1. 강(C 0.025%~0.8%)의 조직 .
1) 페라이트 (α- 고용체)
순철에 탄소가 극히 소량 고용된 고용체를 페라이트라고 한다. 부식액에 잘 부식되지 않을 정도로 내식성이 크며, 상온에서 789℃까지 강자성체이며 체심입방격자(BCC)의 구조로 연성이 크다. BCC구조로 격자내 빈공간이 많지만 C가 침입고용할수 있는 자리가 FCC에 비해 상대적으로 적어서 C를 고용하는 양은 적다. 조직사진 관찰시 검게 나온다.
2) 시멘타이트 (Fe3C)
시멘타이트는 0.8％의 탄소강으로부터 6.67％의 주철까지의 주된 성분으로 Fe과 C 의 금속간 화합물로 극히 단단한 성질로 강보다 내식이 크다. 공구강이나 고탄소강에 존재하는 Fe3C 는 충격에 약하므로 구상화 열처리에 의하여 구상시멘타이트화하여 사용하면 충격에 견디는 좋은 공구강을 만들 수 있게 된다. 조직사진 관찰시 하얗게 나오는 편이다.
3) 펄라이트(α+Fe3C)
탄소 0.8％ 와 723℃온도에서 α- 고용체와 Fe3C 의 금속간 화합물이 공석점에서 공석반응에 의해 얻어지는 혼합조직. 펄라이트란 페라이트 조직과 시멘타이트조직이 번갈아가면서 한층씩 자라서 조개 껍질 모양으로 자라있는것을 말한다. γ-Fe의 입계에 Fe3C핵이 먼저 생성되고 Fe3C핵이 얇은 판상으로 성장한다. 그와 동시에 Fe3C의 주변에 ferrite가 생성되고, 그 다음 ferrite 입계에 다시 Fe3C핵이 생성되며 γ-Fe 방향으로 성장한다. Fe3C가 상대적으로 C의 함량이 높기 때문에 Fe3C 가 생성되면 주변의 C농도가 낮아진다(주변의 C를 흡수한다고 보면 된다). 그래서 C를 조금 고용하는 ferrite가 생성되고, ferrite 생성으로 상대적으로 C농도가 올라가서 다시 Fe3C가 생성되는 것이다. 조직사진 관찰시 검게 나온다. ( 펄라이트는 엄밀히 말하자면 조직의 형태로 보기는 힘들다. 하지만 두개가 덩어리로 생기니까 그냥 하나의 조직으로 이해하면 된다. 펄라이트 안에 있는 각각의 ferrite와 Fe3C는 그냥 통째로 펄라이트라고 생각하자. 초석 ferrite나 초석 Fe3C 얘기하는데 펄라이트안에도 그 조직있는데 상관없나 하지 맙시다. 주관적 의견 )
4) 오스테나이트(γ고용체)
γ- Fe 에 탄소가 고용된 γ고용체를 오스테나이트라고 하며 A1(723℃)변태점 이상에서 안정상을 이루는 고온 안정조직으로 인성이 좋고 소성 변형성이 우수한 면심입방격자(FCC)를 이루면 비자성을 갖고 있다. 담금질 후에 저탄소강에는 존재하는 일이 적고 고 탄소강이나 합금강에서 오스테나이트가 잔류 하는데 이로 인하여 치수 변형의 원인이 되기도 한다. FCC구조이기 때문에 BCC보다 빈공간은 적지만 고용할수있는 탄소의 양이 더 많다. α- 고용체 가열시 γ고용체가 될 때 체적의 감소를 보이는데, 이는 FCC의 1개 단위를 이룰때 BCC에 비해 두배의 원자수가 필요하기 때문이다. 따라서 온도가 올라감에도 불구하고 체적 감소를 가져온다. ( 온도 증가시 열로 인해 체적은 증가한다. 원자갯수가 정해져 있는데 원자 갯수가 두배로 필요하면 나올수 있는 결정의 갯수는 절반이 되는 것이므로 결정의 갯수 감소로 체적이 감소한다. )
5) 마르텐사이트
탄소강을 A3 변태점 이상으로 (오스테나이트계 구역) 가열하였다가 급냉하면 페라이트는 억제되고 시멘타이트만 과포화 고용체로 석출 하게 된다. 변태가
생성되는 온도를 Ms 라 하고 변태가 종료되는 점을 Mf 라 한다. 마르텐자이트 변태는 무확산 변태이고 현미경으로 관찰하면 침상조직으로 담금질 작업에 의하여 얻어진다. 무확산변태라서 확산할 시간이 필요하지 않다. 즉 냉각속도에 상관없이 일정 온도가 되면 변태가 일어난다는 뜻이다. 퀜칭시 페라이트가 나오지 않고 마르텐사이트를 얻기 위해 하부임계냉각속도 이상으로 냉각한다. ( 상부 임계 냉각 속도 : Ar''변태 ( 마르텐사이트 변태 ) 가 일어나기 시작하는 냉각속도 , 하부 임계 냉각 속도 : Ar' ( 페라이트 변태 ) 가 전혀 나타나지 않는 냉각 속도 )
6) 트루스타이트 (Troostite)
강을 유냉시킬 때 얻어지는 조직으로 페라이트와 미세 시멘타이트의 혼합조직으로 Ar1 변태를 500~600℃에서 일어나게 할 때나 마르텐사이트를 300 ~400℃로 뜨임하였을 때 얻어지는 조직으로 전자를 담금 트루스타이트 , 후자를 뜨임 트루스타이트라고 하며 이들은 결정상으로 미세한 시멘타이트와 페라이트의 혼합물이다. 아주 미세한 펄라이트를 말하는데, 유냉으로 인해 페라이트 변태가 잠시 일어나지만 낮은 온도에서 일어나기 때문에 확산할 시간이 적어서 조대한 펄라이트가 아닌 미세한 펄라이트가 생성된다.
