주철은 엔지니어링 구조물 및 기계 제조 분야에 널리 사용되는 중요한 철 기반 합금 소재입니다. 철과 탄소의 공융 합금으로, 탄소 함량이 일반적으로 2% 이상이며, 규소(1~3%)를 비롯한 미량 또는 합금 원소를 함유하고 있습니다. 조성 특성과 응고 방법의 차이로 인해 주철은 다양한 미세 구조와 기계적 성질을 나타내며, 이로 인해 여러 가지 분류가 가능합니다.
I. 주철의 기본 특성
강철과 비교했을 때,주철탄소와 규소 함량이 높아 미세구조가 더 풍부한 탄소상을 가지며, 주로 흑연이나 탄화물 형태로 존재합니다. 응고 경로는 주로 합금 조성, 냉각 속도, 그리고 용탕 처리 방법에 따라 달라지며, 준안정 오스테나이트-탄화철(철₃C) 구조 또는 안정 오스테나이트-흑연 구조의 두 가지 공정 구조를 형성할 수 있습니다.
주철은 높은 경도, 높은 내마모성, 그리고 우수한 주조 특성을 갖추고 있지만, 인성이 상대적으로 낮고 충격 강도가 약하며, 취성 파괴 특성을 가지고 있으며, 조기 파손 경고 기능이 부족합니다. 흑연은 천연 결함으로 재료의 강도를 약화시킬 수 있지만, 우수한 충격 흡수력, 윤활성, 그리고 가공성을 제공합니다.
이이. 탄소당량(세) 및 주철의 특성
합금 조성이 미세 구조에 미치는 영향을 쉽게 결정하기 위해 "탄소 당량" CE를 사용하여 일반적으로 다음을 나타냅니다.
기본 공식
세 = %C + 1/3 × %시
인 함량을 고려할 때:
세 = %C + (%시 + %P)/3
세 ≈ 4.3일 때, 합금이 공정 조성을 가짐을 나타냅니다. 이 값 미만은 아공정, 이 값 이상은 과공정입니다. CE는 응고 과정 중 구조적 형태에 영향을 미칠 뿐만 아니라 주조 성능 및 사용 성능에도 영향을 미칩니다.
3세. 주철의 미세구조에 영향을 미치는 주요 요인
주철의 최종 미세구조는 다음 네 가지 주요 요인에 의해 영향을 받습니다.
화학적 구성
냉각 속도.
용융접종 처리.
이후 열처리.
또한, 실리콘 함량은 철의 임계온도에 상당한 영향을 미치며, 페라이트의 안정성을 증진시킨다.
4. 주철의 전통적 분류와 현대적 분류
1. 골절색에 따른 분류(전통적)
하얀색주철: 공정상은 철₃C이며, 파단면은 흰색이고 단단하며 취성이 있고 내마모성이 우수합니다. 분쇄기, 펌프 임펠러 등에 많이 사용됩니다.
회주철: 공정상은 흑연 편상이고, 파단면은 회색이며, 압축 강도가 높고 충격 흡수성이 좋으며 가공성이 우수합니다. 엔진 블록, 브레이크 디스크 등에 자주 사용됩니다.
2. 현대의 네 가지 기본 유형
유형: 흑연 형태, 미세 구조, 성능 특성, 주요 응용 분야
흑연이 없고 탄화철과 펄라이트가 포함된 백주철은 매우 단단하고 부서지기 쉬우며, 내마모성이 강하고 분쇄기, 제분소, 펌프 부품으로 가공하기 어렵습니다.
페라이트/펄라이트 + 흑연을 첨가한 회주철 흑연 시트는 충격 흡수성이 우수하고, 내마모성이 뛰어나며, 실린더 블록, 플라이휠, 공작기계 베드로 가공하기 쉽습니다.
연성 주철구형 흑연 페라이트 또는 펄라이트 기지를 갖는 은 높은 강도, 우수한 연성, 그리고 우수한 피로 특성을 특징으로 합니다. 크랭크샤프트, 기어, 군용 및 철도 부품에 사용됩니다.
가단주철, 강화흑연페라이트 또는 펄라이트는 회주철과 구상흑연주철의 중간 정도의 인성과 연성을 가지고 있습니다. 조향 부품, 변속기 부품, 농기계 구조 부품 등에 사용됩니다.
3. 기타 분류 방법
흑연의 형태에 따른 분류:
FG: 플레이크 흑연(회주철).
에스지: 구형 흑연(연성 주철).
씨지피: 흑연(흑연주철)
티지: 강화흑연(가단주철).
조직 매트릭스에 따른 분류:
페라이트계, 진주광택계, 오스테나이트계, 마르텐사이트계, 베이나이트계.
V. 특수 유형의 주철
기본 유형 외에도 주철은 특수 작업 조건의 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 특수 범주로 분류될 수 있습니다.
냉각주철: 국부적으로 급속 냉각되어 백색 주철 조직이 형성되고 표면의 내마모성이 우수합니다.
반암: 회주철과 백주철이 혼합된 지역에 형성된 특수한 미세구조.
버미큘러 흑연 주철: 흑연은 버미큘러 형태로 강도와 가공성이 결합되어 있으며, 고강도 제동 시스템에 널리 사용됩니다.
고합금 흑연 주철: 합금 원소(크롬, 니켈 등)를 첨가하여 내식성과 고온 저항성을 강화합니다.
특수주철: 합금 함량이 3% 이상이므로 내식성, 내열성, 내마모성 등의 우수한 특성을 가지고 있습니다.
6. 결론
주철은 널리 사용되는 소재로서 복잡한 미세구조와 다양한 분류법으로 인해 광범위한 응용 분야에 활용됩니다. 전통적인 회주철과 백주철부터 현대의 구상흑연주철과 버미큘러주철, 그리고 고합금 특수주철에 이르기까지, 야금 공정의 끊임없는 발전은 주철 소재의 성능을 더욱 향상시키고 폭넓은 적용 가능성을 높이고 있습니다. 주철의 분류 및 미세구조 변화 법칙에 대한 철저한 이해는 주철 소재의 설계 및 적용에 있어 기초가 됩니다.
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