보통주철은 인장강도가 12~24 kg/mm2
탄성계수 7500~11000
연신율 거의 없어서 기준도 없음
브리넬경도 143~241
굽힘강도 28~44 kg/mm2
구상흑연주철중 ferrite기지
인장강도 42~44
내력 32~38
탄성계수 16300~172500
연신율 >15
브리넬 경도 130~200
구상흑연주철중 pearlite 기지
인장 56~74
내력 40~58
탄성 17200~18600
연신 2~3.5
경도 200~280
굽힘강도 90~110
철강의 분류
철강을 분류하는 방법에는 여러가지가 있으나 가장 기초적인 분류는 가단철과 선철(주철)의 두가지로 분류합니다.그리고 가단철은 다시 연철과 용철, 주철은 백주철과 회주철로 분류...
탄소 함유량이란 금속의 조직학상 분류에 속합니다...
철의 성질을 결정하는데 가장 큰 영향 을 미치므로 이를 기준으로 분류하면 다음과 같습니다.
철은 탄소 함유량이 적으면 적을수록 연하고 늘어나는 성질이 커지며 그 함유량이 많아짐에 따라 경도가 높아지고 강하게 되는 반면에 부서지기 쉽고 늘어나는 성질은 줄어듭니다...
철은 1.7% 의 탄소 함유량을 경계로 하여 그 금속조직과 성질이 크게 달라지는데 탄소가 1.7%이상 함유된 것을 주철(선철), 그 미만의 것을 강이라고 부릅니다...
현재 "鐵"이란 명칭으로 사용되고 있는 것은 실제로 대부분이 강과 선철이며, 이 두가지는 그 성질에 있어서 매우 다른 특징을 가지고 있습니다...
즉 선철은 단단하지만 부러지기 쉽고, 용선을 주형에 넣어서 주물로 만들 수는 있지만 굽히거나 늘릴 수는 없습니다. 전에 우리가 흔히 볼 수 있었던 무쇠솥이나,난로 등은 선철 주물이지만, 철도 레일이나 철근, 냉장고, 못 등은 강재(鋼材)로제조된 것 입니다.
순철(純鐵)
순철은 탄소(C), 규소(si), 망간(Mn) ,인 (p),유황(s)의 5원소 합계가 0.0l% 이하이며 99.9% 이상 금속원소 철 (Fe)로 구성된, 불순물이 거의 포함되어 있지 않은 철을 말하는데 천연적으로는 유성이 지구에 도달한 운석의 형태로 존재한다고 합니다.
순철은 질(質)이 너무 연해서 그 용도가 한정되어 기계구조용에는 거의 쓰이지 않고전기용 재료나 철강의 성질을 알아보는 실험용 등으로 쓰이고 있습 니다.
선철(旋鐵)
선철은 철광석을 원료로하여 고로(高廬)에서 만들어지며, 철광석의 제련에는 코크스,목탄 등이 열원으로 사용되기 때문에 비교적 많은 탄소가 포함되어 있습니다.
일반적으로 사용하는 선철은 3.5- 4.5%의 탄소를 함유하고 있으며, 전성과 연성이 거의 없어 그대로는 가공할 수 없기 때문에 이를 재차 정련하여 탄소량을 저하시켜강을 만들며, 선철 자체는 용융점이 1,150-1,250℃로 비교적 낮고 용해하기 쉬워 각종 주물을 만드는 원료로 사총되고 있습니다...
강(鋼)
강(탄소강)은 탄소를 0.035-1.7% 포함한 것이나 보통 0.04-0.6% 정도의 것이 많습니다. 강에는 다른 금속원소가 많이 포함되지 않고 주로 탄소만 함유된 것을 탄소강 또는 보통강이라 하고, 니켈, 크롬, 망간, 텅스텐, 몰리브덴 등의 특수금속원소가 포함된 강을 특수강 또는 합금강이라 합니다...
한편 강은 제강방법에 따라 전로강, 평로강, 전기로강으로, 탈산도에 따라 림드강, 반진정 (Semi-KiIled)강, 진정 (Killed)강으로, 주입후 처리방법에 따라 압연(壓延)강, 단강, 주강으로 나뉘어 집니다...
또한 용도에 따라 구조용 강은 보통강, 저탄소강, 스프링강 등으로, 공구강은 탄소공구강, 특수 공구강, 다이스강 등으로 특수용도강은 베어링강, 자석강, 내식강 등으로 나뉘어집니다...
