주철이란?

기계재료 핵심요약 - 주철

 

 

주철

 

 

주철(Cast Iron)의 정의

용광로에 철광석, 석회석, 코크스를 장입한 후 1200℃의 열풍으로 불어 넣어주면 쇳물이 나오는데 이 쇳물의 탄소 함유랑은 보통 4.5%이다. (보통 주철의 탄소 함유랑의 범위는 2~6.67%)

 

주철의 특징

- 압축 강도가 크고 경도가 높다. - 기계 가공성이 좋고 값이 싸다. - 고온에서 기계적 성질이 떨어진다. - 용융점이 낮고 유동성이 좋아서 주조가 쉽다. - 주철 중 탄소의 흑연화를 위해서는 탄소량 및 규소의 함량이 중요하다. - 주철을 파면상으로 분류하면 회주철, 백주철, 반주철로 구분할 수 있다. - 강에 비해 탄소의 함유량이 많기 때문에 취성과 경도가 커지나 강도는 작아진다. - 고온에서 소성변형이 곤란하나 주조성이 우수하여 복잡한 형상을 쉽게 생산할 수 있다.

 

 

주철의 성장

주철을 600℃ 이상의 온도에서 가열과 냉각을 반복하면 부피가 증가하여 파열되는데, 이 현상을 주철의 성장이라고 한다.

 

 

주철 성장의 원인

- 흡수된 가스에 의한 팽창 - A1변태에서 부피 변화로 인한 팽창 - 시멘타이트(Fe3C)의 흑연화에 의한 팽창 - 페라이트 중 고용된 Si(규소)의 산화에 의한 팽창 - 불균일한 가열에 의해 생기는 파열, 균열에 의한 팽창

 

 

 

주철의 종류

보통 주철(GC 100~GC200)

- 회주철로서 인장강도가 100~200N/㎟ (10~20kgf/㎟) 기계가공성이 좋고 값이 싸며 기계 구조물의 몸체 등의 재료로 사용된다. - 주조성이 좋으나 취성이 커서 연신율이 거의 없다. -탄소의 함유량이 높기 때문에 고온에서 기계적 성질이 떨어지는 단점이 있다.

 

고급 주철(GC250~GC350)

- 편상 흑연 주철 중 인장강도가 250N/㎟ 이상의 주철로 조직이 펄라이트로 이뤄져서 펄라이트 주철이라고도 한다. - 고강도와 내마멸성을 요구하는 기계 부품에 주로 사용된다.

 

미하나이트 주철

- 바탕이 펄라이트조직으로 인장강도가 350~450MPa이다. - 담금질이 가능하고 인성과 연성이 대단이 크다. - 두께 차이에 의한 성질의 변화가 매우 작아서 내연기관의 실린더 재료로 사용된다.

 

구상흑연 주철

- 불스 아이 조직이 나타난다. - Ni(니켈), Cr(크롬), Mo(몰리브덴), Cu(구리) 등을 첨가하여 재질을 개선하였다. - 노듈러 주철, 덕타일 주철이라고 불린다. - 내 마멸성, 내열성, 내식성이 대단히 우수하여 자동차용 주물이나 주조용 재료로 가장 많이 쓰인다. - 흑연을 구상화 하는 방법은 황(S)이 적은 선철을 용해하여 주입전에 Mg(마그네슘), Ce(세륨), C(탄소) 등을 첨가하여 제조한다. - 보통주철에 비해 강력하고 점성이 강하다.

불스 아이란? 구상흑연주철의 현미경 조직에서 주철속의 흑연이 완전한 구상이 되어 그 주위가 페라이트조직으로 되어 있는 것으로 황소를 의미한다.  흑연이 황소의 눈과 닮았다고 해서 이 조직을 불스 아이라고 불린다.

 

칠드 주철

- 주조 시 주형에 냉금을 삽입하여 주물의 표면을 급랭시켜 경화시키고 내부는 본래의 연한 조직으로 남게 하는 내마모성 주철이다. - 칠드된 부분은 시멘타이트 조직으로 되어 경도가 높아지고 내마멸성과 압축강도가 커서 기차바퀴나 분쇄기롤러에 사용된다.

