특수주철 - 합금/미하나이트/철드/구상흑연/가단주철

2. 특수주철

 

(1) 합금주철

   몇 가지를 들어보면 내열성인 AL주철, 내식성인 Cr주철, 내마모성인 Ni주절과 내

   마모 주철로서 침상주철, 애시큘러 주철(acicular cat iron)이 있다. 합금주철에서

   가장 많이 사용되는 원소는 대개 7종(Al, Cr, Mo, NI, Si, B, Cu)인데 그 영향을 보면

   대략 다음과 같다.

   1. Al : 강력한 흑연화 원소의 하나로 Al2O3을 만들어 고온산화 저항성을 향상시키

     고, 10% 이상 되면 내열성을 증대시킨다.

   2. Cr : 흑연화를 방지하고 탄화물을 안정시킨다. 탄화물을 안정화시키며, 내식성,

     내열성을 증대시키고 내부식성이 좋아진다.

   3. Mo : 강도, 경도, 내마모성을 증가시키며 0.25~1.25% 정도 첨가시킨다. 두꺼운 

     주물(鑄物)의 조직을 균일하게 한다.

   4. Ni : 흑연화를 촉진하며, 내열, 내산화성이 증가한다. 내알칼리성을 갖게 하며,

     내마모성도 좋아진다.

   5. Cu : 보통 0.25~2.5% 첨가하면 경도가 증가하고 내마모성이 개선되며, 내식성

      이 좋아진다.

   6. Si : 내열성이 좋아진다.

   7. Ti : 강탈산제이고, 흑연을 미세화시켜 강도를 높인다.

   8. V : 흑연을 방지하고 펄라이트를 미세화시킨다.

 

(2) 미하나이트 주철(Meehanite cast iron)

   미하나이트 주철은 약 3%C, 1.5% sl인 쇳물에 칼슘 실리케이트(Ca-Si)나 페로실리

   콘(Fe-Si)을 접종시켜 미세한 흑연을 균일하게 분포시킨 펄라이트 주철이다. 이 주

   철은 주물의 두께 차나 내외에 상관없이 균일한 조직을 얻을 수 있고, 강인하나

   질화할 위험성이 있다.

   인장강도는 35~45N/mm2이고, 용도는 브레이크 드럼, 크랭크 축, 기어 등에 내마

   모성이 요구되는 공작기계의 안내면과 강도를 요하는 내연기관의 실린더 등에 사

   용한다. 접종(inoculation)은 백선화 억제 및 양호한 흑을 얻기 위하여 첨가물을

   용탕 속에 넣는 것이다.

 

(3) 철드 주철(chilled casting : 냉경주물)

  1. 적당한 성분의 주철을 금형이 붙어 있는 사형에 주입해서 응고할 때 필요한 부

     분만을 급냉시키면 급냉된 부분은 단단하게 되어 연하고 강인한 성질을 갖게

     되는데 이와 같은 조직을 칠(Chill)이라고 하며, 칠층의 두께는 10~25mm 정도

     이다. 이와 같이해서 만들어진 주물을 냉경주물(Chill casting)이라 한다.

   2. 칠드(Chilled) 주철이란 표면은 백주철로 하고, 내부는 연한 회주철로 만든 것으

     로 압연용 칠드 롤러, 차륜 등과 같은 것에 사용된다.

 

(4) 구상흑연주철

   1. 주철은 보통 주방 상태에서 혹 면이 편상으로 된다. 그러나 특수한 처리(특수원소

     첨가, 열처리)를 하면 흑연이 구상으로 되는데 이것을 구상흑연주철이라 하다.

   2. 인장강도는 주조상태가 50~70N/mm2, 풀림상태가 45~55N/mm2이다.

   3. 구상흑연주철은 조직에 따라 페라이트형. 페라이트형, 시멘타이트형을 분류되

     다. 페라이트형은 그 모양이 마치 황소의 눈과 같다고 하여 소눈 조직(bull's

     eye structure)이라고 한다.

   4. 주철을 구상화하기 위하여 Mg, Ca, Ce 등을 첨가하며, 구상화 촉진원소 Cu>

     Al>Sn>Zr>B>Sb>Pb>Bi>Te이다.

 

   [표 3-2] 구상흑연주철의 분류와 성질

명칭	발생원인	성질
시멘타이트형 (시멘타이트가 석출)	1. Mg의 첨가량이 많을 때 2. C, Si 특히 Si가 적을 때 3. 냉각속도가 빠를 때 4. 접종이 부족할 때	1. 경도가 HB220 이상이 된다. 2. 연성이 없다.
펄라이트형 (바탕조직이 펄라이트)	시멘타이트형과 페라이트형의 중간의 발생원인	1. 강인하고 인장강도 60~70kgf/mm2 2. 연신율 2% 정도 3. 경도 HB=150~240
페라이트형 (페라이트가 석출한 것)	1. C, Si 특히 Si가 많을 때 2. Mg의 양이 적당할 때 3. 냉각속도가 느리고 풀림을 했을 때 4. 접종이 양호한 경우	1. 연신율 6~20 2. 경도 HB=150~200 3. Si가 3% 이상이 되면 여려진다.

 

(5) 가단주철

   가단주철이란 주철의 취약성을 개량하기 위해서 백주철을 열처리하여 제조하기

   쉽고 강인성을 부여시킨 주철로서 다음과 같이 분류할 수 있다.

   1. 백심 가단주철(WMC)

     백주철을 철광석 밀 스케일(mill scale)과 같은 산화철과 함께 풀림상자 안에 넣

     고 약 950~1000℃로 가열하여 표면에서 상당한 깊이까지 탈탄시킨 것이다. 이

     로써 표면은 탈탄하여 페라이트로 되어 연하며 내부로 들어갈수록 강인한 조

     직이 된다.

   2. 흑심 가단주철(BMC)

     저탄소, 저규소의 백주철을 풀림 처리하여 Fe3C를 분해시켜 흑연을 입상으로

     석출시킨 것이다.

     ㄱ. 제1단계 흑연화 : 백주철 700~950℃로 가열 풀림 처리한다 . 기지조직은

       펄라이트 조직을 가지는데 이를 불스아이 조직이라 한다.

    ㄴ. 제2단계 흑연화 : 펄라이트 조직 중의 공석 Fe3C의 분해로 뜨임탄소와 페라

       이트 조직이 된다.

   3. 펄라이트 가단주철(Pearlite) (PMC)

     ㄱ. 흑심 가단주철의 흑연화를 완전히 하지 않고 제2단의 흑연화를 막기 위하

       여 제 1단의 흑연화가 끝난 후에 약 800℃에서 일정한 시간 동안 유지하고

       급냉하면 펄라이트가 남게 되는데 이와 같은 처리를 한 것을 말한다. 가단

       주철은 그 용도가 많아 자동차 부속품, 방직기 부속품, 캠, 농기구, 기어, 밸

       브, 공구류, 차량의 프레임 등에 쓰인다.

     ㄴ. 각 주철의 인장강도 순서는 구상흑연>펄라이트가단>백심가단>흑심가

       단>미하나이트>칠드

 

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