소개글
"아주대 미세조직"에 대한 내용입니다.
목차
1. 아주대 미세조직
1.1. 실험 목표
1.2. 이론적 배경
1.2.1. 미세조직
1.2.2. 시편
1.2.2.1. S45C
1.2.2.2. Al2024
1.2.2.3. 주조와 소결
1.2.3. 시편 준비
1.2.3.1. Sectioning (Cutting)
1.2.3.2. Mounting
1.2.3.3. Grinding
1.2.3.4. Polishing
1.2.3.5. Etching
1.2.4. 현미경
1.2.4.1. OM(optical microscope)
1.2.4.2. SEM(scanning electron microscope)
1.2.5. 미세조직 분석 방법
1.2.5.1. Circle 법
1.2.5.2. 직경측정법
1.2.5.3. ASTM No법
1.3. 실험 방법
1.3.1. 실험 준비물
1.3.2. 시편 준비
1.3.3. 시편 관찰
1.4. 실험 결과
1.4.1. OM 관찰 결과
1.4.1.1. S45C
1.4.1.2. Al2024
1.4.2. SEM 관찰 결과(S45C)
1.5. 결론 및 고찰
2. 참고 문헌
본문내용
1. 아주대 미세조직
1.1. 실험 목표
이 실험의 목적은 재료의 미세조직을 직접 관찰하고 이론과 실제를 비교, 분석하여 이해하는 것이다. 또한 재료의 미세조직을 관찰, 분석하는 데 필요한 준비 과정과 현미경 관찰 및 분석 방법을 익히는 것이다. 이를 통해 재료의 미세구조와 기계적 성질 간의 관계를 이해할 수 있다. 구체적으로는 금속재료의 미세조직을 현미경으로 관찰하고, 미세조직 분석 방법인 Circle 법, 직경측정법, ASTM No법을 활용하여 입자 크기를 측정하며, 이를 토대로 재료의 기계적 성질을 예측할 수 있다. 또한 시편 준비 과정인 Sectioning, Mounting, Grinding, Polishing, Etching 방법을 직접 수행하면서 이에 대한 이해를 높일 수 있다.
이번 실험에서 사용하는 재료는 S45C와 Al2024이다. S45C는 탄소강으로 오스테나이트, 페라이트, 시멘타이트, 펄라이트 등의 다양한 상이 존재하며, Al2024는 알루미늄 합금으로 분말 압축, 소결 공정을 거쳐 제작된다. 이러한 재료의 미세조직을 관찰하고 분석하는 것이 이번 실험의 주된 목적이다.
시편 준비 과정에서는 Sectioning을 통해 적절한 크기로 자르고, Mounting으로 손쉽게 다룰 수 있는 형태로 만든다. 그리고 Grinding과 Polishing을 통해 표면을 매끄럽게 가공하고, Etching으로 미세조직을 선명하게 드러낸다. 이렇게 준비된 시편을 OM과 SEM을 이용해 관찰하며, Circle 법, 직경측정법, ASTM No법으로 미세조직을 분석한다.
이번 실험을 통해 재료의 미세구조와 기계적 성질의 관계를 직접 확인하고, 미세조직 관찰 및 분석 기술을 익힐 수 있다. 또한 시편 준비와 현미경 관찰 방법을 배우면서 실험의 전 과정을 경험할 수 있다. 이를 통해 재료과학 이론을 실제로 적용하고 심화할 수 있을 것이다.
1.2. 이론적 배경
1.2.1. 미세조직
미세조직은 광학현미경 또는 전자현미경으로 관찰한 결정립 크기 및 형태, 결함 유무, 상분포, 분포 형상, 편석의 형태에 대한 이미지이다. 재료의 성질이나 특성은 그 재료의 내부조직과 관계가 있다. 현미경으로 관찰한 금속재료의 조직은 돌담 모양을 한 결정립의 집합체로 결정립의 집합상태와 격자결함의 양, 상태 등에 따라 금속의 기계적, 물리적, 전기적 물성에 영향을 끼친다.
