원심주조(Centrifugal casting)는 주형을 회전시키면서 용탕(액체 상태로 용해시킨 금속)을 주입하고 원심력에 의해 속이 빈 실린더 모양의 중공(中空) 제품을 대량생산하는 방법이다. 별도의 코어를 사용하지 않고도 속이 빈 형상의 주조가 가능하며 압탕구(Riser)가 불필요하다.
원심주조의 특징
고속으로 회전하는 주형 내부에 용융금속을 주입하면 원심력의 영향으로 용탕은 주형 내부 벽면을 향해 압착된다. 바깥으로 균일하게 밀려나간 용탕은 냉각을 거쳐 응고되므로 치수가 정확하고 치밀한 주물을 얻을 수 있다. 주물 바깥쪽과 안쪽에 작용하는 원심력은 압력차가 존재하는데 불순물이 안쪽으로 모여들기 때문에 외관 품질이 우수한 주물을 얻게 된다. 주물 바깥쪽 형상은 사각형 또는 다각형처럼 다양하게 만들 수 있지만 내부는 원심력이 작용하기 때문에 원통 모양의 빈 공간으로 구성된다.
원심주조는 회전축 방향에 따라 수평식과 수직식이 있다. 수평식은 길이가 긴 주물을, 수직식은 길이가 짧은 주물을 주조하는데 유리하다. 일반적으로 고속회전이 가능한 수평식을 많이 사용하고 있다.
원심주조와 편석
원심주조에서 주의할 점은 편석 문제이다. 원심력의 작용으로 무거운 상(相)은 바깥쪽에 모이고 가벼운 상(相)은 안쪽으로 모여 불균일한 상의 조성이 발생한다. 편석을 줄이기 위해 주형회전속도, 용탕주입속도, 용탕주입온도 등 여러 조건을 제어하고 응고속도를 적정하게 조절해야 한다.
원심주조는 사형주조에 비해 잔류응력이 거의 없고 강도, 경도, 연신율 등 기계적 성질이 우수하다. 원심주조 방법을 이용해서 주철관, 주강관, 피스톤링, 실린더, 베어링, 기어등을 제조할 수 있다. 빠른 생산속도와 양호한 품질을 얻을 수 있는 반면 장비가 고가이고 원통 형상에 국한된다는 단점이 있다.
유사 원심주조
유사 원심주조법에는 반원심주조법(Semicentrifugal casting)과 센트리퓨징(Centrifusing casting)이 있다. 반원심주조법은 주형을 저속으로 회전시키며 코어나 압탕구를 사용한다. 주형이 느리게 회전하기 때문에 용탕이 중앙 부위도 채울 수 있다. 주로 차륜 등의 주조에 이용된다. 센트리퓨징은 여러 개의 주형이 회전축으로부터 일정한 거리에 놓여 있는 형태이다. 중심부로 용탕이 주입되는데 원심력은 각 주형에 용탕을 원활하게 공급하는 역할을 수행한다. 주물은 형상에 제약이 없으며 중공 형상이 아니어도 상관없다. 주물의 성질은 회전축으로부터 떨어진 거리에 따라 달라진다.
참고자료
사형주조는 모래주형을 사용하는 전통적인 주조방식이다. 사형주조에서는 용탕을 채우고 나서 응고시킨 후 주형을 깨뜨리고 주물을 꺼낸다. 합금주물을 만들려면 성분금속을 액체상태로 모두 녹인 다음 응고시킨다. 처음 응고한 부분과 나중에 응고한 부분의 조성이 다르게 나타나는데 이처럼 합금조성에 불균일성이 생기는 것을 편석이라 한다. 압탕구(라이저, Riser)는 응고 과정에서 수축으로 인한 용탕 부족을 보상하기 위해 설치한 용탕 저장소이다. 압탕은 여분의 용탕으로 압력을 가한다는 의미이다. 주형 내의 가스나 수증기를 분출시키는 역할도 수행한다.