회주철 주로 엔진 블록, 공작기계 베이스, 파이프, 브레이크 부품, 조리기구, 건설 하드웨어 등에 사용됩니다. - 우수한 진동 감쇠, 우수한 압축 강도 및 저렴한 비용이 높은 인장 강도 또는 연성에 대한 요구보다 중요한 응용 분야입니다. 이는 세계에서 가장 널리 주조되는 금속 중 하나이며, 매년 전 세계적으로 생산되는 모든 주철의 대부분을 차지합니다.
이름의 "회색"은 응고 중에 형성되는 흑연 조각으로 인해 발생하는 회색 파단 표면에서 유래합니다. 이러한 흑연 플레이크는 구조적 특징을 정의합니다. 이는 회주철에 기계 가공성, 감쇠 능력 및 열 전도성의 독특한 조합을 제공하는 동시에 인장 강도를 대략적으로 제한합니다. 100~350MPa .
회주철의 주요 산업 응용 분야
회주철의 유용성은 광범위한 산업 분야에 걸쳐 있습니다. 다음은 경쟁 소재보다 이 소재가 선택된 이유와 함께 가장 중요한 적용 분야입니다.
자동차 및 엔진 부품
자동차 부문은 회주철을 가장 많이 소비하는 분야입니다. 엔진 블록, 실린더 헤드, 배기 매니폴드 및 플라이휠 하우징은 일반적으로 회주철로 주조됩니다. 특히 다음과 같은 등급에서는 더욱 그렇습니다. ASTM A48 클래스 30 또는 클래스 40 . 진동을 흡수하고 분산시키는 이 소재의 능력은 주기적인 열적 및 기계적 부하 하에서 소음을 줄이고 부품 수명을 연장시킵니다.
- 엔진 블록: 회주철은 최대 230°C의 작동 온도에서 치수 안정성을 유지하므로 대부분의 승용차 및 상용차 엔진에 적합합니다.
- 브레이크 드럼 및 로터: 높은 열 전도성(~46 W/m·K)으로 인해 제동 중에 열이 빠르게 방출됩니다. 경도(170-290HB)는 내마모성을 제공합니다.
- 배기 다기관: 고온에서의 열 순환 및 산화에 대한 내성으로 인해 회주철은 스테인리스강이 과도하게 지정되고 비용이 많이 드는 경우 표준 선택이 됩니다.
공작기계 및 산업기계
공작 기계 제조업체는 100년 넘게 선반 베드, 밀링 머신 컬럼 및 프레스 프레임에 회주철을 사용해 왔습니다. 주된 이유는 강철보다 약 20~25배 더 큰 진동 감쇠 능력 , 공구 떨림을 줄이고 표면 조도 정확도를 향상시킵니다.
- 선반 베드 및 슬라이드 웨이: 자체 윤활 흑연 플레이크는 추가 코팅 없이 슬라이딩 표면의 마찰을 줄입니다.
- 펌프 하우징 및 밸브 본체: 우수한 가공성과 압력 견고성으로 인해 회주철은 최대 중간 압력의 유압 및 공압 시스템에 이상적입니다.
- 압축기 및 기어박스 하우징: 압축 하중 하에서의 강성과 복잡한 형상의 주조 용이성이 결합되어 제조 비용이 크게 절감됩니다.
파이프 및 물 인프라
회주철 파이프는 19세기와 20세기에 도시 물과 가스 분배 시스템의 중추였습니다. 이상으로 설치된 많은 시스템 100년 전 현역 오늘. 연성철은 더 나은 내충격성으로 인해 새로운 설비에서 회주철을 대체했지만, 회주철의 내식성과 매설 환경에서의 긴 서비스 수명은 여전히 인프라 평가에서 관련 참고 자료가 되고 있습니다.
조리기구 및 가정용품
프라이팬, 더치 오븐, 철판 팬과 같은 주철 조리기구는 주로 회주철로 제조됩니다. 그 보온성과 균일한 분포 느린 요리, 굽기 및 베이킹에 선호됩니다. Lodge(미국) 및 Le Creuset(에나멜 변형)와 같은 브랜드는 전 세계적으로 회주철 조리기구를 대중화했습니다. 잘 양념된 회철 프라이팬은 최소한의 유지 관리만으로 여러 세대에 걸쳐 사용할 수 있습니다.
