주철의 흑연에 대해 알아보기

오랜 역사와 광범위한 응용 분야를 가진 엔지니어링 재료의 일종인 주철의 성능은 내부의 흑연 형태에 따라 크게 좌우됩니다. 흑연은 주철의 양날의 검과 같습니다. 주철에 고유한 특성을 부여할 뿐만 아니라 주철의 특성에 복잡한 영향을 미칩니다.

주철의 흑연이란 무엇인가요?

흑연 은 주철에 독립된 상으로 존재하는 탄소의 동소체입니다. 주철은 탄소 함량이 2.11%(일반적으로 2.5~4.0%)보다 큰 철-탄소 합금입니다. 그리고 응고 과정에서 탄소 원소는 흑연 형태로 침전됩니다. 주철의 흑연의 형태, 크기 및 분포는 주철의 성능에 결정적인 역할을 합니다.

주철의 흑연 개요

흑연의 기본 속성

흑연은 층을 서로 묶는 반데르발스 힘이 약한 전형적인 층상 결정 구조를 가지고 있습니다. 이 구조는 흑연에 여러 가지 독특한 특성을 부여합니다. 질감이 부드럽고 모스 경도가 1-2에 불과하며 부드러움이 느껴집니다. 흑연은 전기 및 열 전도성이 우수하며 전기 전도도는 일반 금속 재료보다 낮습니다. 그러나 비금속 재료에서는 우수한 전도체입니다. 또한 흑연의 화학적 성질은 안정적입니다. 그리고 상온에서 다른 물질과 화학적으로 반응하기 쉽지 않고 내식성이 우수합니다.

주철에서 흑연의 중요성

흑연은 주철에서 중요한 역할을 합니다. 기계적 특성의 관점에서 흑연의 존재는 금속 매트릭스에 많은 수의 작은 "균열원"이 형성되는 것과 유사합니다. 이것은 주철의 강도와 인성을 감소시킵니다. 그러나 흑연은 또한 주철에 몇 가지 특별한 특성을 부여합니다. 예를 들어, 흑연의 윤활 효과는 주철의 마찰 방지 및 내마모성을 향상시킵니다. 이는 플레인 베어링 및 공작 기계 가이드와 같은 부품 제조에 매우 중요합니다. 흑연의 열전도율은 주철이 가열 과정에서 열을 고르게 발산하고 열 안정성을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 또한 흑연의 존재는 주철이 우수한 주조 특성을 얻을 수 있도록 합니다. 액체 철의 표면 장력을 줄이고 유동성을 개선하는 등. 이것은 캐스팅 복잡한 모양의 부품으로 구성됩니다.

주철의 다양한 유형의 흑연

구상 흑연 주철(구상 흑연 주철)

구상 흑연 주철과 구상 흑연 주철은 동일한 재료를 말합니다. 그리고 둘 사이에는 본질적인 차이는 없으며 단지 차이의 이름만 다릅니다.

구형 흑연의 형성 메커니즘

액체 철에 구상화제(마그네슘, 희토류 등)와 접종제를 첨가하는 것이 핵심입니다. 구상화제는 액체 철에서 탄소의 표면 장력을 감소시켜 흑연을 구형으로 성장시킵니다. 접종제는 흑연의 핵 형성 횟수를 증가시키고 흑연 볼을 정제하고 균질화합니다. 그리고 적절한 온도에서 철 액체를 구형 흑연으로 응고시켰습니다.

구상 주철의 특성

우수한 기계적 특성, 회주철을 훨씬 뛰어넘는 400MPa-1000MPa 이상의 인장 강도. 약 2%-20%의 연신율, 인성, 우수한 연성, 충격 및 변형을 견딜 수 있으며 주강을 부분적으로 대체 할 수 있습니다. 우수한 내마모성, 높은 피로 강도, 좋은 내구성을 가지고 있습니다.

구형 주철의 미세 구조

금속 매트릭스(페라이트, 펄라이트 또는 혼합 구조)에 고르게 분포된 구형 흑연으로 구성됩니다. 페라이트 매트릭스의 인성과 가소성이 우수합니다. 펄라이트 매트릭스는 강도와 경도가 높습니다. 작고 고르게 분포된 흑연 볼은 소재의 전반적인 특성을 향상시킬 수 있습니다.

Sg 철 대 주철

회주철에 비해 기계적 특성이 크게 향상되었습니다. 회주철 플레이크 흑연은 매트릭스를 심각하게 절단하여 강도와 인성이 낮습니다. 구상 주철의 구상 흑연은 매트릭스에 대한 분열이 거의 없습니다. 구상 주철은 구상화 및 접종 처리에 대한보다 정밀한 제어가 필요하지만 유동성과 충진성이 우수합니다. 복잡한 주물 생산을 충족시킬 수 있습니다. 적용시 공작 기계 베드와 같이 강도와 인성 요구 사항이 높지 않은 경우 일반 주철을 사용할 수 있습니다. Sg 철은 자동차, 기계, 항공 우주 및 기타 분야의 주요 구성 요소를 제조하는 데 사용됩니다.

