알루미늄 다이캐스팅 다공성 제어

다공성은 산업의 지배적인 품질 및 성능 동인입니다. 알루미늄 다이캐스팅. 강도가 저하됩니다, 피로 수명을 단축시킨다, 압력 무결성을 손상시킵니다., 가공 및 마무리가 복잡함, 보증 위험이 증가합니다..

효과적인 다공성 제어는 시스템 문제입니다: 야금 (합금 및 용융 화학), 용융물 취급, 게이팅 및 다이 설계, 샷 프로파일 및 캐비티 압력 제어, 보조 기술 (진공, 짜내다, 잘 알고 있기), 엄격한 측정/피드백이 모두 함께 작동해야 합니다..

이 기사에서는 실용적인 진단을 통해 각 기술 영역을 확장합니다., 우선순위 시정 조치, 디자인 규칙, 엔지니어와 파운드리 팀이 즉시 적용할 수 있는 프로세스 제어 모범 사례.

다공성이 중요한 이유

다공성은 유효 단면적을 줄이고 인장 및 피로 내구성 한계를 대폭 낮추는 응력 집중 장치를 생성합니다..

유압 또는 압력을 포함하는 부품, 심지어 작은, 연결된 기공은 누출 경로를 생성합니다..

가공된 부품에서, 표면 아래 기공으로 인해 도구 떨림이 발생합니다., 열처리 후 치수 불안정성, 마무리 작업 중 예측할 수 없는 스크랩.

다공성은 다중 원인이기 때문에, 임시 조정으로 문제가 영구적으로 해결되는 경우는 거의 없습니다. 측정 및 근본 원인 분석이 필수적입니다..

1. 알루미늄 다이캐스팅의 다공성 유형

• 가스 다공성 (수소): 응고 중에 용액에서 나오는 용존 수소로 인한 폐쇄형 또는 구형 기공.
• 수축 다공성: 응고 중 공급 부족으로 인한 공극 (체적 수축).
• 수지상간 다공성: 마지막으로 동결된 액체의 네트워크 다공성, 종종 넓은 냉동 범위 또는 합금 시스템 분리와 관련됨.
• 갇힌 공기 / 난류 다공성: 난류와 공기 포집으로 인해 생성된 불규칙한 기포와 산화물 주름.
• 핀홀 / 표면 다공성: 종종 표면 반응과 관련된 표면 근처의 작은 공극, 수분, 또는 쉘/코어 가스 방출.

유형마다 다른 예방 전략이 필요합니다.; 진단이 첫 번째 단계이다.

2. 근본적인 근본 원인 - 마스터해야 하는 물리학

두 가지 물리적 동인이 지배적:

가스 (수소) 용해도와 핵생성

용융 알루미늄이 수소를 용해시킵니다.; 금속이 냉각되어 굳어지면서, 용해도가 떨어지고 수소가 기포로 배출됩니다..

주입 시간에 용존 수소의 양, 핵 생성의 동역학, 응고 중 압력 이력은 수소가 미세한 분포 기공을 형성하는지 아니면 더 큰 기포를 형성하는지를 결정합니다..

수분에 녹는 노출, 젖은 플럭스, 전송의 난기류, 유지 시간이 길어지면 모두 용존 수소가 증가합니다..

급송 & 응고 경로 (수축 다공성)

알루미늄은 응고 시 수축됩니다.. 최종 동결 구역에 공급할 액체 경로가 없는 경우, 공극이 형성됨.

합금 냉동 범위, 섹션 두께, 열 구배, 최종 응고 기간 동안 캐비티 압력이 유지되는지 여부는 모두 수축 민감성을 좌우합니다..

세 번째, 똑같이 중요한 메커니즘은 산화물/이중막 포착: 난류는 산화막을 용융물로 접습니다., 다공성을 핵화하고 균열 개시제 역할을 하는 내부 이중막 생성.

난류를 최소화하고 물보라/공기 혼입을 방지하면 다루기 힘든 다공성 문제가 해결됩니다..