건설 및 건축 하드웨어
맨홀 뚜껑, 배수 격자, 가로등 기둥 베이스, 난간 및 건축 장식 요소는 회주철로 생산되는 경우가 많습니다. 그 압축 강도(600~1,400MPa) 인장 강도를 훨씬 초과하므로 압축 시 하중 지지 용도에 매우 적합합니다. EN 124 표준은 보행자 및 소형 차량 교통량을 위한 회색 철제 맨홀 뚜껑을 지정합니다.
회주철 등급 및 특성
회주철은 여러 분류 시스템에 따라 표준화되었습니다. 가장 일반적인 것은 ASTM A48(미국) 및 ISO 185/EN-GJL(유럽)입니다. 등급 선택은 필요한 인장 강도와 적용 환경에 따라 결정됩니다.
| ASTM 등급 | 최소 인장강도(MPa) | 일반 경도(HB) | 일반적인 응용 |
|---|---|---|---|
| 클래스 20 | 138 | 156~219 | 장식용 주물, 저응력 하우징 |
| 클래스 30 | 207 | 187–241 | 엔진 블록, 펌프 본체, 기계 프레임 |
| 클래스 40 | 276 | 217~269 | 실린더 헤드, 유압 실린더, 브레이크 부품 |
| 클래스 50 | 345 | 241~285 | 중장비 공작기계 부품, 다이 |
| 클래스 60 | 414 | 269~321 | 내마모성 부품, 롤, 고응력 주조물 |
회주철이 다른 재료보다 선택되는 이유
주조를 위한 재료 선택에는 기계적 성능, 제조 비용 및 서비스 요구 사항 간의 균형이 필요합니다. 회주철은 여러 차원에서 지속적으로 승리합니다.
비용 효율성
회주철은 킬로그램당 가장 저렴한 엔지니어링 금속 중 하나 . 원자재 비용, 낮은 융점(강의 경우 ~1,200°C 대 강철의 경우 ~1,500°C), 주조 중 높은 유동성 및 거의 순형에 가까운 생산이 결합되어 총 제조 비용을 크게 절감합니다. 엔진 블록과 같은 크고 복잡한 부품의 경우 회주철은 일반적으로 비슷한 양의 동급 알루미늄 부품보다 생산 비용이 30~50% 저렴합니다.
가공성
흑연 조각은 칩 브레이커 역할을 하여 회주철을 만듭니다. 가공하기 가장 쉬운 철 금속 중 하나 . 길고 끈끈한 칩 대신 짧고 부서지기 쉬운 칩을 생성하여 공구 마모와 가공 시간을 줄입니다. 회주철은 일반적으로 쾌삭강(AISI 1212 = 100%)에 비해 가공성 지수가 70~80%로 평가됩니다.
진동 감쇠
흑연 네트워크는 기계적 에너지를 소산시키는 내부 마찰을 제공합니다. 회주철 감쇠 용량은 구조용 강철의 20~25배입니다. 이것이 바로 정밀 공작 기계 제조업체가 더 가벼운 대안이 있음에도 불구하고 이를 계속 사용하는 이유입니다.
내마모성 및 자기 윤활성
표면의 흑연 플레이크는 고체 윤활제 역할을 하여 슬라이딩 접촉 응용 분야에서 마찰을 줄입니다. 이 특성은 일관된 필름 윤활을 유지하기 어려운 실린더 보어, 선반 슬라이드 웨이 및 부싱 응용 분야에서 활용됩니다.
애플리케이션 선택에 영향을 미치는 제한 사항
회주철은 not a universal solution. Engineers must account for its known limitations when selecting it for a given application:
- 낮은 인장 강도: 100~350MPa에서는 연성철(≥400MPa)이나 강철(≥400MPa)에 비해 인장력이 현저히 약해 굽힘 하중이나 충격 하중을 받는 부품에는 적합하지 않습니다.
- 취성: 거의 0에 가까운 연성(신율은 일반적으로 <1%)은 갑작스러운 과부하 시 소성 변형이 아닌 회주철 균열을 의미합니다. 충격에너지를 흡수해야 하는 구조부재에는 적합하지 않습니다.
- 용접성이 좋지 않음: 탄소 함량이 높으면 회주철은 예열 및 용접 후 열처리 없이 용접 중 및 용접 후에 균열이 발생하기 쉽습니다. 현장 수리가 어렵습니다.
