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

 

<기출> 

• 금속 15-1-2 구상흑연주철 제조시 구상화제로 가장 많이 사용하는 접종제 2가지 

 

1. 개요

 

1) 구상흑연주철(ductile cast iron)의 정의

보통 주철은 내부에 흑연이 편상으로 되어있어 내부 균열의 역할을 하고 있어 강도와 연성이 떨어지지만,  
주철 내 흑연이 구상화되어있는 주철, 기계적 성질이 이상적임 (강인성 높음, 주철인데 탄소강과 유사한 기계적 성질) 

편상흑연을 큐롤라 또는 전기로에서 용해한 다음 주입 직전에 Mg(마그네슘), Ce (세슘), Ca(칼슘)을 첨가하여 흑연을 구상화 

 

 

2) 주철의 종류

• 회주철 (Grey Cast Iron)
• 백주철 (White Cast Iron)
• 반주철 (Mottled Cast Iron)
• 보통주철 
• 고급주철 (펄라이트주철) 
• 합금주철 (Alloy Cast) : Cu, Cr, Mo, Ni, Ti 
• 고합금주철 (특수목적 주철)
• 미이하나이트 주철
• 구상흑연주철
• 칠드주철
• 가단주철
  • 흑심가단주철
  • 펄라이트가단주철
  • 백심가단주철

 

2. 구상흑연주철 접종제, 접종처리 (inoculation)

 

1) 구상흑연주철 접종제의 정의와 역할 

흑연 형상이 더욱 뚜렷하게 구상화되고, 핵 생성의 원인이 되어 조직을 미세화시킴, 주철 재질 개선 
흑연 형상을 더욱 구형으로 하고 흑연입자 조정 및 칠화 방지 (백주철 형성) 

• 기계적 성질 개선 (강도 증가) 
• 재료 조직의 개선 (재질을 균일화, 흑연 입자 조정)
• 냉금의 방지, 얇은 주물의 칠 방지 
• 질량 효과 개선 

구상흑연주철

Fe3C(시멘타이트)와 흑연을 구분짓는 요소

탄소는 용융 상태에서는 주철 속에 균일하게 있지만 응고할때 급랭하면 시멘타이트가 되고 서랭하면 흑연으로 정출됨 
흑연이 석출되면 안전평형상태 // 시멘타이트가 석출되면 준안정평형상태 

 

2) 접종제 종류 (흑연화 촉진제)

(1) Fe-Si (페로실리콘) : 규소 75% 

• 흑연 형상이 더 뚜렷하게 구상화됨
• 가장 많이 사용됨 

페로 실리콘

(2) Ca-Si (칼슘 실리케이트) : 규소 60%, 세륨 30%

• 흑연 형상이 더 뚜렷하게 구상화됨
• 미이하나이트 주철의 접종제

3) 접종처리 방법  

접종의 효과가 다양하므로 어느 것이 맞는 것인가 결정한 후 조치한다 

① 출탕하면서 접종 

② 레이들 바닥에 접종제를 놓고 출탕

③ 주탕 직전 레이들 표면에 뿌림

④ 출탕시 일괄 투입 

⑤ 탕도 혹은 탕구 내에서 접종

* 출탕 : 재련 과정에서, 용해로의 금속을 유출하는 일 (로에서 용탕을 꺼내는 작업) 
* 레이들 : 용해로에서 나온 쇳물을 받아서 운반하여 주형에 주입하는데 사용하는 용기
* 주탕 : 용탕을 레이들이나 탕구에 붓는 과정

 

일반적인 접종방법, HRD

 

 

3. 구상화제, 구상화처리 

구상화제는 마그네슘계, 칼슘계, 리어스계로 분류됨 (Mg, Ca, Ce)
처리가 간단하고 안전하며, 용탕에 용해 분산되어 용탕 중 교반을 발생시킴

흑연의 구상화처리에 사용되는 첨가금속은 Mg, Mg계 합금, Ca계 합금, 희토류 원소 합금 

필요한 Mg 최소 함량은 0.01% 이상 (Mg만 첨가할 경우 0.2% 이상이여야함)
S가 많이 함유된 용탕은 MgS가 형성되므로 Mg의 최소 함량을 0.05%까지 높게 규정함 

 

1) 구상화제 종류 

• 마그네슘은 구상흑연주철 제조에 최초부터 사용
• 폭발적인 반응을 수반해서 주의해야함 
• 순마그네슘은 관리가 어렵고 냉금, 수축 및 협잡물 등의 문제가 있어 마그네슘 5 ~ 30% 합금이 사용됨 
• 마그네슘 합금의 종류
  • Mg-Si-Ca 계
  • Fe-Mg-Si-Ca 계
  • Ni-Mg-Ni-Si-Mg계

2) 첨가 금속의 공통의 성질 

• 산소 및 황과의 친화력이 강함 (강력한 탈산, 탈황제)
  : 구상화를 방해하는 황을 제거 (탈황)만 해줘도 구상화처리라고 할 수 있는 것
• 구상화 처리 온도에서 증기압이 높음
• 구상화 처리온도에서 증발열은 용탕에서 취급하므로 용탕의 온도 저하를 가져옴
• 마그네슘, 칼슘은 용철에 대한 용해도가 낮아 불균일이 되기 쉬움
• 세륨은 적당한 용해도를 갖지만 확산속도가 느려 불균일이 되기 쉬움 
  
  

3) 구상화처리방법

탈황의 교반 방법은 모두 구상화제를 첨가하는데 적용 가능

탈황법, 탈황제, 분사주입법, 포러스플러그법

 

① 표면첨가법

레이들 표면에 구상화제를 첨가 

 

② 개방 레이들 첨가법 (치주법)

Mg합금을 예열된 레이들의 밑바닥에 넣고 그 위에 용탕을 붓는 방법 

용탕 줄기가 구상화제에 직접 접촉하지 않도록 주탕하는 것이 중요 

 

③ 포러스 플러그법 (porous plug process) 

현재 가장 많이 사용됨 

 

④ 플런징법 (plunging 법) 

고 망간 구상화제를 흑연으로 만든 플런저에 넣고 레이들 안으로 밀어넣는 방법

 

⑤ 샌드위치 법

구상화처리 합금과 용탕 사이에 얇은 철판을 사이에 두는 방법 

 

플런징법, HRD

좌측부터 표면첨가법, 치주법, 샌드위치법, HRD 출처

 

 

주물의 보수용접, 주물 보수 방법, 스터드법, 비녀장법, 버터링법, 로킹법, 용접 보수

 

인베스트먼트 주조(Investment Casting), 정밀주조, 로스트왁스법, 마그네틱 주조법, 풀몰드 주조, 로

 

 

 

 

물리증착법(PVD; Physical Vapor Deposition), 화학증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 공구코팅, 초경합금