7) 소르바이트 (Sorbite)
강을 유냉하여 500~600℃에서 얻어지는 조직으로 트루스타이트 조직보다 강하며 여러 조직중 가장 강인한 조직으로 구조용강으로 많이 쓰이며, 인성을 요구하는 Wire Rope 나 Spring 강 등에 쓰이고 있다. 비교적 높은 온도에서 변태가 일어나 확산이 어느정도 잘되어 약간 미세하지만 트루스타이트보다는 조대한 펄라이트가 생성된다.
8) 베이나이트 (Bainite)
강을 오스테나이트 상태로부터 Ar' 변태점과 Ar'' 변태점 사이(150~550℃)에 급냉 유지하였을 때 얻어지는 조직으로 Ar' 변태에 의해 얻어지는 조직을 상부 베이나이트, Ar' 변태에 가까운 저온도에서 얻어지는 조직을 하부 베이나이트라고 한다. 이상의 베이나이트조직은 오스템퍼링 열처리에 의해 얻을 수 있다.
2. 강의 변태 - 1 .
1) 공석 변태(Eutectoid reaction) ( S₁<->S₂+ S₃.냉각시 ->)
고체 내에서 일어나는 상변화(相變化)로 어떤 일정온도에서 일어나며, 그보다 고온에서 1개의 상인 고체가 그보다 저온에서 안정된 2개의 고체상태로 분해되는 현상이다. 탄소강이 728℃에서 오스테나이트가 페라이트와 시멘타이트로 분해되는 변화, 알루미늄청동이 565℃에서 β고용체(固溶體)가 α고용체와 γ상으로 분해되는 현상 등이 대표적인 예이다.
가열에 의해 두 가지 이상의 고체상에서 단일 액체상이 생성되는 등온 가역 반응 .
( 공정 변태( Eutectic reaction ) ) : L <-> S₁+ S₂)
3) 포석 변태 ( Peritectoid reaction ) ( S₁+ S₂-> S₃. 냉각시 )
냉각중의 두 개의 고상이 처음의 두 고상의 조성과는 다른 조성을 지닌 고상으로 등온·가역적으로 변태하는 과정.
4) 포정 변태 ( Peritectic reaction ) ( S₁+ L <-> S₂냉각시 -> )
냉각중의 고상과 액상이 처음의 액상이나 고상의 조성과는 다른 고상으로 등온·가역적으로 변태하는 과정.
3. 강의 변태 - 2 .
Fig.1 강의 변태 .
- A0 변태 : Fe₃C의 자기 변태 . ( 상자성 <-> 강자성 )
- A1 변태 : 공석변태 . ( 오스테나이트 <-> 펄라이트 (Ferrite+Cementite) )
철 원자의 거동 : γ-Fe(FCC) <-> α-Fe(BCC)
탄소 원자의 거동 : 고용탄소 <-> 유리탄소
- A2 변태 : Pure iron의 자기 변태 ( Curie's point )
- A3 변태 : Pure iron의 동소 변태 ( α-Fe <-> γ-Fe )
- A4 변태 : Pure iron의 동소 변태 ( γ-Fe <-> δ-Fe )
'[ 전공 - 신소재 ] > 철강 재료' 카테고리의 다른 글
| 강의 열처리 (0) | 2015.06.24 |
|---|
