며 주로 지지 및 보강 역할을 합니다.
그림 4-3 실리콘 고무 시트
필름 A는 표면층으로 사용되며, 필름 B는 보강층으로 사용됩니다.
고무 몰드를 누릅니다. 고무 몰드의 품질은 주물의 품질을 직접적으로 결정합니다. 고품질 고무 몰드를 만들려면 원본 모델의 합리적인 분포, 충전 및 배출을 용이하게 하는 스프 루, 주물의 손쉬운 제거, 변형 및 파손에 대한 저항성 등이 필요합니다. 다음은 고무 몰드를 만드는 기본 단계입니다.
첫 번째 단계는 준비입니다. 금형 프레스에 필요한 다양한 도구와 보조 재료를 준비합니다(그림 4-4).
금형 프레임을 프레스에 넣어 150℃로 예열하거나 고무 공급업체의 권장 온도(일반적으로 146-157℃)에 따라 예열하고, 금형 베이스의 상단과 하단을 분리하고 이형제를 뿌려 두 반쪽이 서로 달라붙거나 금형 프레임에 달라붙지 않도록 하고, 원래 모델의 표면에서 먼지를 청소하고 실리콘 고무 금형에서 쉽게 분리할 수 있도록 실리콘을 뿌려 달라붙지 않도록 합니다. 강판 아래에 신문지를 깔고 원형 디스크를 강판 링에 넣습니다(그림 4-5).
그림 4-4 성형에 필요한 도구 및 보조 재료
그림 4-5 스틸 링 내부에 실리콘 플레이트를 배치합니다.
두 번째 단계에서는 멤브레인 디스크의 상반부 중앙에 구멍을 뚫고 붓는 막대와 붓는 대야를 중앙에 배치합니다(그림 4-6).
세 번째 단계에서는 마스터 모델과 포지셔닝 핀을 하부 몰드 표면의 붓는 판 주위에 필요한 거리에 합리적인 순서로 배열합니다(그림 4-7). 원래 모델이 매우 큰 경우 하단 몰드에서 고무의 일부를 파내야 합니다.
그림 4-6 쏟아지는 디스크 놓기
그림 4-7 마스터 모델과 위치 지정 핀을 금형 하반부에 배치합니다.
실험에 따르면 외부 주변부에서 금형의 중앙 게이트까지의 거리가 주조 품질에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 공작물이 중앙 게이트에 가까울수록 성형 속도와 응고된 구조의 밀도를 보장하기 위해 러너의 단면이 커야 합니다. 또한 동일한 고무 모드 내의 원본 모델은 가급적 유사한 모양을 가져야 주조 완성률을 향상시킬 뿐만 아니라 완제품의 구성이 더 균일해지며, 모양 차이가 너무 크면 주조 회전 중에 균형을 잃고 진동이 발생할 수 있으므로 가급적 모양이 비슷해야 합니다.
네 번째 단계에서는 이형 파우더를 이형 표면에 골고루 뿌리고 브러시를 사용하여 모델에서 이형 파우더를 제거합니다(그림 4-9).
다섯 번째 단계에서는 몰드의 상단 절반을 몰드 프레임에 넣고 조심스럽게 배치한 다음 상부 압력 플레이트를 몰드 프레임에 넣고 둘 다 수직이 되도록 합니다(그림 4-10).
그림 4-9 프로파일링 표면에 파우더 분사하기
그림 4-10 금형 조립
6단계에서 금형 프레임을 프레스기에 넣고, 프레스기의 중앙에 똑바로 위치하도록 합니다. 플랫폼과 몰드 프레임을 들어 올려 상단 플랫폼과 맞물리게 하고 장착 상태를 관찰합니다(그림 4-11). 부드럽게 압력을 가하여 플랫폼을 들어 올린 다음 압력을 풀고 이전 작업을 반복하면서 매번 조금씩 압력을 가합니다. 일반 성형기는 촉감에 의존하지만 자동 성형기에는 압력 게이지가 있습니다. 고무가 매우 부드러워지고 플래튼이 완전히 밀봉될 때까지 이 단계를 8~15분간 반복합니다.
7단계: 가황 시간을 설정합니다(일반적으로 두께 1인치당 최소 1시간). 경화 시간이 다 되면 압력을 해제하고 몰드 프레임을 제거합니다.
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(3) 금형 절단
① 렌치나 드라이버로 몰드 프레임을 열고 몰드 프레임에서 고무 몰드를 제거한 다음 메스나 톱날로 고무 몰드의 두 반쪽을 자르고 고무 몰드 가장자리에 정렬 표시를 한 다음 여분의 플래시를 제거합니다(그림 4-12 및 4-13).
그림 4-12 절단 금형
그림 4-13 열린 접착 고무 몰드
금형에서 원래 모델을 제거하고 스프 루와 환기 라인을 자릅니다.
스프 루와 환기 라인의 설치는 원심 주조의 품질에 큰 영향을 미칩니다. 저 융점 합금 주얼리의 원심 주조에서 용융 금속은 주입 컵, 수평 러너 및 스프 루를 통해 금형 캐비티로 들어갑니다. 스프 루를 여는 기본 원리는 귀금속 주조와 유사하며 스프 루는 수축 보상이 잘되도록 충분히 커야하며 가스가 원활하게 배출 될 수 있도록 환기 라인을 설치해야합니다. 용융 금속의 흐름 중 난류를 줄이기 위해 금형을 부드럽게 절단해야 하며, 스프 루는 주물의 가장 두꺼운 부분에 위치해야 합니다.
ㅏ.붓기 시스템. 붓는 컵 모형은 고무 몰드 바닥에 붓는 컵을 형성합니다.
수평 주입 시스템은 용융 금속이 주입 컵에서 내부 러너로 흐르도록 하는 일련의 채널로 구성됩니다. 채널은 먼저 주입 컵에서 바깥쪽으로 방사되어 러너 서클에 연결된 다음 러너 서클에서 내부 러너로 연결됩니다(그림 4-14). 이 주입 시스템은 충진에 유용하며 슬래그와 불순물이 금형 캐비티로 유입되는 것을 방지합니다.
내부 러너는 용융 금속을 금형 캐비티에 공급하며, 용융 금속이 수평 러너에서 금형 캐비티로 흘러 들어가는 통로입니다. 내부 러너는 용융 금속이 캐비티에서 응고될 때 수축을 지속적으로 보정할 수 있을 만큼 충분히 커야 하며, 가장 두꺼운 부분에 위치해야 합니다. 공작물과의 연결 지점에서는 일반적으로 공작물과 동일한 두께로 만들어야 하는 경우가 아니라면 내부 러너를 공작물에서 쉽게 분리할 수 있도록 테이퍼 처리합니다.
b. 게이팅 시스템 유형. 직접 주입 게이팅: 일반적으로 간단한 공작물에만 사용되는 이 유형의 게이팅은 상당한 난류를 유발하며 각 유형의 공작물의 양을 늘릴 수 있다는 장점이 있습니다.
리버스 게이팅 시스템: 게이팅 시스템은 먼저 공작물을 통과한 다음 금형 가장자리 근처의 공작물 뒤쪽에서 캐비티에 연결됩니다. 주조 품질이 좋고 불순물과 슬래그가 캐비티에 들어가지 않으며 충전 중 난류를 감소시킨다는 장점이 있습니다.
사이드 게이팅 시스템: 공작물의 측면에서 들어가고 리버스 게이트와 마찬가지로 금형의 공간을 차지하지만 공작물의 품질이 더 좋습니다. 이 유형의 게이트는 다양한 속성을 가질 수 있습니다.
수평 게이팅 시스템: 원활한 충전을 보장하고 용융 금속의 직접 충전을 방지하여 깨끗한 공작물을 얻는 데 도움이 되는 게이팅 서클 및 스포크 게이팅 시스템의 채널을 말합니다.