3. 용융 화학 및 취급

용융측 제어는 가스 다공성을 가장 잘 활용하는 영역입니다.:

• 가스 제거 규율: 회전식 임펠러 탈기 사용 (아르곤 또는 질소) 문서화된 주기와 측정 가능한 종말점을 갖춘.
  감압 테스트 추적 (RPT) 또는 수소 및 함유 위험에 대한 공정 제어 지표로서의 밀도 지수. 시간이 지남에 따라 데이터를 비교할 수 있도록 기본 샘플링 절차를 설정합니다..
• 플럭싱 및 스키밍: 가스 제거와 액체 플럭스 또는 스키밍을 결합하여 산화물과 불순물을 제거합니다.. 플럭스 선택은 합금 및 다운스트림 여과와 호환되어야 합니다..
• 여과법: 세라믹 필터 (적절한 등급으로) 나중에 보이드의 핵 생성 사이트 역할을 하는 비금속 개재물 및 산화물 클러스터를 제거합니다..
• 충전 및 스크랩 관리: 스크랩 믹스 제어, 응고 거동을 변화시키는 구리/철 트램프 요소를 피하십시오., 오염물질이나 수분이 유입되지 않도록 반송스크랩을 관리합니다..
• 온도 & 유지 시간: 과열을 최소화하고 프로세스 요구 사항에 맞는 유지 시간을 유지합니다.. 과열도가 높을수록 흐름이 향상되지만 가스 픽업 및 산화물 생성이 증가합니다..
  부품 형상 및 합금에 대한 용융 온도 곡선 최적화.

4. 게이팅, 러너 및 벤팅 디자인

게이팅 및 러너 형상이 충전 동작 및 공급 가능성을 결정합니다.:

• 방향성 응고를 위한 게이트 위치: 가장 무거운 부분에 공급하고 방향성 응고를 촉진하여 마지막 액체가 공급 가능한 영역에 있도록 게이트를 배치합니다. (러너 또는 오버플로).
  얇은 벽을 먼저 공급하고 두꺼운 갈비뼈를 굶주리는 게이트를 피하십시오..
• 러너 크기 조정 및 충전 속도 제어: 난류를 줄이고 얇은 부분으로 층류 흐름을 허용하는 크기의 러너는 이중막 형성을 줄입니다.. 부드러운 전환을 사용하고 급회전을 피하세요..
• 환기 및 오버플로: 마지막으로 채워지는 영역에 통풍구 제공; 오버플로를 제어하면 갇혀 있는 가스가 빠져나갈 수 있습니다.. 복잡한 코어의 경우, 환기 채널과 전용 환기 기능이 필수적입니다..
• 오한 및 열 조절제 사용: 국부적인 응고 순서를 변경하기 위해 냉각 장치를 두어 가공하거나 공급할 수 있는 영역으로 핫스팟을 이동합니다..

5. 샷 프로파일 및 캐비티 압력 제어 (HPDC 세부사항)

고압 다이캐스팅에서, 샷 프로파일과 강화 일정은 다공성 제어를 위한 기본 도구입니다.:

• 채우기 스테이지: 잔잔한 충전을 위해 초기 느린 샷을 사용하고 난류를 최소화하면서 조기 고체 스킨 형성을 방지하기 위해 고속으로 전환합니다..
• 강화 시기와 규모: 강화 시작 (짜내다) 마지막 액체가 얼 때 캐비티 압력이 존재하도록; 충분한 강화 압력은 금속을 수지상 네트워크로 수렴시켜 수축을 감소시킵니다..
  경험적 및 센서 기반 조정이 중요합니다. 일반적으로 강화 압력이 높을수록 다공성이 감소합니다., 하지만 과도한 압력을 가하면 플래시와 다이 고착이 발생할 수 있습니다..
• 캐비티 압력 모니터링: 캐비티 압력 센서를 설치하고 압력-시간 곡선 분석을 품질 지표 및 폐쇄 루프 제어로 사용합니다..
  압력 추적은 공정 설정점과 다공성 결과를 연관시키는 데 도움이 되며 생산 기록의 일부로 저장되어야 합니다..

6. 진공 보조, 저압 & 스퀴즈 캐스팅

기존의 방법으로 다공성 목표를 달성할 수 없는 경우, 프로세스 변형을 고려하십시오:

• 진공 보조 다이캐스팅: 채우기 전에 캐비티를 비우면 연행 공기가 줄어듭니다., 수소 기포 성장을 위한 부분 압력을 낮춥니다., 다공성을 감소시킵니다. 특히 연행 공기 및 가스 기공에 효과적입니다..
  진공 보조 장치는 다공성을 대폭 줄이고 복잡한 부품의 기계적 특성을 향상시키는 것으로 나타났습니다..
• 스퀴즈 캐스팅 / 저압 주조: 금속이 응고되는 동안 지속적인 압력을 가함, 공급 및 폐쇄 수축 다공성 개선.
  이러한 공정은 두꺼운 단면에 매우 효과적입니다., 압력이 중요한 부품이지만 사이클 시간과 툴링 제약이 추가됩니다..
• 조합 전략: 진공 + 강화는 두 가지 장점을 모두 제공하지만 자본 및 유지 관리 비용이 더 높습니다..

