주물의 대표주자 Cast Iron 특징

Cast Iron 은 우리 말로 주철이라고 하는 탄소와 철의 합금으로 생각할 수 있습니다. 주조 성이 매우 뛰어나기 때문에 다양한 형상으로 제작 가능한 합금입니다. 주철을 제품으로 제조하는 과정은 철 합금을 액화될 때까지 가열한 다음에 형틀에 부어서 냉각과정을 통해 생산합니다. 주철의 장점은 주조성이 우수하고, 내마모성, 가공성이 우수하다는 점과 가격이 상대적으로 경쟁력이 있다는 데 있습니다. 이 때문에 회전 기계의 외형을 이루는 Body 나 Rotor, 기어박스와 같이 강성을 필요로 하면서 다양한 외형의 구조물의 주물에 적합한 재료 입니다. 우리 주방에서 사용하는 주방 기구에도 주철을 이용한 제품들을 찾아볼 수 있습니다. 바로 후라이 팬 입니다.

<Cast iron Pan - 출처 위미키디어>

주철의 성질은 그라파이트(흑연)의 양과 용융점 이상으로 가열된 이 후 냉각하는 과정에서의 열처리 결과로 인해 결정됩니다. 주철을 생산할 때는 규격에 따라 물성치를 결정하는데 ASTM 사양에 의한 주요 성분 물성치는 다음과 같습니다. 

• 철 Iron, Fe : 91.9~94.2@
• 카본 Carbon 함유량 : 3.25~3.5%
• 크롬 Chromium : 0.05~0.45%
• 망간 Manganese : 0.5~0.9%

기계적 강성을 의미하는 인장강도는 276 Mpa 이상이며, 압축강도 또한 1,034 Mpa 로써 매우 우수합니다. 철이 가장 많고 Carbon 함유량이 그 뒤를 이어서 많습니다. 

 

주철은 크게 회주철(Gray Iron), 백주철(White Iron), 연성철(Ductile Iron)으로 나뉩니다. 

회주철은 가장 일반적이면서도 많이 사용되는 철로써 주조성이 매우 우수하다는 장점이 있으나 백주철과 마찬가지로 부서지기 쉽다는 단점이 있습니다. 주철 중에서도 Ductile Iron 은 강성이 우수하며 다양한 두께로 주물이 가능하다는 장점이 있어 자동차 부품이나 회전기계의 주요 부품으로 많이 사용되고 있습니다. Ductile iron 을 생성하기 위해서는 흑연(그라파이트) 구조를 변경해야 하기 때문에 마그네슘을 첨가해서 결절 모양을 변경하는 과정을 거치게 됩니다. 이는 1940년 경에 개발되었습니다. 회주철이 B.C. 6 세기 부터 오랜 기간동안 사용해온 것에 비하면 매우 최신 기술인 셈이죠. 연성철은 회주철에 비해 기계적 특성이 개선되었다는 장점이 있지만 가공성이 떨어진다는 단점을 가지고 있습니다. 

 

비용적인 부분에 있어서 Ductile iron 이 Gray iron 보다 조금 비쌉니다. 

 

ASTM 규격

 

• 회주철 (Gray Iron): ASTM A48
• 백주철 (White Iron) : ASTM A532
• 연성철 (Ductile Iron) : ASTM A536