탄소강과 주철의 기계적 성질 — 오대 원소·세 가지 취성과 주철의 종류 | 기계공작법 2.6
기계공작법Chapter 02 · 기계적 성질과 재료 시험
2.6 탄소강과 주철의 기계적 성질
같은 철–탄소 합금도 탄소의 양과 존재 형태에 따라 성질이 달라집니다. 탄소강의 주요 원소와 취성, 주철 속 흑연의 모양을 연결해 정리합니다.
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01탄소량과 기계적 성질
강의에서는 탄소량 약 2.11%를 강과 주철을 구분하는 기준으로 설명합니다. 탄소강에서는 탄소량 증가에 따라 경도가 커지고 연신율·단면 수축률·충격값은 작아지는 경향을 살핍니다.
인장 강도가 탄소량에 비례해 끝없이 커지는 것은 아닙니다. 교재의 조직 조건에서는 공석 조성인 약 0.77%C 부근의 경향을 설명하고, 탄소가 더 많아져 시멘타이트가 망상으로 나타나면 인장 강도가 낮아질 수 있음을 강조합니다. 실제 값은 열처리와 조직에 따라 달라집니다.
02탄소강의 오대 원소
| 원소 | 주요 영향 | 함께 기억할 점 |
|---|---|---|
| C 탄소 | 경도·강도에 큰 영향 | 연성과 용접성 저하 경향 |
| Si 규소 | 탈산, 강도·경도 증가 | 많아지면 연성·인성에 불리할 수 있음 |
| Mn 망간 | 탈산, 황과 결합하여 적열 취성 완화 | 담금질성에도 영향 |
| P 인 | 상온·저온에서 취성에 불리 | 상온 취성과 연결 |
| S 황 | 황화물과 관련한 적열 취성 | 쾌삭강에서는 절삭성 개선 목적으로 활용하기도 함 |
03세 가지 취성을 구분하기
| 구분 | 강의의 대표 조건 | 핵심 구분 |
|---|---|---|
| 상온 취성 | 상온 또는 낮은 온도 | 인(P)의 영향과 연결 |
| 청열 취성 | 약 200~300℃ | 강도 증가와 연성 저하가 함께 나타나는 구간 |
| 적열 취성 | 고온·열간 가공 온도 영역 | 황(S)과 관련, 망간 첨가로 완화 |
이 온도는 강의에서 구분을 돕기 위한 대표 범위입니다. 2.4절에서 배운 연성–취성 천이와, 여기서 원소 영향으로 설명하는 취성을 같은 뜻으로 외우지 않습니다.
04주철은 흑연의 모양으로 읽기
주철은 주조성과 진동 감쇠 능력을 활용하는 재료입니다. 특히 회주철의 편상 흑연은 응력 집중을 일으켜 인장과 충격에 불리할 수 있습니다. 이 성질을 모든 주철에 그대로 적용해서는 안 됩니다.
| 종류 | 조직·제조 특징 | 성질의 핵심 |
|---|---|---|
| 회주철 | 편상 흑연 | 절삭성·진동 감쇠에 유리, 인장·연성에 한계 |
| 백주철 | 탄소가 주로 시멘타이트로 존재 | 단단하고 취성이 크며 절삭이 어려움 |
| 가단주철 | 백주철을 장시간 풀림해 템퍼 카본 형성 | 연성·인성 개선 |
| 구상흑연주철 | Mg·Ce 등으로 흑연을 구상화 | 노치 효과 감소, 강도·연성 개선 |
| 칠드주철 | 표면을 급랭하여 백주철화 | 표면의 높은 경도·내마모성 활용 |
05흑연화와 주철의 성장
탄소·규소 함량과 냉각 속도는 흑연과 시멘타이트의 형성에 영향을 줍니다. 강의에서는 탄소·규소가 많고 흑연화가 쉬운 조건과, 급랭으로 시멘타이트가 남는 조건을 비교합니다.
반복 가열·냉각으로 주철의 부피가 영구적으로 늘어나는 현상을 성장이라고 합니다. 조직 변화, 흑연화와 산화 등이 관련되며 균열과 성능 저하로 이어질 수 있습니다. 단순한 가열 중 열팽창과 구분해 기억합니다.
이 절의 핵심 정리
- 탄소량의 영향은 조직과 열처리 조건을 함께 보아야 합니다.
- 상온 취성은 P, 적열 취성은 S와 연결해 구분합니다.
- 주철의 성질은 흑연의 존재 여부와 모양에 크게 좌우됩니다.
- 주철의 성장은 반복 가열·냉각에 따른 영구적 부피 증가입니다.
강의 자료2.6 탄소강과 주철의 기계적 성질
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