주물기술/ 주물산업의 일반적 개요
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서울국제야금&주.단조&열처리산업전
주물산업의 일반적 개요
1. 주물과 주조
금속을 용해하여 일정한 주형속에 주입한 후 응고시켜서 일정한 모양으로 만든 금속제품을 주물(casting)이라고 한다.
주형에서 빼낸 것은 그대로 또는 기계가공을 해서 체품으로 완성시킨다.

주조(casting. foundry, founding)라는 말은 주물을 만드는 작업을 뜻하지만 흔히 주물과 같은 뜻으로 사용 되기도 한다.
또한 주조공학(foundry, engineering)은 주조과정을 거쳐 제품을 만드는 기술과 과학을 말한다.

2. 주물의 발달
(1) 주물의 기원
인류는 기원전 5,000~4,000년경 부터 천연에 산출하는 금이나 은을 사용하기 시작하여 기원전 4,000년경에는 동의 일용품,무기,농경구등을 사용하였다. 동기도 최초에는 자연동을 사웅하였으나 기원전 3.,500년경에는 동광석을 정련하게 되었으며 동시에 주조 기술도 습득하게 되었다.
주조는 복잡한 형상의 것을 만드는 것이 용이하므로 급속히 사용이 증가하여 주조기술을 알고 있는 종족은 세력을 확대하여 번영을 누려 이집토. 멤소포타미아, 중국에서 볼 수 있는 청동기시대로 발전하였다.
이와같이 청동기시대의 시작은 철기시대라 하는 금일까지 계속 인류의 금속문명이 열리게 되었다.
주조는 청동기시대의 기원전 3,500년경부터 인간과 함께 진보되어 지금까지 이르러 실로 주조의 역사는 인류문명의 역사이기도 하다.
(2) 주조기술의 발달
인류 최초로 사용한 주물은 주로 구리(동) 주물이였으며 철주물은 14세기경까지는 크게 발달하지 못하였다. 그 이유로서는 철이 동보다 용해하기 어렵고 용해를 위한 연료도 목탄이외는 고온을 얻을 수 있는 것이 없었기 때문이다.
1311년 독일의 라인지방에 수력을 이용한 송풍 장치가 붙은 오늘날의 고로와 같은 것이 설치되어 주조성이 좋은 주철을 얻게 되면서 철주물이 발달외었다. 그 후 18세기에 들어서서 증기기관이 발달되고 증기기관을 동력으로한 대형 송풍기가 사용되는 동시에 코크스가 제조됨에 따라 철주물은 급속히 발달되었다.
특히 기계공업의 발달은 철주물이 널리 사용되게 만들었다. 또 각종 새로운 금속의 발견과 금속의 성분 분석이나 현미경에 의한 조직연구는 주물용금속재료의 성질을 대폭 개량시켰고 이들을 사용한 주물은 우리들의 생활과 아주 밀접한 관계를 맺게 되었다. 따라서 주조공업 의 연혁은 ①고대주조 ②근대주조 ③현대주조로 나눌 수 있다.
한편 주조기술의 발달은 ①재질면에서의 진보와 ②주형제작면에서의 진보로 구분할 수 있다.
(표 1)는 주철의 발전과정을 나타내었다. 1722년 Reaumur에 의한 백심가단주철제조법과 1826년에는 S. Bodyden에 의해서 흑심가단주철제조법이 발명되어 현재까지 이용되고 있다.

