철의 종류와 속성

철의 유형

생산되는 철에는 연철과 주철의 두 가지 주요한 유형이 있습니다. 그 안에, 주철에는 자체 금속 계열이 포함됩니다. 대장장이에 의해 생산되고 가공된 첫번째 유형의 철은 연철이었습니다. 실질적으로 순수한 원소인 철(Fe)로, 용광로에서 가열한후 모루에 망치로 가공합니다. 철을 해머링하면 재료에서 대부분의 슬래그를 배출하고 철 입자가 용접 됩니다. 산업 혁명과 관련된 건설활동의 가속화 동안 연철의 새로운 용도가 발견되었습니다. 높은 인장 강도(장력을 받을 때 파손에 대한 내성)는 교량 및 고층 건물과 같은 대형 건설 프로젝트의 빔에 사용하기에 이상적입니다. 하지만 이러한 목적을 위한 연철의 사용은 20세기 초에 건설 용도의 철보다 우수한 성능을 가진 강철 제품이 개발되었을 때 대부분 버려졌습니다. 연철은 장식용으로 유명해졌습니다. 15세기와 16세기 교회들은 숙련된 장인이 제작한 정교한 연철 조각이 있습니다. 현대 사회에서는 난간, 문 그리고 벤치는 여전히 맞춤 제작인 연철로 만들어집니다. 주철은 탄소 함량이 2% 이상인 철-탄소 합금을 제련하여 생산됩니다. 제련 후 금속은 금형에 부어집니다. 연철과 주철의 생산에서 주요 차이점은 주철은 망치와 공구로 작업하지 않는다는 것입니다. 또한 구성의 차이도 있습니다. 주철에는 2~4%의 탄소 및 기타 합금을 포함하며, 1~3%의 실리콘을 함유하고 있어 용융 금속의 주조 성능을 향상시킵니다. 소량의 망간과 유황 및 인과 같은 불순물도 존재할 수도 있습니다. 연철과 주철의 차이점은 화학적 구조와 물리적 특성의 세부 사항에서도 찾을 수 있습니다. 강철과 주철은 모두 미량의 탄소를 포함하고 비슷하게 보이지만, 두 금속 사이에는 상당한 차이가 있습니다. 강철에는 2% 미만의 탄소를 함유하고 있어 최종 제품이 단일 미결정 구조로 응고 될 수 있습니다. 주철의 탄소 함량이 높으면 이질적인 합금으로 응고되므로 재료에 두개이상의 미세 결정 구조가 존재합니다. 높은 탄소 함량과 실리콘의 결합이 주철에 탁월한 주조성을 제공 합니다. 회주철, 백주철, 가단 주철, 구상 흑연 주철 및 강화 흑연 주철을 포함하여 다양한 열처리 및 가공 기술을 사용하여 다양한 유형의 주철을 생산합니다. 주철 설계 세부 사항은 금속을 제련하여 금형에 붓는 방식으로 생성됩니다. 회주철은 금속에서 흑연 분자의 플레이크 모양이 특징입니다. 금속이 파손되면 흑연 플레이크를 따라 파손되어 파손된 금속 표면에 회색으로 표시됩니다. 그레이 아이언이라는 이름은 이 특성에서 비롯됩니다. 냉각 속도와 구성을 조정하여 생산 중에 흑연 플레이크의 크기 및 매트릭스 구조를 제어 할 수 있습니다. 회주철은 다른 주철만큼 연성이 없으며 인장 강도도 낮습니다. 하지만 열전도율이 더 높고 진동 감쇠 수준이 더 높습니다. 그리고 강철의 20~25 배의 감쇄 능력이 있고 다른 모든 주철보다 우수합니다. 회주철은 또한 다른 주철보다 가공하기 쉽고 내마모성이 뛰어납니다 백주철은 적절한 탄소 함량과 높은 냉각 속도로 탄소 원자는 철과 결합하여 탄화철을 형성합니다. 이것은 고체 물질에 유리 흑연 분자가 거의 또는 전혀 없다는 것을 의미합니다. 백철을 깎으면 흑연이 없어 파단면이 하얗게 보입니다. 시멘타이트 미결정 구조는 단단하고 취약해서 깨지기 쉬우며 압축강도가 높고 내마모성이 좋습니다. 특정한 특수용도에서는 제품 표면에 백철을 사용하는 것이 바람직합니다. 이것은 금형의 부분을 만들기 위해 좋은 열 전도체를 사용하여 얻을 수 있습니다. 이렇게하면 해당 영역의 용융 금속에서 열을 빠르게 배출하고 나머지 주조물은 더 느린 속도로 냉각됩니다. 백철의 가장 인기있는 등급 중 하나는 Ni-Hard Iron입니다. 크롬 및 니켈 합금을 첨가하면 이 제품은 충격이 적은 슬라이딩 마모 용도에 탁월한 특성을 발휘합니다. 백철은 열처리 과정을 통해 가단성 철로 더 가공 될 수 있습니다 . 가열 및 냉각의 확장 프로그램은 철 카바이드 분자를 분해하여 자유 흑연 분자를 철로 방출합니다. 냉각 속도가 다르고 합금을 추가하면 미세 결정 구조를 가진 가단성 철이 생성됩니다. 연철 또는 구상 흑연 주철은 합금에 마그네슘을 첨가하여 특별한 특성을 얻습니다. 마그네슘이 존재는 흑연이 회주철 조각과는 대조적으로 구형 모양으로 형성됩니다. 제조공정에서는 조성관리가 매우 중요합니다. 황 및 산소와 같은 미량의 불순물이 마그네슘과 반응하여 흑연 분자의 모양에 영향을 미칩니다. 흑연 구상체 주위의 미결정구조를 조작하여 다양한 등급의 연철이 형성됩니다. 이는 주조 공정 또는 열처리를 통해 다운 스트림 공정 단계로 달성됩니다. 연철은 부서지는 것이 아니라 충격에 의해 변형되기 때문에 주철 볼라드를 만들기 위해 이 재료를 사용합니다. 강화 흑연 철은 회주철과 백주철의 혼합인 흑연 구조와 관련된 특성을 가지고 있습니다. 미결정 구조는 상호 연결된 흑연 조각 주위에 형성됩니다. 티타늄과 같은 합금은 구상 흑연의 형성을 억제하는 데 사용됩니다. 강화 흑연 철은 회주철에 비해 인장 강도가 높고 연성이 향상되었습니다. 미결정 구조 와 특성은 열처리 또는 다른 합금의 첨가를 통해 조정할 수 있습니다.