FC200은 기계 설계 및 부품 조달 현장에서 널리 사용되는 주철 재료의 일종입니다. 엔진 블록, 브레이크 디스크, 내연 엔진·유압 기기의 부품, 공작 기계의 침대 등, 친숙한 산업 제품에도 이용되고 있어 특성의 이해는 재료 선정에 필수적입니다.
이번 내용에서는 FC200로부터 정의, 특성이나 장점·단점에 대해 해설합니다. 또한 대표적인 용도나 가공상의 주의점과 설계의 요령도 언급할 수 있으므로 단시간에 FC200의 포인트를 파악하여 재료 선정에 활용하고 싶은 분은 끝까지 보시기 바랍니다.
목차
FC200의 정의
FC200과 FC250의 차이
FC200과 FC250은 모두 회주철입니다. 두 재질의 주요 차이점은 다음과 같습니다.
| 목 | FC200 | FC250 |
| 인장 강도 | 200MPa 이상 | 250MPa 이상 |
| 경도(HB) | 기준: ~223 | 기준: ~241 |
두 재질 모두 흑연을 많이 함유하기 때문에 인성이나 연성은 낮고 충격이나 인장에 약한 취성재인 점은 변하지 않습니다. 가공면에서는 모두 절삭 가공성은 양호하지만 용접이나 소성 가공에는 적합하지 않으며 설계상으로는 「주조로 모양을 만들고 절삭으로 마감」하는 것이 전제됩니다.
용도로는 엔진이나 브레이크 디스크, 기계 베이스와 같은 마모나 진동을 수반하는 부위에 널리 이용되며, 특히 고부하 조건에서는 FC250이 선택됩니다. 비용 차이는 거의 없기 때문에 필요한 강도·경도를 충족시킬지 여부가 선정 기준입니다.
FC200과 SS400의 차이
SS400은 일반 구조용 강철(열간 압연재)로, 회주철인 FC200과는 재질계와 제조법이 근본적으로 다릅니다. 주요 차이점은 다음과 같습니다.
| 항목 | FC200 | SS400 |
| 제조법 | 주조 | 열간 압연 |
| 조직·특징 | 편상 흑연을 포함한다(진동 감쇠◎) | 페라이트/펄라이트 주체(균질하고 인성◎) |
| 인장 강도 | 200MPa 이상 | 400~510MPa |
| 경도(HB) | 기준: ~223 | 130~160 |
| 가공성 | 절단: 좋은
용접·소성:불가~곤란 |
절단: 가능
용접·소성: 용이 |
| 진동・마모 | 감쇠성・내마모：높음 | 감쇠성: 낮음 |
기계적 성질은 SS400이 우위인 반면 경도와 기능 특성은 FC200이 더 뛰어납니다. 또한 가공은 FC200이 절삭 양호하지만 용접, 절곡, 성형은 기본 부적합합니다. SS400은 용접, 절곡, 성형이 용이하고 가공 자유도가 높은 것이 특징입니다.
용도는 FC200이 엔진 블록, 브레이크 디스크, 기계 베이스 등 마모·진동 용도, SS400이 프레임, 보, 제관, 배관 등 용접 구조에 널리 사용됩니다.
선정의 기본은 복잡 형상을 일체 주조하고 내마모·감쇠를 중시한다면 FC200, 용접 조립이나 시작·소롯으로 범용성과 입수성을 중시한다면 SS400입니다.
FC200의 특성
지금부터는 FC200의 기계적인 성질과 물리적·화학적인 성질로 나누어 살펴봅시다.
FC200의 기계적 특성
FC200의 주요 기계적 특성의 대표값은 다음과 같습니다.
| 목 | 단위 | 값 |
| 인장 강도 | MPa | 200MPa 이상 |
| 경도 | HB | ~223 |
일반적인 구조용 탄소강과 비교하면 강도는 절반 정도지만 경도는 오히려 높은 수준입니다. 단단한 만큼 취성도 함께 가지며 충격 하중에 약한 점에 주의해야 합니다.
