1. 기계재료 - 철강재료

1. 탄소강 : Fe에 C만 첨가한 강

* Fe 순철(C : 0~0.02%), 강철(C : 0.02~2.08%), 주철(C : 2.08~6.67%)

 1. 탄소강의 표준 조직

페라이트 : 전연성이 크다

오스테나이트 : 비자성체이며 인성과 전기 저항이 크다

시멘타이트 : 경도와 취성이 크며 자성이 있지만 25˚C에서 비자성체가 된다

펄라이트 : 페라이트와 시멘타이트가 층상을 이루고 있다

 

 2. 탄소강의 기계적 성질

* 탄소강 : 철에 0.02~2.08%의 탄소가 함유된 강, 담금질, 뜨임, 풀림에 의한 성질이 변하고 이에 따른 용도가 넓다

• 탄소 함유량이 증가할수록 경도, 항복점, 인장강도가 증가 연신율, 인성 단면수축률, 비중, 용융온도가 감소
• 200~300˚C에서 취성에 취약해지는 청열취성이 나타남

 3. 탄소강의 취성(=메짐)

• 청열취성 : 탄소강이 200~300˚C에서 경도가 커져 취성이 나타나는 성질
• 적열취성 : 황(S)을 함유한 강이 900~1000˚C에서 취성이 나타나는 성질[망가니즈(Mn)를 첨가하여 방지함]

 4. 탄소강에 함유된 원소의 영향

* 철강의 5대 원소 : 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S)

* 헤어크랙 : 수소의 영향으로 머리카락같은 균열이 발생함

• 인(P) : 상온취성의 원인
• 황(S) : 적열취성의 원인

 5. 탈산에 따른 강괴의 종류

• 림드강(산소가 들어있는) : 강 내부에 기포가 남아있는 결함이 나타남
• 킬드강 : 산소를 완전히 제거한 강
• 세미킬드강 : 킬드강과 림드강의 중간 정도의 강

2. 합금강 : Fe + C + ? = 특수강(합금강)

 1. 합금강의 특성

• 니켈(Ni) : 강인성, 내식성, 내마모성 증가
• 규소(Si) : 전자기적 성질 개선
• 텅스텐(W) : 경도, 내마멸성, 고온강도,경도 증가
• 코발트(Co) : 고온강도와 고온경도 증가

 2. 구조용 합금강의 종류(기계몸체 교량 선박 다리)

   1. 강인강

• 니켈(Ni)강 : 강인성과 자경성(자기스스로단단해짐)
• 니켈 크로뮴 몰리브데넘강

 3. 내식(부식에 견딤) 내열용 합금강의 종류

• 스테인리스강
• 오스테나이트계 스테인리스강 : 18-8형 스테인리스강 : Cr 18%, Ni 8%

 4. 특수 용도용 합금강의 종류

• 쾌삭강 : 강에 황(S), 납(Pb)를 첨가하여 피삭성을 높이고 공구의 수명을 길게 하기 위한 강
• 규소강 : 발전기, 전동기, 철심재료에 적합
• 불변강 : 온도 변화에 따른 열팽창계수, 탄성계수의 변화가 거의 없는 강(인바, 엘린바, 슈퍼인바, 플래티나이트)

3. 주철과 주강

 1. 주철의 특성( 탄소를 2.5~4.6% 함유함)

• 주조성(금속을 주물로 만들기 쉬운 정도)이 우수
• 단위무게당 가격이 저렴
• 표면은 녹이 잘 슬지 않으며 칠이 잘됨
• 내마모성과 마찰저항이 우수
• 압축강도가 큼, 감쇠능(진동을 흡수하는 성질)이 뛰어남
• 응고 후 수축이 큼(단점)
• 충격값이 작음(단점)
• 굽힘강도, 인장강도가 작음(단점)
• 주철의 성장 : 600˚C에 가열과 냉각을 반복하면 부피증가로 파열되는 현상(단점)
• 취성이 큼(단점)

 2. 주철의 일반적인 조직

• 마우러 조직도 : 탄소와 규소량에 따른 주철의 조직 관계를 나타냄

 3. 주철의 종류

• 미하나이트 주철 : 용융주철에 접종제를 첨가 인장강도가 높고 담금질이 가능하고 내열용, 내마모용 등에 사용
• 합금주철 : 보통주철에 니켈(탄소가 잘만들어지게 흑연화촉진), 크롬(흑연화방지, 탄화물안정화), 몰리브덴, 구리, 마그네슘을 첨가하여 기계적성질을 개선

* 특수주철

• 가단주철 : 백주철 열처리하여 강도와 연성향상
• 구상흑연주철 : 덕타일주철, 노듈러주철이라고도 함, 마그네슘 세륨 칼슘 첨가하여 강도와 연성을 개선

4. 열처리 : 기계적 성질을 개선, 원하는 특성을 부여하기위한 목적으로 가열과 냉각 조작을 가하는 기술

 1. 담금질 : 온도를 올려서 급랭시킴

• 강도나 경도를 높이기 위함
• 물이나 기름에 급랭
• 담금질 후 뜨임
• 담금질로 강도와 경도가 올라가는 장점이 있지만 연성이 줄어들어 깨지는 성질,뒤틀림
• 뜨임으로 해결

 2. 뜨임 : A1 변태점이하의 온도에서 재가열 하는 열처리

• 저온뜨임 : 연마균열방지 내마모성 향상
• 고온뜨임 : 강인성 부여 500~600˚C로 가열

 

 

 3. 풀림 : 내부응력을 제거

 4. 불림 : 강의 조직을 표준 상태로 만들기 위한 열처리

 

 5. 항온열처리

• 오스템퍼링 : 베이나이트
• 마템퍼링 : 마르텐자이트와 베이나이트의 혼합조직
• 마퀜칭 : 마르텐사이트

 6. 표면경화 열처리 : 겉표면만 열처리

• 침탄법 : 탄소를 침투 시키는 방법
• 질화법 : 질소를 포함하는 암모니아가스로 표면을 경화하는 방법
• 청화법 : 시안화나트륨
• 화염경화법 : 화염으로 일부를 가열한 뒤에 물로 냉각