주철(鑄鐵)
탄소강에 비하여 탄소의 함유량이 많은 2.11~6.7% 정도를 함유하고 있으며 휘어지거나 늘어나는 성질이 거의 없어 압연하거나 두들겨서 제품을 만들 수 없으며, 충격에 약해 깨지기 쉽고 주철을 용해하여 복잡한 모양의 제품을 만들 수 있어 아령, 가계의 몸체, 내연기관의 실린더 등의 주물용 재료로 쓰인다.
종류에는 깨어진 면의 색깔에 따라 백주철, 반주철, 회주철로 분류된다. 보통 주철이라 하면 회주철을 말한다...
1. 주철의 종류와 용도
(1)보통 주철
보통 주철(common grade cast iron)은 일반적으로 회주철을 말한다. 강에서 페라이트의 인장 강도는 30∼40 kg/mm2, 펄라이트의 인장 강도는 80∼100 kg/mm2, 흑연의 인장 강도는 2 kg/mm2정도이므로, 이러한 것들이 혼합되어 있는 보통 주철의 인장 강도는 흑연의 모양, 크기, 분포 상태에 따라 많은 차이가 있으며, 일반적으로 15∼20 kg/mm2 정도이다. 이와 같이, 보통 주철은 그 조직에 따라 기계적 성질이 매우 달라지므로, 좋은 주물을 만들기 위해서는 흑연의 상태에 특히 유의 하여야 한다. 보통 주철은 기계 가공성이 좋고 값이 싸므로, 일반 주물용 기계, 일반 구조용으로 쓰이며, 수도관, 난방용품, 내연기관의 실린더, 실린더 라이너, 패킹, 등에 쓰인다.
(2)고급 주철
l916년경부터 고급 주철 (high grade cast iron)이 연구된 바 있으며, 인장 강도가 30 kg/mm2 이상인 것을 고급 주철이라 하는데, 보통 주철에 비하여 인장 강도, 인성, 내마멸성, 내열성, 내산성이 있는 것이 특징이다.
(가) 펄라이트 주철
흑연과 펄라이트로 된 조직의 주철로, 보통 주철보다 강하고, 내마멸성이 있다. 펄라이트 주철의 성분은 3.2% Cg l.6∼l.8 % Si, l.0∼1.2 % Mn, 0.l∼0.2% P, 0.06∼0.083 % S로, 고온에서도 강도를 유지할 수 있으므로 실린더, 피스톤, 터빈 케이싱 등에 사용된다.
(나) 미하나이트(Meehanite)주철
강인 주철이라고도 하며, 백선에 규소화칼슘(CaSi)을 0.3% 정도 첨가함으로써 응고와 동시에 백선화를 방지하고, 흑연을 미세화시켜 펄라이트 주철로 한 것으로, 인장 강도가 35∼45 kg/mm2로 높고, 제품의 신뢰성이 높으며, 인성이 큰 주철이다.
2. 주철의 조직과 성질
주철(cast iron)은 공업상 2.5∼4.5 % C가 함유되어 있으며, 여기에 Si, Mn, P, S등의 불순물이 포함되어 있다(표 4-35). 선철과 스크랩(Scrap) 및 여러 가지의 합금 철을 적당히 배합하여 용선로에 넣어 녹인 다음,성분을 조정하여 주물로 한 것으로서, 주조성이 좋고 또 값이 싸므로 기계대, 기둥, 실린더, 그 밖에 모양이 복잡한 것에 사용되며, 기계의 대부분을 구성하고 있다.
(1) 주철의 조직
주철의 조직과 흑연의 모양은 대단히 밀접한 관계를 가지고 있으며, 화학 성분, 주철의 종류, 주입 온도, 냉각 속도 등에 따라 다르다. 주철은 일반적으로 백주철(white cast iron), 반주철(mottled cast iron) 회주철(grey cast iron)로 분류한다. 백주철은 탄소가 적으며, 탄소가 대부분 Fe3C(시멘타이트) 상태로 되어 있으며, 파단면은 흰색을 띤다. 회주철은 탄소가 많으며, 탄소가 대부분 흑연(graphite) 상태로 된 것이며, 파단면은 회색을 띤다. 회주철은 페라이트, 흑연, 시멘타이트 등 3개의 기본 조직을 가지고 있다. 반주철은 백주철과 회주철의 중간 상태로서, 시멘타이트와 흑연이 혼합되어 있으며, 파단면은 반점이 있다. 주철 중의 흑연은 그 모양에 따라 여섯 가지로 분류되며, 모양에 따라서 기계적 성질이 크게 달라진다. 그림 4-3l은 여섯 가지의 흑연의 모양을 나타낸 것으로, 이 들 중 편상, 괴상, 구상의 흑연 모양이 주를 이루고 있다.
