주철탄소 함량이 2%를 초과하는 철-탄소 합금 그룹입니다.그 유용성은 상대적으로 낮은 용융 온도에서 비롯됩니다.합금 성분은 파손 시 색상에 영향을 미칩니다. 백주철에는 균열이 직선으로 통과할 수 있는 탄화물 불순물이 있고, 회주철에는 지나가는 균열을 편향시키고 재료가 파손될 때 수많은 새로운 균열을 일으키는 흑연 플레이크가 있으며, 연성주철에는 구형이 있습니다. 균열이 더 이상 진행되는 것을 막는 흑연 "단괴".

1.8~4wt% 범위의 탄소(C)와 1~3wt%의 실리콘(Si)이 주철의 주요 합금 원소입니다.탄소 함량이 낮은 철 합금을 강철이라고 합니다.

주철은 가단성 주철을 제외하고 부서지기 쉬운 경향이 있습니다.상대적으로 낮은 융점, 우수한 유동성, 주조성, 우수한 가공성, 변형에 대한 저항성 및 내마모성을 갖춘 주철은 광범위한 응용 분야를 갖춘 엔지니어링 소재가 되었으며 파이프, 기계 및 실린더와 같은 자동차 산업 부품에 사용됩니다. 헤드, 실린더 블록 및 기어박스 케이스.산화로 인한 손상에 강합니다.

최초의 주철 유물은 기원전 5세기로 거슬러 올라가며 현재 중국의 장쑤성 지역에서 고고학자들에 의해 발견되었습니다.주철은 고대 중국에서 전쟁, 농업, 건축에 사용되었습니다.15세기에 주철은 프랑스 부르고뉴와 종교 개혁 기간 동안 영국에서 대포로 사용되었습니다.대포에 사용되는 주철의 양은 대규모 생산을 필요로 했습니다. 최초의 주철 다리는 1770년대 Abraham Darby III에 의해 건설되었으며 영국 Shropshire의 The Iron Bridge로 알려져 있습니다.주철은 건물 건설에도 사용되었습니다.

합금 원소

주철의 특성은 다양한 합금 원소 또는 합금제를 첨가하여 변경됩니다.탄소 다음으로 실리콘은 탄소를 용액 밖으로 밀어내기 때문에 가장 중요한 합금입니다.실리콘의 비율이 낮으면 탄소가 용액에 남아 탄화철을 형성하고 백주철을 생산할 수 있습니다.높은 비율의 실리콘은 용액에서 탄소를 배출하여 흑연을 형성하고 회주철을 생산합니다.기타 합금제인 망간, 크롬, 몰리브덴, 티타늄 및 바나듐은 실리콘과 상쇄되어 탄소 보유 및 탄화물 형성을 촉진합니다.니켈과 구리는 강도와 기계 가공성을 증가시키지만 형성되는 흑연의 양은 변화시키지 않습니다.흑연 형태의 탄소는 철을 더 연하게 만들고, 수축을 줄이고, 강도를 낮추고, 밀도를 감소시킵니다.존재하는 경우 주로 오염물질인 황은 황화철을 형성하여 흑연 형성을 방지하고 경도를 증가시킵니다.유황의 문제점은 용융된 주철을 점성으로 만들어 결함을 유발한다는 점이다.황의 영향에 대응하기 위해 망간을 첨가합니다. 두 가지가 황화철 대신 황화망간을 형성하기 때문입니다.황화망간은 용융물보다 가볍기 때문에 용융물에서 슬래그로 부유하는 경향이 있습니다.황을 중화하는데 필요한 망간의 양은 1.7×황함량+0.3%이다.이 양보다 많은 망간을 첨가하면 망간 탄화물이 형성되어 경도와 냉각이 증가합니다. 단, 최대 1%의 망간을 첨가하면 강도와 밀도가 증가하는 회주철을 제외합니다.

니켈은 펄라이트와 흑연 구조를 개선하고 인성을 개선하며 단면 두께 간의 경도 차이를 균일하게 하기 때문에 가장 일반적인 합금 원소 중 하나입니다.크롬은 유리 흑연을 줄이고 냉기를 생성하며 강력한 탄화물 안정제이기 때문에 소량 첨가됩니다.니켈은 종종 함께 첨가됩니다.0.5% 크롬 대신 소량의 주석을 첨가할 수 있습니다.냉기를 감소시키고 흑연을 정제하며 유동성을 증가시키기 위해 구리를 국자나 용광로에 0.5~2.5% 정도 첨가합니다.몰리브덴은 0.3~1% 정도 첨가되어 냉각 효과를 높이고 흑연 및 펄라이트 구조를 개선합니다.고강도 철을 형성하기 위해 종종 니켈, 구리 및 크롬과 함께 첨가됩니다.티타늄은 탈기기 및 탈산제로 첨가되지만 유동성도 증가시킵니다.시멘타이트를 안정화하고 경도를 높이며 마모 및 열에 대한 저항성을 높이기 위해 0.15-0.5%의 바나듐을 주철에 첨가합니다.0.1~0.3% 지르코늄은 흑연 형성, 탈산 및 유동성 증가에 도움이 됩니다.

