철 주물의 종류

철 주물의 종류

이 장에서는 다양한 유형의 주철에 대해 설명합니다.

회색 철 주조

회주철의 특징은 그래픽 미세구조로, 재료에 균열을 일으키고 회색 외관을 나타낼 수 있습니다. 이것은 가장 일반적으로 사용되는 주철 유형이며 무게를 기준으로 일반적으로 사용되는 주조 재료입니다. 대부분의 회주철은 화학적 분해로 인해 탄소 2.5~4%, 실리콘 1~3%, 나머지는 철 성분으로 이루어져 있습니다.

이 유형의 주철은 강철에 비해 인장 강도가 낮고 충격에 대한 저항력이 낮습니다. 압축 강도는 저탄소강 및 중탄소강과 비슷합니다.

이러한 모든 기계적 특성은 회주철의 미세 구조에 존재하는 흑연 플레이크의 모양과 흑연 플레이크의 크기에 의해 제어됩니다.

백철 주조

이러한 유형의 철은 시멘타이트라는 탄화철 침전물의 존재로 인해 흰색인 균열된 표면을 가지고 있습니다. 백주철에 함유된 탄소는 흑연이 아닌 안정된 상 시멘타이트로 용융물에서 침전됩니다. 이는 흑연화제로서 실리콘 함량을 낮추고 냉각 속도를 더 빠르게 함으로써 달성됩니다. 이러한 침전 후에 시멘타이트는 큰 입자로 형성됩니다.

탄화철이 침전되는 동안 침전물은 원래 용융물로부터 탄소를 끌어당겨 혼합물을 공융에 가까운 쪽으로 이동시킵니다. 나머지 단계는 철을 탄소 오스테나이트로 낮추고 냉각되면 마르텐사이트로 변태합니다.

이러한 함유된 공융 탄화물은 석출 경화의 이점을 제공하기에는 너무 큽니다. 일부 강철에는 순철 페라이트 매트릭스를 통한 전위 이동을 방해하여 플라스틱 변형을 전달할 수 있는 훨씬 작은 시멘타이트 석출물이 있을 수 있습니다. 이는 단순히 자체 경도와 부피 비율로 인해 주철의 벌크 경도를 증가시키는 장점이 있습니다. 이로 인해 벌크 경도가 혼합물의 규칙에 의해 근사화될 수 있게 됩니다.

이 경도는 어떤 경우에도 인성을 희생하여 제공됩니다. 백주철은 탄화물이 재료의 더 큰 부분을 차지하기 때문에 일반적으로 시멘트로 분류될 수 있습니다. 백철은 너무 부서지기 쉬우므로 구조용 부품에 사용할 수 없지만 경도가 좋고 내마모성이 뛰어나며 가격이 저렴하기 때문에 슬러리 펌프의 마모 표면으로 사용할 수 있습니다.

두꺼운 주물을 더 빠른 속도로 냉각하는 것은 용융물을 백주철로 응고시키기에 충분하지만 급속 냉각을 사용하여 백주철을 응고시킬 수 있으며 그 후에 나머지는 응고됩니다. 느린 속도로 냉각되어 회주철의 코어를 형성합니다. 이렇게 만들어진 주조품을 냉각 주조품이라고 하며, 표면은 단단하지만 내부는 더 단단하다는 장점이 있습니다.

고크롬 백철 합금은 약 10톤 임펠러의 대규모 주조를 모래 주조할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 이는 크롬이 더 두꺼운 재료를 통해 탄화물을 생성하는 데 필요한 냉각 속도를 감소시키기 때문입니다. 내마모성이 우수한 탄화물도 크롬 원소에 의해 생성됩니다.

가단성 철 주조

가단주철은 백주철로 시작하여 약 950°C의 온도에서 이틀 또는 하루 동안 열처리한 후 같은 시간 동안 냉각됩니다.

탄화철의 탄소는 이러한 가열 및 냉각 과정으로 인해 흑연 및 페라이트와 탄소로 변환됩니다. 이는 낮은 공정이지만 표면 장력으로 인해 흑연이 플레이크가 아닌 구형 입자로 변형될 수 있습니다.

회전 타원체는 종횡비가 낮기 때문에 상대적으로 짧고 서로 더 멀리 떨어져 있습니다. 그들은 또한 낮은 단면적, 전파되는 균열 및 광자를 포함합니다. 플레이크와 달리 회주철에서 발견되는 응력 집중 문제를 완화하는 데 도움이 되는 무딘 경계를 포함합니다. 전체적으로 가단성 주철에 포함된 특성은 본질적으로 온화한 강철의 특성과 더 유사합니다.

연성 철 주조

구상흑연주철이라고도 불리는 이 주철은 매우 작은 결절 형태의 흑연을 가지며, 흑연은 동심원을 이루어 결절을 형성하는 층 형태를 갖습니다. 이로 인해 의 속성은연성이 있는 주철흑연 조각에 의해 생성된 응력 집중 효과가 없는 해면강의 강철입니다.

