★ 주철의 종류
Ⅰ보통주철(Cast Iron)
․ 회주철(grey cast iron) 을 대표하는 주철.
․ 강에서 페라이트의 인장 강도 : 300~400MPa
펄라이트의 인장 강도 : 800~1000 MPa
흑연의 인장 강도 : 20MPa
이러한 조직들이 혼합되어 있는 보통 주철의 인장강도는 흑연의 모양, 크기, 분포 상태 에 따라 많이 차이가 있으며,
일반적으로 인장강도가 100~200MPa
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
|
2.0~4.0% |
1.4~2.5% |
0.4~1.0% |
0.3~1.5% |
0.06~1.3% |
․ KS규격에서는 주철을 1~6종류를 규정하고 있으며, 보통 주철은 1,2,3종이 해당된다.
1종 : GC100 (JIS 규격 → FC100)
2종 : GC150 (JIS 규격 → FC150)
3종 : GC200 (JIS 규격 → FC200)
․ 기계 가공성이 좋고, 값이 싸서 → 수도관, 난방용품, 가정용품, 농기구 등의 일반주물
공작 기계의 bed, 프레임 및 기계구조물의 몸체 사용.
Ⅱ고급 주철
․ 인장강도가 250MPa 이상 인 주철.
․ 마우라 조직도에서 Ⅰ영역(시멘타이트 +펄라이트) 의 성분을 갖는 주철
흑연이 미세하고, 활 모양으로 구부러져 고르게 분포되어 있고, 그 바탕이 펄라이트 조직
․ KS규격에서 4,5,6종이 고급주철에 해당한다.
4종 : GC 250 (JIS 규격 → FC250)
5종 : GC 300 (JIS 규격 → FC300)
6종 : GC 350 (JIS 규격 → FC350)
․ 조성
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
|
3.2% |
1.6~1.8% |
1.0~1.2% |
0.1~0.2% |
0.06~0.083% |
․ 보통 주철보다 기계적 성질이 우수하여 강인하고 충격에 대한 저항이 크고,
고온에 있어서의 성장이 적다.
실린더, 피스톤, 터빈 케이싱 등에 사용.
․ 특수제조법으로 주조되는 고급 주철
ⅰ란츠법(Lanz process)
3.5~4.0%(C+Si) 의 성분을 가진 쇳물을 시멘타이트의 정출을 막기 위해 가열된
주형에 주입, 냉각 속도를 느리게 함으로써 흑연화를 촉진.
ⅱ 에멜법(Emmel process)
5.0%(C+Si)의 성분을 가진 것을 1500°c 이상의 고온으로 용해하여 흑연을 미세화하고
균일하게 정출시키고 펄라이트의 바탕조직을 가지도록 하는 주조법
ⅲ 피보바르스키법 (Piwowarsky process)
큐폴라에서 얻은 쇳물을 전기로에 옮겨 1500~1600°c의 고온에서 재가열하고
적당한 온도까지 냉각시킨 다음 주입하면, 흑연핵이 소실되어 미세한 흑연이 정출됨과 동시에
펄라이트 조직의 주철은 얻는 주조법
ⅳ 마하나이트법 (Meehanite process)
저탄소, 저규소의 주철 쇳물에 칼슘실리게이트를 접종하여 흑연을 균일하게 분포시킴으로써,
기계적 성질을 개선한 신뢰성 있는 강인한 고급 주철을 얻을 수 있다.
Ⅲ 합금 주철
․ 주철의 5대 원소(C, Si, Mn, S, P) 외에 Ni, Cr, Mo, Al, Ti, V 등을 첨가하여
우수한 기계적 성질, 내마멸성, 내식성, 내열성 등을 향상시킨 주철.
․ Ni 주철
Ni은 주철 속에 녹아 들어가 탄소의 흑연화를 도와주는 것.
적당한 양을 첨가하면 주철의 입자를 미세하고 하고, 내마멸성, 내해수성,
내열성이 우수하고 인성이 풍부해진다.
피스톤, 공작기계대. 정밀 기계 부품 등에 사용.
․ Cr 주철
Cr은 Ni과는 반대로, 탄화물을 생성하게 하여 펄라이트를 안정화시킴.
고온에서 오랜 시간 동안 가열하더라도 펄라이트의 분해가 되지 않음
내마멸성, 내식성, 내열성이 좋다.
파쇄기의 부품, 열간 압출용 다이스 등에 사용.
․ Ni-Cr 주철
Ni과 Cr의 효과가 병행하여 나타나는 주철.
