주물사 테스트

1. 주물사테스트(수분측정, 점토분, 입도, 통기도, 강도, 표면경도)

 

2. 주물사를 테스트함으로써 적절한 주물사의 조건을 알 수 있다.

 

3 이론

시험, test의 사전적 의미를 찾아보면, 지식 기술 능력 따위를 평가하고 검사하는 일이라는 의미를 갖는다. 인생의 늘 시험의 연속이다. 시험을 통해서 자기 자신을 객관적으로 평가하고 더욱 발전시킬 수 있다. 뿐만 아니라 시험을 통해서 우리를 규정할 수 있기에 시험은 인생에서 꼭 필요하다. 이것은 주물사도 마찬가지이다. 주물사는 배합된 재료의 상호 관계에 따라 그 성질이 변화하므로 작업 중 일정한 성질의 주물사를 얻기 위하여 주물사를 구성하고 있는 각 요소와 그 들의 관계성에 대하여 시험관리 해야 한다. KS 규격에 규정되어 있는 주물사의 시험법에는 수분 함유량 점토분함유량, 통기도, 압축강도, 노화도 등이 있다.

 

3.1- 수분 측정 시험법(KSA5305)

수분 측정 시험법은 총 3가지가 대표적이다. 마치 토익, 텝스, 토플 과 같은 관계라고 생각할 수 있다. 첫번째로 표준시험법은 주물사 시료 50g을 채취하여 105+-5도에서 1~2시간 건조시킨 후 냉각하는데 흡습을 방지하기 위하여 데시케이터(decicator)에 넣어 냉각시킨다. 상온으로 냉각된 시료의 무게를 측정하여 수분함량을 결정한다. 이와 같은 방법으로 건조 전과 건조 후의 무게를 구하면 아래 식에 따라 증발된 수분의 양, 즉 수분 함유량을 알 수 있다. 두번째로는 속성 시험법이 있다. 카바이드 법이라고도 불리는데, 일정한 양의 주물사 시료와 칼슘 카바이드 가루를 밀폐된 용기 속에 혼합시켰을 때 발생하는 아세틸렌 가스의 압력을 수분 측정 기구의 게이지에 지시하는 눈금을 측정하여 구하는 법이다.

 

그림과 같이 열풍을 이용하여 시료를 건조시키는 방법도 존재한다.

 

세번째로는 전기법이 존재한다. 수분을 함유한 주물사에 전류가 흐르기 쉬운 현상을 이용하여 수분을 측정하는 방법으로 일정한 간격의 전극을 가진 측정구를 주물사 속에 밀어 넣고 전류를 통과시키면 수분이 함유된 상태에 따라서 전류가 흐르게 됨으로 그 전류를 읽어 수분의 함유량을 측정하는 방법이다.

 

 

 

3.2- 점토분 시험법(KSA5301)

 

주물사의 점토분이라 함은 순점토분 뿐만 아니라 직경이 20u보다 적은 사립의 점토분의 총량을 뜻한다. 대표적으로 증발법이 있다. 증발법은, 수분을 측정할 때와 같이 약100g의 시료를 105도+-5도에서 충분히 건조시키고 그 중에서 50g을 채취하여 그림2-22와 같이 세척기 용기 4개에 각각 50g씩 넣는다. 여기에 증류수 475ml와 3% 수산화나트륨(naoh) 수용액을 25ml 150mm를 넣고 뚜껑을 밀폐한다. 세척기에 용기를 장착하고 1시간 동안 충분히 회전시킨 다음, 용기를 시험기에서 떼어낸 후 세척 용기 속에 있는 주물사와 수용액을 모두 사이판 시험용기에 담는다. 다음으로 15분 동안 조용히 안정시킨 다음, 용기내의 물을 그림2-23과 같이 U자관을 사용하여 물을 밑바닥에서부터 25mm 깊이 까지 윗물을 빼낸다. 다시 용기에 증류수를 150mm까지 채우고, 유리 막대로 충분히 교반하여 10분간 정지시킨 후 같은 방법으로 물을 밖으로 빼낸다. 이 방법으로 3회 계속 실시하고 버리는 윗물이 맑아질 때까지 5분간씩 되풀이 한다. 이렇게 하여 용기 속에 남아있는 모래를 105+-5도에서 1시간 이상 충분히 건조한 후 꺼내어 실온까지 서랭시킨다. 4개의 시료를 전자저울에서 측정하여 오차가 작은3개의 시료를 계산 후 산술 평균하여 그 값을 다음 식으로 산출한다. 또 다른 측정 방법으로 물을 끓이는 방법과 수류터빈에 의한 방법이 있다.