가단성 철 용융물에 비스무스를 0.002~0.01% 범위로 첨가하여 실리콘 첨가량을 늘립니다.백철에는 가단성 철의 생산을 돕기 위해 붕소가 첨가됩니다.이는 또한 비스무트의 조대화 효과를 감소시킵니다.

회주철

회주철은 흑연질 미세 구조를 특징으로 하며, 이는 재료의 균열이 회색으로 나타나는 원인이 됩니다.가장 일반적으로 사용되는 주철이며, 중량 기준으로 가장 널리 사용되는 주물재입니다.대부분의 주철은 탄소 2.5~4.0%, 규소 1~3%, 나머지는 철로 구성되어 있습니다.회주철은 강철보다 인장강도와 충격저항이 낮지만 압축강도는 저탄소강, 중탄소강과 비슷합니다.이러한 기계적 특성은 미세구조에 존재하는 흑연 플레이크의 크기와 모양에 따라 제어되며 ASTM에서 제공하는 지침에 따라 특성화할 수 있습니다.

백주철

백주철은 시멘타이트라고 불리는 탄화철 침전물의 존재로 인해 흰색 파괴 표면을 나타냅니다.실리콘 함량(흑연화제)이 낮고 냉각 속도가 빠르면 백주철의 탄소가 용융물에서 준안정상 시멘타이트 Fe로 침전됩니다.₃C, 흑연보다는.용융물로부터 침전된 시멘타이트는 상대적으로 큰 입자로 형성됩니다.탄화철이 석출되면서 원래 용융물에서 탄소를 빼내고 혼합물을 공융에 가까운 쪽으로 이동시키며, 나머지 상은 저급 철-탄소 오스테나이트(냉각 시 마르텐사이트로 변할 수 있음)입니다.이러한 공융 탄화물은 석출 경화라는 이점을 제공하기에는 너무 큽니다(일부 강철에서는 훨씬 작은 시멘타이트 석출물이 순수 철 페라이트 매트릭스를 통한 전위 이동을 방해하여 [소성 변형]을 억제할 수 있음).오히려, 그들은 단순히 자체의 매우 높은 경도와 상당한 부피 분율 덕분에 주철의 벌크 경도를 증가시켜 벌크 경도가 혼합물의 법칙에 의해 근사될 수 있습니다.어쨌든 그들은 인성을 희생하면서 경도를 제공합니다.탄화물은 재료의 큰 부분을 차지하므로 백주철은 합리적으로 서멧으로 분류될 수 있습니다.백철은 많은 구조적 구성 요소에 사용하기에는 너무 부서지기 쉽지만 경도와 내마모성이 우수하고 상대적으로 저렴한 비용으로 슬러리 펌프, 쉘 라이너 및 볼의 리프터 바의 마모 표면(임펠러 및 볼류트)과 같은 응용 분야에 사용됩니다. 분쇄기 및 자생 분쇄기, 석탄 분쇄기의 볼 및 링, 굴착기 굴착 버킷의 톱니(주조 중탄소 마텐자이트 강철이 이 응용 분야에 더 일반적이지만).

두꺼운 주물을 완전히 냉각시켜 용융물을 백주철로 응고시키는 것은 어렵습니다.그러나 급속 냉각을 사용하여 백주철 껍질을 굳힌 다음 나머지 부분을 더 천천히 냉각하여 회주철 코어를 형성할 수 있습니다.그 결과로 나온 주조물을냉장 주조, 표면이 단단하고 내부가 다소 강하다는 장점이 있습니다.

고크롬 백철 합금을 사용하면 대량 주조(예: 10톤 임펠러)를 모래 주조할 수 있습니다. 크롬은 더 두꺼운 재료를 통해 탄화물을 생성하는 데 필요한 냉각 속도를 줄여주기 때문입니다.크롬은 또한 내마모성이 뛰어난 탄화물을 생산합니다.이러한 고크롬 합금의 우수한 경도는 크롬 탄화물의 존재에 기인합니다.이러한 탄화물의 주요 형태는 공융 또는 1차 M입니다.₇C₃탄화물. 여기서 "M"은 철이나 크롬을 나타내며 합금 구성에 따라 달라질 수 있습니다.공융 탄화물은 속이 빈 육각형 막대 다발로 형성되고 육각형 기저 평면에 수직으로 성장합니다.이 탄화물의 경도는 1500-1800HV 범위 내에 있습니다.

가단성 주철

가단성 철은 백주철로 시작하여 약 950°C(1,740°F)에서 하루나 이틀 동안 열처리된 후 하루나 이틀에 걸쳐 냉각됩니다.결과적으로, 탄화철의 탄소는 흑연과 페라이트에 탄소(오스테나이트)를 더한 형태로 변합니다.느린 공정을 통해 표면 장력으로 인해 흑연이 플레이크가 아닌 구형 입자로 형성될 수 있습니다.종횡비가 낮기 때문에 회전 타원체는 상대적으로 짧고 서로 멀리 떨어져 있으며 전파 균열이나 포논에 비해 단면적이 더 낮습니다.또한 플레이크와는 달리 경계가 뭉툭하여 회주철에서 발견되는 응력 집중 문제를 완화합니다.일반적으로 가단성 주철의 특성은 연강의 특성과 유사합니다.연철은 백주철로 만들어지기 때문에 부품의 크기에 제한이 있습니다.

연성주철