또한 FC200의 압축 강도는 인장 강도보다 높고 압축 하중에는 비교적 강하다는 특성도 있습니다. 일반적으로 FC200은 기계적으로는 압축 하중이나 설치 용도에 적합하며 인장이나 충격을 받는 용도에는 적합하지 않다고 할 수 있습니다.
FC200의 물리적 및 화학적 특성
다음으로 FC200의 주요 물리적 특성을 나타냅니다.
| 목 | 단위 | 값 |
| 비중 | – | 7.2 |
| 영률 | GPa | 100 |
| 선팽창 계수 | ×10 –6 /℃ | 10.0~11.0 |
| 열전도율 | W/m·K | 43 |
| 비열 | J/kg・℃ | 530 |
비중은 7.2로 강철보다 약간 낮으므로 동형상이라도 강철보다 약간 경량화가 가능합니다. 반면 비열은 강철보다 10% 정도 높고 열전도율도 비교적 양호합니다. 그 때문에, FC200제의 부품은 열이 차지 않고 고온이 되기 어려운 이점이 있어, 엔진이나 브레이크 부품 등 발열하는 용도로도 온도 상승을 억제하는 효과를 기대할 수 있습니다.
화학적인 조성에 대해서는 전술한 바와 같이 탄소(C)가 2.5~4.0%, 규소(Si)가 0.8~3.0% 정도 함유되는 것 외에 망간(Mn)과 인(P), 황(S) 등이 몇 % 이하씩 포함됩니다.
FC200의 장점과 단점
여기에서는 FC200의 장점과 단점에 대해 설명합니다.
장점: 내마모성, 가공성, 진동 감쇠성
FC200에는 다음과 같은 이점이 있습니다.
- 높은 내마모성
탄소(흑연)가 많이 함유된 FC200은 경도가 높아 마모가 잘 되지 않는 소재입니다. 흑연이 윤활제 역할을 하며 마찰에 의한 감모를 억제하기 때문에 슬라이딩 부품이나 마모가 심한 곳에 적합합니다.
- 우수한 절삭 가공성
FC200은 절삭하기 쉬운 재료로 알려져 있습니다. 조직 중의 편상 흑연이 칩을 잘게 부수고, 흑연 자체가 공구의 윤활제가 되기 때문에 절삭 저항을 줄일 수 있습니다.
- 높은 진동 감쇠성(제진성)
FC200은 진동을 빠르게 흡수 및 감쇠시키는 능력이 뛰어납니다. 편상흑연의 존재가 재료 내부에서 진동에너지를 분산·흡수하기 때문에 기계 가동 시 진동과 작동음을 줄여줍니다. 정밀 가공 기계의 설치 강성이나 정밀도 안정성에도 효과적입니다. - 내열성
FC200은 내열성도 우수한 점이 장점입니다. 실제로 엔진 실린더 블록이나 브레이크 디스크 등 고온 환경에서 사용되는 부품에도 FC200이 사용됩니다.
단점：용접 불가・충격에 약하다
- 용접이 곤란 (용접성이 낮음)
FC200은 용접에 적합하지 않은 재료입니다. 고탄소 주철은 용접 시의 열로 부분적으로 경화되기 쉽고, 열영향부에 균열(용접 균열)이 생기기 쉬운 경향이 있습니다. 기본적으로 FC200을 사용할 때는 용접 구조를 피해야 합니다. - 취약하고 충격에 약함
FC200은 인성이 낮고 충격 하중이나 절곡에 약한 점이 단점입니다. 신장(파단 변형)은 불과 몇 % 정도밖에 되지 않으며, 인성 있는 강철과 같이 크게 변형되기 전에 깨져 버리는 성질이 있습니다. 단조나 프레스 절곡 등 소성 변형을 수반하는 가공에는 적용할 수 없습니다.
