가단주철
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1. 개요
가단주철은 기원전 4세기부터 사용된 철의 한 종류로, 특히 소형 주물이나 얇은 단면에 적합하며 우수한 연성을 나타낸다. 고대 중국에서 처음 사용되었으며, 17세기 영국과 18세기 프랑스에서 연구가 이루어졌다. 1826년 미국에서 본격적인 생산이 시작되었다. 가단주철은 주조 및 열처리 과정을 거쳐 냉간 가공을 통해 성형될 수 있으며, 전기 부속품, 수공구, 배관 부속품 등 다양한 분야에 활용된다.
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| 가단주철 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 설명 | 가단 주철은 열처리 공정을 통해 연성을 향상시킨 주철의 한 종류이다. |
| 종류 | 백심 가단 주철 흑심 가단 주철 펄라이트 가단 주철 |
| 역사 | |
| 발명 | 1722년, 르네 드 레오뮈르가 발명함. |
| 제조 | |
| 과정 | 가단화 열처리 과정을 거쳐 시멘타이트를 분해하여 흑연 결정을 형성시킴. |
| 특성 | |
| 조직 | 불규칙한 흑연 덩어리 (흑심 가단 주철) 구상 흑연 입자 (구상 흑연 주철과의 차이점) |
| 장점 | 우수한 인성 높은 연성 향상된 가공성 |
| 단점 | 일반 주철에 비해 낮은 강도 |
| 활용 | |
| 용도 | 자동차 부품 (커넥팅 로드, 크랭크 축) 파이프 피팅 농기계 부품 일반 기계 부품 |
| 참고 문헌 | |
| |
| 참고 문헌 | Foseco Ferrous Foundryman's Handbook |
2. 역사
가단주철은 기원전 4세기 초 중국에서 처음 사용되었다.[8][2] 유럽에서는 1670년대 영국 특허에서 언급되었으며,[3] 1720년 레오뮈르가 연구하였다.[4] 미국에서는 1826년 세스 보이든이 주조 공장을 설립하면서 가단주철 제작이 시작되었다.[4]
2. 1. 고대 중국
고대 중국에서는 기원전 4세기부터 가단주철이 사용되었으며, 고고학자들은 기원전 4세기부터 서기 9세기 사이에 중국에서 만들어진 가단주철 유물을 발견하였다.[8][2] 당나라 시대에 가단주철 사용이 줄었지만, 9세기에 제작된 가단주철 유물이 있다.[2]2. 2. 유럽
유럽에서 가단주철은 1670년대 영국 특허에서 언급되었다.[3] 1720년, 프랑스의 과학자 레오뮈르는 가단주철에 대한 광범위한 연구를 진행했다. 그는 가공하기에 너무 단단한 철 주물을 철광석이나 망치 슬래그에 넣고 여러 날 동안 고온에 노출시키면 연화될 수 있다는 것을 발견했다.[4]2. 3. 미국
미국의 가단주철 제작은 1826년 세스 보이든(Seth Boyden)이 마구리 장비 및 기타 소형 주물 생산을 위한 주조 공장을 설립하면서 시작되었다.[4]3. 제조 과정 및 특성
가단주철은 구형 또는 규상으로 탄소가 형성된 유사한 주철처럼 우수한 연성을 가진다. 일부에서는 "구식" 또는 "사장된" 재료로 잘못 여기기도 하지만, 가단주철은 여전히 설계 기술자에게 유용한 재료이다. 가단주철은 소형 주물이나 단면이 얇은 주물(6.35mm 미만)에 적합하며, 실리콘 함량이 낮아 저온 환경에서 파괴 인성이 우수하다.[1]
