[재료공학실험] 상변태 실험

소개글

[재료공학실험] 상변태 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 제목

2. 실험 목적

3. 실험 장치 :

4. 조사 내용

5. 실험 방법

6. 참고 문헌

본문내용

e-C2원계의 pearlite 층 간격은, pearlite 변태온도가 낮을수록 과냉도에 역비례 하게 좁아져, 50 nm 이하로도 된다. 이 층 간격은 pearlite 조직의 기계적 성질에 큰 영향을 주는 바, 층 간격이 좁을수록 인장 강도는 크고, drawing도 얼마간 커진다. 광학현미경의 분해능으로도 페라이트와 시멘타이트 층을 분해할 수 없을 정도로 미세한 pearlite 조직을 sorbite, troostite라고 부르며 JIS G0201(KS D 0049) 철강용어 (열처리)에서는 미세 pearlite라고 부르고 있다.
② martensite
martensite는 100℃ 정도의 tempering에 의해 tempering 마르텐사이트가 되지만 거의 조직의 변화는 없다. 표준조직은 martensite의 삼엽상(마의 잎 형태)을 확실하게 나타나게 하기 위해 표준인 790℃보다 높은 850℃에서 수냉한다. JIS에는 760-820℃로 지정되며 가는 martensite 조직을 얻게 된다. 이 조직은 강재를 오스테나이트 영역(A1점 이상)에서 급랭해서 얻어지는 삼(마) 잎 모양의 침상조직으로 대단히 높은 경도를 특색으로 한다. martensite는 펄라이트 변태와 달라서 탄소의 확산이 충분히 이루어지기 전에 격자의 변태로 된 조직으로, 하나하나의 침상 martensite 결정의 성장에 요하는 시간은 극히 짧다. 오스테나이트가 martensite로 변하는 Ar\'\' 변태는 과공석강에서 냉각속도가 매초 약 300℃ 이상 일 때 나타나지만, 탄소량이 낮은 것은 한층 더 빠른 냉각속도가 필요하다. martensite에는 급냉에 의해 발생한 martensite(정방정)와 100-200℃ 뜨임에 의해 정방 정에서 입방정으로 가까워진 tempering martensite가 있다. tempering martensite는 급랭한 상태의 martensite 보다도 산에 부식되기 쉽다. martensite의 경도는 탄소량에만 의존하므로 탄소량이 증가함에 따라 경도는 급격히 높아지나 0.6% 이상에서는 그다지 변하지 않는다.
③ bainite
강에서 펄라이트 생성온도와 martensite 생성온도와의 중간온도 범위에서 과냉 오스테나이트가 분해 하는 변태로 생기는 조직을 bainite라고 한다. 합금강에서는 등온변태곡선 가운데 bainite 범위를 나타내는 명확히 구별된 C곡선이 존재하는데, 탄소강에서는 pearlite 반응의 C곡선과 bainite 변태의 C곡선이 포개져서, 하나의 C곡선으로 되어있다. 강의 bainite 조직도 본질적으로는 페라이트와 탄화물과의 혼합조직이다. 조직형태나 성장의 속도론적 거동으로부터, 깃털상의 상부 bainite와 침상의 하부 bainite로 분류된다. 상부 bainite에서는 래스(lath)상의 페라이트가 평행으로 모여 다발이 형태로 생성하는데, 이 래스 사이에서 시멘타이트가 판상으로 생성하고 있다. 래스는 하나의 다발 속에서는 대략 같은 방위를 취하며, 서로 소경각 입계에서 이웃하고 있다. 페라이트 래스와 모상인 오스테나이트와는 K-S 또는 니시야마의 관계에 있고, 래스의 성장방향은 <111>a이다. 래스안의 전위밀도는 높다. 하부 bainite에서 페라이트는 판상의 탄화물인 시멘타이트 또는 ε-탄화물(철탄화물)인 한 종류인 베리언트가 페라이트 판의 성장방향에 대하여 약 60방향으로 모여서 생성하고 있다. 하부 bainite의 페라이트 속에서의 전위밀도도 높다. bainite 조직속의 페라이트는 생성 시에 표면 기복을 띠며, 페라이트 형성 시에는 martensite 변태와 유사한 금속원자의 연휴적인 운동이 일어나는 것으로 생각되고 있다. bainite 변태기구에 대해서는 ① 탄화물이 생성하여, 탄소농도가 저하한 오스테나이트로부터 페라이트가 생성한다. ② 과포화 페라이트가 생성하고, 그 뒤에 탄화물 석출이 일어난다는 두 가지 학설이 있어서 논쟁이 계속되고 있다. ②의 학설에 의하면, 페라이트가 연달아 핵생성하여 martensite처럼 성장한다. 상부 bainite에서는 주변의 오스테나이트에 탄소가 확산하여 C농도가 높아지면서 시멘타이트가 페라이트 사이에서 생성한다. 하부 bainite에서는 탄소과포화의 페라이트 속에 시멘타이트 또는 ε-탄화물이 석출한다고 설명한다. 강의 bainite 변태와 유사하나, 모상과 조성이 다른 상이 표면기복을 수반하여 생성하는 변태가 비철 합금계에서도 많이 존재한다. 예를 들어 Cu -Zn합금의 봉 또는 판상의 α상(fcc) 의 β상(bcc)으로부터의 생성이 그런 것이다. 이것들도 bainite 변태라고 한다.
2) ausforming과 marquenching에 대해 설명하라.
① ausforming
대표적인 가공열처리 방법의 하나로서, 과냉(준안정)오스테나이트를 500℃ 부근에서 가공한 후 급랭함으로써 연성과 인성을 그다지 해치지 않고 강도를 대폭적으로 향상시킬 수 있다. ausforming에 의한 강화는 준안정 오스테나이트의 가공에 의한 마르텐사이트와 셀구조(cell structure)의 미세화에 기인하므로 탄소량이 적은 강에서는 강화를 기대할 수 없다.
② marquenching
소재 열처리라고 하며 이는 소재의 중심부인 형상부위에 경도를 일정하게 유지시켜줄 뿐 만 아니라 마르텐사이트 조직을 얻는 데에 매우 유용한 처리기술이다. 이제까지는 담금질할 때 냉매로 대개 물이나 기름을 사용하여 상온까지 급냉하였다. 그러나 강은 냉각과정 중 마르텐사이트로 변하는 MS-MF구간에서 변태 응력이 커 CRACK이나 변형이 잘 생기는 위험 구역인줄 알면서 이 위험을 피할 수 있는 방법을 잘 활용하지 못하고 있는 예가 많다. 이 방법의 요지는 AR\' 변태구역에서는 급냉하여 펄라이트 생성을 피하고 AR\'\'변태구간은 위험구역이므로 서서히 냉각하여 변태응력과 열응력에 의한 위험을 피하는 방법이다. 이때의 조직은 마르텐사이트이므로 경도는 높으며, 이 방법의 장점으로는 quenching crack이 전혀 없고 잔류 응력이 적어 굴곡이 없으며 치수변형이 적은 점이고 단점은 잔류 오스테나이트가 많아질 가능성이 있으므로 반드시 템퍼링작업이 뒤따라야 한다.

키워드

재료공학실험,   상변태,   phase transformation,   상 변태,   재료실험,   예비 리포트