주철(주물)과 주강

주강이 보통 0.2~0.5 정도의 범위인데 반해서 주철은 2~4% 정도고 따라서 유리상태의 흑연이 존재합니다. 규격 자체가 주강이나 주철이나 인장강도로 구별되기 때문에 같은 급의 주강과 주철은 강도도 동일합니다. 규격보시면 주강은 SC, 주철은 GC, GCD 뒤에 인장강도 하한이 MPa 단위로 붙습니다. 주철쪽이 주조성(용탕의 유동성)도 더 좋고 주강에 비해 낮은 온도에서 주입하기 때문에 이런 부분은 주강이 아무래도 불리하죠. 그래서 주물에 비해 비교적 단순한 형상만 제작이 가능합니다. 단순히 고강도나 성형성을 필요로하는 것이라면 주철도 특성들이 많이 좋아져서 많은 부분에서 주강을 대체하고 있습니다. ADI라고 오스템퍼드 구상흑연주철은 열처리 베이나이트 기지까지 만들 수 있어서 steel 못지 않죠. 주강이 주철보다 유리한 가장 큰 장점은 용접이 가능하다는 것입니다. 주철은 기본적으로 탄소함량이 너무 높아서 용접을 할 수 가 없습니다. 다른 부품과 용접을 해야하는 경우에는 주강만 사용이 가능합니다. 내식성은 어차피 철 base라 주강이나 주철이나 둘다 별로입니다. 부식이 우려되는 부분에는 따로 방청을 해주셔야죠. 둘 중에 뭐가 좀 낫다고 해봐야 별 의미가 없습니다. ======================================================= 주 강(Cast Steel) *용융한 탄소강 또는 합금강을 주조 방법에 의해 만든제품을 주강품 또는 강주물이라 하며 그 재질을 주강이라한다. (1)주강의 성질과 조직  1)주강의특성   ①주조한상태로는거칠고안성이낮으므로주조후에는완전풀림을실시      하여조직을미세화하고주조응력을제거해야한다.   ②탄소함유량이 많아질수록 강도가 커지고, 연성은 감소하며, 충격값은 떨      어지며, 용접성이 나빠진다. 또한   ③망간함유량이 증가하면 인장강도가 커진다.   ④주강은 주철에 비하여 기계적 성질이 우수하고 ,   ⑤용접에의한 보수가 용이하며 (2)주강의 종류와 용도  1)보통주강(탄소주강,carbon cast steel)   *조성 및 성질: 탄소, 규소, 망간, 미량의 알루미늄이 함유되어 있다. 규소     나망간이 특히 많이 함유되것 은 합금주강에 속하게 되므로, 보통주강에     는 Si, Mn을 0.5% 이내로 하는 것이 일반적이다.   *용도 : 철도, 조선, 광산용기계 및 설비, 구조물기계부품 등의 기계재료 2)합금주강(alloy cast steel)   (가)니켈주강: 0.15 - 0.45%탄소, 1.0 - 3.5% Ni 함유됨   *특성 및 용도: 니켈의 첨가로 연신율의  저하를 막고, 강도와 인성을 증     가시킴과 동시에  내마멸성이 좋아진다. 용도는 철도용, 선박용 설비, 광     산토목 기계용 으로 이용.   (나)크롬 주강: 보통주강에 3%이하의 크롬을 첨가하면 강도와 내마멸성이       높아진다. 철도용 선박설비, 광산토목 기계용으로 사용함.     10%이상의 고크롬 주강은 내식성이 우수하며,12 -14%크롬을 함유한        13Cr주강품은 화학용 기계에 사용돤다.   (다)망간주강:0.9 - 1.2%인 저망간 주강은 제지용 기계부품과 롤러의 재료       로이용12%인 고망간 주강은 해드필드강(Hadfield steel)은 인성이높고      내마멸성도 매우 크므로 레일의 포인트, 분쇄기 롤러 등의 재료로 이용  . 