금속 조직 및 경도 실험 레포트

본 내용은 " 인천대 기계공학실험 금속 조직 및 경도 실험 레포트 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2025.03.30

문서 내 토픽

• 1. 탄소강의 분류 및 특성

  기계구조용 탄소강재는 탄소 함유량에 따라 분류된다. 저탄소강(0.02-0.25%)은 강도가 낮고 가공이 쉽고, 중탄소강(0.25-0.55%)은 열처리에 의한 경화가 용이하며, 고탄소강(0.55-1.6%)은 단단하고 강도가 크다. SM20C는 탄소 함량 0.18-0.23%의 저탄소강이고 SM45C는 탄소 함량 0.42-0.48%의 중탄소강으로 분류된다. 탄소 함유량이 높을수록 강도와 경도가 증가한다.

• 2. Fe-C 상태도와 금속 조직

  탄소강의 조직은 탄소 함량과 온도에 따라 달라진다. 페라이트는 탄소 0.025% 이하를 포함한 α철로 강도가 낮고 연성이 크다. 오스테나이트는 910°C 이상에서 형성되며 냉각 시 페라이트, 시멘타이트, 펄라이트로 변한다. 시멘타이트는 탄소 6.67%의 철 화합물로 매우 단단하고 경도가 높다. 펄라이트는 페라이트와 시멘타이트의 층상조직으로 페라이트보다 강도가 높다.

• 3. 열처리 방법 및 효과

  열처리는 금속을 특정 온도로 가열 후 냉각하여 기계적 성질과 조직을 변화시킨다. 담금질은 오스테나이트를 물이나 기름에 급격하게 냉각시켜 마르텐사이트 조직을 얻으며 강도와 경도를 높인다. 뜨임은 담금질 후 낮은 온도로 재가열하여 인성을 부여한다. 풀림은 오스테나이트를 노내에서 서서히 냉각시켜 경도를 낮추고 성형성을 향상시킨다.

• 4. 경도 측정 및 Rockwell 경도시험

  경도는 국부적인 소성 변형에 대한 저항성을 나타낸다. Rockwell 경도시험법은 가장 널리 사용되는 방법으로 누름자와 하중을 조합하여 측정한다. HRB 스케일은 경화 강구를 누름자로 주하중 100kg을 사용하고, HRC 스케일은 원추형 다이아몬드를 누름자로 주하중 150kg을 사용한다. 경도값은 초기 미세하중과 주하중으로부터 발생한 자국의 깊이 차이로 결정된다.

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• 1. 탄소강의 분류 및 특성

  탄소강은 철과 탄소의 함량에 따라 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강으로 분류되며, 각각의 특성은 산업 응용에 중요한 역할을 합니다. 저탄소강은 연성과 가공성이 우수하여 자동차 부품과 구조용 강재로 널리 사용되고, 중탄소강은 강도와 경도의 균형이 좋아 기계 부품에 적합합니다. 고탄소강은 높은 경도와 내마모성을 제공하여 공구와 스프링 제조에 필수적입니다. 탄소 함량의 증가에 따라 강도는 증가하지만 연성과 용접성은 감소하는 특성을 이해하는 것이 재료 선택의 핵심입니다. 이러한 분류 체계는 엔지니어들이 특정 응용 분야에 최적의 강재를 선택하는 데 매우 유용합니다.

• 2. Fe-C 상태도와 금속 조직

  Fe-C 상태도는 철과 탄소의 상평형 관계를 나타내는 기본적인 도구로, 강의 미세조직과 성질을 예측하는 데 필수적입니다. 상태도에서 오스테나이트, 페라이트, 시멘타이트 등의 상들이 온도와 탄소 함량에 따라 어떻게 변화하는지 이해하면, 강의 조직 형성 과정을 체계적으로 파악할 수 있습니다. 특히 공정점과 공석점의 개념은 강의 열처리 온도 결정에 직접적인 영향을 미칩니다. 상태도를 통해 냉각 속도에 따른 조직 변화를 예측할 수 있으며, 이는 원하는 기계적 성질을 얻기 위한 열처리 계획 수립에 매우 중요합니다.

• 3. 열처리 방법 및 효과

  열처리는 강의 기계적 성질을 조절하는 가장 효과적인 방법으로, 담금질, 뜨임, 정규화, 풀림 등 다양한 방법이 있습니다. 담금질은 높은 경도를 얻을 수 있지만 취성이 증가하므로, 뜨임을 통해 경도와 연성의 균형을 맞추는 것이 중요합니다. 정규화는 조직을 균일하게 하여 기계적 성질을 개선하고, 풀림은 내부 응력을 제거하여 안정성을 높입니다. 각 열처리 방법의 선택은 최종 제품에 요구되는 강도, 경도, 연성, 인성 등의 특성에 따라 결정되어야 하며, 올바른 열처리는 강의 성능을 극대화하는 핵심 기술입니다.

• 4. 경도 측정 및 Rockwell 경도시험

  경도는 재료의 기계적 성질을 평가하는 중요한 지표이며, Rockwell 경도시험은 산업 현장에서 가장 널리 사용되는 측정 방법입니다. Rockwell 시험은 다양한 스케일(HRA, HRB, HRC 등)을 제공하여 서로 다른 경도 범위의 재료를 측정할 수 있으며, 빠른 측정 속도와 간단한 절차가 장점입니다. HRC 스케일은 특히 강철의 경도 측정에 표준으로 사용되며, 열처리 효과를 평가하는 데 매우 유용합니다. 경도 측정값은 강의 강도, 내마모성, 열처리 품질 등을 간접적으로 평가할 수 있게 해주므로, 품질 관리와 공정 최적화에 필수적인 역할을 합니다.