회주철 입자 정련 방법
접종 치료
접종제 사용: 용융 철을 붓기 전에 페로실리콘 접종제와 같은 접종제를 첨가합니다. 접종제에 함유된 유효 원소(예: 실리콘)는 외부 핵 역할을 하여 핵의 수를 증가시킵니다. 첨가량은 일반적으로 용융 철 질량의 0.2%~0.8%이며, 이를 통해 결정립을 효과적으로 미세화하고 흑연의 형태를 개선할 수 있습니다.
접종 방법: 주입법을 사용할 수 있는데, 이는 접종제를 국자 바닥에 넣는 방식입니다. 용융철을 국자에 부을 때 접종제가 용융철에 고르게 용해됩니다. 또한, 순간 접종법도 있는데, 이는 주입 과정 중에 접종제를 첨가하여 주입 마지막 단계에서 핵을 제공하고 결정립을 더욱 정련할 수 있도록 하는 방식입니다.
합금
티타늄, 지르코늄 및 기타 원소 첨가: 회주철에 적절한 양의 티타늄(0.05%~0.15%), 지르코늄(0.05%~0.2%) 및 기타 원소를 첨가합니다. 이러한 원소들은 티타늄 카바이드 및 질화물과 같은 고융점 화합물을 형성하여 비자발적 결정핵 역할을 함으로써 결정립을 미세화할 수 있습니다.
주입 조건 제어
주입 온도 낮추기: 주입 온도를 적절히 낮추면 캐비티 내 용융 철의 과냉각도가 증가하여 결정핵의 생성 및 성장에 유리하고, 결과적으로 결정립 미립화에 도움이 됩니다. 그러나 주입 온도가 너무 낮으면 용융 철의 유동성이 떨어져 주입량 부족 등의 결함이 발생하기 쉽습니다. 일반적으로 주입 온도는 1300~1380℃로 조절합니다.
주입 속도 향상: 빠른 주입은 용융 철이 캐비티 내에서 빠르게 흐르도록 하여 용융 철의 온도 균일성을 향상시킵니다. 동시에, 발생하는 대류는 결정핵의 분산을 촉진하고 결정립 미세화를 돕습니다.
회주철의 결정립을 미세화하면 기계적 특성에 여러 가지 긍정적인 효과가 있습니다.
근력 향상
결정립 미세화 후, 결정립계 면적이 증가합니다. 결정립계는 전위의 이동을 방해할 수 있으므로, 외부 힘이 가해지면 전위가 결정립계에 축적되고, 전위가 계속 이동하려면 더 큰 외부 힘이 필요하게 되어 회주철의 인장 강도와 압축 강도가 향상됩니다. 예를 들어, 효과적인 결정립 미세화를 거치면 회주철의 인장 강도가 20~30% 증가할 수 있습니다.
인성 향상
미세한 결정립은 재료가 힘에 의해 변형될 때 응력 집중을 분산시키는 역할을 합니다. 응력 집중은 조대 결정립의 결정립계에서 발생할 가능성이 높지만, 미세 결정립은 응력을 더 많은 결정립계를 통해 분산시키고 전달하여 국부적인 응력 집중을 줄여줍니다. 따라서 재료의 인성이 향상되고 충격 하중 하에서 취성 파괴가 발생할 가능성이 줄어듭니다.
경도 향상
결정립 미세화는 회주철의 경도를 증가시킵니다. 이는 결정립이 작아질수록 원자 간 결합력이 미세한 수준에서 더욱 고르게 분포되어 변형에 대한 저항력이 향상되기 때문입니다. 내마모성이 요구되는 일부 응용 분야에서는 경도 향상이 회주철의 내마모성을 개선할 수 있습니다.