함유된 탄소농도량은 3~4% 정도이고, 실리콘의 함량은 1.8~2.8% 정도이다. 0.02~0.1%의 마그네슘과 0.02~0.04%의 세륨을 이러한 합금에 첨가하면 흑연 레인 가장자리에 결합하여 흑연 침전이 증가하는 속도가 느려집니다.

탄소는 다른 요소를 신중하게 제어하고 공정 중 적절한 타이밍으로 인해 재료가 응고됨에 따라 구형 입자로 분리될 가능성이 있습니다. 생성된 입자는 가단성 주철과 유사하지만 더 큰 단면으로 부품을 주조할 수 있습니다.

합금 원소

주철의 성질은 주철에 함유된 다양한 합금원소나 합금제에 첨가되어 변화됩니다. 탄소와 함께 원소 실리콘은 탄소를 용액 밖으로 밀어내는 능력을 가지고 있기 때문입니다. 더 적은 비율의 실리콘은 탄소가 용액에 남아 있어 탄화철을 형성하고 백주철을 생성하므로 이를 완전히 달성할 수 없습니다.

실리콘의 비율이나 농도가 높을수록 용액에서 탄소를 강제로 제거한 다음 흑연을 형성하고 회주철을 생성할 수도 있습니다. 언급되지 않은 다른 합금제로는 망간, 크롬, 티타늄, 바나듐이 포함됩니다. 이들은 실리콘에 대항하여 탄소의 보유를 촉진하여 탄화물의 형성도 촉진합니다. 니켈과 구리 원소는 강도와 기계 가공성을 향상시키는 이점이 있지만 형성되는 탄소의 양을 변경할 수는 없습니다.

흑연 형태의 탄소는 철을 연화시켜 수축 효과를 감소시키고 강도를 낮추며 함유 밀도를 감소시킵니다. 황은 함유되면 대부분 오염물질이며 흑연 형성을 방지하고 경도를 증가시키는 황화철을 형성합니다.

황의 단점은 용융된 주철을 점성으로 만들어 결함을 유발한다는 것입니다. 황의 영향을 완화하고 제거하기 위해 망간이 용액에 첨가됩니다. 이는 두 가지가 결합되면 황화철 대신 황화망간을 형성하기 때문에 수행됩니다. 생성된 황화망간은 용융물보다 가벼우며 용융물 밖으로 부유하여 슬래그에 들어가는 경향이 있습니다.

황의 영향을 상쇄하는 데 필요한 망간의 대략적인 양은 황 함량 1.7단위이며 그 위에 추가로 0.3%가 추가됩니다. 이 양보다 더 많은 망간을 첨가하면 망간 탄화물이 형성되고 이는 최대 1%의 망간이 강도와 밀도를 증가시킬 수 있는 회주철을 제외하고 경도와 냉각을 증가시킵니다. 니켈은 펄라이트와 흑연의 조직을 미세화하여 인성을 향상시키고 단면 두께의 경도 차이를 균일하게 하는 경향이 있어 가장 일반적인 합금원소 중 하나입니다.

유리 흑연을 줄이고 냉기를 생성하기 위해 크롬을 소량 첨가합니다. 이는 크롬이 강력한 탄화물 안정제이고 어떤 경우에는 니켈과 함께 작용할 수 있기 때문입니다. 크롬의 경우에도 주석을 소량 대체할 수 있습니다. 냉기를 낮추고 흑연을 정제하며 유동성을 높이기 위해 구리를 국자나 용광로에 0.5~2.5% 정도 첨가합니다. 몰리브덴은 냉기를 증가시키고 흑연을 정제하며 펄라이트 구조를 개선하기 위해 0.3%에서 1% 정도 첨가될 수도 있습니다.

일반적으로 니켈, 구리 및 크롬과 함께 첨가되어 고강도 철을 생산합니다. 티타늄 원소를 첨가하여 탈기기 및 탈산제로 작용하고 유동성을 높입니다. 0.15~0.5%의 바나듐 원소가 주철에 첨가되어 시멘타이트 안정화에 도움을 주고 경도를 높이며 마모 및 열 효과에 저항합니다.

지르코늄은 흑연 형성을 돕고 약 0.1~0.3%의 비율로 첨가됩니다. 이 요소는 또한 탈산 및 유동성 증가에 도움이 됩니다. 가단성 철 용융물에 첨가할 수 있는 실리콘의 양을 늘리기 위해 비스무스를 0.002% ~ 0.01% 규모로 부어 넣습니다. 백철에는 붕소라는 원소가 첨가되는데, 이는 가단성 철의 생성을 돕고 비스무트 원소의 조대화 효과를 감소시킵니다.