FCD400 구상흑연주철의 기계적 성질 예측에 관한 연구

Abstract

주철은 강에 비해 비교적 낮은 온도에 용해가 가능하며(1,170℃) 용탕 의 유동성이 좋고, 응고 시 흑연 정출로 체적의 변화가 크지 않아 산 업용 주물품 제작에 많이 사용된다. 강에 비해 기계적 성질이 뛰어나 진 않지만 진동 감쇠능 및 마모 시 자체 흑연으로 인한 윤활성 등의 특성으로 자동차 및 선박 엔진 같은 구동품에 많이 사용되며, 형상을 가지는 소재 제작을 저렴하게 할 수 있어 산업 전반에 걸쳐 많이 사용 되는 중이다. 이런 주철(Cast Iron)은 강(Steel) 과는 상이하게 화학성분보다는 제 작 공정을 어떻게 하였는가에 따라 기계적 성질이 크게 차이 난다. 화 학성분 보다는 주형 재료, 점결제, 접종 방법, 탈사 시간 등에 따라 기 지 조직 및 흑연의 형상 분포가 달라지고 이에 따라 기계적 성질 차이가 발생한다. 이에 각 공장별 특성에 따라 재질별, 살 두께 별실제 나오는 제품의 기계적 성질이 다르다. 소형 주물인 경우는 크게 상관이 없지만 초대형 주물품에서는 살 두께 별로 차이가 크기 때문에 기계적 성질 편 차가 크게 발생한다. 이는 과도한 또는 낮은 안전율을 발생시키고 불필요한 비용 또는 제품 파손 등을 야기한다 이에 실제 공장에서 생산하는 초대형 주물의 살 두께 차이에서 발생할 수 있는 Casting modulus를 변수로 설정하고 FC400(JIS 기준) 실제 시편들을 제작하여 기계적 성질(경도, 인장강도, 연신율)을 실험하였 다. 실제 기계적 성질은 살 두께가 두꺼울수록 기계적 성질이 저하 되었고 이는 후육부가 될수록 냉각 속도가 늦어져 페라이트 기지 조직이 생성 되었고, 구상흑연이 페이딩 되어 괴상 흑연으로 되었기 때문으로 판단 하였다. 실험한 데이터를 결과로 각 살 두께 편차별 기계적 성질을 유추할 수 있는 경험식을 정립하였으며, 이를 통해 초대형 주물품의 기계적 성질 을 파괴 시험 없이 유추할 수 있게 되었다.