금속조직 및 경도실험 레포트

본 내용은 " 인천대 기계공학실험 금속조직 및 경도실험 레포트 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2025.02.28

문서 내 토픽

• 1. 철-탄소 상태도 및 금속조직

  철-탄소 상태도는 합금의 조성과 온도에 따른 상태 변화를 나타내는 그래프입니다. 페라이트는 탄소를 함유한 α-철의 고용체로 BCC 결정구조를 가지며 낮은 탄소 함량과 높은 연성을 특징으로 합니다. 오스테나이트는 γ-철에 탄소가 용해된 FCC 결정구조로 높은 강도와 내식성을 가집니다. 시멘타이트는 100% 철카바이드로 매우 경하고 취성입니다. 펄라이트는 페라이트와 시멘타이트가 층상으로 형성된 구조입니다.

• 2. 열처리 공정

  열처리는 냉각 속도, 유지 온도, 유지 시간을 조절하여 원하는 미세조직을 얻는 공정입니다. 담금질은 강을 임계 온도 이상에서 유지한 후 물이나 기름에서 급냉하여 경도를 높입니다. 뜨임은 723°C 이하의 저온으로 가열 후 냉각하여 구조를 안정화하고 내부 응력을 제거합니다. 풀림은 고온을 오래 유지한 후 로에서 천천히 냉각하여 내부 구조를 균등하게 하고 연성을 개선합니다.

• 3. 경도 측정 방법

  경도는 재료의 국소 소성변형에 대한 저항력을 나타내는 중요한 기계적 성질입니다. 브리넬 경도시험은 특수강 강구로 시편 표면에 압력을 가하여 오목한 자국의 크기를 측정합니다. 로크웰 경도시험은 가장 널리 사용되는 방법으로 강구나 다이아몬드 원뿔을 압입하여 깊이를 측정합니다. 비커스 경도시험은 하중을 변경할 수 있어 다양한 시편의 경도를 측정할 수 있습니다.

• 4. 탄소 함량에 따른 강의 성질 변화

  SM45C는 0.42~0.48% 탄소를 함유하고 SM20C는 0.18~0.23% 탄소를 함유합니다. 강의 탄소 함량이 증가하면 연성은 감소하고 강도와 취성이 증가합니다. 실험 결과 열처리하지 않은 시편에서 SM45C의 경도가 더 높았으며, 미세조직 관찰에서 SM45C는 더 작은 결정립과 많은 펄라이트 구조를 보였습니다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 철-탄소 상태도 및 금속조직

  철-탄소 상태도는 재료공학의 기초이며, 강과 주철의 미세조직을 이해하는 데 필수적입니다. 이 상태도를 통해 온도와 탄소 함량에 따른 상변화를 예측할 수 있으며, 이는 열처리 공정 설계의 근거가 됩니다. 특히 오스테나이트, 페라이트, 시멘타이트 등 주요 상의 형성 조건을 파악함으로써 원하는 금속조직을 얻을 수 있습니다. 현대 재료공학에서도 이 기본 원리는 변하지 않으며, 정확한 상태도 해석 능력은 고품질 강재 개발에 매우 중요합니다.

• 2. 열처리 공정

  열처리는 강의 성질을 획기적으로 개선할 수 있는 가장 효과적인 방법입니다. 담금질, 뜨임, 정규화, 풀림 등 다양한 열처리 공정을 통해 경도, 강도, 인성 등을 조절할 수 있습니다. 특히 담금질과 뜨임의 조합은 강의 성질을 최적화하는 핵심 기술입니다. 정확한 온도 제어와 냉각 속도 관리가 최종 성질을 결정하므로, 공정 매개변수의 정밀한 조절이 필수적입니다. 산업 현장에서 열처리 기술의 숙련도는 제품 품질을 좌우하는 중요한 요소입니다.

• 3. 경도 측정 방법

  경도는 재료의 기계적 성질을 평가하는 중요한 지표이며, 다양한 측정 방법이 각각의 장단점을 가지고 있습니다. 비커스 경도는 정밀도가 높고 미세조직 분석에 유용하며, 로크웰 경도는 신속하고 간편하여 현장에서 널리 사용됩니다. 브리넬 경도는 큰 시편에 적합하고 쇼어 경도는 비파괴 측정이 가능합니다. 측정 방법 선택 시 시편의 크기, 두께, 표면 상태, 측정 목적 등을 종합적으로 고려해야 하며, 정확한 측정을 위해서는 적절한 기기 관리와 표준화된 절차 준수가 필수적입니다.

• 4. 탄소 함량에 따른 강의 성질 변화

  탄소 함량은 강의 성질을 결정하는 가장 중요한 요소입니다. 탄소 함량이 증가하면 경도와 강도는 증가하지만, 인성과 용접성은 감소하는 경향을 보입니다. 저탄소강은 연성이 우수하여 냉간 가공에 적합하고, 중탄소강은 경도와 강도의 균형이 좋아 기계 부품에 널리 사용되며, 고탄소강은 높은 경도로 공구강으로 활용됩니다. 탄소 함량에 따른 이러한 성질 변화는 철-탄소 상태도와 열처리를 통해 체계적으로 제어할 수 있으며, 용도에 맞는 적절한 탄소 함량 선택이 강재의 성능을 최대화하는 핵심입니다.