주 철(Cast Iron) *주철은 이론적으로 철과 탄소의  합금으로 탄소를 2.11%이상 함유한 합금으로 주철은 주물용선철, 고철 등을 용융하여 제조된 것으로 소량의 규소, 망간, 인, 황 등의 원소가함유되어 있다. *주철의 특성   ①철강보다 용융점이 낮아 복잡한 것이라도 주조하기 쉽고,   ② 값이 싸기 때문에 일반기계의 부품과 몸체 등의 재료로 사용되며,   ③ 인성이 낮고 단련이 안 되는 것이 결점이다. *주철의 용도   ①자동차의 브레이크 드럼,   ②캠축 및 크랭크축 등이 가단주철 또는   ③구상흑연 주철인 특수주물로 생산하여 사용하고 있다. (1) 주철의 성질과 조직  1)주철 조직의  특성 *주철은 Fe-C 계 평행상태도상으로는 탄소를 2.11～6.67% 함유하는 Fe-C     합금으로 정하고 있으나, 실제 사용되고 있는 주철의 탄소함유량은 2.11     ～4.0%의 범위로 한정되어 있다. *주철에함유된탄소의존재    ①유리탄소(free carbon) : Si(흑연)가많고냉각속도가느릴때회주철로        나타나며    ②화합탄소(combined carbon) : Mn(탄소)함유량이많고냉각속도가빠를      때Fe3c(백주철)로나타남.    ③전탄소(total carbon) : 흑연+화합탄소 *파면에따라분류하면    ①백주철(white cast iron): 파면이백색인주철로, 흑연의생성이없고탄       소가화합탄소인시멘타이트로구성되어있다.    ②반주철(mottled cast iron): 백주철과 회주철의 중간 상태인 경우.    ③회주철(gray cast iron):탄소의 전부가흑연으로 변한것이며, 파면의 광택      이 회색으로 나타난다. 5)주철의 성질  가)기계적성질: 경도, 인장강도, 압축강도, 충격값, 내마멸성, 고온에서의성      질, 주조성, 피삭성   *경도     ①주철의재질은경도값으로나타낸다     ②주철의경도는보통브리넬경도로나타냄     ③경도값은HB80-120 정도이며백주철은HB420정도다   *인장강도     ①주철의인장강도는보통98-440MPa 범위다     ②보통주철의인장강도값은탄소포화도Sc의값을사용한다.     ③얇은주물을 제외 Sc=0.8-0.9 정도로 가장큰 인장강도를 갖는다.    *압축 강도      ①주철의 특징은 압축강도가 크다는점이다      ②압축강도는 인장강도의 3-4배정도다 보통중철에서는 4배정도이다.      ③고급주철일수록 그 비율은 작아진다.      ④기계류의 몸체나 베드등의 재료로 많이사용함.    *충격값 .      ①저탄소, 저규소로 흑연량이 적고 유리시멘타이트가 없는 주철은 다         른주철 에 비하여 충격값이 크다      ②고탄소 고규소이며 ,크고거친 흑연조직을 가진주철은 충격값이 작다.    *내마멸성      ①펄라이트 주철과 HB200 전후인 주철은 마멸에 잘견딘다      ②마멸성을 증가시키기 위해서는 0.7%이하의 Cr을 첨가시킨다.      ③놓은 경도를 요구된는 부품에는 백주철 또는 칠드주철을 사용한다.    나)주조성:     *유동성: 용해후 주형에 주입 할때 주철쇠물의 흐르는 정도를 나타낸다.     *수축 : 주조시 수축에 의하여 내부응력이 생기고 이로인해 균열과 수축             공 등의 결함이 생긴 다     *감쇠성 : 물체에 흡수된 진동이 점차 작아지게 하는 능력을 진동의 감       쇠능 이라한다     *감쇠능이 우수한 재질은 회주철→  구상흑연주철→ 강 의순서 이다.            다)피삭성: 절삭가공에서흑연의윤활작용과절삭칩이쉽게파쇄되는효       과로절삭성이매우좋은편이다. 그러나경도와강도가높아지면절       삭성이떨어진다. (2)주철의 종류와 용도 1)보통주철 : 회주철을 대표하는 주철로서 특히 강도나 물순물의 양을 엄밀    히 제한하지 않고 있으며 주철의 조성은 3.2-3.8% C, 1.4-2.5% Si, 망간,      인, 황 등을 함유하고 있다. 2)고급주철 :  인장 강도가 245MPa(25Kg/㎟) 이상인 주철을 고급주철   *가장널리 알여진 고급주철은 미하나이트(Meehanite)주철이다   *용도 : 피스톤 링에 가장적합하다. 