가단주철 (malleable cast iron)

 

<기출 - 금속재료>

21-2-2	2. 가단주철의 종류 4가지를 설명하시오.
18-3-4	4. 가단주철(malleable cast iron)의 종류와 특징을 설명하시오.

가단주철이란?

 

1. 개요

 

1) 가단주철의 정의

 주철의 결점인 '약한 인성'을 개선하기 위해 백주철을 고온에서 장시간 열처리하여 시멘타이트 조직을 분쇄.  
인성 또는 연성을 개선한 주철

흑심가단주철 : FCMB (KS D 4303)
페라이트가단주철 : FCMP (KS D 4304)
백심가단주철 : FCMW (KS D 4305)

그 외 특수기지가단주철 (합금펄라이트가단주철)이 있다

주철의 종류, 주철 명칭 KC규격, 합금성분의 성질, 주철형성과정, 주철의 성장, 주철의 수축

 

2. 가단주철의 종류 및 열처리

 

1) 흑심가단주철 (black heart malleable cast iron)

일반적으로 많이 사용함

백주철 주물을 열처리해서 2단계의 흑연화처리(풀림)에 의해 시멘타이트를 분해, 대량생산에 적합

temper carbon과 ferrite 기지로 구성되어있어, 강도는 비교적 낮으나 연성 및 인성이 좋음 (구상흑연주철과 흡사)
저온인성은 Si 고용량이 적어 구상흑연주철보다 우수함 

흑심가단주철 조직, 네이버 블로그

흑심가단주철의 열처리
"흑연화풀림"이 주 목적

2단계 흑연화처리

1단계 : 850 ~ 950도에서 20 ~30시간 가열
2단계 : 700 ~ 730도에서 25 ~ 40시간 가열  

흑연화 열처리(표준)

흑연화 촉진제
Ni, Ti(동시에 탈산제, 너무 많이 첨가하면 흑연화 방지), C, Al, Si, P, Co, Cu

흑연화 방지제
Cr(강력), Mo, V, S, Sn, W, Mn

산소 및 질소는 고상에서 흑연화를 방해하므로 탈산제, 탈지제의 영향 또한 고려해야함 

접종제, 구상흑연주철(노듈라 주철, 덕타일 주철, ductile cast iron), 구상화제 (Ca, Ce, Mg), 구상화처리

주철 용탕 처리 - 탈가스처리, 탈산처리(Deoxidiser)

주철의 3원소, 합금주철의 합금성분별 역할

 

2) 펄라이트가단주철(perlitic malleable cast iron)

적절히 조절한 흑심가단주철

흑심가단주철의 2단계 흑연화처리 중 1단계인 850 ~ 950도에서 30~40시간 유지하여 서랭한 것 

조직은 뜨임된 탄소와 펄라이트로 구성

강력하고 내마모성이 좋음 (높은 강도와 피로강도, 내마모성 향상) 

펄라이트가단주철의 열처리

시멘타이트의 흑연화와 펄라이트의 구상화를 목적으로 실시함 
일반적으로 흑심가단추절을 1단계 흑연화풀림 후 펄라이트 구상화 소둔을 실시함 
혹은 흑심가단주철 열처리 이후 재열처리하는 방법으로도 생산할 수 있음 (소량생산시) 

펄라이트가단주철의 열처리, 흑심가단주철 1단계 후 변형이 들어간다

 

3) 백심가단주철(Whte heart malleable cast iron)

백선 주물(백주철)을 산화철 분말 등의 산화제로 싸서 풀림상자에 넣고 900~1000도의 고온에서 장시간 가열 유지

백주철을 탈탄시켜 가단성을 부여 (인성 및 연성을 증가, 순철에 가까운 ferrite 기지를 가지고 있음) 
두께가 두꺼울 경우 탈탄의 정도가 달라져, 중심부에는 시멘타이트 및 펄라이트가 잔존할 수 있어 두께가 적은(약 12mm 이하) 제품에만 적용함

단면이 희고 굳으며 강도는 흑심가단주철에 비해 높고 연신율은 적음 

또한 용접 혹은 납떔이 용이함 

백심가단주철, 네이버 블로그

백심가단주철의 열처리

탈탄이 주 목적
적당한 산화제를 백주철 사이에 채워 습한 공기 등의 탈탄성 가스를 주입하며 소둔(풀림)처리 

백심가단주철의 열처리(표준)

4) 특수기지가단주철 (합금 펄라이트 가단주철)

크게 오스테나이트형, 마르텐사이트형, 베이나이트형으로 구분됨 
또한 합금 펄라이트 가단주철은 Mn, Ni, Cr, Mo 함유량에 따라 Ni-Cr-Mo 가단주철, Ti-V 가단주철, Cu-Mo 가단주철, 베이나이트 가단주철 등이 있음

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3. 가단주철의 특징 및 용도

 

1) 가단주철의 특징

가단주철은 강도에 있어서 회주철과 주강의 중간에 있고, 구상흑연주철과 거의 같은 수준임
위에서 분류한 것과 같이, 백주철이 되도록 주조한 다음 (Si 및 응고 속도 조절) 흑연화열처리 혹은 뜨임처리하여 연성을 크게하여 사용한다 

• 탄소강과 유사한 정도의 강도 (강도, 내력이 높은 편, 경도는 Si량에 비례)
• 주조성과 피삭성이 좋음 
• 대량 생산에 적합
• 보통 주철의 취성을 개선
• 내식성, 내충격성, 내열성이 우수하고 절삭성이 좋음 
• 500℃까지의 강도가 유지되고, 저온에서도 강함 

 

2) 가단주철의 용도

구상흑연주철과 흡사 (물리적 기계적 성질, 내마모성, 내열성 고려)

• 자동차용 주물 : 크랭크 샤프트, 베어링 캡 등
• 운반, 건설, 농업기계용 주물 : 레버, 브라켓, 기어 등
• 선박, 철도차량용 : 레버류, 기어류
• 공작기계 
• 관이음쇠 (가장 많이 사용됨)

 

4. 참고 자료

 

주철의 용접성, 용접 대책, 용접 방법

구상흑연주철의 페딩 현상, 페이딩 현상 (Fading)

주철 용탕 처리 - 탈가스처리, 탈산처리(Deoxidiser)

 

주철의 열처리(SRA, 연화풀림, 시효처리), 주강의 열처리(기본열처리)

접종제, 구상흑연주철(노듈라 주철, 덕타일 주철, ductile cast iron), 구상화제 (Ca, Ce, Mg), 구상화처리