구상흑연주철인가 회주철인가: 주물 등급 선택
회주철은 감쇠 성능이 좋고 구상흑연주철은 그렇지 않은 이유, EN-GJL과 EN-GJS 등급이 실제로 보증하는 것, 머신 베이스에 맞는 재질을 설명합니다.
머신 베이스를 주조하기로 했다면 다음 질문은 어떤 주철이냐입니다. 솔직한 답은 회주철이 기본이라는 것이며, 그 이유를 대략적으로 말할 수 있는 사람은 많아도 정확하게 말할 수 있는 사람은 적습니다.
차이는 흑연의 형태입니다
둘 다 탄소를 몇 퍼센트 함유한 철이며, 둘 다 탄소가 화합물로 남지 않고 흑연으로 석출됩니다. 다른 것은 흑연이 취하는 형태입니다.
회주철에서는 흑연이 편상으로 형성됩니다. 이 편상 흑연은 사실상 내부 균열입니다. 금속 기지를 끊기 때문에 이 재료는 인장에 비교적 약하며, 회주철 주물은 휘지 않고 회색의 입상 파단면을 보이며 깨집니다.
구상흑연주철에서는 마그네슘 처리로 흑연이 구상으로 형성됩니다. 구상 흑연은 기지를 훨씬 덜 끊으므로, 이 재료는 강재의 인성을 훨씬 많이 유지하며 파단 전에 항복하고 늘어납니다.
나머지는 모두 이 하나의 차이에서 비롯됩니다.
더 약한 재료가 대개 올바른 이유
인장 강도를 떨어뜨리는 편상 흑연은 동시에 막대한 내부 계면 면적이기도 하며, 계면 면적은 진동이 열로 바뀌는 곳입니다. 회주철은 감쇠 성능이 좋으며, 그 이유는 평평한 흑연 불연속부로 가득 차 있기 때문입니다. 구상흑연주철은 인성을 얻는 대신 이를 내주었으므로 감쇠 성능이 눈에 띄게 낮습니다.
머신 베이스에서는 인장 강도가 필요한 경우가 드뭅니다. 구조물은 주로 낮은 응력 수준의 압축과 굽힘으로 작용합니다. 필요한 것은 기계의 울림이 멈추는 것입니다. 그래서 엔지니어가 약하고 취성이 있다고 설명하는 재료가 그 자리에 맞으며, 더 인성이 높은 등급이 오히려 타협안입니다.
이것이 한쪽을 다른 쪽으로 대체하는 것이 실질적인 설계 변경인 이유이기도 합니다. 회주철에서 채터가 한계 수준이던 기계는 구상흑연주철로 바꾸면 허용할 수 없는 상태가 될 수 있습니다.
등급 표기 읽는 법
EN 1561과 EN 1563에 따른 유럽 관행은 다음과 같습니다.
- EN-GJL-xxx는 편상(Lamellar) 흑연을 가진 회주철입니다. EN-GJL-200, 250, 300.
- EN-GJS-xxx-y는 구상(Spheroidal) 흑연을 가진 구상흑연주철입니다. EN-GJS-400-15, 500-7, 600-3.
숫자는 MPa 단위의 최소 인장 강도입니다. 구상흑연주철의 두 번째 숫자는 퍼센트로 표시한 최소 연신율이며, 이것이 이 등급의 핵심입니다. 옛 독일식 표기인 EN-GJL-250에 해당하는 GG25와 EN-GJS-400-15에 해당하는 GGG40은 지금도 일상적으로 쓰이며 도면에서도 볼 수 있습니다.
대체로 EN-GJL-250 / GG25가 머신 베이스의 주력 등급입니다. 미세한 편상 흑연을 가진 펄라이트 기지로, 베이스에 필요한 감쇠 성능과 우수한 가공성을 유지하면서 실용적인 강도와 경도를 제공합니다.
함정: 강도는 단면에 따라 달라집니다
대형 주물에서 사람들이 곤란을 겪는 부분이 여기입니다.
등급의 숫자는 정해진 크기의 별도 주조 시험편에서 EN 1561에 따라 측정한 값입니다. 머신 베이스는 시험편이 아닙니다. 두꺼운 단면은 천천히 냉각되어 흑연이 조대해지고, 시험편이 시사하는 것보다 강도와 경도가 낮아집니다.