Cr의 경화 작용과, Ni의 연화 작용을 적당히 배합하여 인장 강도가 큰 주물을 얻을 수 있다.
보통 Ni은 3%이하, Cr은 1%이하가 사용되며, 가장 좋은 비율은 Ni:Cr=2.5:1 의 비율로 가한 것으로,
내마멸성이 매우 높으므로 실린더에 사용.
․ 애시큘러 주철 (accicular cast iron)
보통주철 + 0.5~4.0%Ni , 1.0~1.5%Mo + 소량의 Cu, Cr
흑연이 보통 주철과 같은 편상 흑연이나 조직의 바탕이 침상조직
인장강도 : 440~640MPa
경도 : HB=300
강인하며 내마멸성 우수하다.
소형엔진의 크랭크축, 캠축, 실린더 압연용 롤 등의 재료로 사용.
Ⅳ 특수 주철
1. Chilled cast iron
․ 주조할 때, 모래 주형에 필요한 부분만 열전도성이 좋은 금형을 이용하여 용융 금속을 금형에 주입하면,
금형에 접촉한 부분만이 급랭되어 흑연의 석출을 저지함으로써 주물 표면이 단단하고,
내부는 보통 주철의 연한 조직이 되는 주철.
․ 표면이 단단하여 내마멸성이 좋고, 인성이 좋다.
․ 내충격성이 요구되는 압연용 롤러, 분쇄기용 해머, 공기 해머, 차륜 등에 사용.
2. Malleable cast iron
․ 백주철을 고온에서 장시간 열처리하여 시멘타이트 조직을 분해하거나 소실시켜 인성 또는 연성을 개선한 주철.
․ 가단 주철중의 흑연이 temper carbon이라고 하는 불규칙한 괴상으로 바뀌면 강도, 연성 및 내식성이 우수해 진다.
가.흑심 가단 주철 (BMC : black-heart malleable cast iron)
․ 백주철 주물을 풀림처리 상자 속에 넣고, 열처리로에서 가열하여 2단계의 흑연화 처리(풀림)에 의해 만들어짐.
․ 1단계 : 930~950°c에서 20~25h 유지하여 시멘타이트를 흑연화
2단계 : 700°c부근까지 냉각하여, 4~5h 유지하여 펄라이트 중의 시멘타이트를 흑연화하여 냉각
․ 2단계의 흑연화에 의해 흑심가단주철의 조직은 응집상 또는 괴상의 풀림 탄소(temper carbon)가 혼합된 조직으로 된다.
․ 비교적 작으면서 강도가 요구되는 주물품에 이용, 대량생산.
․ 자동차 부품, 철도 차량용 부품, 방직기 부품, 관 이음쇠, 송전선 가설부품 등
나. 백심 가단 주철 (WMC : white-heart malleable cast iron)
․ 풀림상자 속에 백심주물을 산화철 또는 철광석 등의 분말로 된 산화제로 싸서 1000~1500°c의 고온에서
40~70h 가열 유지하면 탈탄 반응에 의해 가단성이 부여되고.
․ 주물의 표면은 탈탄되어 페라이트로 변하여 연해지나, 내부로 들어갈수록 펄라이트가 많아져서
풀림처리(annealing step)에 의한 흑연과 시멘타이트가 남아 굳은 조직이 된다.
강성은 흑심가단주철보다 높으나 연신율은 떨어진다.
․ 자전거, 오토바이 부품, 자동차, 산업 기계 용접용으로 사용
다. 펄라이트 가단 주철 (PMC : pearlite-heart malleable cast iron)
․ 흑심 가단 주철의 2단계 흑연화처리 중에서 제 1단계에서 흑연화 처리만 한 다음,
바탕조직을 펄라이트 또는 구상 펄라이트화시켜 서냉한 것.
․ 조직은 뜨임된 탄소와 펄라이트로 되어있어 인성은 약간 떨어지나, 강력하고 내마멸성이 좋다.
․ 흑심 가단 주철의 조직과 거의 같으나, 펄라이트 중의 시멘타이트를 안정화하기 위해
Mn, Cr, Mo 등을 소량 첨가.
․ 소형기관의 크랭크축과 캠축, 커플링, 펌프 부품, 각종 기계의 기어 등에 쓰임.
3. Spheroidal graphite cast iron (구상 흑연 주철)
․ 용융 상태의 주철에 Mg, Ce, Ca를 첨가함으로써 흑연의 모양을 구상으로 한 것.
․ 고탄소, 고규소이고, Mn, P, S는 낮게 하는 것이 원칙.
