흔히 발생하는 결함과 예방 방법은 무엇일까요?
브레이크 디스크 생산에서 흔히 발생하는 결함으로는 기포, 수축 기공, 모래 구멍 등이 있습니다. 또한 금속 조직 내 흑연의 종류와 크기가 기준치를 초과하거나 탄화물 함량이 기준치를 충족하지 못하는 경우도 있습니다. 브리넬 경도가 지나치게 높으면 가공이 어려워지거나 경도가 고르지 않게 됩니다. 흑연 구조가 거칠어 기계적 특성이 기준에 미치지 못하고 가공 후 표면 조도가 좋지 않으며, 주조 표면에 뚜렷한 기공이 발생하는 경우도 있습니다.
1. 기포 발생 및 방지: 기포는 브레이크 디스크 주조에서 가장 흔한 결함 중 하나입니다. 브레이크 디스크 부품은 크기가 작고 얇으며 냉각 및 응고 속도가 빠르기 때문에 석출 기포나 반응 기포가 발생할 가능성이 적습니다. 지방유 결합 모래 코어는 가스 발생량이 많습니다. 주형의 수분 함량이 높으면 이 두 가지 요인이 주조물에 침투성 기포를 유발하는 경우가 많습니다. 주형 모래의 수분 함량이 초과되면 기공으로 인한 불량률이 크게 증가하는 것으로 나타났습니다. 일부 얇은 모래 코어 주조에서는 막힘 기공(choking pores)과 표면 기공(shelling pores)이 자주 발생합니다. 수지 코팅 모래 열심사법을 사용하는 경우 가스 발생량이 많아 기공 문제가 특히 심각합니다. 일반적으로 두꺼운 모래 코어를 사용한 브레이크 디스크는 기포 결함이 거의 발생하지 않습니다.
2. 기공 형성: 고온에서 브레이크 디스크 주조 시 디스크 모래 코어에서 발생하는 가스는 정상적인 조건에서 코어 모래 틈새를 통해 수평으로 바깥쪽 또는 안쪽으로 흐릅니다. 디스크 모래 코어가 얇아지면 가스 통로가 좁아지고 유동 저항이 증가합니다. 어떤 경우에는 용융철이 디스크 모래 코어를 빠르게 잠기게 되면 다량의 가스가 분출될 수 있습니다. 또는 고온의 용융철이 함수율이 높은 모래 덩어리(모래 혼합이 불균일한 경우)와 접촉하면 가스 폭발, 질식 화재 및 기공 형성이 발생할 수 있습니다. 또 다른 경우에는 생성된 고압 가스가 용융철에 침투하여 상승하여 빠져나갈 수 있습니다. 주형이 제때 가스를 배출하지 못하면 가스가 용융철과 상부 주형의 하부 표면 사이에 가스층을 형성하여 디스크 상부 표면의 일부 공간을 차지하게 됩니다. 용융 철이 응고되거나 점도가 높아 유동성을 잃으면 가스가 차지했던 공간이 채워지지 않아 표면에 기공이 생깁니다. 일반적으로 코어에서 생성된 가스가 제때 상승하여 용융 철을 통해 빠져나가지 못하면 디스크 표면에 남아 기공으로 드러나게 되는데, 때로는 단일 기공으로 노출되기도 하고, 산화 스케일 제거를 위한 쇼트 블라스팅 후에 드러나기도 하며, 가공 후에 발견되기도 하여 가공 시간을 낭비하게 됩니다. 브레이크 디스크 코어가 두꺼울 경우, 용융 철이 디스크 코어를 통해 상승하여 코어를 완전히 덮는 데 오랜 시간이 걸립니다. 이 경우, 코어가 완전히 덮이기 전까지 코어에서 생성된 가스가 모래 틈을 통해 코어의 윗면으로 자유롭게 흐를 시간이 충분하고, 수평 방향으로의 유동 저항도 작습니다. 따라서 표면 기공 결함은 드물게 발생하지만, 개별적인 고립된 기공이 발생할 수는 있습니다. 즉, 모래 코어의 두께와 두께 사이에는 막힌 기공이나 표면 기공이 형성되는 임계 크기가 존재합니다. 모래 코어의 두께가 이 임계 크기보다 얇아지면 기공 발생 경향이 심각해집니다. 이 임계 크기는 브레이크 디스크의 반경 방향 크기가 커지고 디스크 코어가 얇아질수록 커집니다. 온도는 기공 발생에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 용융 철은 내부 스프루를 통해 금형 캐비티로 유입되어 디스크를 채울 때 중간 코어를 우회하고 내부 스프루 반대편에서 만납니다. 이 과정이 비교적 길기 때문에 온도가 더 많이 감소하고 점도가 그에 따라 증가하여 기포가 부상하여 배출될 수 있는 유효 시간이 짧아지고, 기포가 완전히 배출되기 전에 용융 철이 응고되어 기공이 쉽게 발생합니다. 따라서 내부 스프루 반대편 디스크의 용융 철 온도를 높이면 기포 부상 및 배출 유효 시간을 연장할 수 있습니다.