3)合金鑄鐵(alloy cast iron)  (가)고력합금주철    *보통주물에 0.5 - 2.0% 니켈을 첨가 하거나 약간의 크롬, 몰리브덴을        배합하여 강도를 높인 것이다.    *용도 : 크랭크축, 캠축, 실린더 압연용 롤  (나)내마멸성주철    *보통주철에 내마멸성을 좋게 하기위하여 크롬, 몰리브덴, 구리, 등의         원소를 단독 또는 복합하여 소량을 첨가하면 내마멸성이 향상된다.    *용도 : 대형 디젤 기관의 실린더 라이너, 차량용 브레이크 슈 등에사용. (다)내열주철    *보통주철은 400℃정도의 고온까지 강도가 거의 유지되나 보다 고온이        되면 성장 현상이 일어나 내산화성, 내성장성, 고온강도, 등을 개선한        내열주철이 사용된다.    *내열주철의 종류     ①니크로실랄(Ni-Cr-Si): 고온에서 성장현상이 없고 내산화성이 우수 하       며 강도가 높고 열충격에도 잘견딘다. 950 ℃까지 내열성을 갖는다.     ②니-레지스트(Ni-Cr-Cu): 500 - 600℃ 정도의 온도에서의 안정성이 매       우좋아 내열주철로 많이 이용돤다.     ③고크롬주철: 14-17%의Cr을 함유한 것으로 내산화성이 매우하고 성장       도 작으며 강도가 높다 . 1000℃에서도 잘견딘다.   (라) 내산 주철    *13 - 14.5%Si를 함유하는 규소 주철은 내산성이 훌륭하다        절삭 가공이 불가능 하므로 그라인더로 가공한다.    *내산규소 주철의 종류 듀리론(duriron)14.0 - 14.5%Si , 코로실론(corrosilon)13.0 - 14.0%Si (4)특수 용도 주철 (가) 가단주철:주철의결점인여리고약한인성을개선하기위하여소      실시켜인성또는소실시켜인성또는연성을증가시킨주철을말한다. *가단주철의 종류(처리방에 따라)   ①백심가단주철(white heart malleable cast iron): 파단면이 흰색   ②흑심가단주철(black heart malleable cast iron): 파단면색이 검은색   ③펄라이트가단주철(pearlite malleable cast iron): 입상펄라이트 조직  (나)구상흑연주철: 용융상태의주철중에마그네슘, 세륨, 칼슘등을첨가      하여흑연을구상화한것으로, 노듈러주철(nodular cast iron), 덕타일      주철(ducile cast iron) 등의로불린다.    *특성: 강인하고 주조 상태에서 주조상태에서 구조용 강에 가까운 기계      적성을 갖는다. 편상 흑연에 비하여 강도뿐만 아니라, 내마멸성. 내열       성, 내식성 등이 대단히 우수함    *용도: 캠축, 브레이크 드럼, 등의 자동차 주물 및 특수기계부품용 재료      로 사용.  (다)칠드주철: 보통주철보다규소함유량을적게하고적당량의망간을         가한쇳물을주형에주입할때, 경도를필요로하는부분만칠메탈         을사용하여빨리냉각시키면그부분의조직만이백선화되어단단        한칠층이형성된주철을말한다.    *용도 : 제강용 롤, 철도 차량, 분쇄기 롤, 제지용 롤, 내마멸을 필요로               하는 기계 부품에 이용된다. (5)주철의 열처리   *주철제품은 두께가 고르지 않기 때문에 응고 후에 냉각 속도가 불균일하     여 부분적으로 수축이 억제 되며 , 그로인하여 주물의 내부에 잔류응력     이 남게 되는데, 이것을 주조응력(Casting Stress)이라한다.   주조응력을 제거시킨 열처리에는 풀림처리, 시효경화   (자연시효, 인공시효) 방법이 있다.