주조에 사용되는 금속은 다양한 산업 및 용도에 따라 여러 종류가 있으며, 각 금속은 고유한 물리적 특성과 주조 공정에서의 장점이 있습니다. 이번 글에서는 주조에 사용되는 금속 중 철과 강철 재료에 대해 알아보도록 하겠습니다.
철과 강철 (Iron and Steel)
“철과 강철(Iron and Steel)”은 주조용 금속에서 가장 널리 사용되는 재료로, 각기 다른 물리적 특성과 용도에 따라 다양한 형태로 활용됩니다. 철과 강철은 높은 강도와 내구성을 지니며, 이를 변형하고 강화하기 위한 다양한 합금 및 처리 방법이 개발되어 왔습니다.
아래는 철과 강철의 주요 종류와 그 특징에 대한 설명입니다.
1. 철과 강철: 회주철 (Grey Cast Iron)
회주철은 탄소가 흑연 형태로 존재하는 주철로, 주로 기계 부품에 널리 사용됩니다.
주조 시 응고 과정에서 형성되는 흑연 입자가 회색을 띠기 때문에 ‘회주철’이라고 불리며, 우수한 기계 가공성과 내마모성을 제공합니다.
이 금속은 특히 엔진 블록, 브레이크 디스크, 파이프 등의 내구성이 요구되는 부품에 많이 사용됩니다. 단, 회주철은 인성이 낮아 충격에 약한 것이 단점입니다.
2. 철과 강철: 구상흑연주철 (Ductile Iron)
구상흑연주철은 회주철의 흑연 구조를 구형으로 변형한 주철입니다. 이로 인해 인성과 연성이 매우 뛰어나, 충격을 잘 견디는 기계 부품에 적합합니다.
이 재료는 높은 내충격성과 함께 기계적 성질이 우수하여 파이프, 자동차 서스펜션 부품, 하수도 관 등에서 널리 사용됩니다.
또한, 가공성과 내식성이 좋아 구조물의 수명을 연장시키는 데 도움이 됩니다.
3. 철과 강철: 백주철 (White Cast Iron)
백주철은 탄소가 시멘타이트(Fe₃C) 형태로 존재하는 주철로, 매우 높은 경도를 자랑합니다.
회주철과 달리 흑연이 존재하지 않기 때문에 표면이 흰색을 띠며, 마모 저항성이 뛰어나 롤러, 펌프 부품 등 고강도 내마모가 필요한 산업 기계에 많이 사용됩니다. 그러나 경도가 높은 만큼 기계 가공이 어려운 단점이 있습니다.
4. 강철 (Steel)
강철은 철에 탄소를 적절히 첨가해 만든 합금으로, 주조 재료로 많이 활용됩니다. 탄소 함량에 따라 강철의 강도와 경도가 달라지며, 탄소강과 합금강으로 분류됩니다.
- 저탄소강 (Mild Steel): 탄소 함량이 0.3% 이하로, 연성이 뛰어나 가공이 용이합니다. 건설, 자동차, 가전제품 등에 널리 사용됩니다.
- 중탄소강 (Medium Carbon Steel): 탄소 함량이 0.3~0.6%로, 높은 강도와 적당한 연성을 갖고 있어 기계 부품, 축, 연결봉 등에 주로 사용됩니다.
- 고탄소강 (High Carbon Steel): 탄소 함량이 0.6% 이상으로, 매우 단단하고 마모에 강한 특성을 지닙니다. 칼날, 스프링, 공구 등의 고강도 제품에 사용됩니다.
- 합금강: 철에 탄소 외에도 크롬, 니켈, 몰리브덴 등을 첨가해 성능을 강화한 강철로, 특히 내식성, 내열성, 인성이 요구되는 분야에서 많이 쓰입니다. 예를 들어, 스테인리스강(Stainless Steel)은 크롬을 10.5% 이상 첨가해 만든 합금으로, 뛰어난 내식성 덕분에 주방 기구, 의료 기기, 화학 장비 등에 많이 사용됩니다.
5. 주강 (Cast Steel)
주강은 용융된 강철을 주조해 만든 제품으로, 철강 제품보다 우수한 인성과 내충격성을 제공합니다.
고온에서 작업되는 산업 기계나, 기계적 충격이 많이 가해지는 구조물에서 주로 사용되며, 정밀 주조가 가능하여 다양한 복잡한 형태의 부품 제작에 적합합니다.
6. 특수강 (Special Steels)
특수한 성질을 요구하는 분야에서는 공구강, 스프링강, 고속도강 등 다양한 특수강이 사용됩니다.
예를 들어, 공구강은 높은 경도와 내마모성을 지니고 있어 절단 도구나 금형에 사용되며, 고속도강은 절삭 공구로 널리 사용됩니다.
이러한 특수강은 주조된 후에도 추가적인 열처리나 표면 처리를 통해 성질을 더욱 강화할 수 있습니다.
마무리
철과 강철은 다양한 산업에서 필수적인 소재로 사용되며, 주조 방식과 재료의 조성에 따라 각기 다른 성질을 발휘합니다.
회주철, 구상흑연주철, 백주철은 각각의 특성에 맞는 분야에서 폭넓게 사용되며, 강철은 탄소 함량과 합금 원소에 따라 다양한 용도로 활용됩니다. 주강과 특수강은 고강도, 고내구성을 요구하는 특수한 환경에서 많이 쓰입니다.
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