어닐링 과정에서 구형 흑연 결절을 형성하려면 주철 주물이 완전히 백색 주철 단면으로 응고되도록 주의해야 한다. 두꺼운 단면은 천천히 냉각되어 일부 일차 흑연이 형성되는데, 이는 불규칙한 플레이크 모양을 가지며 열처리 과정에서 탄화물로 변환되지 않는다. 이러한 주철은 '얼룩덜룩한' 외관을 가지며, 백색 주철보다 파괴 강도가 낮다. 따라서 가단주철 주조업체는 종종 두꺼운 단면 생산을 피한다.[1]
주조 및 열처리 후, 가단주철은 곧게 펴기, 굽힘, 코이닝 등의 냉간 가공을 통해 성형할 수 있다. 이는 가단주철이 변형 속도에 민감하지 않기 때문이다.[1]
3. 1. 주조
가단주철은 우수한 연성을 나타낸다. 어떤 이들에게는 "구식" 또는 "사장된" 재료로 잘못 여겨지지만, 여전히 설계 기술자의 도구 상자에서 합당한 자리를 차지하고 있다. 가단주철은 소형 주물 또는 단면이 얇은 주물(6.35mm 미만)에 적합하다. 급속 냉각으로 인한 탄화물 형성으로 인해 구형 흑연으로 생산되는 다른 규상흑연주철은 이러한 용도로 생산하기 어려울 수 있다.[1]가단주철은 또한 실리콘 함량이 낮기 때문에 저온 환경에서 다른 규상흑연주철보다 더 나은 파괴 인성 특성을 나타낸다. 연성-취성 천이 온도는 다른 많은 연성 주철 합금보다 낮다.[1]
어닐링 공정에서 구형 흑연 결절(템퍼 흑연 결절 또는 템퍼 탄소 결절이라고 함)을 적절히 형성하기 위해서는 주철 주물이 완전히 백색 주철 단면으로 응고되도록 주의해야 한다. 주물의 더 두꺼운 단면은 천천히 냉각되어 일부 일차 흑연이 형성되도록 한다. 이 흑연은 불규칙적인 플레이크 모양 구조를 형성하며 열처리 중에 탄화물로 변환되지 않는다. 응력이 적용된 주물에 응력이 가해지면 파괴 강도는 백색 주철에 대해 예상되는 것보다 낮아진다. 이러한 주철은 '얼룩덜룩한' 외관을 가지는 것으로 알려져 있다. 완전한 백색 구조 형성을 향상시키기 위한 몇 가지 대책을 적용할 수 있지만, 가단주철 주조업체는 종종 두꺼운 단면을 생산하는 것을 피한다.[1]
주조 및 열처리 공정 후, 가단주철은 곧게 펴기, 굽힘 또는 코이닝 작업을 위한 스탬핑과 같은 냉간 가공을 통해 성형될 수 있다. 이는 가단주철이 다른 재료보다 변형 속도에 민감하지 않다는 바람직한 특성 때문이다.[1]
3. 2. 열처리 (어닐링)
어닐링 공정에서 구형 흑연 결절(템퍼 흑연 결절 또는 템퍼 탄소 결절이라고 함)을 적절히 형성하기 위해서는 주철 주물이 완전히 백색 주철 단면으로 응고되도록 주의해야 한다. 주물의 더 두꺼운 단면은 천천히 냉각되어 일부 일차 흑연이 형성되도록 한다. 이 흑연은 불규칙적인 플레이크 모양 구조를 형성하며 열처리 중에 탄화물로 변환되지 않는다. 응력이 적용된 주물에 응력이 가해지면 파괴 강도는 백색 주철에 대해 예상되는 것보다 낮아진다. 이러한 주철은 '얼룩덜룩한' 외관을 가지는 것으로 알려져 있다. 완전한 백색 구조 형성을 향상시키기 위한 몇 가지 대책을 적용할 수 있지만, 가단주철 주조업체는 종종 두꺼운 단면을 생산하는 것을 피한다.가단주철은 주조 및 열처리 공정 후, 곧게 펴기, 굽힘 또는 코이닝 작업을 위한 스탬핑과 같은 냉간 가공을 통해 성형될 수 있다. 이는 가단주철이 다른 재료보다 변형 속도에 민감하지 않다는 바람직한 특성 때문이다.