S45C는 탄소의 함량이 약 0.45wt%인 탄소강을 의미하며, 아공석강에 속한다. 아공석강을 고온의 균질한 오스테나이트상에서 775℃까지 서서히 냉각하면 오스테나이트의 결정립계에서 초석 페라이트가 핵 생성하고 alpha 입자들이 성장하여 오스테나이트 상과 페라이트 상이 공존하게 된다. 그 상태에서 공정 온도에 도달하기 직전까지 냉각하면 남아있는 오스테나이트의 탄소 함량이 0.76 wt%로 증가하며, 727℃에서 공석 반응을 일으켜 펄라이트가 된다. 펄라이트의 미세조직은 변태 시 동시에 형성되는 페라이트와 시멘타이트(Fe3C)가 층상구조를 이루고 있다. 기계적으로, 펄라이트는 무르고 연성인 페라이트와 단단하고 취성인 시멘타이트의 중간 성질을 나타낸다.
Al2024는 Al-Cu-(Mg) 알루미늄 합금으로, Al을 기본으로 하여 Cu 4.5%, Mg 1.5%, Mn 0.5% 등의 합금원소를 포함하고 있다. 알루미늄 합금은 열처리를 통해 석출 경화(precipitation strengthening)를 하면 기계적 성질을 향상시킬 수 있는데, Al2024의 경우 CuAl2가 석출물로 생성된다.
1.2.2. 시편
1.2.2.1. S45C
S45C는 탄소의 함량이 약 0.45wt%인 탄소강을 의미한다. Fe-Fe3C 상태도에서 eutectoid point(0.76%C)를 기준으로 0.76%C보다 C의 조성이 낮은 조성은 아공석강, 높은 조성은 과공석강이라고 한다. S45C는 0.45%C 조성이므로 아공석강에 속한다. 아공석강을 고온의 균질한 오스테나이트(austenite gamma FCC구조)상에서 775℃까지 충분한 시간을 두며 서서히 냉각하면 0.76%(공석 조성) 보다 낮은 조성에서 생기는 페라이트인 초석 페라이트(proeutectoid ferrite)가 오스테나이트의 결정립계(grain boundary)에서 불균형하게 핵 생성하기 시작하고, alpha 입자들이 성장하여 오스테나이트 상과 페라이트(ferrite alpha BCC구조) 상이 공존하는 상태에 도달한다. 그 상태에서 공정 온도에 도달하기 직전까지 냉각하면 남아있는 오스테나이트의 탄소 함량은 0.76 wt%로 증가하며, 727℃(공석 온도) 에서 남아있는 오스테나이트는 공석 반응을 일으켜 펄라이트(pearlite)가 된다. 공석 온도로부터 서서히 냉각된 공석강의 미세조직은 변태 시 동시에 형성되는 2개의 상이 교대로 적층된 층, 즉 라멜라(lamellar structure)로 구성되어 있다. 이때의 미세조직을 펄라이트라 부른다. 여기서의 펄라이트는 상변태 동안 동시에 형성된 페라이트와 시멘타이트(Cementite, Fe3C)가 층상구조, 라멜라를 이루고 있다. 기계적으로, 펄라이트는 무르고 연성인 페라이트와 단단하고 취성인 시멘타이트의 중간 성질을 나타낸다. ()
1.2.2.2. Al2024
Al2024은 Al(FCC구조)을 기본으로 하여 Cu 4.5%, Mg1.5%, Mn0.5%, 그리고 극소량의 Ni, Cr, Pb, Bi, silicon zinc를 포함하는 알루미늄 합금이다. 알루미늄은 밀도가 작고 높은 전기, 열전도성을 가지며 대기 중에서 좋은 내부식성을 갖는다. 또한 용융점이 낮아 주조가 용이하여 다른 금속과 잘 합금되어 그 합금의 종류가 매...
참고 자료
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