FC200의 대표적인 용도와 채용 이유
특성과 장점·단점을 근거로 해 FC200이 실제로 어떠한 용도로 채용되고 있는지를 살펴봅시다.
| 용도 | 채용 이유 |
| 공작 기계 침대 프레임 | 높은 진동 감쇠성으로 절삭시의 진동을 억제하고 기계 강성을 안정시키기 위해 |
| 내연엔진·유압기기의 주요부품 | 내열성과 열전도율의 밸런스가 좋고, 냉각수나 오일의 유로를 포함한 복잡한 형상을 일체 성형할 수 있기 때문에 |
| 기어・베어링・접동 부품 | 고경도로 마찰에 강하고, 자기 윤활성에 의해 비틀림이 어렵기 때문에 |
| 브레이크 디스크, 브레이크 드럼 | 높은 경도에 의한 내마모성과 우수한 열적 특성으로부터 반복적인 제동에 견딜 수 있기 때문에 |
| 산업용 인프라 부품 | 압축 하중이나 마모에 대한 강도와 저렴하게 대량 생산할 수 있는 주조성이 요구되기 때문에 |
FC200 가공의 주의점과 설계 요령
FC200은 가공 현장에서도 취급될 기회가 많은 소재입니다. 그 가공상의 주의점과 설계 단계에서 알아 두고 싶은 요령에 대해 해설합니다.
절삭 가공
FC200은 내부 흑연의 작용으로 깎기 쉬운 재료이지만 설계 시에는 칩 처리까지 이미지화해야 합니다. 칩은 미분말이 되어 깊은 홀이나 복잡 형상으로 막힘이 쉽게 가공 불량의 원인이 됩니다.
FC200의 절삭 용이성은 비용 절감으로 이어지는 큰 장점이므로 이점을 최대한 살리기 위해서도 칩이 배출되기 쉬운 심플한 형상에 유의한 설계를 추천합니다.
소성 가공
설계의 대전제로서 FC200은 「절곡할 수 없다, 용접할 수 없다」고 생각해 주세요. FC200은 단단한 반면 유리처럼 부서지는 성질을 가지고 있기 때문에 강재처럼 프레스로 구부리거나 부품끼리 용접으로 접합할 수 없습니다. 만약 그런 가공을 하면 쉽게 깨져 버립니다.
따라서 부품끼리의 결합에는 반드시 볼트 체결 등을 채용하고 형상은 일체로 주조하거나 블록재로부터의 절삭을 전제로 설계를 진행할 필요가 있습니다.
디자인 포인트
FC200의 설계에서 가장 중요한 것은 「깨짐을 방지하는 형상」입니다. FC200은 충격에 약하고 힘이 한 점에 집중되면 그곳을 기점으로 파괴되기 쉽기 때문입니다.
설계로 할 수 있는 대책은 2종류입니다. 첫 번째는 모서리라는 모서리에 반드시 곡면(R)으로 처리하는 것입니다. 특히 리브의 접지력 등 힘이 집중되기 쉬운 곳에서 구할 수 있습니다. 두 번째는 두께를 가능한 한 균일하게 하는 것입니다. 주조 시 냉각 얼룩으로 인한 내부 결함을 방지합니다.
「큰 R」과 「균일한 두께」의 2점을 지키면, 신뢰성이 높은 부품으로 연결됩니다.
요약
FC200은 「경직하고 마모에 강하며 진동 흡수성이 뛰어나다」는 장점과 「여리하고 충격이나 인장에 약하다」는 단점이 뚜렷한 재료입니다. 특성을 이해하고 적재적소에서 활용하는 것이 설계의 열쇠입니다.
뛰어난 내마모성이나 진동 감쇠성은 공작기계의 침대나 엔진 부품과 같이 높은 치수 안정성이나 슬라이딩 성능이 요구되는 용도로 진가를 발휘합니다. 주조성의 높이를 살리면, 복잡 형상의 부품을 일체로, 또한 경제적으로 제조 가능합니다. 한편 인성이 낮기 때문에 큰 충격하중이 가해지는 안전부품이나 용접을 전제로 한 구조물에 대한 사용은 절대로 피해야 합니다. 만약 강도나 끈기가 부족한 경우에는 강철에 가까운 성질을 가진 구상 흑연 주철(FCD재)로의 변경이 효과적입니다. 또한 절곡이나 용접이 필수적인 설계라면 주철이 아닌 SS400 등의 강재를 검토하는 것이 기본입니다.
부품에 요구되는 성능과 제조 방법을 판별해 FC200의 장점을 최대한으로 끌어내는 설계를 유의합시다.