7. 다이 디자인, 공구 유지 보수, 및 열 제어

다이 상태와 열 관리는 필수적이지만 간과되는 경우가 많습니다.:

• 다이 표면 상태 및 이형제: 낡은 샷 슬리브, 게이트 성능 저하 또는 윤활유 부족으로 난류 및 슬래그 증가.
  에어로졸화 및 수소 픽업을 최소화하기 위해 툴링을 유지하고 다이 윤활을 제어합니다..
• 열 관리 & 형상적응형 냉각: 강력한 열 제어로 얼어붙은 지도를 안정화합니다.; 형상적응형 냉각을 사용하여 핫스팟을 방지하고 응고 패턴을 유도할 수 있습니다..
• 반복 가능한 툴링 어셈블리 및 코어 지원: 코어 이동 또는 느슨한 코어로 인해 국부적인 수축 및 재작업이 발생함.
  취급 및 쉘 재코팅 주기에도 견딜 수 있는 포지티브 코어 프린트 및 기계적 지지대를 설계합니다..

우수한 다이 유지 관리는 간헐적인 다공성으로 나타나는 공정 드리프트를 방지합니다..

8. 진단, 측정 및 품질 지표

측정하지 않는 것은 통제할 수 없다.

• 감압 테스트 (RPT) / 밀도지수: 단순한, 가스 다공성을 형성하는 용융 경향을 빠르게 판독할 수 있는 주조 현장 테스트; 일괄 제어 및 추세 지표로 사용.
  샘플링 표준화, DI를 비교 가능하게 만드는 금형 예열 및 타이밍.
• 인라인 센서: 캐비티 압력, 용융 온도, 유량 센서를 통해 개별 샷과 다공성 결과의 상관관계를 확인할 수 있습니다.. SPC 및 SPC 알람에 대한 추적 저장.
• NDT (엑스레이 / CT 스캔): 생산 샘플링을 위한 방사선 촬영; 근본 원인 조사 시 상세한 3D 기공 매핑을 위한 CT. CT를 사용하여 기공 부피 분율 및 공간 분포를 정량화.
• 금속 조영술: 단면 분석으로 가스와 가스를 구별합니다.. 수축 다공성과 이중필름 특성을 보여줍니다..
• 기계 테스트: 대표적인 주물이나 공정 쿠폰에 대한 피로 및 인장 시험을 통해 잔류 다공성이 적용 가능한지 검증합니다..

9. 캐스팅 후 교정

예방이 부족한 경우, 수리를 통해 부품을 회수할 수 있습니다.:

• 뜨거운 등방성 프레스 (잘 알고 있기): 고온과 등방압이 동시에 작용하여 내부 기공이 붕괴됨, 거의 전체 밀도를 복원하고 피로 수명을 크게 향상시킵니다..
  HIP는 부품 가치와 성능이 비용을 정당화할 때 가장 적합합니다..
• 진공 함침 / 수지 밀봉: HIP보다 저렴한 비용으로 압력이 가해지는 응용 분야에서 벽 관통 또는 표면에 연결된 다공성을 밀봉합니다.; 유압 하우징 및 펌프에 광범위하게 사용됨.
• 국산화된 가공 & 인서트: 중요하지 않은 영역의 경우, 다공성 피부를 기계로 가공하거나 인서트를 설치하면 기능을 복원할 수 있습니다..
• 재설계 및 재설계: 공정상 고칠 수 없는 디자인으로 인해 다공성이 발생한 경우 (예를 들어, 피할 수 없는 두꺼운 섬), 섹션 일관성을 위해 재설계하거나 피드 기능을 추가하세요..

기능적 위험에 맞춰 해결 방법을 일치시키세요.: 피로/내하중 부품에 HIP 사용; 압력 부품의 누출 제어를 위한 함침.

10. 다공성 최소화를 위한 설계

초기에 선택한 디자인이 큰 영향을 미칩니다.:

• 벽 두께를 균일하게 유지: 큰 두께 전환으로 인해 핫스팟이 생성됨; 도금 두께보다는 보강을 위해 리브와 거싯을 사용.
• 날카로운 모서리보다 필렛을 선호합니다.: 필렛은 응력 집중을 줄이고 용융 흐름을 개선합니다..
• 계획 공급 장치 / 두꺼운 부분으로의 게이트: 외부 공급 장치가 실용적이지 않은 HPDC에서도, 피드 역할을 할 수 있는 러너에 대한 게이트.
• 길게 피하세요, 캐비티에서 지지되지 않는 얇은 코어: 코어 편향으로 인해 국부적인 수축 및 잘못된 실행이 발생합니다..
• 다이 내 압력 적용을 위한 설계: 가능한 경우, 응고 중 캐비티 압력의 혜택을 받는 형상은 밀도가 높아집니다..