- 무게: 밀도가 ~7.15g/cm3인 회주철은 알루미늄(~2.7g/cm3) 또는 마그네슘 합금보다 무겁기 때문에 항공기 부품이나 중량 감소가 중요한 현대 EV 파워트레인과 같이 중량에 민감한 응용 분야에서의 사용이 제한됩니다.
- 공격적인 환경에서의 부식: 표면 처리나 합금 첨가물(예: 니켈, 크롬)이 없으면 회주철은 산성 또는 염분 환경에서 스테인레스강 대체품보다 빠르게 부식됩니다.
회주철 vs. 연성철 vs. 백주철
회주철을 주철 형제와 비교하는 방법을 이해하면 각 재료를 지정하는 시기를 명확히 하는 데 도움이 됩니다.
| 재산 | 회주철 | 연성(구상성) 철 | 백주철 |
|---|---|---|---|
| 흑연 형태 | 플레이크 | 결절/타원체 | 없음(시멘타이트) |
| 인장강도 | 100~350MPa | 400~900MPa | ~275MPa |
| 신장 | <1% | 2~18% | ~0% |
| 진동 감쇠 | 우수 | 좋음 | 나쁨 |
| 가공성 | 우수 | 좋음 | 매우 나쁨 |
| 내마모성 | 좋음 | 보통 | 우수 |
| 상대 비용 | 낮음 | 중간 | 낮음–Medium |
주조 기능과 함께 인장 강도나 충격 저항이 필요한 경우 엔지니어는 일반적으로 다음으로 업그레이드합니다. 연성이 있는 철 . 극도의 경도와 내마모성이 필요한 경우(예: 연삭 볼, 라이너 플레이트) 취성 특성에도 불구하고 백주철이 지정됩니다.
신흥 및 틈새 애플리케이션
일부 자동차 응용 분야에서 더 가벼운 소재가 회주철을 대체하고 있지만 다음과 같은 여러 분야에서 계속해서 새롭고 지속적인 사용이 이루어지고 있습니다.
- 풍력 터빈 하우징: 풍력 에너지 시스템의 대형 나셀 프레임과 기어박스 하우징은 합리적인 비용으로 크고 복잡한 주물을 생산할 수 있는 능력 때문에 회주철과 연성주철을 사용합니다.
- 전기 자동차 브레이크 부품: EV 파워트레인이 내연 기관에서 벗어나고 있음에도 불구하고 EV의 브레이크 로터는 주로 회주철로 남아 있습니다. 회생 제동이 마찰 제동의 필요성을 없애지 못했기 때문입니다.
- 소화전 및 밸브 하우징: 입증된 성능과 낮은 수명주기 비용으로 인해 회주철은 여전히 AWWA C502와 같은 표준에 따라 많은 국가에서 도시 소화전으로 지정되고 있습니다.
- 야외 및 정원용 가구: 이 소재는 화려한 모양으로 주조할 수 있고 코팅 후 내후성이 뛰어나 벤치, 테이블, 정원 장식용 고정 장치로 선호됩니다.
귀하의 응용 분야에 적합한 회주철 등급을 선택하는 방법
올바른 등급을 선택하려면 다음과 같은 다섯 가지 주요 요소를 평가해야 합니다.
- 기계적 부하 유형: 압축 하중 - 낮은 등급(클래스 20~30)을 사용합니다. 결합 또는 순환 하중 - 더 높은 등급(클래스 40-50)을 사용합니다.
- 단면 두께: 두꺼운 부분은 더 천천히 냉각되어 더 많은 흑연과 더 부드럽고 낮은 강도의 철을 생성합니다. 얇은 부분에는 목표 경도를 달성하기 위해 합금 추가가 필요할 수 있습니다.
- 가공 요구 사항: 광범위한 정밀 가공이 필요한 부품은 경도 등급(클래스 20~30)이 낮을 때 이점을 얻습니다. 하중이 심한 마모 표면에는 클래스 50-60이 필요할 수 있습니다.
- 열 요구사항: 400°C 이상의 온도가 지속되는 애플리케이션에는 SiMo(규소 합금) 회주철 또는 연성주철로의 전환이 필요할 수 있습니다.
- 표면 마감 및 부식 요구 사항: 적절한 코팅(분말 코팅, 에폭시, 역청 라이닝)을 지정하거나 부식성 환경에 적합한 합금 등급을 고려하십시오.
