주조 금속의 특징과 분류에 대한 설명

주조 금속의 특징과 분류

대부분의 상업용 주조에서는 순수금속보다 합금을 이용한다. 일반적으로 합금이 주조하기에 용이하며 제품 특성이 더 우수하다. 주조 합금은 다음과 같이 구분된다. (1)철계, (2)비철계. 철계 합금은 주철, 주강으로 더 세분화된다.

 

철계 주조합금: 주철

주철(cast iron)은 모든 주조합금 중에서 가장 중요하다. 주철이 주조되는 양은 나머지 모든 합금이 주조되는 양의 몇 배가 된다. 주철에는 여러 종류가 있다. (1)회주철, (2)노듈러주철(nodular cast iron), (3)백주철, (4)가단주철(malleable iron), (5)주철합금이다. 주철의 용탕 주입온도는 조성에 따라 다르지만 일반적으로 1400°C이다.

 

철계 주조합금: 강

강의 기계적 특성은 공학적으로 매우 유용한데, 복잡한 형상을 만들 수 있는 능력은 주조를 강에 있어 매우 의미 있는 공정으로 만들었다. 그러나 주물공장에서 강을 주조하는데 큰 어려움이 있다. 첫째, 일반적으로 주조되는 다른 금속에 비해 강의 용융점은 상당히 높다. 저탄소강은 1540°C에서 응고되기 시작하는데, 이는 훨씬 높은 온도에서 용탕주입이 이뤄져야 한다는 것을 의미한다(대략 1650°C). 이러한 높은 온도에서는 화학적 반응성이 매우 크게 된다. 용융, 용탕 주입 시 쉽게 산화되기 때문에 용탕을 공기로부터 차단하기 위해 특별한 공정이 사용되어야 한다. 또한 용용된 강은 유동성이 좋지 않기 때문에 얇은 부분의 주조에 제약이 따르게 된다. 이러한 문제가 있음에도 불구하고 다음과 같은 특징 때문에 주강을 사용한다. 인장 강도가 410MPa 이상이기 때문에 대부분의 주조금속보다 높으며, 대부분의 주조 합금보다 인성이 양호하다. 주강은 강도가 모든 방향으로 동일하기 때문에 등방성을 가지고 있다. 반면 기계적으로 성형된(에, 압연, 단조) 부품의 기계적 목성은 방향성을 보인다. 제품의 요구사항에 따라 다르지만 재료의 등방성은 바람직한 성질이다. 주강의 또 다른 장점은 용접의 용이성이다. 주물을 보수하지나 강철 구조물을 제작할 때 강도의 손실 없이 쉽게 용접할 수 있다.

 

비철계 주조합금

비철금속은 알루미늄, 마그네슘, 구리, 주식, 아연, 니켈, 티타늄을 포함한다. 알루미늄 합금은 일반적으로 주조가 용이한 것으로 알려져 있다. 순수 알루미늄의 용융온도는 660°C이므로 알루미늄 합금의 용탕주입 온도는 주철과 강보다 낮다. 다음과 같은 성질 때문에 알루미늄이 주조에 매우 적합하다. 가벼운 무게, 열처리에 따라 다양한 강도, 절삭가공의 용이성. 마그네슘 합금은 다른 모든 주물금속보다 가벼우며, 부식에 잘 견디고 무게당 강도비, 무게당 강성비가 높다. 동합금은 청동, 황동, 알루미늄 청동을 포함한다. 바람직한 특징으로 미려한 외관, 양호한 내부식성을 갖고 있으나 구리의 비싼 가격이 사용상의 제한조건이 된다. 파이프 피팅, 배 프로펠러, 펌프 부품, 장신구에 사용된다.

주석은 주조금속 중에서 가장 용융온도가 낮으며 주석합금은 일반적으로 주조하기에 용이하다. 내부식성이 우수하나 기계적 강도는 약해 주석 컵처럼 강도가 요구되지 않는 제품에 사용된다. 아연 합금은 일반적으로 다이캐스팅에 사용되며, 낮은 용융온도, 유동성이 양호해 주조재료로 많이 사용된다. 단점으로는 크리프 강도가 낮아 응력이 많이 걸리는 제품에 사용될 수 없다. 니켈 합금은 높은 온도에서 강도가 높으며 내부식성이 우수해 엔진, 로켓, 내열재 등 높은 온도에서 사용되는 제품에 적합하다. 용융온도가 높아 주조하기에는 용이하지 않다. 티타늄 합금은 부식에 강하며 무게당 강도비가 높다. 그러나 높은 용융온도와 낮은 유동성, 고온에서 산화되기 쉬운 단점이 있어 주조하기 어렵다.