연성철의 품질 평가: 흑연 형태 변형 및 주요 지표

구상흑연주철(결상주철이라고도 함) 생산에서 흑연 형태의 변형은 기계적 특성에 영향을 미치는 핵심 요소 중 하나입니다. 주조품의 품질을 보장하려면 철의 흑연이 일반적으로 "구상화 처리"를 통해 달성되는 구형 형태로 변형되는 것이 중요합니다. 흑연의 모양은 주철의 강도, 인성, 내마모성 및 피로 저항에 직접적인 영향을 미칩니다.

1. 흑연 형태의 변형

주철 용융물에서 흑연은 일반적으로 플레이크 또는 결절 형태로 나타납니다. 결절화 처리 중에 흑연이 플레이크 또는 구형 형태에서 구형으로 변하는 것을 촉진하기 위해 결절화제(일반적으로 마그네슘 또는 알루미늄 합금)가 첨가됩니다. 구형 흑연은 주철의 기계적 특성, 특히 인장 강도와 충격 인성을 크게 향상시킵니다.

2. 연성철 품질 평가를 위한 주요 지표

연성철의 품질을 결정하기 위해 일반적으로 몇 가지 주요 지표가 사용됩니다.

(1) 흑연 구상화

• 정의: 흑연 구상화는 흑연 입자가 구형인 정도를 말한다. 구상화가 높을수록 구상화 효과가 좋아져 기계적 특성이 우수해집니다.
• 평가방법: 흑연 구상화성은 정성 및 정량 분석 ​​모두를 위해 현미경 관찰을 통해 평가할 수 있습니다. 일반적인 표준에는 현미경으로 흑연 입자의 모양과 크기를 평가하는 ASTM A247 및 ISO 945가 포함됩니다.

(2) 흑연 함량

• 정의: 흑연함량은 주철에 함유된 흑연의 중량%를 말한다. 흑연 함량이 높을수록 인성과 피로 저항성이 향상됩니다.
• 평가방법: 흑연 함량은 화학적 분석(분광법 등)이나 현미경 검사를 통해 확인할 수 있습니다. 연성철에서 흑연 함량은 일반적으로 2%~4%입니다.

(3) 인장강도

• 정의: 인장 강도는 인장으로 인해 파손되기 전에 최대 응력을 견딜 수 있는 재료의 능력을 측정합니다. 연성철은 일반적으로 높은 인장 강도를 나타내므로 상당한 외부 하중을 견딜 수 있습니다.
• 평가방법: 인장 시험(ASTM A48 또는 ISO 1083에 따름)은 연성철의 인장 강도 데이터를 제공합니다. 일반적인 인장 강도 범위는 등급 및 합금 구성에 따라 200~1000MPa입니다.

(4) 경도

• 정의: 경도는 압입이나 마모에 대한 재료의 저항성을 측정합니다. 연성철의 경도는 흑연 구상화, 합금 조성 및 열처리와 관련이 있습니다.
• 평가방법: 경도는 일반적으로 브리넬 경도(HB), 로크웰 경도(HRB), 비커스 경도(HV) 방법을 사용하여 측정합니다. 경도 수준은 주철의 내마모성에 직접적인 영향을 미칩니다.

(5) 충격인성

• 정의: 충격 인성은 갑작스러운 충격 하중 하에서 에너지를 흡수하는 재료의 능력을 나타냅니다. 연성철은 우수한 충격 인성을 나타내므로 자동차 부품과 같이 높은 인성과 피로 저항이 요구되는 응용 분야에 이상적입니다.
• 평가방법: 연성철의 충격인성을 평가하기 위해 샤르피 충격시험과 같은 충격시험이 사용된다. 높은 충격 인성은 주물이 깨지지 않고 심각한 외부 충격을 견딜 수 있도록 보장합니다.

(6) 미세구조

• 정의: 연성철의 미세구조에는 흑연입자의 분포, 크기, 형상뿐만 아니라 기지구조(페라이트, 펄라이트, 마르텐사이트 등)도 포함됩니다. 미세구조의 균일성과 흑연 입자의 분포는 주조품의 기계적 특성에 큰 영향을 미칩니다.
• 평가방법: 현미경 관찰 및 금속 조직 분석을 통해 연성철의 미세 구조에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 고품질 연성철은 일반적으로 구형 흑연 입자의 균일한 분포와 바람직한 매트릭스 구조를 나타냅니다.

(7) 파괴인성

• 정의: 파괴 인성은 균열 전파에 저항하는 재료의 능력입니다. 연성철은 파괴 인성이 높은 것으로 알려져 있는데, 이는 재료가 갑작스럽거나 극심한 하중을 받을 수 있는 응용 분야에 매우 중요합니다.
• 평가방법: CT(Compact Tension) 시험 등의 시험을 통해 파괴인성을 평가한다. 높은 파괴 인성은 극한 조건에서도 주물의 신뢰성과 내구성을 보장합니다.

(8) 주조 결함

• 정의: 기공, 균열, 개재물 등의 주조 결함은 연성철의 기계적 성질, 특히 강도와 인성을 크게 저하시킬 수 있습니다.
• 평가방법: X-Ray, 초음파, 자분탐상검사, 염료침투탐상검사 등 비파괴검사(NDT) 방법을 사용하여 주물 내부의 결함을 검출하여 전체적인 품질을 보장합니다.

3. 결론

연성철의 품질은 흑연이 구형으로 변하는 정도뿐만 아니라 흑연 함량, 합금 조성, 주조 공정, 열처리 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 고품질 연성철을 보장하려면 이러한 지표를 종합적으로 평가하는 것이 필수적입니다. 일반적인 평가 방법에는 현미경 검사, 경도 테스트, 인장 테스트, 충격 인성 테스트 및 비파괴 테스트가 포함됩니다. 정밀한 제어 및 평가를 통해 자동차, 기계 및 기타 고성능 응용 분야의 까다로운 요구 사항을 충족하는 고성능 연성철을 생산할 수 있습니다.