회색 주철

회주철의 미세 구조

플레이크 흑연과 금속 매트릭스(페라이트, 펄라이트 또는 혼합 구조)로 구성된 플레이크 흑연은 매트릭스의 연속성을 약화시켜 기계적 특성을 떨어뜨립니다.

회색 주철의 흑연 조각

모양이 불규칙하고 플레이크 또는 스트립 형태입니다. 크기, 양, 분포가 성능에 영향을 미칩니다. 큰 흑연 플레이크는 강도와 인성을 감소시키고 미세하고 균일한 분포는 성능을 향상시킬 수 있습니다. 흑연 플레이크 은 회주철에 우수한 충격 흡수력을 제공합니다. 공작 기계 베드, 엔진 실린더 블록 및 충격 흡수가 필요한 기타 부품의 제조에 적합합니다.

주철의 흑연 조각 크기

길이와 두께로 측정하면 길이는 수십에서 수백 미크론, 두께는 수에서 수십 미크론입니다. 크기는 주조 공정과 화학 성분의 영향을 받습니다. 탄소 등가량이 높고 냉각 속도가 느리면 흑연 시트가 더 커지고 합금 원소(실리콘 및 망간 등)를 추가하여 정제할 수 있습니다.

압축 흑연 주철

벌레 같은 흑연의 형성 메커니즘

액체 철의 구성과 처리 과정을 엄격하게 제어 할 필요가 있습니다. 적절한 양의 버미큘레이터(마그네슘, 희토류 및 기타 원소 복합체)를 추가하고 접종하여 준비합니다. 버미큘레이터는 흑연이 끝이 매끄러운 버미큘러 모양으로 자라게 합니다. 노듈레이터와 무처리 사이에서 작용하며 적절한 응고 조건에서 버믹큘러 흑연을 형성합니다.

압축 흑연 주철의 특성

연성 주철과 회주철 사이의 성능. 인장 강도 300MPa-500MPa로 회주철보다 높습니다. 인성과 연성은 회주철보다 우수하지만 결절 주철보다 약간 떨어집니다. 좋은 열전도율, 가까운 회색 주철내마모성 및 열 피로 저항성은 고온, 교대 부하에서 작동할 수 있습니다.

압축 흑연 주철의 미세 구조

금속 매트릭스(페라이트, 펄라이트 또는 혼합 구조)에 고르게 분포된 벌레 모양의 흑연으로 구성됩니다. 압축 흑연의 크기, 양, 분포는 재료의 특성에 영향을 미치며 미세 압축 흑연 주철의 가용성을 합리적으로 제어합니다.

주철 미세 구조 분석

분석 방법

주철의 미세 구조를 연구하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 일반적으로 금속 현미경을 사용합니다. 주철 샘플을 연마하고 부식시킨 후 흑연 형태, 크기, 분포 및 금속 매트릭스 구조 특성을 관찰할 수 있습니다. 주사 전자 현미경(SEM)은 해상도가 높고 흑연과 매트릭스 사이의 계면과 같은 미세한 구조를 볼 수 있습니다. 전자 프로브 미세 분석(EPMA)은 주철의 원소를 정량적으로 분석하고 다양한 단계의 화학 성분을 결정할 수 있습니다. 또한 X선 회절(XRD)을 사용하여 각 단계의 결정 구조를 분석할 수 있습니다.

미세 구조와 속성 간의 관계

주철의 미세 구조는 성능을 직접적으로 결정합니다. 흑연의 형태, 크기 및 분포는 기계적 특성에 큰 영향을 미칩니다. 구상 흑연은 매트릭스 분열에 가장 작은 영향을 미치며 강도와 인성이 더 높습니다. 회주철의 플레이크 흑연은 강도와 인성을 감소시키지만 충격 흡수가 우수합니다. 압축 흑연은 버미큘러 주철을 그 사이의 무언가로 만듭니다. 금속 매트릭스의 구조도 매우 중요하며 페라이트 매트릭스 주철의 인성이 좋습니다. 그리고 펄라이트 매트릭스의 강도와 경도가 높습니다. 조정하여 캐스팅 미세 구조를 제어하기 위한 공정 및 화학 성분을 통해 다양한 성능 요구 사항을 충족하는 주철 소재를 얻을 수 있습니다.

결론

주철의 흑연은 다양한 형태를 가지고 있으며, 다양한 형태는 주철에 다른 특성을 부여합니다. 다양한 분석 방법으로 주철의 미세 구조를 연구함으로써 미세 구조와 특성 간의 관계를 명확히 할 수 있습니다. 앞으로 재료 과학과 기술의 발전으로 주철의 흑연에 대한 연구는 더욱 심도있게 진행될 것입니다. 그리고 더 나은 성능과 더 넓은 응용 분야를 가진 주철 재료를 개발할 것으로 예상됩니다.