주조용 DFM은 항상 기능 및 비용과 균형을 이룹니다. 다공성 위험은 중요한 부품의 형상 결정에 대한 주요 입력이 ​​되어야 합니다..

11. 문제 해결 매트릭스

1. 부품 전반에 걸쳐 높은 구형 기공: 용융수소 레벨 확인 / RPT; 가스 제거 및 용융물 처리 개선.
2. 불규칙하게 접힌 모공 / 산화물 서명: 난기류 감소 (재작업 게이트, 느린 초기 채우기), 여과 및 스키밍 개선.
3. 두꺼운 갈비뼈에 다공성이 집중됨: 수유 개선 (게이트 재설계), 오한을 사용하거나 캐비티 압력을 더 오래 유지하십시오..
4. 핵심 영역에 국한된 표면 핀홀: 코어 건조 및 쉘 베이킹 일정 확인, 습기나 내화성 오염이 있는지 검사하세요..
5. 샷 전반에 걸쳐 간헐적인 다공성: 툴링/윤활제 변경 및 샷 프로필 드리프트 검사; 편차에 대한 캐비티 압력 추적 검토.

항상 페어링 신체 검사 (금속학 / CT) 프로세스 데이터 검토 포함 (RPT, 캐비티 압력, 용융 로그) 수정 효과를 확인하기 위해.

12. 결론

알루미늄의 다공성 제어 다이캐스팅 단일 손잡이 문제가 아닙니다; 그것은 계층화 된, 시스템 엔지니어링 도전.

엄격한 측정부터 시작하세요 (밀도 지수, RPT), 그런 다음 가스의 용융 소스와 청결 문제를 제거합니다..

다음, 샷 프로필 튜닝을 사용한 공격 흐름 및 견고성, 게이팅/벤팅 및 열 제어.

필요하고 저렴한 경우, 진공 보조 또는 스퀴즈 캐스팅을 적용하고 함침 또는 HIP와 같은 타겟 캐스팅 후 수정으로 마무리합니다..

사양에 정량적 허용 기준을 포함하고 프로세스 모니터링으로 루프를 닫아 시정 조치가 데이터 기반이 되도록 합니다., 일화가 아닌.

 

자주 묻는 질문

가스 다공성을 줄이는 가장 효과적인 단일 단계는 무엇입니까??

아르곤을 이용한 회전식 탈기는 가장 비용 효율적이고 효율적인 방법입니다.. 탈기 후 Al 100g 이하의 수소 함량을 유지하면 가스 다공성이 70~85% 감소합니다..

게이트 설계가 다공성에 어떤 영향을 미칩니까??

소형 또는 테이퍼형이 아닌 게이트로 용융 속도 증가, 난기류와 공기 연행을 일으키는 원인이 됩니다..

적절하게 설계된 테이퍼형 게이트 (1:10 작은 초, 10부품 단면적의 –15%) 층류를 촉진하여 다공성을 30~40% 감소시킵니다..

진공 다이캐스팅으로 모든 다공성을 제거할 수 있습니까??

아니요. 진공 다이캐스팅은 주로 갇힌 기공을 제거합니다. (70–80% 감소) 그러나 용존수소로 인한 기공률에는 영향을 미치지 않습니다..

총 다공도 0.3% 이하를 달성하려면 진공 주조와 효과적인 탈기를 결합해야 합니다..

수축과 가스 다공성의 차이점은 무엇입니까?

가스 다공성은 구형입니다. (5-50μm), 수소 침전으로 인한, 균일하게 분포되어 있습니다..

수축기공률이 불규칙하다 (10–200μm), 응고수축으로 인한, 두꺼운 부분에 국한되어 있습니다.. 금속 조직 분석 또는 CT 스캐닝으로 두 가지를 쉽게 구별할 수 있습니다..

함침 대신 HIP를 사용해야 하는 경우?

HIP는 기계적 강도 향상이 필요한 부품에 사용됩니다. (예를 들어, 내하중 항공우주 부품), 내부 다공성을 제거하고 공극을 접착하므로.

함침은 유체 운반 부품에 사용됩니다. (예를 들어, 유압 매니폴드) 밀봉이 중요하지만 기계적 강도가 충분한 경우, 표면의 모공만 밀봉하기 때문에.