소개글
"재료상변태"에 대한 내용입니다.
목차
1. 탄소강의 상변태
1.1. Fe-Fe3C 상태도와 변태점
1.1.1. Fe-Fe3C 상태도
1.1.2. 상태도상의 고상 종류
1.2. Pearlite(펄라이트)
1.2.1. 펄라이트 생성과정
1.3. Martensite(마르텐사이트)
1.3.1. 마르텐사이트의 특성
1.3.2. 마르텐사이트의 종류
1.3.3. 마르텐사이트 생성과 Ms점 변화요인
1.4. Bainite(베이나이트)
1.4.1. 상부베이나이트
1.4.2. 하부베이나이트
2. 열처리 기술
2.1. Ausforming
2.2. Marquenching
3. 탄소강 열처리 결과 분석
3.1. 경도 측정 결과 분석
3.2. 고용원소 거동에 따른 상변태
3.3. 조대한 펄라이트 조직 형성 방법
3.4. 경도 차이 분석
4. 참고 문헌
본문내용
1. 탄소강의 상변태
1.1. Fe-Fe3C 상태도와 변태점
1.1.1. Fe-Fe3C 상태도
Fe-Fe3C 상태도는 철-탄소 합금 시스템에서 온도에 따른 상(phase) 변화를 나타낸 도표이다. 이 상태도는 철에 최대 6.67%까지의 탄소가 고용될 수 있는 구간을 보여주며, 철과 철 탄화물(Fe3C, 시멘타이트)의 상평형 관계를 나타낸다.
상태도에는 액상, 오스테나이트(γ-Fe), 페라이트(α-Fe), 시멘타이트(Fe3C) 등 철-탄소 합금계에서 나타나는 다양한 상들이 온도와 탄소 함량에 따라 표시되어 있다. 예를 들어 0.8%C의 탄소강을 천천히 냉각할 경우, 오스테나이트 상이 eutectoid 반응을 거쳐 페라이트와 시멘타이트의 층상 조직인 펄라이트로 변태하는 과정을 상태도에서 확인할 수 있다.
또한 상태도에는 상 변태가 일어나는 온도인 A1, A3, Acm 등의 변태점이 표시되어 있다. 이 변태점들은 탄소 함량에 따라 변화하며, 열처리 공정 설계 시 중요한 참고 정보가 된다. 예를 들어 A1 변태점은 공석 반응이 일어나는 온도로, 723°C에서 페라이트와 시멘타이트로 분해되는 온도를 나타낸다.
종합하면, Fe-Fe3C 상태도는 철-탄소 합금 시스템의 평형 상태를 온도와 조성에 따라 체계적으로 나타낸 것으로, 철강 재료의 미세조직 및 물성 이해와 열처리 공정 설계에 필수적인 기초 자료라고 할 수 있다.
1.1.2. 상태도상의 고상 종류
Fe-C 상태도에서 나타나는 주요 고상 종류는 페라이트, 오스테나이트, 시멘타이트 등이다.
페라이트(α-Ferrite)는 BCC 결정구조를 가지며, 탄소 고용도가 매우 낮아 최대 0.02%까지만 탄소를 용해할 수 있다. 온도가 내려감에 따라 페라이트의 탄소 고용도는 점점 감소하여 0℃에서는 약 0.008%까지 줄어든다. 페라이트 내에 존재하는 탄소 원자들은 철 원자의 격자 사이 침입형 자리에 위치한다.
오스테나이트(γ-Austenite)는 FCC 결정구조를 가지며, 최대 2.08%의 높은 탄소 고용도를 갖는다. 오스테나이트 상은 1148℃의 공정온도에서 안정하게 존재한다.
시멘타이트(Fe3C, Cementite)는 6.67%의 높은 탄소 함량을 가진 금속간화합물로, 사방정계 결정구조를 갖는다. 시멘타이트는 강철에서 비교적 안정적으로 존재하는 상이다.
이와 같이 Fe-C 상태도에서 탄소 농도에 따라 페라이트, 오스테나이트, 시멘타이트 등의 다양한 고상이 나타나며, 이들 상의 상대적인 분율과 분포에 따라 강의 미세조직과 기계적 성질이 달라진다.
1.2. Pearlite(펄라이트)
1.2.1. 펄라이트 생성과정
펄라이트 생성과정은 다음과 같다.
오스테나이트를 750℃ 정도로 가열하여 충분한 시간 동안 유지하면 조직이 균일한 단상의 오스테나이트가 된다. 이를 오스테나이트화(austenitizing)라고 한다. 이 공석강을 평형에 가까운 냉각속도로 서냉시킬 때, 오스테나이트는 온도가 내려가서 공석온도 이하로 되면 α페라이트와 시멘타이트(Fe3C)의 혼합조직으로 변태하게 된다. 이 조직은 페라이트와 시멘타이트가 교대로 반복되어지는 층상조직(lamellar structure)을 형성하고 있다. 이 조직은 광학현미경으로 나타낼 때 그 형태가 진주(pearl)와 비슷하기 때문에 펄라이트(pearlite)라고 불리운다. 즉, 펄라이트는 단상조직이 아니라 페라이트와 시멘타이트의 2상혼합조직이다.
펄라이트 형성과정을 자세히 설명하면, 오스테나이트에서 시멘타이트가 먼저 형성되기 위해서는 탄소원자가 확산이동해 와야만 한다. 동시에 시멘타이트의 인접한 지역은 탄소가 고갈되므로 페라이트가 형성되어, 시멘타이트와 페라이트층이 나란히 성장해간다. 공석강을 860℃에서 오스테나이트화 한 후 705℃에서 항온변태시키면, 소정의 잠복기(incubation period)가 지난 후에 생성된 펄라이트 콜로니(colony)의 핵이 이웃한 핵에서 성장하는 콜로니와 만날 때까지 계속 성장해간다. A1 변태온도 직하...
참고 자료
*Materials science & engineering an introduction 6th edition by W. D. Callister, Jr.
- Wiley
*Structure & properties of engineering alloys 2nd edition by smith-Mc Graw Hill
*http://nahtec.chonbuk.ac.kr/%BD%C7%C7%E8%BD%C7/%B1%DD%BC%D3%C0%E7%B7%E1/pearlite.htm
*http://nahtec.chonbuk.ac.kr/%BD%C7%C7%E8%BD%C7/%B1%DD%BC%D3%C0%E7%B7%E1/heattreatment.htm
홍영환, 강의 열처리 기초, P.58, 기전연구사, 서울특별시 (1995)
H. K. D. H Bhadesshia and Sir. R. Honeycombe, STEELS MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES, P.232 - P.260, Elsevier Inc., Cambridge (2006)
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