상단 게이팅 시스템: 이 유형의 주입 게이트는 재료가 공작물 상단에서 캐비티로 들어가는 하단 주입 게이트와 반대입니다. 일반적으로 푸잉 게이트는 금형의 하반부에 위치하지만 충진 중 문제가 있는 경우 금형의 상반부에 설정할 수 있습니다. 이 유형의 주입 게이트는 표면이 넓고 벽이 얇은 공작물에 유용합니다.
용융 금속을 금형 캐비티로 보내는 것 외에도 주입 시스템에는 다른 기능이 있습니다. 예를 들어, 직접 게이팅 시스템 외에도 다른 주입 시스템에는 용융 금속에서 슬래그와 불순물을 수집하여 금형 캐비티로 유입되는 것을 방지하고 가스가 금형 캐비티에서 빠져나갈 수 있도록 하는 슬래그 수집 영역이 있을 수 있습니다. 그러나 원심 주조의 속도가 빠르기 때문에 주입 시스템에만 의존하는 것만으로는 모든 가스를 배출하기에 충분하지 않으므로 배기 라인을 설치해야 합니다. 그림 4-15는 다양한 유형의 주입 시스템의 개략도입니다.
c. 고무 몰드 스프 루 절단. 고무 몰드용 스프 루 설정은 고무 몰드 생산에서 가장 숙련된 작업이며 기본 단계는 다음과 같습니다:
고무 몰드를 가황 한 후 손으로 따뜻한 느낌이있을 때 몰드를 자르는 것이 좋습니다. 금형 절단의 첫 번째 단계는 스프 루의 위치와 붓는 게이트를 결정하는 것입니다. 모양의 붓는 컵을 사용하지 않는 경우 붓는 컵을 먼저 잘라 내고 붓는 컵에서 붓는 원까지의 붓는 게이트와 스포크, 가로 붓는 게이트, 스프 루 원에서 공작물까지의 채널을 포함하여 나침반 및 기타 스 크라이 빙 도구를 사용하여 붓는 게이트의 레이아웃을 그릴 수 있습니다. 액체 금속으로 캐비티를 직접 채우는 것은 피하는 것이 가장 좋으며, 먼저 교차 주입 게이트와 주입 시스템을 통과하여 금형 충진을 보장하고 불순물과 슬래그가 캐비티에 유입되는 것을 방지해야 합니다.
몰드 커팅 나이프는 그려진 선과 45도 각도로 배치됩니다. 먼저 중앙에서 폭 12.5mm, 깊이 6mm의 쏟아지는 채널 원(그림 4-16)을 잘라냅니다. 그려진 러너 원의 안쪽과 바깥쪽을 따라 연속적으로 절단하여 부드러워지도록 한 다음 절단된 고무 재료를 제거하여 "V"자 모양의 러너 원을 만듭니다(그림 4-17).
그림 4-16 절삭 금형 기술
그림 4-17 V형 스프 루
러너와 스포크 러너는 러너 서클을 절단하여 잘라내야 하며, 용융 금속이 잘 채워지도록 충분한 수의 러너를 제공해야 합니다. 일반적으로 주입 컵에서 러너 서클까지 4~5개의 스포크 러너가 있으면 충분합니다.
붓는 원에서 공작물까지 내부 러너를 자릅니다. 내부 러너는 러너와 공작물을 연결하는 부분으로, 가로 러너의 연속이 아니라 최적의 효율성을 달성하기 위해 보정해야 합니다. 내부 러너는 공작물을 보정하고 축소하며, 청소할 때는 주물에서 떨어뜨려야 합니다. 내부 러너는 충분히 커야하지만 청소에 어려움을 일으키지 않아야합니다. 다음과 같이 공작물에서 내부 러너를 절단하는 것이 가장 좋습니다. 공작물에서 목 아래로 약 5mm 두께의 매우 좁은 채널을 절단하고, 붓는 원을 향해 채널을 절단하여 점차 깊이와 폭을 늘려 붓는 원에서 폭 12.5mm, 깊이 6mm(두 내부 러너의 교차점에서 붓는 원의 폭과 거의 같음)로 절단합니다.
상단 게이팅 시스템이 필요한 경우 위에서 설명한 것과 동일한 방법을 절단에 사용해야 합니다. 그러나 활석 가루를 사용하여 러너 레이아웃을 완성해야 하며, 활석 가루는 금형 하반부의 공작물 위치를 금형 상반부의 해당 위치에 각인하고 이 각인을 기준으로 절단을 수행할 수 있습니다.
d. 환기 라인을 설정합니다. 고무 몰드의 벤트 라인은 고품질 주물을 얻기 위해 주조 공정 중에 캐비티의 가스가 원활하게 배출되도록 해야 합니다. 여기서 벤트 라인은 인베스트먼트 주조에서 왁스를 주입하는 동안 고무 몰드에 있는 벤트 라인과 매우 유사합니다. 왁스 사출 시 고무 몰드에 활석 가루를 뿌리는 것처럼 저융점 합금을 원심 주조할 때도 고무 몰드에 활석 가루를 뿌려 가스가 고무 몰드 외부로 원활하게 배출되도록 합니다.
일반적으로 사용되는 벤트 라인에는 두 가지 형태가 있으며, 그 크기는 주물의 크기와 배출해야 하는 가스의 양에 따라 다릅니다. 하나는 원추형 벤트 라인으로, 내부 러너와 매우 유사하지만 훨씬 작고 공작물에서 바깥쪽으로 갈수록 점차 가늘어집니다. 다른 하나는 가장 일반적으로 사용되는 내부 러너 벤트 라인으로 원뿔형 벤트 라인과 비슷하지만 더 커서 더 많은 가스를 배출할 수 있습니다. 벤트 라인을 만들 때는 용융 금속이 유입되는 것을 방지하기 위해 공작물의 개구부는 가능한 한 작아야 하지만 가스가 빠르게 빠져나갈 수 있도록 충분히 커야 합니다.
공작물은 캐비티의 외벽에서 중앙을 향해 채워지므로 내부 러너는 마지막으로 채워진 영역에 설정해야 합니다. 붓는 컵에서 공작물 중앙까지 가상의 직선을 따라가면 이 지점이 붓는 컵에 가장 가까운 지점이어야 합니다. 내부 러너는 일반적으로 따르는 컵에 가장 가까운 공작물의 꼬리 끝에 위치합니다. 대부분의 벤트 라인은 내부 러너와 유사하게 절단되지만 훨씬 더 작고 공작물의 주요 지점에서 캐비티 주변을 향해 설정됩니다. 때로는 벤트 라인이 금형 바닥을 통과한 다음 뒤쪽에 벤트 라인을 설치하여 금형 가장자리로 이어지는 경우도 있습니다. 일부 제조업체는 진공 원심 주조 공정인 벤팅을 지원하기 위해 주조 중에 진공을 사용하기도 합니다. 벤트 라인의 형태는 다음과 같습니다:
러너 벤트 라인: 종종 직접 내부 러너와 함께 사용되며, 공작물에 45° 각도로 연결된 다음 공작물의 한쪽 또는 양쪽에서 금형 가장자리까지 열립니다.
환기 라인 드릴링: 금형에 공간이 부족한 상황에서 사용되며 캐비티 내에 가스 수집 지점을 설정하고이 지점에서 금형 뒤쪽에 구멍을 뚫은 다음 금형 뒤쪽의 구멍에서 금형 가장자리까지 환기 라인을 그립니다. 대형 공작물을 만들 때는 내부 러너에 가까운 공작물 부분에서 금형 뒤쪽을 향해 45° 각도로 구멍을 뚫은 다음 이 구멍에서 뒤쪽의 금형 가장자리까지 환기 라인을 그려 여러 개의 환기 구멍을 뚫는 경우도 있습니다.