(2) 주철의 성질
(가) 주철의 물리적 성질
주철의 물리적 성질은 흑연의 분포 및 모양에 따라 다르나, 대략 표 4-36과 같다. 비중이나 용융점은 탄소나 규소의 함유량이 많아질수록 낮아진다.
(나) 주철의 기계적 성질
주철의 기계적 성질은 조직의 상태와 흑연의 모양, 크기, 분포 및 양에 따라 매우 다르게 나타난다.
(ㄱ)인장 강도 : 화학 조성 외에 냉각 조건 및 조직에 따라 현저히 변화한다. 15kg/mm2 의 것은 보통 주철, 30kg/mm2이상의 것은 고급 주철이라고 하며,내연 기관 등 중요한 부품에 사용된다. 주철의 고온에서 인장 강도의 변화를 보면, 400℃까지의 거의 변하지 않으나, 600℃가 되면 현저하게 저하하기 때문에 응력 제거는 430∼590℃에서 이루어진다.
(ㄴ) 압축 강도 : 주철의 압축 강도는 인장 강도에 비하여 매우 높다. 일반 주철의 경우는 3∼4배, 고급 주철의 경우는 2∼3배로서, 압축 강도가 큰 것이 주철의 특징이다.
(ㄷ) 경 도 : 주철의 경도는 브리넬 경도로 HB=100∼200이지만, C+Si의 양이 많아질수록 작아지는데, 페라이트가 많은 것은 HB=80∼120, 백주철의 경우에는 HB=420 정도이다.
(ㄹ) 충격값 : 주철은 부스러지기 쉬운 것이 결점이나, 고급 주철은 어느 정도 충격에 견딜 수 있다. 흑연량이 적고, 유리 시멘타이트가 없는 주철은 충격값이 크지만, 고탄소와 크고 거친 흑연을 함유하는 주철은 충격값이 작다.
(ㅁ) 내마멸성 : 주철 중의 흑연은 마찰에 있어서 윤활유의 역할을 하며, 또한 기름을 보존, 유지하는 작용을 한다. 따라서, 주철은 내마멸성이 있는 재료이며, 특히 고온에서의 성질은 우수하다. 흑연의 모양은 내마멸성에 큰 영향을 끼치지 않으나, 공정 흑연의 경우에는 다소 내마멸성이 불량해지는 경향이 있다.
(ㅂ) 불순물의 영향 : 불순물의 영향 : 불순물의 규소는 시멘타이트를 분해하고 흑연화를 일으킨다. 규소가 2.7 %까지 많아지면 경도가 낮아진다. 황은 FeS로 존재하면 흑연화를 방해하고, 재질은 단단하고 메지게 되어 해롭다. 망간은 MnS를 만들고, 탈황제, 탈산제로 되어 유동성과 주조성을 개선한다. 또, 1% 이하에서는 적당하게 재질의 경도와 강도를 증가시킨다. 인은 흑연화를 방해할 뿐만 아니라 재질을 단단하고 메지게 하지만, 유동성을 좋게 함으로써 주조성이 좋아진다.
3. 주철의 분류
주철은 KS규격에서 GC로 표기하며, JIS규격에서는 FC로 표기한다.
GC200, GC250, GC300 등의 숫자는 주철의 인장강도를 나타내는데 각각 인장강도가 약 20kg/㎟, 25kg/㎟, 30kg/㎟ 정도임을 나타내며, 실제 인장강도의 10배의 수치로 표기된다.
JIS규격에서는 인장강도를 그대로 나타내어 FC20, FC25 등과 같이 표기한다.