․ 강도는 별 변화가 없이 인성 및 연성을 현저하게 개선시킨 주철.
․ 바탕의 조직이 페라이트는 연성이 크고, 펄라이트는 연성이 크지 않으나 강인.
․ 내마멸성, 내열성, 내식성, 절삭성 등이 우수
․ 크랭크축, 캠축 공작기계, 브레이크 드럼 등에 쓰임.
주 강(Cast Steel)
-탄소강 또는 합금강을 혼합 용융시켜 기계적 성질을 개선시킨 것을 주강(Cast Steel)이라 하여 일반주철과 구별함.
- 탄소 함유량이 많아질수록 연성과 충격값이 저하되고, 용접성이 나빠지는데 이런 재질을 주철(Cast Iron)로 칭함.
-Fe-C 평행상태도에서 탄소 2.11～6.67% 구간을 칭하나, 2.11～4.0%의 범위로 조정하여 사용하는 것이 일반적임.
- 주조방식으로 만들어진 제품을 통칭하여 주물(Cast)로 칭함.
1.주강의 성질과 조직
-주조후 필요에 따라 추가적인 열처리(조직 미세화, 주조응력 제거)함.
-쇳물에 망간을 추가하거나 탄소 함유량을 낮추면 인장강도 증가, 용접성이 개선되어 용접보수 가능해 짐.
일반 주철은 용접 보수 불가.
*주철의 특성
-용융점이 낮아 복잡한 것도 주조하기 쉽다.
-인성이 낮고 단련이 안되는 것이 결점.
*주물 두께가 고르지 않을 때 응고후 냉각속도가 불균일하여 부분적으로 수축이 억제되면서 응력(Casting Stress)이 잔류됨, Crack 요인.
풀림 열처리, 시효경화(자연시효, 인공시효)로 응력 제거함.
가. 주철에 함유된 탄소 호칭
①유리탄소(free carbon) : Si(흑연)가 많고 냉각속도가 느릴때, 회주철로 나타나며
②화합탄소(combined carbon) : Mn(탄소) 함유량이 많고 냉각속도가 빠를 때 Fe3c(백주철)로 나타남.
③전탄소(total carbon) : 흑연+화합탄소
*파면에따라분류하면
①백주철(white cast iron): 파면이백색인주철로, 흑연의 생성이 없고 탄소가 화합탄소인 시멘타이트로 구성됨.
②반주철(mottled cast iron): 백주철과 회주철의 중간 상태인 경우.
③회주철(gray cast iron):탄소의 전부가 흑연으로 변한 것, 파면 광택이 회색.
나.피삭성: 절삭가공시 흑연의 윤활작용으로 절삭칩이 쉽게 파쇄됨, 절삭성이 매우 좋은 편.
경도와 강도가 높아지면 절삭성이 떨어짐.
①백심가단주철(white heart malleable cast iron): 파단면이 흰색
②흑심가단주철(black heart malleable cast iron): 파단면색이 검은색
③펄라이트가단주철(pearlite malleable cast iron): 입상펄라이트 조직
| 품 명 | KS | JIS | ASTM | 비고 | |
| CAST | 주철 | GC200 | FC200 | A126-B | VALVE류 |
| IRON | GC200 | FC200 | A48-35 | ||
| 구상흑연주철 | GCD45 | FCD45 | A395 | ||
| CAST | 탄소강 | SC42 | SC410 | A27-60 | |
| STEEL | SCW410 | SCW410 | A216-WCB | VALVE류 | |
| (주강) | (SCPH2) | (SCPH2) | |||
| 스텐레스강 | SSC13A | SCS13A | A351-CF8 | SUS304 | |
| SSC14A | SCS14A | A351-CF8M | SUS316 | ||
| SSC19A | SCS19A | A351 CF3 | SUS304L | ||
| SSC16A | SCS16A | A351 CF3M | SUS316L | ||
| CAST BRONZE | BC6 | BC6 | B505 C836 | ||
| (청동주물) | |||||
| FORGED | 탄소강 | SF45 | SF45A | A105 | |
| STEEL | (SF490A) | (SF490A) | |||
| (단조) | 스텐레스강 | STF304 | SUSF304 | A182 F304 | |
| (STSF304) | |||||
| STF304L | SUSF304L | A182 F304L | |||
| STF316 | SUSF316 | A182 F316 | |||
| (STSF316) | |||||
| STF316L | SUSF316L | A182 F316L | |||
| FORGED BRASS | FBsBE | BsBF | B124 | ||
| (황동단조) | |||||
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