통풍구: 이 환기 방법에는 금형 뒤쪽을 향해 공작물의 임의의 부분에 구멍을 뚫고 환기 라인을 만드는 것이 포함됩니다. 이러한 벤트 홀을 만드는 이유는 블라인드 홀이 캐비티에 있을 때 충전 중에 가스가 쉽게 역압을 형성하여 충전이 제대로 이루어지지 않을 수 있기 때문입니다. 일반적인 벤트 구멍의 직경은 1mm입니다.
공기 수집 통풍구 라인: 금형 뒷면에 뚫린 일련의 원뿔형 벤트 라인으로 구성되며 뒷면에서 열립니다. 일반적으로 공작물에서 완전히 채우기 어려운 영역에 사용됩니다.
보조 벤트 라인: 이너 러너의 회전 방향 측면 또는 역방향 이너 러너의 가장자리를 따라 열리고 금형 후면에 뚫려 있으며, 이너 러너의 통기 기능을 보조하는 기능을 합니다.
그림 4-18은 몇 가지 일반적인 장식품에 대한 붓기 시스템의 개봉 방법을 보여줍니다.
e. 메스를 사용하여 디스크의 측면에 정렬할 부분을 표시합니다.
(4) 제련
합금 용융은 주조 공정에서 중요한 부분입니다. 용융 공정은 용융 금속을 얻을 뿐만 아니라 더 중요한 것은 사양에 맞는 화학적 조성을 달성하여 주물의 결정 구조가 양호하고 용융 금속에 가스 및 내포물이 최소화되도록 하는 것입니다.
용융 공정 중에 금속과 가스, 용융 금속과 도가니 사이의 상호 작용으로 인해 성분에 변화가 발생하여 내포물과 가스 흡수가 발생합니다. 따라서 올바른 용융 공정 사양을 수립하고 이를 엄격하게 준수하는 것은 고품질 주물을 얻기 위한 중요한 보증입니다.
금속의 산화 및 연소 손실. 금속 제련 과정에서 산화 및 연소 손실은 필연적으로 발생하며 다음 요인들이 그 정도에 영향을 미칩니다:
a. 금속과 산화물의 특성. 산소에 대한 금속의 친화력과 산화막의 특성은 산화 손실에 큰 영향을 미칩니다. 마그네슘과 리튬처럼 산소에 대한 친화력이 높고 느슨한 다공성 산화막을 가진 원소는 우선적으로 산화되어 산화 손실이 크며, 알루미늄과 베릴륨은 산소에 대한 친화력은 높지만 산화막의 a가 1보다 커서 치밀한 산화막을 형성하여 산화 손실을 줄일 수 있습니다. 표 4-9는 상온에서 일부 산화물의 a 값을 보여줍니다.
표 4-9 상온에서 특정 산화물의 대략적인 값 (겅 하오란 외., 2006)
| 나 | Mg | Cd | Al | Pb | Sn | Ti | Zn | Be | Ni | Cu | Cr | Fe |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 나xOy | MgO | CdO | Al2O3 | PbO | SnO2 | Ti2O3 | ZnO | BeO | NiO | Cu2O | Cr2O3 | Fe2O3 |
| a | 0.78 | 1.21 | 1.28 | 1.27 | 1.33 | 1.46 | 1.57 | 1.68 | 1. 60 | 1.74 | 2.04 | 2. 16 |
b. 녹는 온도. 온도가 높을수록 금속 산화막이 용해되어 보호 효과를 잃게 됩니다. 그러나 고온에서 빠르게 용융하면 산화 손실을 줄일 수 있습니다. 용융 온도는 일반적으로 합금 액상 온도보다 10~20℃ 높습니다. 산업용 주조 아연의 현재 액체 온도는 387℃ (3% 알루미늄 포함)-493℃ (27% 알루미늄 포함)입니다. 주조 온도는 일반적으로 합금 액상 온도보다 100-150℃ 더 낮아야 합니다.
c. 퍼니스 가스의 특성. 산화 용광로 가스에서는 산화 손실을 피하기 어렵습니다. 용광로 가스의 산화 특성이 강하고 산화 손실 정도가 일반적으로 높습니다.
d. 기타 요인. 전하의 크기가 작을수록 표면적이 넓어지고 연소 손실이 더 심해집니다. 특정 조건에서는 제련 시간이 길수록 산화 연소 손실이 커집니다. 산소가 풍부한 송풍은 제련 시간을 단축하고 산화 연소 손실을 줄입니다. 혼합 및 슬래깅과 같은 작업이 불합리한 경우 용융물 표면의 보호 산화막이 깨지기 쉬워 연소 손실이 증가합니다. 로딩 중에 전하 표면에 얇은 플럭스 층을 뿌려주면 산화 연소 손실을 줄일 수 있습니다.
금속 산화 연소 손실은 재료의 성능을 저하시키고 제품 표면 품질에 영향을 미칩니다. 따라서 일반적으로 다음과 같은 측면에서 산화 연소 손실을 줄이기 위한 조치를 취해야 합니다.
먼저, 합리적인 용광로 유형을 선택하세요. 용융 풀 면적이 작고 가열 속도가 빠른 용광로를 사용하세요.
둘째, 합리적인 충전 순서와 충전 처리 프로세스를 채택해야 합니다. 쉽게 산화되고 연소되는 물질은 전하의 하층에 추가하거나 다른 물질이 녹은 후 용융물에 추가하거나 중간 합금으로 추가할 수 있습니다.
세 번째는 피복제를 사용하는 것입니다. 쉽게 산화되는 금속과 다양한 금속 스크랩은 플럭스의 덮개 아래에서 녹여 정제해야 합니다.
넷째, 용광로 온도를 올바르게 제어합니다. 용융 금속의 유동성과 정제 공정의 요구 사항을 보장하려면 용융물의 온도를 적절하게 제어해야합니다. 용융 전에는 고온 급속 가열 및 용융을 사용하는 것이 좋으며, 용융 후에는 용융물이 과열되지 않도록 용광로 온도를 조정해야 합니다.
다섯 번째는 잦은 저어주기를 피하는 합리적인 작동 방법입니다.
여섯째, a＞1의 소량의 활성 원소를 첨가하면 용융 표면 산화막의 특성이 향상되고 연소 손실을 효과적으로 줄일 수 있습니다.
변동성 손실. 금속 증기와 산화물은 환경을 오염시키고 인체 건강에 해를 끼칩니다. 금속의 휘발성 손실은 주로 증기압에 따라 달라집니다. 아연과 카드뮴은 휘발성 손실에 더 취약하며, 휘발성 손실을 방지하거나 줄이는 방법은 산화 손실을 줄이는 방법과 동일합니다.
가스 흡수. 제련 과정에서 발생하는 가스에는 수소(H2), 산소(O2), 수증기(H2O), 질소(N2), CO2, CO 등 이러한 가스는 용융 금속에 용해되거나 화학적으로 반응할 수 있습니다. 가스는 가스, 용광로 라이닝, 원료, 플럭스 및 공구와 같은 다양한 소스를 통해 합금 액체에 유입될 수 있습니다.
용융 온도 제어. 용융 및 주입 온도가 너무 높으면 합금 원소의 산화 및 손실을 악화시키고 용융 금속과 도가니 재료 간의 반응 속도를 가속화하며 합금의 기계적 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 용융 및 주조 공정 중에 용융 금속 온도 제어를 강화할 필요가 있습니다. 현재 용해로 또는 용광로에는 온도 측정 및 제어 시스템이 장착되어 있으며, 일상적인 작업에서 휴대용 온도계 (온도계)를 사용하여 용광로의 실제 온도를 주기적으로 측정하여 보정하는 등 온도 측정 기기의 정확성을 보장하기 위해 정기적으로 점검을 수행합니다.