 

 

3.3-입도 시험법(KSA53020)

 

 

입도 시험법, 영어로 해석해보면 Particle Size Distribution Test for Preparations이다. 아마도 영어로 받아들이면 조금 더 무엇을 측정하는 시험법인지 감이 올 수 있다. 입자의 크기 분포 시험법 정도로 받아 드릴 수 있다.

입도 측정에 사용하는 체는 검정을 받은 표준체로서 체틀의 지름이 200mm이며, 그림2-26과 같이 체눈의 크기에 따라 번호 및 계수를 정하여 입도시험의 기준으로 삼는다. 일반적으로 입도시험은 여러가지 입도가 혼합된 규사의 평균값을 나타내는 방법으로 입도지수(fitness number)를 사용한다. 따라서 점토분이 분리된 규사 전체인 50g을 체눈의 크기 차례로 포개어 놓은 가장 위에 있는 거친 체위에 넣어 그림2-24와 같은 로탭형 체진동에서 15분 가량 체질한 후 각 체위에 나아있는 규사의 무게를 구하고, 다음 식으로 입도를 계산한다. 체의 크기는 메시로 표시한다.

 

 

3.4-통기도 시험법(KSA5303)

주형의 규사 알맹이 크기를 나타내는 값을 통기도라 하며, 생형에서는 주입 시의 함유 수분이나 가스를 밖으로 내보낼 수 있는 정도를 말하며, 건조형일 때에는 건조할 때 수분을 밖으로 배제할 수 있는 정도, 혹은 기포의 발생 및 주물표면의 거칠기 등을 나타내는 중요한 값이다. 통기도는 규사 알맹이의 크기 점결제, 성질의 양, 다지기, 강도, 등 여러가지 요인으로 그 값이 달라지게 되므로 많은 실험과 경험을 바탕으로 각 주물에 알맞게 하여 사용하여야 한다.

 

 

3.5-강도 시험법(KSA5304)

 

강도 시험에는 전단력, 항압력, 항장력 시험이 있는데, 중요한 것은 젖은 상태와 마른 상태에서의 항압 시험이다. 시험편은 통기도 시험을 할 때 사용한 것 같은 시험편을 사용한다. 시험편이 압축압축 파괴될 때 하중으로부터 시험편의 단위 면적당의 압력으로 그 값을 나타낸다. 일반적으로 시험기의 눈금은 하중의 표시가 아니라 항압력은 직접 읽을 수 있게 되어 있다. 주물사의 항압력 시험에는 압축 속도가 매우 중요한 요인이 되기 때문에 수동식 시험기를 사용할 때에는 고도의 숙련이 필요하다.

 

 

3.6- 표면 경도 시험법(KSA5304)

 

주형의 다짐경도를 측정하는 시험으로 경도계는 생형용과 건조형으로 구분한다. 생형 경도계는 스프링 강구를 주형 표면에 눌렀을 때 강구가 주형 표면에 들어간 깊이를 다이얼 게이지로 읽을 수 있도록 되어 있다. 건조형에 사용되는 경도계는 칼날을 사용한다. 일반 생형사를 손으로 다졌을 때 경도는 30~40이며, 기계 조형시는 65~85, 강질주형과 같이 특수한 것은 90이 넘는 것도 존재한다. 시험방법은 경도계의 눈금을 0 에 조절하고 주형 경도계를 잡고 측정할 부위에 주형표면에 수평으로 맞춘 다음, 가볍게 압입자를 눌러 다이얼 게이지에 지시된 눈금을 읽는다. 압입자를 누를 때, 너무 세게 누르면 주형이 파손될 염려가 있으므로 주의해야 한다. 다음으로 측정된 경도 값을 읽고 기록한다. 눈금을 읽은 후에 하중 제거 누름 스위치를 눌러 지시 바늘이 0점에 오게 한다. 주형의 측정 부위를 3회 이상 측정하여 평균값을 구한다. 그러나 일반적으로 주형의 경도가 증가하면 통기도는 저하하고 항압력과 밀도는 상승하는 것을 유의해야 한다.

 

 

 

 

출처

권진업, 금속주조공학, Kwangmoonkag,2017, pp57~65

William D Callister jr, 재료과학과 공학 시그마프레스 2021 pp421~424

최성갑외2인 주조공학, 원창출판사  pp37~47