본문내용
1. 금속 재료의 미세조직 관찰 및 기계적 특성 평가
1.1. 배경지식
1.1.1. 탄소강의 정의와 용도
탄소강은 철과 합금으로 탄소 함량이 0.02~2.11%인 강을 말한다. 순철에 탄소를 넣어 철의 강도를 높인 합금이며, 여기에 크롬과 같은 특정 성분을 섞으면 스테인리스강과 같은 특수강이 된다. 탄소함유량에 따라 극저탄소강(0.02~0.12%), 저탄소강(0.13~0.20%), 중탄소강(0.21~0.50%), 고탄소강(0.51~2.11%)으로 구분된다.
극저탄소강은 냉간 가공하여 강도를 높여 사용하며, 저탄소강은 절삭 가공성을 중요시해 프레스 성형용 박판, 용접용으로 사용된다. 중탄소강은 단조, 주조, 절삭 가공, 용접 등 다양하게 활용되며, 열처리로 재질을 개선할 수 있다. 고탄소강은 내마모성과 고항복점이 필요한 공구류에 사용된다.
구조용 탄소강은 탄소함유량이 0.05~0.6%이며, 건축, 교량, 선박, 철도 차량, 기계 구조물 등 다양한 용도로 사용된다. 이들은 대부분 단조 또는 압연 상태로 사용되지만, 용도에 따라 열처리를 하기도 한다.
공구강은 탄소함유량이 0.6~1.5%이며, 경도가 크고 인성이 낮은 특징이 있다. 절삭용 공구는 경도가 높은 것을, 단조용 공구는 인성이 좋은 것을 사용해야 한다.
1.1.2. 합금강의 종류와 특성
합금강의 종류와 특성은 다음과 같다.
합금강은 탄소강의 성질을 개량하기 위하여 특수한 원소를 첨가한 강철이다. 합금강은 크게 구조용으로 사용되는 것과 특수한 용도에 알맞도록 특별한 성질로 만든 것의 두 종류로 구분할 수 있다. 합금원소의 첨가량에 따라 저합금강과 고합금강으로 나뉜다.
저합금강은 강의 경도를 증가시키는 것이 주 목적이며 강도와 인성이 증가한다. 주로 구조용으로 사용된다. 대표적인 저합금강으로는 크롬강(Cr), 니켈-크롬강(Ni-Cr), 니켈-크롬-몰리브덴강(Ni-Cr-Mo) 등이 있다.
크롬강(Cr)은 강에 크롬을 가하면 강도, 경도가 현저하게 증가하고 내마모성, 내식성, 내열성이 많이 개선된다. 550~680도씨에서 급냉시켜야 한다.
니켈-크롬강(Ni-Cr)은 니켈강과 크롬강의 장점을 조합한 것으로 기계적 성질이 한층 개선된 대표적인 강인강이다. 850도씨에서 담금질하고 600도씨에서 뜨임하면 강인한 소르바이트 조직이 된다.
니켈-크롬-몰리브덴강(Ni-Cr-Mo)은 담금질 균열이 잘 일어나지 않고 뜨임 취성도 없어 열처리 효과가 좋기 때문에 구조용 합금강 중에서는 최고급 품이다.
고합금강은 내식성, 내마모성, 내열성, 내한성 등의 특수성질을 부가하기 위해 주로 만들어진다. 대표적인 고합금강으로는 스테인리스강(Stainless steel), 마그네슘강(Mg), 티타늄 합금(Ti) 등이 있다.
스테인리스강은 강에 최소 10.5%의 크롬이 들어간 강철 합금이다. 크롬이 함유되어 있어 녹이 슬지 않는 내식성이 우수하다. 상태에 따라 오스테나이트계, 마르텐사이트계, 페라이트계로 분류된다.
마그네슘강은 비중이 약 1.8로서 기존의 경량금속 대표 소재인 알루미늄 합금보다 더 가벼우며, 전자파 차폐특성과 비강도 특성이 우수하여 자동차, 항공기 등의 초경량 금속소재로 주목받고 있다.
티타늄 합금은 알파(α)합금, 알파-베타(α+β)합금, 베타(β)합금의 세 종류로 분류되며, 열처리에 의해 기계적 성질이 크게 변화한다. 해양공업, 자동차, 의료, 스포츠 등 여러 분야에 사용되고 있다.이와 같이 합금강은 다양한 종류와 특성을 가지고 있어서 각각의 산업군에서 필요한 용도에 맞게 활용되고 있다. 저합금강은 주로 구조용 재료로, 고합금강은 특수한 성질이 요구되는 분야에 주로 사용되고 있다.
1.2. 열처리 프로파일
1.2.1. 공석강의 항온변태곡선
공석강의 항온변태곡선은 공석강(0.8%C강)의 전형적인 항온변태곡선을 나타낸 것이다. 항온변태곡선은 ...
1
2
3
4
5
6
7
8