표1 주철의 발전과정

또한 A.F. Meehan은 1923년 강고철을 많이 사용한 cupola 용해주철용탕에 Ca-Si를 첨가시켜서 강인주철을 얻었다. 이것이 유명한 Meehanite metal이며 이는 회주철의 재질개선을 이룬 접종으서 실제 오늘날까지 Meehanite은 특허로서 세계적으로 실용화 되고 있다.
구상흑연주철의 최초의 발견자는 영국의 Morrogh와Williams이다. 이들은 1948년 주철용탕중에 Ce를 첨가하여 주조상태에서 구상흑연을 얻었다. 같은 해 미국의 Gagnebin은 Ce 대신에 Mg를 사용해서 구상흑연주철을 얻었다.
구상흑연주철이 발견되므로써 인장강도를 용이하게 70~80㎏·f/㎟ 정도로 얻을 수 있게 되었으며 1977년 M. Johansson에 의하여 구상흑연주철을 오스템퍼링처리를 하므로서 100㎏·f/㎟ 이상의 고강도 구상흑연주철의 제조법을 개발하여 산업적으로 실용화되고 있다. 앞으로 더욱 좋은 재질의 주물이 개발될 것으로 기대된다.
(3) 국내주물기술의 변천
우리나라에서는 기원전 3~4세시경에 사암제주형을 사용하여 청동의 칼이나 구리거울(동경)을 만들어 냈었고 기원전 1세기 경에는 밀납주형을 사용한 주조기술(현재의 Lostwax 주조법)이 발달되어 이때 만들어진 무기, 미술공예품, 일용품 등이 여러 유적에서 출토되고 있다. 특히 고구려말부터 신라시대에 이르는 6~8세기에 만들어진 여러 불상과 법종은 미술적인 가치도 가지려니와 당시의 주조기술이 대단히 뛰어나고 있었음을 보여준다.
일제통치시대로 접어들면서 일본은 대륙진출의 꿈을 갖고 우리나라에 제철공장을 설립하여 되었다. 따라서 제철산업은 발달해 왔으나 주물 원자재로서의 선철을 생산 하였을 뿐 주물산업 자체는 발달하지 못하였다. 이는 군수품이나 관련기계산업의 수요증대를 충족시키기 위하여 일본으로 원자대를 가져갔을 뿐, 우리나라에서는 거의 주물제품을 생산하지 않았기 때문이다.
그러므로 해방전까지만 하더라도 주된 주물공장은 철도 수리공장, 광산기계공장, 재래식농기구 및 가마솥제조공장 등 미미한 규모의 공장밖에 없었다. '8.15해방과 6.25사변은 산업부문이 극도의 부진상태에 빠졌었다. 휴전이후 차차 기계산업이 복구됨에 따라 주물산업도 활기를 되찾기 시작했다. 따라서 각종 기계시설과 특수주물의 수요는 급증하였고 또 이것은 국내에서 자급하지 않으면 안되게 되었기 때문에 철강주물은 저질주물 위주의 상태에서 벗어나 근대적 산업으로 발전하게 되었다.
1950년대말부터 외국의 주조기술을 도입하기 시작하여 1979년부터 영국으로부터 Meehanite 주물의 제조기술도입이 이루어져 국내 보급이 시작되었다.
수입에만 의존해 오던 주철관이 1962년부터 국내생산이 되었고 가단주철은 이 보다 앞서 1957년경부터 생산하게 되었다. 1968년 정부는 주물산업육성방안을 만들어 자금면에서나 행정면에서 적극적으로 지원하기에 이르러 생산의 합리화가 더욱 촉진되어 그 생산량도 상당히 활발해졌다.

3. 금속가공법으로서의 주조의 위치

(1) 주조의특징
금속은 변형저항이 커서 목적의 형으로 만드는 것이 용이하지 않다. 그러나 주조는 변형저항이 큰 고체의 금속을 용해하여 변형이 적은 액체로 바꾸어서 주형에 유입하여 목적의형을 단번에 만든다. 이 특징은 다른 금속가공법으로서는 추종하지 못하는 우수한 점이다. 따라서 금속가공기술로서 주조는 대단히 좋은 방법이라고 할 수 있다.이러한 주조기술의 특징을 열거하면 다음과 같다.
① 희망하는 거의 모든 형상을 만들며 더욱이 상당 복잡한 것이나 정밀한 것도 만든다.
② 형상, 중량의 대소에 제한을 받지 않는다. 예를들면 수 gr의 것부터 수백 ton의 대물까지 만든다.
③ 거의 모든 금속, 합금이 주조되므로 이용금속, 합금의 폭이 넓다. ④ 1개 또는 다량 생산도 가능하다.
따라서 주조는 단조, 프레스, 분말야금 등의 다른 금속가공기술과 비교하여 크기, 형상, 가공하여 얻은 금속, 합금, 흔히 제작하는 개수 등에 대하여 대단히 폭이 넓어 대단히 flexble한 것으로 이용의 길이 많은 가공기술이다.이와같이 flexble한 것이 타 가공기술로서 미치지 못하는 주조의 최대 특징이다.
(2) 금속가공분야에 있어서 주조
금속의 소재를 목적의 형으로 만든 것을 소형재라 한다. 이 산업을 소형재산업이라한다. 따 라서 소형재라 함은 주조법이나 소성가공법과 같이 금속소재를 조형함과 동시에 소재에 금 속조직적인 변화를 부여하는 것과 같은 가공법에 의하여 만든 것을 말한다. 소형재산업은 그 대상으로 주조, 단조, 프레스 분말야금을 표시한다. 이를<표 2>에 나타내 었다.

4. 주물의 종류와 용도

(1) 주물의 재질
현재 산업용재료로 사용되고 있는 주물의 종류를 재질별로 분류하면 <표 3>과 같다.

(2) 요구하는 성질과 적응하는 주물재질
주물이 산업용재료로 사용되는 경우 요구하는 성질에 따른 주물재질을 나타내면 주물의 재질별 용도는 <표 4>과 같다

(3) 주물의 재빌별 용도
주물의 재질별 용도는 (표 5)와 같다

(4) 주물의 재질별 산업규모
<표 6>은 재질별, 한국산업규격을 나타내며 아울러 해당하는 일본규격도 비고란에 명기 하였다.

또한 <표 7>은 세계각국의 희주철물품의 규격

<표10>은 세계각국 오스템퍼드 구상흑연주철품 규격을 나타내었다.

5. 주물의 제조방법

(1) 주물의 제조공정
주물의 제조공정은 생산하고자 하는 주물의 재질 및 제품의 크기에 따라서 다소 차이는 있지만 제조공정은[그림1-1]과 같다.

(2)주형의 종류
주물의 제조에 사용되는 주형의 종류는 여러가지가 있으나 이를 분류하면 [표 11]과같다.
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