벽 두께가 60 mm인 베이스라면 벽의 강도는 등급 최소값보다 상당히 낮을 것입니다. 이는 정상적이고 예상된 것이며 규격에서도 다루고 있고, 결함이 아닙니다. 하지만 이는 다음을 의미합니다.
- 등급과 지배 단면 두께를 함께 지정하십시오.
- 시험 재료를 어디에서 채취할지 합의하십시오. 별도 주조 시험편, 부착 주조 시험편, 또는 주물 자체에서 잘라낸 시편입니다. 이들은 서로 다른 값을 내며, 그 차이는 작지 않습니다.
- 가공이나 마모면 때문에 경도 범위가 중요하다면 이를 별도로 지정하고 측정 위치도 명시하십시오.
이를 건너뛰면 양측 모두 같은 규격을 올바르게 읽고 있는데도 검사 단계에서 분쟁이 생깁니다.
구상흑연주철이 맞는 곳
기계의 모든 부품이 베드는 아닙니다. 구상흑연주철은 다음과 같은 경우에 적합합니다.
- 부품이 충격이나 쇼크, 또는 반복 인장 하중을 받는 경우.
- 파손이 위험할 수 있어 취성 파단보다 항복을 원하는 경우.
- 단면이 얇고 높은 응력을 받는 경우.
- 감쇠 구조물이 아니라 브래킷, 암, 레버, 하우징, 받침대인 경우.
프레스, 크러셔, 그리고 급격한 하중 반전이 있는 모든 장비는 바로 이런 이유로 구상흑연주철을 자주 사용합니다.
주물 도면에 적어야 할 사항
- EN 1561 또는 EN 1563에 따른 등급, 그리고 업체가 옛 표기를 쓴다면 그에 해당하는 표기.
- 지배 단면 두께.
- 시험 재료의 채취 위치와 합격/불합격 판정 대상 특성.
- 중요한 경우 경도 범위와 측정 위치.
- 요구되는 비파괴 검사와 합격 등급.
- 주물 보수를 허용하는지 여부와 그 방법.
- 가공 전 시효 처리 또는 응력 제거, 그리고 차트 필요 여부.
마지막 항목은 정밀 베이스에서 선택 사항이 아닙니다. 주물은 몰드 안에서 불균일하게 냉각되어 잔류 응력을 안고 있으며, 황삭이 그 응력을 해방시키면 부품이 변형됩니다. 이 글과 함께 주물 결함과 불합격 기준 및 응력 제거와 평면도 가이드를 읽어 보십시오.
자주 묻는 질문
기계 베드에 더 강한 구상흑연주철 대신 회주철을 쓰는 이유는 무엇입니까?
회주철을 약하게 만드는 흑연이 바로 감쇠 성능을 만드는 흑연이기 때문입니다. 편상 흑연은 금속 기지를 끊어 진동을 소산시킵니다. 구상흑연주철의 구상 흑연은 기지를 그만큼 끊지 않으며, 바로 그 때문에 구상흑연주철이 더 인성이 높습니다. 기계 베드에서는 대개 인장 강도보다 감쇠 성능이 더 중요하므로, 더 약한 재료가 올바른 선택입니다.
EN-GJL-250의 250은 무엇을 의미합니까?
EN 1561에 따라 별도 주조한 시험편에서의 최소 인장 강도 250 MPa를 의미합니다. 이는 보증된 하한값이지 실제 주물을 설명하는 값이 아닙니다. 실제 부품의 두꺼운 단면은 냉각 속도가 다르기 때문에 강도가 시험편보다 낮습니다. 등급과 단면 두께를 함께 지정하고, 시험편을 어디에서 채취할지 합의하십시오.
주물 공장이 회주철을 주입할 수 없다면 구상흑연주철로 대체해도 됩니까?
기계 동특성을 다시 검토한 경우에만 가능합니다. 강도와 인성은 얻지만 감쇠 성능은 잃으므로, 채터가 한계 수준이던 기계는 허용할 수 없는 상태가 될 수 있습니다. 이는 발주서에서 그냥 넘길 재질 대체가 아니라 실질적인 설계 변경입니다.
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