회주철(Gray Cast Iron) 특성, 생산, 자동차 응용 분야 총정리

회주철이란?

회주철은 흑연 편석(flake)이 파단면에 나타나는 주철의 한 종류입니다. '회주철(Gray cast)'이라는 이름은 흑연 주조의 미세 조직을 들여다보면 흑연 편석이 회색으로 보이기 때문에 붙여진 이름입니다.

회주철은 탄소, 실리콘, 망간, 황, 인의 합금입니다. 주조가 용이해 자동차, 트럭, 트랙터 등의 부품 및 액세서리 제조에 널리 사용됩니다.

회주철은 용융 소재를 금형에 붓고 냉각·고체화하여 만듭니다. 회주철의 특성은 다른 주철 종류와 마찬가지로 냉각·고체화 시 각 소재 비율에 따라 달라집니다.

또한 흑연 편석의 모양과 크기도 회주철 특성에 영향을 주어 회주철로 만든 제품에 변이를 만듭니다. 게다가 회주철을 특정 용도에 적합하게 만드는 다른 특징들도 있어 다음 단락에서 논의하겠습니다.

회주철의 특징

● 저렴함(Cheap)

대규모 가공 작업에서는 공정 중 사용되는 소재의 비용과 다용도성이 제조업체가 반드시 고려하는 요소입니다.

회주철은 모든 주철 중 가장 저렴하며, 다용도 용도와 쉽게 구할 수 있는 특성으로 제조업체들 사이에서 주철 소재로 인기가 높습니다.

● 인장 강도(Tensile Strength)

회주철은 대부분 다른 주철보다 인장 강도가 낮습니다. 하지만 일부 경우 강한 변형 저항 능력을 보여, 인장 또는 인발 시 파단되기 전까지 상당한 응력을 견딜 수 있습니다.

● 항복 강도(Yield Strength)

회주철의 항복 강도(영구 변형 전 견딜 수 있는 응력, 또는 원래 치수로 돌아갈 수 없는 지점의 응력)도 보통 다른 주철보다 낮습니다.

● 취성(Brittleness)

회주철은 취성 소재 중 하나로, 낮은 인장 강도에서도 쉽게 부서집니다. 즉, 회주철이 파단되기 전 더 큰 연성을 가진 다른 소재보다 적은 에너지를 흡수합니다.

● 진동 감쇠(Vibration Dampening)

회주철은 제품 작동 시 발생하는 진동을 잘 감쇠시켜 자동차 산업의 부품 및 액세서리 제조에 완벽합니다.

● 열전도율(Thermal Conductivity)

뛰어난 열전도율은 회주철의 실용적 특징 중 하나로, 열을 금속을 통해 쉽게 전도·전달하므로 산업 분야에서 회주철의 광범위한 응용을 가능하게 합니다.

● 열 순환 내성(Withstand Thermal Cycling)

열 순환은 소재가 반복적으로 가열되고 냉각되는 과정입니다. 일부 소재는 열 순환 스트레스를 견디기 어려워 가공 작업 중 조기 파손으로 이어집니다.

하지만 회주철은 열 순환에서 오는 스트레스를 잘 견뎌내며, 회주철로 만든 공작물 가공이 쉽게 실패하지 않고 원활하게 진행되게 합니다.

● 산화 저항(Oxation Resistance)

회주철은 산소와 철의 상호작용으로 발생하는 산화 저항성도 우수합니다. 산소와 철의 상호작용은 부품 표면에 녹을 일으켜 기계나 철로 만든 다른 제품을 손상·파괴할 수 있습니다.

회주철을 제품 제조에 적용하면 높은 녹 방지 능력으로 부식이 쉽게 발생하는 것을 막을 수 있어, 이는 회주철의 또 다른 매력적 특징입니다.

회주철 적용 분야

회주철은 가장 저렴하면서 진동과 열 순환을 견디고, 열전도율이 다른 주철보다 뛰어나 광범위한 용도에 적용됩니다.

진동 감쇠 능력 덕분에 자동차 서스펜션 부품, 스티어링 너클, 트랙터 부품, 트럭 서스펜션 부품, 기타 트럭 부품, 기계 베이스 등에 사용됩니다.

뛰어난 열전도율과 열 순환 내성 덕분에 난로 부품, 풍력 터빈 하우징에도 적합합니다.

또한 높은 녹 방지 능력으로 산소와 철이 접촉해 부식이 생기기 쉬운 환경(예: 물)에서 유압 부품, 펌프, 밸브, 웨이트 및 카운터웨이트, 피스톤 링 생산에도 적용됩니다.

회주철 vs 구상흑연주철(Nodular Cast Iron / Ductile Iron)

모든 주철 종류 중 회주철 외에도 구상흑연주철이 오늘날 가공 작업이나 타 제품 제조에 널리 사용됩니다.

이 두 종류는 모두 흑연 합금이지만, 구조, 인장 강도, 항복 강도 등에서 차이가 있어 산업 분야에서 서로 다른 용도에 적합합니다.

● 구조(Structure)

앞서 언급했듯 회주철은 흑연 편석(flake) 합금으로, 회색 외관과 물성을 가집니다.

구상흑연주철도 흑연 합금이지만, 구조가 편석이 아닌 구형(ball) 형태입니다. 이것이 회주철과 구상흑연주철 외관의 가장 큰 차이입니다.

구조 차이로 인해 인장 강도, 항복 강도 등 특성도 여러 관점에서 다르게 나타납니다. 구형 모양 물체가 편석 모양보다 여러 면에서 더 유연하기 때문입니다.

● 인장 강도(Tensile Strength)

인장 강도는 성형 공정 중 파단(크랙, 파쇄) 전 소재가 견딜 수 있는 최대 인장 응력입니다.

구상흑연주철이 이 특징에서 회주철을 능가합니다. 구상흑연주철 최대 인장 강도는 90,000 psi, 회주철은 35,000 psi에 불과합니다. 따라서 구상흑연주철이 가공 작업을 더 오래 견딜 수 있습니다.

● 항복 강도(Yield Strength)

항복 강도(영구 변형 전 견딜 수 있는 응력, 원래 치수 복귀 능력 한계점)는 구상흑연주철이 최대 40,000 psi로 회주철보다 우수합니다.