 

가단 주철

- 주조성이 우수한 백선의 주물을 만들고, 열처리하여 강인한 조직으로 단조가공을 가능하게 한 주철이다. - 고탄소 주철로서 회주철과 같이 주조성이 우수한 백선주물을 만들고 열처리함으로써 강인한 조직으로 만들기 때문에 단조작업을 가능하게 한다.

가단주철의 종류 - 흑심 가단주철 : 흑연화가 주목적 - 백심 가단주철 : 탈탄이 주목적 - 특수 가단주철 - 펄라아트 가단주철

 

고규소 주철

- C(탄소)가 0.5~1.0%, Si(규소)가 14~16% 정도 합금된 주철이다. - 내식용 재료로 화학 공업분야에 널리 사용된다. - 경도가 높아서 가공성이 낮으며 재질이 여리다는 결점이 있다.

 

 

 

주철과 강의 차이점

주철은 주조 작업이 가능한 철로서 탄소의 함유량이 대략 2~6.67%인데 강에 비해 탄소의 함유량이 많기 때문에 취성과 압축강도가 크나 연신율이 작아진다.

 

마우러 조직도

주철의 조직을 지배하는 주요 요소는 C, Si의 양과 냉각속도이며, 이들의 함유량에 따른 주철의 조직 관계를 대표적으로 나타낸 그래프이다.

빗금친 부분은 고급 주철이다.

영 역	조 직	주철의 종류
Ⅰ	펄라이트 + 시멘타이트	백주철 (극경 주철)
Ⅱa	펄라이트 + 시멘타이트 + 흑연	반주철 (경질 주철)
Ⅱ	펄라이트 + 흑연	펄라이트 주철 (강력 주철)
Ⅱb	펄라이트 + 페라이트 + 흑연	회주철 (주철)
Ⅲ	페라이트 + 흑연	페라이트 주철 (연질 주철)

 

 

 

 

핵심문제

 

01. 불스 아이(Bull's Eye) 조직은 어느 주철에 나타나는가? (2012년 2회 - 기출)

① 가단 주철

② 미하나이트 주철

③ 칠드 주철

④ 구상흑연 주철

 

 

정답 : ④

 

 

01 - 해설.

불스 아이란 구상흑연주철의 현미경 조직에서 주철 속의 흑연이 완전한 구상이 되어 그 주위가 페라이트조직으로 되어 있는 것으로 불스는 황소를 의미한다. 흑연이 황소의 눈과 닮았다고 해서 이 조직을 불스 아이라고 부른다.

 

 

 

 

02. 주철의 성장 원인 중 틀린 것은? (2013년 5회 - 기출)

① 펄라이트 조직 중의 Fe3C 분해에 따른 흑연화

② 페라이트 조직 중의 Si의 산화

③ A1 변태의 반족과정에서 오는 체적변화에 기인되는 미세한 균열의 발생

④ 흡수된 가스의 팽창에 따른 부피의 감소

 

 

정답 : ④

 

02 - 해설.

주철은 흡수된 가스에 의해 부피가 상승한다. 이 주철을 600℃ 이상의 온도에서 가열과 냉각을 반복하면 부피가 증가하여 파열되는데 이 현상을 주철의 성장이라고 한다.

 

 

 

주철의 양이 꽤 많죠?

그 만큼 기계제도기능사에서는 빠질 수 없는 중요한 녀석 중에 한 녀석입니다.

최대한 쉽게 정리를 한다고 했는데 어떨지 모르겠네요...^^;;;

재료가 힘들고 따분한 과목이지만 조금씩 하다보면 언젠가는 재료가 크게 어렵지 않게 되실거에요~^^;;(전 아직도 어렵습니다만....)

 

그럼 다음 포스팅은 스테인리스와 특수강에 대해 포스팅 하도록 하겠습니다.

행복한 하루 되세요~^^