숙련된 파운드리 작업자는 용융 액체를 육안으로 관찰합니다. 슬래그를 스킴한 후 용융 액체가 너무 점성이 없고 비교적 투명하며 슬래그가 빨리 형성되지 않으면 온도가 적절하다는 것을, 용융 액체가 너무 점성이 있으면 온도가 너무 낮다는 것을, 슬래그를 스킴한 후 표면에 하얀 서리 층이 빠르게 나타나고 슬래그가 너무 빨리 형성되면 온도가 너무 높으므로 즉시 조정해야 함을 나타냅니다.
주조 온도의 안정성을 유지하기 위해 중앙 용해로를 사용할 수 있으며, 전체 합금 잉곳의 첨가를 작은 합금 잉곳의 여러 첨가로 한 번에 변경하여 공급으로 인한 온도 변화를 줄일 수 있습니다.
스크랩 재용융. 스프 루 재료, 폐기물, 폐기된 공작물 등은 재용융을 위해 용광로에 직접 넣어서는 안 됩니다. 그 이유는 이러한 폐기물의 표면이 주조 공정 중에 산화되고 산화물 함량이 원래 합금 잉곳의 함량을 훨씬 초과하기 때문입니다. 이러한 폐기물을 직접 재용해하면 용융 금속 표면에 다량의 슬래그가 생성되고, 이 슬래그를 제거하면 상당한 양의 합금 성분이 제거됩니다.
전기 도금 폐기물에 포함된 구리, 니켈, 크롬과 같은 금속은 아연에 녹지 않고 아연 합금에 단단한 입자로 존재하여 연마 및 가공에 어려움을 초래하므로 전기 도금 폐기물은 비전기 도금 폐기물과 별도로 제련해야 합니다.
전기 도금 폐기물을 재용해하는 동안 합금에서 코팅 재료를 분리하는 데 주의하세요. 먼저 전기 도금 폐기물을 합금 용융물이 담긴 도가니에 넣습니다. 이때 코팅 재료의 융점이 높고 코팅이 합금에 녹지 않고 잠시 동안 용융액 표면에 떠 있으므로 용융물을 저어주거나 플럭스를 추가하지 마십시오. 모든 것이 녹은 후 도가니를 15~20분 동안 그대로 두어 표면에 떠다니는 드로스가 나타나는지 확인하고 드로스를 긁어냅니다. 이 단계가 끝나면 정제제를 추가할 필요가 있는지 확인합니다.
제련 작업 중 주의사항 ⑥ 제련 작업 중 주의사항.
a. 도가니는 표면의 기름, 녹, 슬래그 및 산화물을 제거하기 전에 청소해야 합니다. 주철 도가니의 철 원소가 합금에 용해되는 것을 방지하려면 도가니를 150-200°C로 예열하고 작업 표면에 코팅층을 뿌린 다음 200-300°C로 가열하여 코팅에서 수분을 완전히 제거해야 합니다.
b. 용융 공구는 사용하기 전에 표면의 먼지를 깨끗이 닦아야 하며 금속과 접촉하는 부분은 예열하고 코팅해야 합니다. 도구가 축축하지 않아야 합니다. 그렇지 않으면 용융된 액체가 튀어 폭발할 수 있습니다.
c. 엄격한 조성 기준을 갖춘 합금 잉곳을 조달하여 합금 조성을 제어합니다. 고품질 합금 소재는 고품질 주조를 보장합니다.
d. 구매한 합금 잉곳은 습한 환경에 장기간 노출되지 않도록 깨끗하고 건조한 곳에 보관해야 합니다. 이렇게 하면 하얀 녹이 발생하거나 공장 먼지로 인한 오염이 발생하여 슬래그 생성 및 금속 손실이 증가할 수 있습니다.
e. 녹이기 전에 세척하고 예열하여 표면에 흡착된 수분을 제거합니다. 스프 루와 같은 신소재와 재활용 소재의 비율은 50%를 초과하지 않아야 합니다. 일반적으로 신소재: 구소재의 비율은 70:30입니다. 일부 합금 원소는 연속 재용융 합금에서 점차적으로 감소합니다.
f. 용융 온도가 상한을 초과하지 않아야 합니다.
g. 아연 냄비 표면에 떠다니는 드로스를 적시에 제거하고 드로스 갈퀴로 부드럽게 저어 용융 액체에 떠다니는 드로스를 모아 제거합니다.
(5) 캐스팅
주조 공정에 사용되는 일반적인 장비로는 원심 주조기와 전기 용해로가 있으며, 각각 그림 4-19와 4-20에 장비의 형태가 나와 있습니다.
그림 4-19 원심 주조기의 개요
그림 4-20 전기로 개요도
요구 사항에 따라 전기로에 합금 재료를 넣고 전기를 가하여 녹인 후 필요에 따라 온도를 유지합니다.
고무 몰드 양면에 활석 가루를 뿌린 다음 몰드의 양쪽을 두드려 여분의 활석 가루를 제거하여 준비합니다.
고무 몰드를 예열합니다. 용융 금속을 금형에 붓고 일정 시간 동안 유지하여 금형이 충분한 온도로 예열되도록 합니다. 주조를 시작할 수도 있으며 몇 번 반복하면 금형 온도가 상승합니다.
원심분리기에 설치된 고무 몰드의 회전 방향, 압력 설정 및 기타 표시에 따라 고무 몰드를 잠그기 위해 공기 압력이 반대 방향으로 적절하도록 파라미터를 설정합니다(그림 4-21).
표 4-10 다양한 유형의 공작물에 필요한 주조 압력
| 공작물 크기 | 압력/MPa | 회전 속도/(r・분-1 ) | 금속 온도 | 회전 시간/분 |
|---|---|---|---|---|
| 대형 품목(3100g 이상) | 3. 92 | 250 | 가장 차가운 끝 | 4 ~ 5 |
| 중형 아이템 (620 ~ 1 240g) | 3.92 | 400 ~ 475 | 공작물이 얇을수록 온도가 높아집니다. | 2 ~ 3 |
| 소형 품목(155~620g) | 1.96 | 475 ~ 550 | 가장 인기 있는 엔드 | 1 ~ 2 |
원심분리기 덮개를 올바르게 닫고 속도 설정이 올바른지 확인합니다. 기기 뚜껑을 닫으면 주조 사이클이 자동으로 시작됩니다. 적절한 국자를 사용하여 용융 금속 표면의 드로스를 국자 뒷면으로 옆으로 밀어내고 용해로에서 적당량의 용융 금속을 떠냅니다.
용융 금속을 금형에 안정적으로 붓습니다(그림 4-22). 붓는 방법은 공작물의 종류와 주조 작업자의 숙련도에 따라 다릅니다. 용융 금속의 양이 너무 많으면 금형에서 주조실로 튀고, 너무 적으면 불완전하게 금형을 채우게 되므로 적절한 양을 주입해야 합니다.
래들에 남은 금속 액체를 다시 용광로에 붓고 래들을 용광로 가장자리에 놓고 원심분리기의 회전이 끝날 때까지 기다립니다.
⑧ 회전이 멈춘 후 원심분리기 커버를 열고 금형의 상단 커버를 제거한 다음 금형을 꺼내 금형에서 공작물을 제거합니다. 아직 뜨거울 때 꺼낸 다음 주입 시스템을 제거하면 더 쉽습니다.
원심 주조에는 몇 가지 중요한 고려 사항이 있습니다.
제련 작업에서 재활용 재료는 일반적으로 신소재와 구소재의 비율을 50:50으로 하여 용광로에 다시 투입합니다. 필요한 경우 슬래그를 수집하기 위해 플럭스를 사용하지만, 재료가 고주석 합금인 경우 주석 함량이 높으면 슬래그가 많이 생성되지 않기 때문에 플럭스가 거의 필요하지 않습니다.
