주철(cast iron)의 특성

주강 및 주철의 조직과 성질을 알아보겠습니다

주철은 일반적으로 탄소 함유량이 1.7~6.67% 탄소를 함유하고 있다고 합니다. 주철은 일반적으로 강보다 용융점이 낮고 주조성, 압축강도, 내마모성이 우수합니다. 단점으로는 인장강도가 낮고 취성이 크며 소성가공이 불가능합니다. 대표적으로 가장 큰 단점은 황의 성분인데요. 황은 철의 결정립계에 미립자로 분포하며 유동을 해치고 정밀주조에 방해를 시킵니다. 또한 주조 응고 시 수축을 증가시켜 균열 발생의 원인을 야기하며 흑연 화 저해 및 고온 치성의 원이 되기도 합니다. 주강은 주철의 친소 성분의 함량보다 낮게 주조한 주물입니다. 주로 산업체에 사용되는 곳은 기어 제조에 자주 사용이 되며 주철에 비하여 기계적 성질이 매우 우수합니다. 하지만 조직은 거칠고 메짐성이 있으며 주철로서 강도가 부족할 때 사용하기도 합니다. 주강의 종류는 탄소 주강, 합금 주강, 스테인리스 주강이 대표적인 3가지입니다.

주철의 종류도 함께 알아보겠습니다.

1.회주철

편상 흑연을 함유하여, 기지상은 일반적으로 펄라이트이나 약 15%의 니켈을 첨가하면 오스테나이트 기지가 됩니다. 급랭 시 유리 시멘타이트가 생기기 쉬우며 연신율은 아주 낮습니다. 기계적 성질로는 감쇠 능이 대단히 우수하며 내식성도 양호합니다. 추가적으로 내산성과 내열성을 향상하는 좋은 장점을 가지고 있습니다.

 

2. 구상 흑연 주철

 

마그네슘과 같은 합금원소를 용탕에 첨가하여 흑연을 구상으로 만든 것이 구상 흑연 주철입니다. 보통 주철에 비해 탄성한도가 현저히 높아 연성 주철이라고도 합니다. 기계적 설질도 알아볼까요? 대표적인 기계적 성질은 구상화율이 높을수록 연신율이 증가하고 가열과 냉각을 반복하여도 보통 주철과 달리 성장이 일어나지 않아 고온 수명이 길어요. 주로 사용되는 곳은 실린더라이너, 압연롤입니다.

 

 

3, 가단주철

가단주철은 보통 탄소가 불규칙한 현상의 구상 흑연으로 되어있습니다. 가단주철은 독특한 현미경 조직으로 인하여 강도, 인성이 우수하며 절삭성 및 투자율이 양호함은 물론 브레이크에서 보자력이 낮습니다.

4.백 심 가단주철과 흑심 가단주철

백 심 가단부터 알아보겠습니다. 백 심 가단주철은 백주 철주물과 함께 900~1000℃에서 70~100시간 정도를 가열하여 시멘타이트를 탈탄 시켜 가단성을 부여했습니다. 흑심 가단주철은 저탄소 저 규소의 백선 주물을 시멘타이트를 분해시켜 흑연을 입상으로 석출 시킨 것입니다.

5. 보통 주철과 고급 주철

보통 주철은 조직이 편상 흑연과 페라이트로 구성되어 있으며 가공도가 좋고 가격이 저렴한 편입니다. 고급 주철은 바탕이 펄라이트 조직으로 연성과 인성이 우수합니다.

6. 칠드 주철

주조 시 금형에 낸 금을 삽입하여 주물 표면을 급랭시킴으로써 백산화하고 경도를 증가시킨 내마모성이 우수한 주철입니다.

주철의 조직과 성장에 대해 알아보겠습니다.

주철의 조직은 크게 2가지가 있습니다. 그중 하나인 스테다이트조직은 철, 인철, 탄화철의 3원 공정 물로 재질을 취약하게 하는 주철의 조직이며 다른 하나의 조직은 레데뷰나이트조직입니다. 이 조직은 오스테나이트와 탄화철이 화합된 조직입니다. 또한 탄소와 규소의 관계를 나타낸 조직도가 있는데 이는 마우로 조직도입니다. 마우러 조직도는 크게 5가지가 있으며 1. 백주철(펄라이트+시멘타이트) , 2. 펄라이트 주철, 3. 반주철(펄라이트+시멘타이트+흑연),4. 회주철(펄라이트+페라이트+흑연),5. 연질 회주철이 있습니다.주철의 성장은 600℃ 이상의 온도에서는 가열 및 냉각 조작을 반복하면 점차 부피가 커지면서 변형되고 균열 발생 및 수명이 단축되는 현상이 발생합니다. 성장의 원인은 무엇일까요? 가장 큰 원인은 시 멘 타이트의 흑연화 및 규소가 용적이큰 산화물을 만들기 때문입니다.주철의 성장을 억제하기 위해선 구상화 처리가 큰 도움이 되는데요. 접촉 처리는 과랭도가 큰 금속의 경우 융체에 진동을 주거나 작은 금속 편을 첨가함으로써 결정의 핵 생성을 촉진하며 주철에 접종 처리하여 흑연을 미세화 시키며 흑연 형상의 개량을 통한 기계적 성질을 향상하기도 합니다.