주철 재료 — 재료공학

주철은 단일 재료가 아니라 하나의 큰 가족이다 – 그리고 그 차이는 의 형태에 달려 있다. 강과 달리 여기서는 탄소 함량이 2 %를 넘고, 남는 는 응고할 때 으로 석출된다. 흑연이 편상, 구상, 벌레상 중 어떤 모양으로 자라느냐가 나머지 모든 것을 결정한다.

회주철(GJL)에서는 가 가느다란 맥으로 자란다. 편상흑연은 수많은 작은 노치처럼 작용해서 – 재료를 취성으로 만들고 사실상 변형 불가능하게 만든다. 대신 진동 감쇠성이 좋고 주조성이 좋으며 압축강도가 뛰어나다. 회주철은 기계 베드, 하우징, 브레이크 디스크, 옛날 엔진에서 볼 수 있다. 구상흑연주철(GJS)에서는 반대로 로 흑연을 으로 강제 변환시킨다. 주입 직전에 용탕에 마그네슘을 조금 넣으면 가 취성 편상으로 자라는 걸 막는다. 구상은 노치가 아니다 – 재료는 인성이 생기고 과 변형성이 생겨 거의 강철에 가까워진다. 구상흑연주철은 크랭크축, 액슬 저널, 배관을 지탱한다. 그 옆에 벌레 모양 을 가진 컴팩트흑연주철(GJV)이 절충안으로 있고, 가 흑연이 아니라 단단한 탄화철로 존재하는 백주철, 도 있다.

왜 여기서 이 그렇게 까다로울까? 두 가지 이유가 있다. 첫째, 가 주철을 녹이고 그 덩어리가 빠르게 냉각되는 곳에서는 에 주조공이 피하려던 바로 그것 – 단단하고 취성인 와 레데부라이트 – 이 생긴다. 는 유리처럼 단단해져서 아주 작은 에도 갈라진다. 둘째, 주철은 다공성이고 기름, 그리스, 녹을 잔뜩 머금고 있는 경우가 많다 – 할 때 이런 불순물이 가스로 빠져나와 비드를 망친다.

그래서 수리 전략은 이렇다: 열을 통제하라. 열을 적게 넣고 부드럽고 을 유지하는 특수 전극으로 "냉간" 용접을 하거나, 부재 전체를 300–600 °C로 예열하고 따뜻한 상태로 용접한 뒤 노 안에서 극도로 천천히 냉각시켜야 한다. 두 경우 모두 와 느린 냉각이 핵심이다. 낡은 회주철 균열을 일반 연강 전극으로 "그냥" 덧대우면 보통 균열만 더 길어진다.

⚠️ 20도 함정: 주철에서는 차가운 부분과 지금 용접하는 부위 사이의 약 20 °C 차이만으로도 이 생길 수 있다. 따뜻한 부위가 냉각되면서 수축해 차가운 나머지를 잡아당기는데 – 취성 주철은 이 응력을 풀어내지 못한다. 그래서 냉간이든 열간이든 온도 구배를 작게 유지해야 한다.

🧊 냉간 용접은 인내가 필요하다: 주철을 차가운 상태로 용접한다면 시간을 넉넉히 잡아라. 짧은 비드만 놓고, 다음 비드를 놓기 전에 부재가 로 식을 때까지 기다려라. 서두르면서 비드를 연달아 놓으면 온도가 확 올라가고 – 바로 그때 20도 함정이 덮친다.