대부분의 파운드리 작업자는 50% 신소재와 50% 재활용 소재를 의 비율로 혼합합니다. 주석 함량이 높은 합금에는 플럭스가 필요하지 않지만, 용탕을 정기적으로 청소할 때 플럭스를 사용하는 것이 좋습니다(용탕에 25% 액체를 사용할 때는 스프 루와 신소재를 추가하기 전에 청소). 플럭스는 금속 산화물을 생성하여 용융 금속에서 분리되어 용융 금속에 슬래그 표면을 생성하는 슬래그를 형성합니다. 액체 표면의 슬래그는 도구로 제거할 수 있습니다. 플럭스는 일반적으로 염화 암모늄으로, 용광로 25%에 1 숟가락의 비율로 용광로에 첨가하고 종 항아리에 넣고 용광로 바닥에 눌러 플럭스가 바닥에서 용융 금속의 여러 부분으로 분산되도록합니다.
주조 공정에서는 금형 온도, 금속 액체 온도, 회전 속도와 같은 주요 파라미터를 제어하는 것이 중요합니다.
a. 용광로에서 용융 금속의 주입 온도를 유지하십시오. 적절한 주입 온도는 충전을 보장하면서 가능한 한 낮아야합니다. 실제 경험에 따르면 유동점보다 10℃ 높은 주입 온도는 좋은 주조 결과를 얻을 수 있습니다.
b. 고무 몰드의 온도가 최적의 값으로 유지되는지 확인합니다. 숙련된 주조 작업자는 좋은 주조 결과를 얻기 위해 고무 몰드를 일정한 리듬에 따라 충분한 온도로 예열합니다. 하지만 금형 온도가 너무 낮거나 너무 높아지는 것은 허용하지 않습니다. 금형 온도가 너무 높으면 고무 금형의 수명이 단축됩니다.
c. 주조의 무결성은 원심 속도와 크게 관련이 있으므로 주조 중 속도가 공작물과 일치하는지 확인합니다. 고무 몰드의 직경이 고정된 경우 속도를 높이면 용융 금속이 캐비티에 빠르게 들어갈 수 있습니다. 그러나 속도가 너무 빠르면 주물에서 플래시가 발생하거나 회전 중에 진동이 발생할 수 있습니다. 반대로 주조 속도가 너무 낮으면 용융 금속이 캐비티를 채우기 전에 러너에서 응고되어 주물의 모양이 불완전해질 수 있습니다(그림 4-23). 구형 원심분리기에는 속도를 표시하는 기기가 없는 반면, 신형 원심분리기에는 일반적으로 속도 표시 게이지가 있지만 정기적으로 보정해야 합니다. 기계마다 같은 속도로 설정하더라도 실제 값은 크게 다를 수 있습니다.
공기 압력이 너무 높으면 공작물이 변형되고, 너무 낮으면 공작물에 플래시가 발생할 수 있으므로 적절한 공기 압력을 설정합니다. 고압은 필요한 경우에만 사용해야 합니다.
주조하기 전에 적당량의 활석 가루를 고무 몰드에 바릅니다. 활석 가루는 매우 미세해야 합니다. 활석 가루를 도포하는 목적은 공작물이 금형에 달라 붙는 것을 방지하고 캐비티에서 가스 배출을 용이하게하며 용융 금속의 흐름과 충전을 돕기위한 것입니다.
(6) 트리밍 어셈블리
주조 후 주물은 타설 시스템에 연결되며, 주물에는 스프 루 제거 및 트리밍과 같은 공정을 통해 청소해야 하는 다양한 버가 있습니다. 이 공정에 사용되는 도구는 비교적 간단하며 일반적으로 가위, 칼날, 줄, 사포, 전동 행잉 플렉시블 샤프트 그라인더 등이 있습니다(그림 4-24).
체인 및 헤어핀과 같은 액세서리의 경우 액세서리 블랭크가 가공 된 후 스프링 및 샤프트와 같은 고정 부품을 조립하고 용접해야하며 이는 액세서리의 장식 및 기능적 측면을 결합하는 데 중요한 연결 고리이기도합니다.
(7) 연마
다듬고 용접한 주얼리 블랭크는 큰 버가 정리되었지만 여전히 장인 정신의 표면 밝기 요구 사항을 충족하지 못하므로 표면 모래 구멍을 제거하기 위해 연마 진동을 거쳐야 합니다. 수동 및 기계 연마를 포함한 다양한 연마 방법이 있으며, 공작물의 특성과 장비 조건에 따라 선택해야 합니다. 저 융점 합금은 상대적으로 부드럽고 융점이 낮기 때문에 과열을 방지하기 위해 연마 중에 특별한주의를 기울여야합니다. 수동 연삭 모터의 속도는 조절할 수 있어야 하며, 단일 모터의 속도는 일반적으로 1750r/pm을 초과하지 않아야 하며 한 곳 연마에 너무 오래 머무르지 않아야 합니다.
연마 장비. 대량 생산 중에는 기계적 연마를 사용할 수 있으며, 공작물의 재질과 표면 품질 요구 사항에 따라 배치 연마 방법을 결정해야 합니다. 저 융점 합금 공작물의 경우 연마 시간이 매우 짧으며 과도한 연마를 방지하기 위해 작업 공정을 엄격하게 제어해야 합니다. 연마 작업자는 보석의 금속 재료 특성을 이해해야 하며, 주석 함량이 높을수록 금속이 단단해져 일반적으로 연마가 더 쉬워집니다. 또한 표면 전기 도금이 필요한지 또는 원래의 금속 색상을 유지해야 하는지 여부에 관계없이 공작물의 품질 요구 사항을 명확히 파악하는 것이 중요합니다.
실제 생산 공정에서 몇 가지 일반적인 배치 연마 장비의 특징은 다음과 같습니다:
- 진동 연마기. 습식 연마 또는 건식 연마 및 전기 도금 전 연마 처리를 위해 다양한 재료를 사용할 수 있습니다. 습식 연마에는 일반적으로 세라믹, 플라스틱 및 기타 연마재가 사용되며, 연마재에 따라 연마 성능이 다릅니다. 건식 연마의 경우 일반적으로 목재 칩, 옥수수 알갱이, 톱밥 등과 같은 목재 연마재를 사용하여 상황에 따라 연마 액을 추가할지 여부를 결정합니다. 작업 중에는 온도 상승을 피하기 위해 주의해야 하며, 공작물의 온도 저항은 납 함량에 반비례하므로 납 함량이 높을수록 공작물의 내열성이 떨어집니다.
- 원심 연마기. 이 유형의 장비는 연마 효율이 높습니다. 거친 주물의 경우 연마력이 강한 연마재를 적절한 연마액과 함께 사용할 수 있습니다. 연마하는 동안 사전 도금 연마 매체를 사용하고 다량의 비눗물을 헹구어 공작물 표면을 더 밝게 만들 수 있습니다. 때로는 더 많은 비눗물을 추가 할 수 있으며 물의 흐름이 느리면 연마 매체 및 화합물의 효과를 더욱 향상시킬 수 있으며 우선 순위를 지정할 수 있습니다.
- 원심 진동 연마기. 이 장비는 연마 중에 가열되기 쉽기 때문에 저융점 합금에는 거의 사용되지 않습니다. 습식 연마도 사용할 수 있지만 연마 성능이 높기 때문에 과연마가 쉽게 발생할 수 있습니다. 또한 로딩 및 언로딩 시간과 가공 시간 간의 관계를 종합적으로 고려해야 합니다.
위의 연마기를 사용할 때는 금속의 경도에 따라 속도를 조절할 수 있는 속도 제어 장치를 장착하는 것이 가장 좋습니다.