3. 3. 냉간 가공
어닐링 공정에서 구형 흑연 결절(템퍼 흑연 결절 또는 템퍼 탄소 결절이라고 함)을 적절히 형성하기 위해서는 주철 주물이 완전히 백색 주철 단면으로 응고되도록 주의해야 한다. 주물의 더 두꺼운 단면은 천천히 냉각되어 일부 일차 흑연이 형성되도록 한다. 이 흑연은 불규칙적인 플레이크 모양 구조를 형성하며 열처리 중에 탄화물로 변환되지 않는다. 응력이 적용된 주물에 응력이 가해지면 파괴 강도는 백색 주철에 대해 예상되는 것보다 낮아진다. 이러한 주철은 '얼룩덜룩한' 외관을 가지는 것으로 알려져 있다. 완전한 백색 구조 형성을 향상시키기 위한 몇 가지 대책을 적용할 수 있지만, 가단주철 주조업체는 종종 두꺼운 단면을 생산하는 것을 피한다.주조 및 열처리 공정 후, 가단주철은 곧게 펴기, 굽힘 또는 코이닝 작업을 위한 스탬핑과 같은 냉간 가공을 통해 성형될 수 있다. 이는 가단주철이 다른 재료보다 변형 속도에 민감하지 않다는 바람직한 특성 때문이다.
3. 4. 특성
구형 또는 규상으로 탄소가 형성된 유사한 주철과 마찬가지로, 가단주철은 우수한 연성을 나타낸다. 어떤 이들에게는 "구식" 또는 "사장된" 재료로 잘못 여겨지지만, 가단주철은 여전히 설계 기술자의 도구 상자에서 합당한 자리를 차지하고 있다. 가단주철은 소형 주물 또는 단면이 얇은 주물(6.35mm 미만)에 적합한 선택이다. 급속 냉각으로 인한 탄화물 형성 때문에 구형 흑연으로 생산되는 다른 규상흑연주철은 이러한 용도로 생산하기 어려울 수 있다.가단주철은 또한 실리콘 함량이 낮기 때문에 저온 환경에서 다른 규상흑연주철보다 더 나은 파괴 인성 특성을 나타낸다. 연성-취성 천이 온도는 다른 많은 연성 주철 합금보다 낮다.
어닐링 공정에서 구형 흑연 결절(템퍼 흑연 결절 또는 템퍼 탄소 결절이라고 함)을 적절히 형성하기 위해서는 주철 주물이 완전히 백색 주철 단면으로 응고되도록 주의해야 한다. 주물의 더 두꺼운 단면은 천천히 냉각되어 일부 일차 흑연이 형성되도록 한다. 이 흑연은 불규칙적인 플레이크 모양 구조를 형성하며 열처리 중에 탄화물로 변환되지 않는다. 응력이 적용된 주물에 응력이 가해지면 파괴 강도는 백색 주철에 대해 예상되는 것보다 낮아진다. 이러한 주철은 '얼룩덜룩한' 외관을 가지는 것으로 알려져 있다. 완전한 백색 구조 형성을 향상시키기 위한 몇 가지 대책을 적용할 수 있지만, 가단주철 주조업체는 종종 두꺼운 단면을 생산하는 것을 피한다.
주조 및 열처리 공정 후, 가단주철은 곧게 펴기, 굽힘 또는 코이닝 작업을 위한 스탬핑과 같은 냉간 가공을 통해 성형될 수 있다. 이는 가단주철이 다른 재료보다 변형 속도에 민감하지 않다는 바람직한 특성 때문이다.
4. 응용 분야
가단주철은 인장강도가 우수하고 파손 없이 휘어질 수 있는(연성) 소형 주물에 자주 사용된다. 구체적인 용도는 다음과 같다.[5]
- 전기 부속품
- 수공구
- 배관 부속품
- 와셔
- 브래킷
- 울타리 부속품
- 송전선 부속품
- 농업 기계
- 광산 기계
- 기계 부품
참조
[1]
서적
Foseco Ferrous Foundryman's Handbook
Butterworth-Heinemann
[2]
서적
Iron and Steel in Ancient China
BRILL
[3]
서적
Iron and Steel in Ancient China
BRILL
[4]
학술지
[5]
서적
Malleable Iron Castings
Malleable Founders Society
[6]
웹인용
순철: 영어사전
https://en.dict.nave[...]
네이버 영어사전
[7]
서적인용
Foseco Ferrous Foundryman's Handbook
Butterworth-Heinemann
[8]
서적인용
Iron and Steel in Ancient China
BRILL
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