가단주철[malleable cast iron]

주철[cast iron]

철-탄소계의 상태도로 표현하면 탄소*를 2.0% 이상 함유하는 철합금을 주철이라고 하고, 이것 이하인 탄소함유량의 철합금을 강(鋼)이라고 한다. 즉 탄소함유량에 강과 주철의 경계가 있다. 이 2.0%라는 값은 오스테나이트* 속에 대한 탄소의 용해도한(溶解度限)이다.

 

따라서 이것 이상으로 탄소가 용융철에 녹게되면 응고시에 흑연을 정출할 수 있다. 단순히 고려하면 일반적인 화학조성의 주철은 강의 기지 속에 흑연이 체적률에서 10% 정도 존재하는 재료라고 할 수 있다. 물론 흑연이 전혀 정출하지 않고 탄소가 시멘타이트* (Fe3C)의 형태를 취하는 백색주철도 존재한다.

 

본래 주철은 강의 기지에 흑연이 함유된 재료로서 그 분류는 흑연의 형상과 기지조직(매트릭스)의 양면으로 이루어지는 것이다.

그러나 종래부터 흑연의 형상을 중심으로 주철을 분류해 왔다. 예를들면 구상흑연주철*․편상흑연주철․가단주철*(괴상흑연) 등과 같다.

 

또 한쪽으로 첨가하는 합금의 종류에 따라 크롬주철, 내열주철과 같은 표현법도 쓰이고 있다.

 

주철은 주조합금의 대표으로 가장 널리 쓰이고 있는 주조합금이다. 이와 같이 주철이 널리 활용되는 것은 그 나름대로의 이유와 특성이 있다.

 

그 대표적인 특성이 응고시의 흑연정출에 의한 체적팽창이다. 이 팽창에 따라 응고시의 수축이 매우 적어지고 주조성이 대폭 향상된다.

 

이 밖에도 주철은 주조합금으로서 다음과 같은 좋은 성질을 갖추고 있다.

 

- 응고 온도가 강에 비해 현저하게(예를들면 200K 정도) 낮다. 이 때문에 용해온도가 1720K(1450℃) 정도로 양호하여 옛날부터 목탄의 용해가 가능해졌다.

- 응고 개시 온도가 낮기 때문에 용탕의 유동성(탕류)이 좋고 박육(얇은 두께)의 주물을 만드는데 적합하다.

 

이 밖에도 주철은 저가의 재료이다. 그리고 흑연이 존재하기 때문에 절삭성이 좋고 내충격성에 우수하며, 비교적 기계적성질도 우수하다는 등의 특징에 따라 이와 같이 다용되고 있다.

특히 기계적성질의 개선은 지금까지 흑연 형상의 제어로 이루어지는데, 옛날에는 가단주철이 그리고 그 전형이 구상흑연주철이다.

 

최근에는 여기에 기지조직의 개선도 가미되고 있다. 특히 구상흑연주철은 강에 필적하는 기계적성질을 갖추고 있어 현재 생산량의 증가율이 가장 큰 재료의 하나로 손꼽히고 있다.

 

가단주철[malleable cast iron]

가단성이 좋은 선철, 즉 백선으로 주조*하고 보통주물의 특성을 유지하면서 형상을 무너뜨리지 않을 정도의 열처리*를 실시함으로써 화학변화에 의해 점성이 강한 성질을 얻고자 한 주철.

①백심가단주철, ②흑심가단주철, ③펄라이트가단주철이 있다.

백심가단주철은 탈탄작용에 의해 백선주물 표면층에서 시멘타이트*(Fe3C)의 탄소를 제거한 것으로, 파면이 백색이기 때문에 백심가단주철이라고 불리우고 있다.

흑심가단주철은 백선주물의 풀림*에 의해 표면층의 시멘타이트를 철(α-Fe)과 흑연(temper carbon)으로 분해시켜 가단화(可鍛化)한 것으로, 파면은 주변이 하얗고 내부가 흑색이기 때문에 흑심가단주철이라고 불리우고 있다.

또 펄라이트가단주철은 소지조직을 펄라이트화한 것이다.

 

강인주철[high class cast iron]

강도․연성에 우수한 주철재료의 총칭. 옛날은 편상흑연주철의 흑연형상 및 매트릭스의 제어에 의해 주철재료의 강인화가 그려지는 것으로 이것을 가리키는 말인데, 현재는 구상흑연주철을 포함하여 일컬어지는 경우가 많다.