미디어 연마. 저융점 합금을 연마하는 데 사용할 수 있는 연마재는 여러 가지가 있습니다. 미디어의 모양은 가장 많은 작업이 필요한 영역과 가공이 거의 필요하지 않은 영역에 따라 관형, 원통형, 원추형 또는 불규칙한 사변형일 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 연마 미디어에는 주로 나무 부스러기, 나무 조각, 나무 구슬, 옥수수 알갱이, 호두 껍질 및 기타 목재 기반 미디어가 포함됩니다. 이러한 미디어 유형은 때때로 연마 중에 소량의 연마액이 필요하며, 합성 미디어는 주석 함량이 낮거나 경도가 낮은 합금에 사용되며, 플라스틱 미디어는 주석 함량이 높은 합금에 사용됩니다. 사용 중에 미디어의 레벨과 처리 시간을 조정할 수 있으며, 금속이 단단할수록(즉, 주석 함량이 높을수록) 미디어의 마모 속도가 빨라집니다.
다량의 연마는 부유 입자를 생성하므로 강화된 여과가 필요합니다. 산업 폐수의 모니터링과 배출에 주의를 기울여야 합니다. 저융점 합금에는 납, 카드뮴 및 기타 유해 원소가 포함되어 있으므로 연마 폐액을 검사하고 처리하여 현지 배출 기준을 준수해야 합니다.
그림 4-25와 4-26은 각각 기계 연마 후 결함이 있는 주석 합금 주얼리 블랭크와 납 합금 주얼리 블랭크입니다.
그림 4-25 기계 연마 후 주석 합금 주얼리 블랭크
그림 4-26 기계 연마 후 납 합금 장식 블랭크
(8) 전기 도금
납-주석 합금은 회색 재료이며 우리가 보는 눈부신 모조 보석은 전기 도금으로 처리됩니다. 전기 도금은 공정 방법에 따라 행잉 도금과 압연 도금으로 나눌 수 있으며, 전기 도금의 효과 측면에서는 금도금, 은도금, 구리 도금, 니켈 도금, 백강 도금 및 기타 특수 전기 도금 효과가 있습니다.
주얼리 산업에서 다른 재료로 만든 주얼리의 전기 도금과 마찬가지로 금속의 종류와 표면 상태는 전기 도금 효과에 큰 영향을 미칩니다. 주조 후 저융점 합금 주얼리의 표면 품질이 상대적으로 낮기 때문에 금, 은 및 기타 귀금속으로 전기 도금하기 전에 구리와 니켈로 사전 도금하는 경우가 많습니다. 이 공정에서는 앤틱 코팅을 위한 변환 코팅 기법을 사용할 수도 있습니다. 공정 단계는 다음과 같습니다:
공작물은 시안화물 구리 용액에 일반적으로 35-40 초 동안 펄스 도금되며 전압에 따라 시간이 변경됩니다. 공작물 끝이 타는 것을 방지해야합니다→ 두꺼운 용액에 담근 후 공작물을 두 번 헹구십시오→ 공작물의 초음파 세척→ 공작물을 두 번 헹구십시오→ 공작물을 산 또는 염 용액에 담근 후→ 두 번 헹구십시오→ 니켈 도금 시간은 공작물의 구조에 따라 다르며 일반적으로 15-30 분 동안입니다. 밝기가 필요한 경우 브라이트너가 포함된 도금 용액을 사용하세요→ 두 번 헹굽니다.
위의 처리 후 공작물은 24K 금, 청동 또는 은으로 도금하는 등의 최종 전기 도금 처리를 거칠 수 있습니다. 청동 전기 도금은 상업용 청동 도금 용액(폴리설파이드 암모늄)에 15분 동안 도금할 수 있습니다. 큰 조각에는 저전압을 사용하고, 전기 도금 시간을 적절히 연장한 다음 아노다이징을 통해 표면을 갈색으로 만든 다음 헹구고 건조하여 필요한 밝기를 얻습니다. 금속 앤틱 처리에는 일반적으로 금속을 갈색으로 처리한 다음 검은색으로 산화시키는 과정이 포함됩니다. 은 도금이 필요한 경우 일반적으로 먼저 은으로 펄스 도금한 다음 시안화은 용액에 전기 도금을 합니다. 공작물을 검게 해야 하는 경우 두꺼운 은으로 도금해야 합니다. 은 도금 후 흑화 처리는 일반적으로 황화물 방법을 사용하여 수행한 다음 철저히 헹굽니다.
(9) 효과 제작
전기 도금 액세서리 중 일부는 직접 포장하여 보관할 수 있지만 일부는 이형제 도포(번아웃 및 얇은 코팅), 스프레이 도장, 프로스트, 드립 오일, 모래 플러싱 등 디자인 요구 사항에 따라 다양한 효과를 적용해야 하며(그림 4-27), 이러한 효과를 완료한 후 다이아몬드 세팅이 필요하지 않은 경우 보관할 수 있습니다.
(10) 다이아몬드 세팅
이 과정은 마지막 단계로, 디자인 요구 사항에 따라 다양한 컬러 라인석을 조합하여 다양한 효과를 낼 수 있는 특수 접착제를 사용하여 라인석을 부착합니다(그림 4-28).
(11) 포장 보관
품질 검사를 통과한 제품은 포장하여 시장에 출시할 수 있습니다.
그림 4-27 표면 스프레이 페인트가 있는 합금 주얼리
그림 4-28 다이아몬드 세팅 보석
2. 냉간 압출 성형 공정
냉간 압출 기술은 고정밀, 효율, 고품질, 저소비의 첨단 생산 공정입니다. 중소형 부품의 대량 생산에 적합합니다. 기존 공정에 비해 30%-50% 재료와 40%-80% 에너지를 절약하고 고품질 제품을 생산할 수 있습니다. 치수 정확도가 우수하고 가공하기 어려운 복잡한 형상도 가공할 수 있습니다.
과거에는 주석 공예품은 주로 수작업으로 모양을 만들고 주조했는데, 이러한 방식에는 한계가 있었습니다. 예를 들어 개발 주기가 길고 제조 시간이 오래 걸리며 표면 품질이 좋지 않습니다. 주석은 연성과 가소성이 우수하여 금과 은에 이어 두 번째로 물성이 좋고, 검은색과 비철금속보다 연성과 가소성이 높습니다. 이러한 특성 덕분에 냉간 압출 공정을 사용하여 성형할 수 있습니다.
냉간 압출 성형 공정은 주석 주조 재료 용융→ 재료 주조→ 재료 배치→ 예비 성형→ 윤활 처리→ 압출 성형→ 잔류 재료 제거→ 트리밍 및 연마로 이루어집니다. 프리포밍 과정에서 필요에 따라 재료를 압출하거나 가공할 수 있습니다. 일반적으로 냉간 압출 성형은 속도가 빠르며 정확한 압출 치수를 보장할 수 있습니다.
3. 다이 캐스팅 프로세스
압력 다이캐스팅은 중력을 제외한 외부 힘의 작용으로 용융 금속을 금형에 주입하는 공정을 말합니다. 넓은 의미에서 압력 다이캐스팅에는 다이캐스팅 기계를 이용한 압력 다이캐스팅, 진공 주조, 저압 주조, 원심 주조 등이 포함되며, 좁은 의미에서 다이캐스팅은 특히 다이캐스팅 기계의 금속 다이캐스팅을 말하며 약칭으로 다이캐스팅이라고 합니다.
다이캐스팅의 핵심은 액체 또는 반액체 금속을 다이 캐비티에 고속으로 채우고 압력을 가하여 성형 및 응고시켜 주물을 얻는 방법입니다. 다이캐스팅은 가장 진보된 금속 성형 방법 중 하나이며 칩을 최소화하거나 전혀 만들지 않는 효과적인 방법입니다. 광범위한 응용 분야와 빠른 개발이 가능합니다. 다이캐스팅은 아연 합금 주얼리의 중요한 생산 공정 중 하나가 되었습니다.
3.1 다이 캐스팅의 특성
다이캐스팅에는 고압과 고속 충진이라는 두 가지 주요 특징이 있습니다. 일반적으로 사용되는 사출 압력의 범위는 수천에서 수만 kPa이며 2×10까지 도달할 수도 있습니다.5충전 속도는 약 10-50m/s이며 때로는 100m/s를 초과할 수도 있습니다. 충전 시간은 일반적으로 0.01~0.2초 범위 내에서 매우 짧습니다.