. 주철의 조직과 성질 주철(cast iron)은 공업상 2.5∼4.5 % C가 함유되어 있으며, 여기에 Si, Mn, P, S등의 불순물이 포함되어 있다(표 4-35). 선철과 스크랩(Scrap) 및 여러 가지의 합금 철을 적당히 배합하여 용선로에 넣어 녹인 다음,성분을 조정하여 주물로 한 것으로서, 주조성이 좋고 또 값이 싸므로 기계대, 기둥, 실린더, 그 밖에 모양이 복잡한 것에 사용되며, 기계의 대부분을 구성하고 있다. (1) 주철의 조직 주철의 조직과 흑연의 모양은 대단히 밀접한 관계를 가지고 있으며, 화학 성분, 주철의 종류, 주입 온도, 냉각 속도 등에 따라 다르다. 주철은 일반적으로 백주철(white cast iron), 반주철(mottled cast iron) 회주철(grey cast iron)로 분류한다. 백주철은 탄소가 적으며, 탄소가 대부분 Fe3C(시멘타이트) 상태로 되어 있으며, 파단면은 흰색을 띤다. 회주철은 탄소가 많으며, 탄소가 대부분 흑연(graphite) 상태로 된 것이며, 파단면은 회색을 띤다. 회주철은 페라이트, 흑연, 시멘타이트 등 3개의 기본 조직을 가지고 있다. 반주철은 백주철과 회주철의 중간 상태로서, 시멘타이트와 흑연이 혼합되어 있으며, 파단면은 반점이 있다. 주철 중의 흑연은 그 모양에 따라 여섯 가지로 분류되며, 모양에 따라서 기계적 성질이 크게 달라진다. 그림 4-3l은 여섯 가지의 흑연의 모양을 나타낸 것으로, 이 들 중 편상, 괴상, 구상의 흑연 모양이 주를 이루고 있다. (2) 주철의 성질 (가) 주철의 물리적 성질 주철의 물리적 성질은 흑연의 분포 및 모양에 따라 다르나, 대략 표 4-36과 같다. 비중이나 용융점은 탄소나 규소의 함유량이 많아질수록 낮아진다. (나) 주철의 기계적 성질 주철의 기계적 성질은 조직의 상태와 흑연의 모양, 크기, 분포 및 양에 따라 매우 다르게 나타난다. (ㄱ)인장 강도 : 화학 조성 외에 냉각 조건 및 조직에 따라 현저히 변화한다. 15kg/mm2 의 것은 보통 주철, 30kg/mm2이상의 것은 고급 주철이라고 하며,내연 기관 등 중요한 부품에 사용된다. 주철의 고온에서 인장 강도의 변화를 보면, 400℃까지의 거의 변하지 않으나, 600℃가 되면 현저하게 저하하기 때문에 응력 제거는 430∼590℃에서 이루어진다. (ㄴ) 압축 강도 : 주철의 압축 강도는 인장 강도에 비하여 매우 높다. 일반 주철의 경우는 3∼4배, 고급 주철의 경우는 2∼3배로서, 압축 강도가 큰 것이 주철의 특징이다. (ㄷ) 경 도 : 주철의 경도는 브리넬 경도로 HB=100∼200이지만, C+Si의 양이 많아질수록 작아지는데, 페라이트가 많은 것은 HB=80∼120, 백주철의 경우에는 HB=420 정도이다. (ㄹ) 충격값 : 주철은 부스러지기 쉬운 것이 결점이나, 고급 주철은 어느 정도 충격에 견딜 수 있다. 흑연량이 적고, 유리 시멘타이트가 없는 주철은 충격값이 크지만, 고탄소와 크고 거친 흑연을 함유하는 주철은 충격값이 작다. (ㅁ) 내마멸성 : 주철 중의 흑연은 마찰에 있어서 윤활유의 역할을 하며, 또한 기름을 보존, 유지하는 작용을 한다. 따라서, 주철은 내마멸성이 있는 재료이며, 특히 고온에서의 성질은 우수하다. 흑연의 모양은 내마멸성에 큰 영향을 끼치지 않으나, 공정 흑연의 경우에는 다소 내마멸성이 불량해지는 경향이 있다. (ㅂ) 불순물의 영향 : 불순물의 영향 : 불순물의 규소는 시멘타이트를 분해하고 흑연화를 일으킨다. 규소가 2.7 %까지 많아지면 경도가 낮아진다. 황은 FeS로 존재하면 흑연화를 방해하고, 재질은 단단하고 메지게 되어 해롭다. 망간은 MnS를 만들고, 탈황제, 탈산제로 되어 유동성과 주조성을 개선한다. 또, 1% 이하에서는 적당하게 재질의 경도와 강도를 증가시킨다. 인은 흑연화를 방해할 뿐만 아니라 재질을 단단하고 메지게 하지만, 유동성을 좋게 함으로써 주조성이 좋아진다.