가단주철에 대하여 설명하시오.
1. 개요
주철은 주조성이 대단히 좋으나 취약 하다. 주강은 강하고 인성이 있으나 용해 온도가 높 고 주조성이 주철만큼 좋지 않으며 표면이 고운 주강을 얻기 어렵다. 일반적으로 이 중간 성질을 가진 주철이다. 백선주물을 풀림처리하여 페라이트와 흑연 탄소로 만들어 연성을 갖게한 주물이 가단주철이다. 가단 주철에는 백주철을 풀림처리한 백심 가단주철과 흑연화 를 목적으로하는 흑심 가단주철 및 흑연화를 목적으로하나 일부의 탄소를 Fe3C로서 잔류 시키는 퍼얼라이트 가단주철 등 3 가지가 있다.
2. 백심가단주철
백주철을 산화철과 풀림처리 상자에 넣고 약 900℃˜1000℃로 가열하면, 산화철에 산소가 작용하여 백주철 표면이 탈탄된다. 이 온도에서 40˜80 시간이 경과하면 상당히 깊은 곳 까지 탈탄된다. 온도가 너무 높으면 산화제의 산화력에 의하여 표면에 산화층이 두꺼워진 다.
가열온도는 서서히 하고 풀림온도에서 일정한 시간 동안 등온을 유지한 후 5℃/hr의 냉각 속도로 850℃까지 서냉(노중냉각)한다. 퍼얼라이트가 많아져 풀림처리에 의한 흑연이 섞 여 중심부에 유리 시멘타이트가 존재하는 희고 굳은 단면이 된다. 강도는 흑심가단주철보 다 다소 높으며 연신율은 적다. 백심가단주철의 표면이 탈탄되어 페라이트로 변하여 연해 지며 내부로 들어갈수록 탄소가 많아진다. 자전거, 자동차 부속품, 방직기 부속품 등으로 쓰인다.
3. 흑심 가단주철(black heart malleable cast iron)
저탄소, 저규소의 백선 주물을 풀림 열처리하여 시멘타이트를 분해시켜 흑연을 입상으로 석출 시킨것을 흑심 가단주철이라 한다. 백주철을 850˜950℃로 가열하면 오스테나이트와 시멘타이트가 되며 이 온도에서 18˜25시간을 유지하면 Fe3C → 3Fe + C와 같이 시멘 타이트가 분해되어 흑연과 오스테나이트가 된다. 즉 흑연이 석출하는데 이것을 1 단계 흑 연화라 한다. 이것을 냉각하면 오스테나이트는 과포화 상태에 있는 C를 흑연과 시멘타이 트로 석출시키고, 시멘타이트는 계속하여 흑연으로 분해한다. A1 변태점에서 오스테나이 트는 많은 양의 퍼얼라이트로 변한다. 이 펄라이트 중의 시멘타이트는 A1 부근의 온도 (700˜730℃)에서 장시간 (10˜15시간)정도 유지하면 제2단계 흑연화가 된다. 900℃에서 600℃로 냉각할 때는 5℃/hr 정도로 한다. 흑심가단주철은 백심가단주철과 같이 풀림 상 자에 넣을 필요가 없으므로 다량 생산에 적합하여 용도가 많다. 자동차, 모터 싸이클, 기 타 차량의 frame, 조인트류, 캠, 관 이음쇠, 건축용 전선의 이음부, 가정용품, 농기구류 등 많은 용도에 활용된다.
4. 퍼얼라이트 가단주철 (pearlite cast iron)
흑심 가단주철의 흑연화를 완전히 하지 않고 제2단계 흑연화를 막기 위해 제1단계 흑연 화 후에 약 850~950℃에서 일정시간(30~40hr) 유지하고 급랭하면 퍼얼라이트가 남는 다. 또 2단계 흑연화를 중도에서 중단하고 냉각하면 그 정도에 따라 퍼얼라이트가 적당히 남게되어 인장 강도가 크고(40˜70Kg/mm²) 연율은 다소 감소된(30% 정도) 퍼얼라이트주 철이 되며 기어, 밸브, 공구 등 큰 내마모성이 요구되는 곳에 쓰인다.
5. 종류에 따른 함량 및 기계적 성질 (% .kgf)
|
종 류 |
C |
Si |
Mn |
인장강도 |
내력 |
연신율 |
경도 |
|
백심가단주철 |
2.6~3.2 |
0.6~1.2 |
0.5~0.6 |
34~55 |
17~35 |
3~8 |
141~241 |
|
흑심가단주철 |
2.3~2.8 |
0.8~1.1 |
0.5 |
28~37 |
17~21 |
5~14 |
11~145 |
|
Pearlite 가단주철 |
2~2.6 |
1~1.5 |
0.2~1 |
45~70 |
25~52 |
2~6 |
149~285 |
6. 제조 과정