(1) 장점
다른 주조 방식에 비해 다이캐스팅은 다음과 같은 세 가지 장점이 있습니다.
제품 품질이 좋습니다. 주물의 치수 정확도는 일반적으로 6-7 등급에 해당하며 4 등급에 도달 할 수도 있습니다. 표면 조도는 일반적으로 5-8 등급에 해당하며 강도와 경도는 상대적으로 높으며 일반적으로 모래 주조에 비해 25%-30% 강도가 향상되지만 연신율은 약 70% 감소하며 치수가 안정적이고 호환성이 좋으며 얇은 벽 복합 주물은 다이캐스팅이 가능합니다. 예를 들어, 현재 아연 합금 다이캐스팅의 최소 벽 두께는 0.3mm, 알루미늄 합금 주조는 0.5mm, 최소 주조 구멍 직경은 0.7mm에 달할 수 있습니다.
높은 생산 효율성. 예를 들어 일반적인 수평 저온 챔버 다이캐스팅 기계는 평균 8시간에 3000~7000회 주조할 수 있는 반면 소형 고온 챔버 다이캐스팅 기계는 평균 8시간에 주조할 수 있으며 다이캐스팅 금형은 수명이 길고 녹는점이 낮은 합금을 사용할 경우 다이캐스팅 금형 세트는 수십만 회 또는 백만 회 이상 지속될 수 있으며 기계화 및 자동화를 쉽게 달성할 수 있습니다.
경제적 이익 ③ 좋은 경제적 이익. 다이캐스트 부품의 정확한 치수와 매끄러운 표면의 장점으로 인해 연마 및 마감 작업의 양이 줄어들어 금속 활용도가 향상되고 많은 양의 가공 장비와 인력을 줄일 수 있습니다.
(2) 단점
다이캐스팅에는 많은 장점이 있지만 몇 가지 단점도 해결해야 합니다.
다이캐스팅 중에는 캐비티를 채우는 액체 금속의 빠른 속도와 불안정한 흐름 상태로 인해 필연적으로 캐비티의 공기를 주조 내부에 가두어 둡니다. 따라서 일반적인 다이캐스팅 방법을 사용하면 주물은 다공성이 발생하기 쉽고 열처리를 할 수 없으며 표면 스프레이에 적합하지 않으며, 그렇지 않으면 위의 처리 중에 가열되면 주물의 내부 다공성이 팽창하여 주물이 변형되거나 기포가 발생합니다.
내부에 오목한 부분이 있는 복잡한 주물을 다이캐스팅하는 것은 쉽지 않습니다.
고융점 합금(예: 구리 및 검은색 금속)은 다이캐스팅 시 수명이 짧습니다.
다이캐스팅 금형의 제조 비용이 높고 다이캐스팅 기계의 생산 효율이 높아 소량 생산에 적합하지 않아 소량 생산이 비경제적입니다.
3.2 다이캐스팅 기계의 종류
다이캐스팅은 다이캐스팅 기계에서 금속을 주조하는 공정으로, 현재 가장 효율적입니다. 다이캐스팅 기계는 핫 챔버와 콜드 챔버 기계로 나뉩니다.
(1) 핫 챔버 다이캐스팅 기계
핫 챔버 다이캐스팅 기계는 압력 챔버가 단열 용융 도가니의 액체 금속에 잠겨 있습니다. 사출 부품은 그림 4-29와 같이 기계 베이스에 직접 연결되지 않고 도가니에 장착됩니다. 이 유형의 다이캐스팅 기계의 장점은 생산 공정이 간단하고 효율이 높으며 금속 소비량이 적고 공정이 안정적이라는 점입니다. 그러나 압력 챔버와 사출 플런저는 액체 금속에 장기간 침수되어 수명에 영향을 미치고 합금의 철 함량을 쉽게 증가시킬 수 있습니다. 핫 챔버 다이캐스팅 기계는 콜드 챔버 다이캐스팅 기계보다 높은 수준의 자동화, 낮은 재료 손실 및 높은 생산 효율성을 가지고 있습니다. 하지만 아연 및 마그네슘 합금과 같은 저융점 재료로 만든 주물의 생산은 현재 기계 부품의 내열성 제약으로 인해 제한적입니다.
(2) 콜드 챔버 다이캐스팅 기계
콜드 챔버 다이캐스팅 기계의 압력 챔버는 유지로와 분리되어 있습니다. 다이캐스팅 중에 액체 금속은 유지로에서 꺼내어 주조를 위해 압력 챔버에 붓습니다(그림 4-30). 융점이 높기 때문에 오늘날 널리 사용되는 알루미늄 합금 다이캐스팅은 콜드 챔버 다이캐스팅 기계에서만 생산할 수 있습니다. 저온 챔버 다이캐스팅 기계는 압력 챔버 구조와 레이아웃에 따라 수평 다이캐스팅 기계와 수직 다이캐스팅 기계(완전 수직 다이캐스팅 기계 포함)의 두 가지 유형으로 나뉩니다.
3.3 다이캐스팅 기계의 선택
실제 생산에서 모든 다이캐스팅 기계가 다양한 제품의 다이캐스팅 요구를 충족시킬 수 있는 것은 아니며, 일반적으로 다음 두 가지 측면을 고려하여 특정 상황에 따라 선택해야 합니다.
(1) 다양한 품종 및 배치에 따른 선택
다품종, 소량 생산을 구성 할 때는 일반적으로 간단한 유압 시스템, 강력한 적응성 및 빠른 조정 기능을 갖춘 다이캐스팅 기계를 선택해야합니다. 단일 품종, 대량 생산을 구성 할 때는 다양한 기계화 및 자동화 제어 장치가 장착 된 고효율 다이캐스팅 기계를 선택해야하며 단일 품종의 주물을 대량 생산하려면 전용 다이캐스팅 기계를 선택할 수 있습니다.
(2) 제품 구조 및 프로세스 매개변수에 따라 선택
제품의 치수, 무게, 벽 두께 및 기타 매개변수는 다이캐스팅 기계의 선택에 큰 영향을 미칩니다. 주물의 무게(주입 시스템 및 오버플로 트로프 포함)는 다이캐스팅 기계에 지정된 정격 용량을 초과하지 않아야 합니다. 하지만 기계의 전력 낭비를 피하기 위해 너무 작아서는 안 됩니다.
주얼리의 경우 일반적인 크기는 비교적 작으며, 10-25t의 다이캐스팅 기계를 사용하면 생산 요구 사항을 충족하기에 충분합니다.
3.4 다이 캐스팅 프로세스
(1) 다이캐스팅의 기본 프로세스
진동력 핫 챔버 다이캐스팅 기계를 예로 들면, 그 과정은 다음과 같습니다.
다이캐스팅을 시작하기 전에 먼저 오일 탱크의 오일 레벨을 확인하고 전기로의 전원을 켜서 가열하고 온도 측정을 위해 열전대를 삽입하고 절연 슬리브를 가열하고 공정 요구 사항에 따라 다이캐스팅 금형을 예열하고 사출 지지대에 냉각수를 공급하고 필요에 따라 다른 부품에 냉각수를 공급합니다; 압력 실린더 밸브와 공기 차단 밸브를 열고 압력 게이지 스위치를 켜고 오일 펌프를 시동하고 필요한 압력으로 올리고 합금이 녹은 후 사출 피스톤을 용융 합금에 담근 다음 사출 피스톤을 설치하고 금형 개폐를 테스트하고 생산을 진행하기 전에 메커니즘이 정상인지 확인합니다.
다이캐스팅 작업 시 안전 수칙을 준수해야 합니다. 작업자는 적절한 보호 장비를 착용하고 다이캐스팅 분리 라인과 노즐 바로 앞에 서서 금속이 튀어 사고를 유발할 수 있는 것을 방지해야 합니다. 다이캐스팅을 시작할 때는 먼저 "수동" 모드로 한 번 작동하여 정상 작동을 확인한 후 "반자동" 또는 "자동" 모드로 전환합니다. 각종 계측기 판독값이 공정 요건을 충족하는지, 장비가 정상적으로 작동하는지 정기적으로 점검합니다. 이상이 발견되면 '비상 정지' 버튼을 눌러 점검하고 문제 해결 후 작업을 계속하세요. 노즐 막힘과 과열로 인한 금속 튀김을 방지하기 위해 공정에 따라 절연 슬리브의 온도를 조정합니다. 55℃를 넘지 않아야 하는 유압 오일의 온도 상승을 정기적으로 모니터링합니다. 온도 상승 정도에 따라 필요에 따라 냉각수 흐름을 조정합니다. 장비가 30분 이상 유휴 상태일 경우, 단열을 위해 주입 피스톤을 제거하고 도가니 옆에 놓아야 합니다. 1시간 이상 유휴 상태일 경우 전원을 끄고 압력 실린더 밸브를 닫아 우발적인 작동 및 압력 실린더의 압력 손실을 방지해야 합니다. 금속 액체 레벨은 항상 주입 피스톤을 잠기게 해야 하며, 최대 액체 레벨은 도가니 가장자리에서 20mm 아래에 있어야 합니다. 도가니에 금속 블록을 추가 할 때 금속 온도가 크게 낮아지지 않도록 블록의 크기가 너무 크지 않아야하며 블록은 공정에 따라 예열되어야합니다. 젖은 금속 블록은 폭발 사고를 예방하기 위해 허용되지 않습니다.
다이캐스팅 후 용융 금속의 2/3를 도가니에 남겨두고 열전대는 도가니에 남아 액체 펌프를 닫고 전원 공급을 차단하고 급수 밸브를 닫고 주입 피스톤을 제거하고 장비의 움직이는 부품(실린더 로드, 가이드로드, 슬라이드 레일 등)에 기계 오일을 얇게 도포합니다.
(2) 다이캐스팅 공정 파라미터
압력 및 속도 선택. 사출 압력 선택은 아연 합금 주얼리의 경우 주조 벽 두께 3mm 미만, 사출 압력 30~40MPa, 주조 벽 두께 3mm 이상, 사출 압력 50~60MPa를 사용하여 다양한 합금 및 주조 구조적 특성을 기반으로 결정해야 합니다. 충전 속도 선택의 경우 일반적으로 벽이 두꺼운 주물 또는 내부 품질 요구 사항이 높은 주물의 경우 낮은 충전 속도와 높은 부스트 압력을 선택해야하며, 벽이 얇은 주물 또는 표면 품질 요구 사항이 높은 주물 및 복잡한 주물의 경우 더 높은 압력과 더 높은 충전 속도를 선택해야합니다.
따르는 온도. 주입 온도는 프레스 헤드에서 금형 캐비티로 들어갈 때 액체 금속의 평균 온도를 말합니다. 압력 챔버에서 액체 금속의 온도를 측정하는 것은 불편하기 때문에 일반적으로 단열로의 온도로 표현합니다.
주입 온도가 너무 높으면 수축이 심해져 주물에 균열이 생기고 입자 크기가 커지며 접착력이 떨어지고, 주입 온도가 너무 낮으면 콜드 셧, 표면 패턴, 불충분한 주입 결함이 발생할 수 있습니다. 따라서 주입 온도는 압력, 다이캐스팅 금형 온도 및 충전 속도와 함께 고려해야 합니다.
다이캐스팅에 사용되는 아연 합금의 융점은 382-386℃이며 적절한 온도 제어는 아연 합금의 조성을 제어하는 데 중요한 요소입니다. 캐비티를 채우기 위해 합금 액체의 우수한 유동성을 보장하기 위해 다이캐스팅 기계의 아연 포트에있는 금속 액체의 온도는 430-450 ℃입니다. 벽이 얇고 복잡한 부품의 경우 다이캐스팅 온도의 상한을 취할 수 있고 벽이 두껍고 단순한 부품의 경우 하한을 취할 수 있습니다. 중앙 용해로의 금속 액체의 온도는 다음과 같습니다. 구즈넥 파이프에 들어가는 금속 액체의 온도는 아연 포트의 온도와 동일합니다. 아연 냄비의 금속 액체의 온도를 제어함으로써 주입 온도를 정확하게 제어하여 금속 액체가 산화물없이 투명한 액체가되도록 보장하고 주입 온도를 안정적으로 유지할 수 있습니다.
다이캐스팅 금형의 온도. 다이캐스팅 몰드는 가스, 토치, 전기 제품 또는 유도 가열을 사용하기 전에 특정 온도로 예열해야 합니다.
연속 생산에서는 특히 고융점 합금의 경우 다이캐스팅 금형의 온도가 자주 상승하고 빠르게 상승합니다. 지나치게 높은 온도는 액체 금속의 점성을 유발할 뿐만 아니라 주물의 냉각 속도를 늦춰 입자가 거칠어지게 합니다. 따라서 다이캐스팅 금형의 온도가 너무 높으면 특정 냉각 조치를 취해야 합니다. 일반적으로 냉각은 압축 공기, 물 또는 화학 매체를 사용하여 이루어집니다.
충전, 유지 압력 및 개방 시간.
a. 시간 채우기. 액체 금속이 금형 캐비티에 들어가기 시작할 때부터 채워질 때까지 필요한 시간을 충진 시간이라고 합니다. 충진 시간은 주물의 크기와 복잡성에 따라 달라집니다. 크고 단순한 주물의 경우 충진 시간이 상대적으로 길어지는 경향이 있는 반면, 복잡하고 벽이 얇은 주물의 경우 충진 시간이 짧아집니다. 충전 시간은 내부 게이트의 단면적 또는 내부 게이트 또는 내부 게이트의 폭과 두께와 밀접한 관련이 있으므로 정확하게 결정해야 합니다.
b. 유지 압력 및 개방 시간. 사출 펀치의 지속적인 작용으로 액체 금속이 캐비티를 채울 때부터 내부 게이트가 완전히 응고될 때까지의 기간을 유지 압력 시간이라고 합니다. 보압 시간의 길이는 주물의 재료와 벽 두께에 따라 달라집니다.
압력을 유지한 후 금형을 열어 주물을 제거해야 합니다. 사출이 끝날 때부터 금형이 열릴 때까지의 시간을 개방 시간이라고 합니다. 개방 시간이 너무 짧으면 합금 강도가 여전히 낮아 주물 배출 및 자체 압착 다이의 낙하 중에 변형이 발생할 수 있지만 개방 시간이 너무 길면 주물의 온도가 너무 낮아져 수축이 크게 발생하고 주물의 코어 당김 및 배출에 대한 저항도 커집니다. 일반적으로 개방 시간은 주조 벽 두께가 1mm인 경우 3초로 계산하고 테스트 후 그에 따라 조정합니다.
(3) 다이 캐스팅용 코팅
다이캐스팅 공정에서 코팅은 주물이 금형에 용접되는 것을 방지하고, 배출 시 마찰 저항을 줄이며, 과도한 금형 가열을 방지합니다. 코팅 요구 사항은 다음과 같습니다:
- 고온에서는 윤활성이 우수합니다.
- 낮은 끓는점: 희석제는 100-150℃에서 빠르게 증발할 수 있습니다.
- 다이캐스팅 몰드 및 다이캐스트 부품에 부식 효과가 없습니다.
- 성능이 안정적이며 희석제가 공기 중에서 너무 빨리 증발하여 걸쭉해지지 않아야 합니다.
- 고온에서는 유해 가스가 방출되지 않습니다.
- 다이캐스팅 캐비티 표면에 먼지가 쌓이지 않습니다.
3.5 주조 청소
3.6 후처리
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