냉각속에 따른 경도 변화

소개글

냉각속에 따른 경도 변화에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.제목

2.목적

3.실험장비

4.이론적 배경

5.실험방법

6.결과

7.비고및고찰

8.참고문헌

본문내용

시간을 유지하게 되면 단상의 오스테나이트가 되는데, 이와같이 오스테나이트화한 후에 A1 변태온도 이하의 어느 온도로 급랭시켜서 이 온도에서 시간이 지남에 따라 오스테나이트의 변태를 나타낸 곡선을 항온변태곡선이라 하고, 다른 용어로는 TTT곡선(time-temperature-transformation curve), C곡선, 또는S곡선이라고 불리어진다.
그림 1.1. 공석강의 항온변태곡선
그림 1.1은 공석강(0.8%C강)의 전형적인 항온변태곡선을 나타낸 것이다. 여기서 보면 항온변태곡선은 2개의 C자 형상을 가진 곡선으로 구성되어 있는데, 왼쪽 곡선은 변태개시선을, 오른쪽 곡선은 변태종료선을 나타내는 것이다. 또한 550℃ 부근의 온도에서 곡선이 왼쪽으로 돌출되어 있는데, 이것은 변태가 이 온도에서 가장 먼저 시작된다는 것을 의미하는 것으로서 이 곡선의 nose라고 부른다. 이와 같이 항온변태곡선의 중요한 특징은 변태가 시작되는 시간과 종료되는 시간을 나타낸다는 것으로서, 일반적으로 nose온도 위에서 항온변태시키면 펄라이트(pearlite)가 형성되고, nose 아래의 온도에서 항온변태시키면 베이나이트(bainite)가 형성된다. 펄라이트와 베이나이트 두 조직 모두 페라이트와 시멘타이트로 이루어져 있으나, 펄라이트는 두 상이 교대로 반복되어지는 층상조직을 나타내고 있고 베이나이트는 침상에 가까운 형태를 나타낸다. 또한 펄라이트 형성온도범위중 비교적 높은 온도에서 형성된 펄라이트는 조대하고, 비교적 낮은 온도에서 형성된 펄라이트는 미세하다. 베이나이트 역시 형성온도에 따라 조직의 차이를 보이는데, 350∼550℃범위의 온도에서 형성된 상부베이나이트는 페라이트 주위에 시멘타이트가 석출되는 반면에, 250∼350℃ 온도범위에서 형성된 하부베이나이트에서는 페라이트 내에 시멘타이트가 석출되어 있다.
한편 그림 1.2는 공석강과 아공석강의 항온변태곡선을 Fe-C 상태도와 관련시켜서 나타낸 것이다. 그림 1.2의 (b)에서 보면 펄라이트가 형성되기 시작하는 시간과 종료되는 시간은 nose 부근에서 가장 짧고, A1선으로 온도가 올라갈수록 시간이 오래 걸린다. 또 그림 3.2의 (c)에서 보면 아공석강인 0.5%C강에서는 또다른 곡선이 하나 존재하는데, 이것은 초석페라이트가 형성되기 시작하는 시간을 나타내는 곡선이다. 이와 비슷하게 과공석강에서도 초석시멘타이트가 형성되기 시작하는 곡선이 존재한다.
공석강과 아공석강의 항온변태곡선에서 나타나는 또 하나의 차이점은 마르텐사이트(martensite)가 형성되기 시작하는 온도인 Ms 온도가 다르다는 것이다. 일반적으로 탄소함량이 적을수록 Ms 온도는 올라간다.
그림 1.2 Fe-C 상태도(a)와 공석강의 항온변태곡선(b) 및 0.5%탄소강의 항온변태곡선과(c)의 관계
◆ 펄라이트의 형성
공석강을 850℃로부터 750℃까지 냉각해서 이 온도에서 항온유지시키면 어떠한 변태도 일으키지 않는다. 그러나 650℃까지 냉각시켜서 항온유지하면 1초후에 펄라이트 변태가 시작되고 10초 이내에 변태가 완료된다(그림 1.3(a)의 곡선 II). 펄라이트 형성온도가 낮아짐에 따라 층상펄라이트는 점점 미세해지고 조직은 더욱 경화된다.
그림 1.3
(a) 0.80%C (b) 0.45%C (c) 1.0%C를 함유한 강에 대한 여러 가지 냉각프로그램으로부터 얻어지는 조직상의 상태 ;
A=오스테나이트, B=베이나이트 C=시멘타이트 F=페라이트 P=펄라이트 M=마르텐사이트 Ms= 마르텐사이트 생성 개시온도
펄라이트 형성과정을 시멘타이트의 형성으로부터 시작된다고 가정하면, 오스테나이트에서 시멘타이트가 형성되기 위해서는 탄소원자가 확산이동해 와야만 하고, 동시에 시멘타이트의 인접한 지역은 탄소가 고갈되므로 페라이트가 형성되어, 시멘타이트와 페라이트층이 나란히 성장해간다. 공석강을 860℃에서 오스테나이트화 한 후 705℃에서 항온변태시킬 때 유지시간에 따른 조직의 변화를 보면, 소정의 잠복기가 지난 후에 생성된 펄라이트 콜로니의 핵이 이웃한 핵에서 성장하는 콜로니와 만날 때까지 계속 성장해간다.
A1 변태온도 직하에서 핵생성속도는 작고 핵성장속도는 비교적 크기 때문에 단지 소수의 핵만이 형성되어 성장하게 된다. 그리고 이 온도에서 형성된 펄라이트의 층상간격은 비교적 큰 편이다.
그림 1.3(b)에 있는 아공석강의 경우, 750℃에서 변태를 일으키면 페라이트만이 형성되어 페라이트와 오스테나이트의 2상 평형상태가 된다(곡선 I). 변태를 650℃에서 일어나게 하면 페라이트가 우선적으로 형성되고, 잠시후에 펄라이트가 형성된다.
그림 3.3(c)에 나타낸 과공석강의 경우에도 유사한 방법으로 시멘타이트가 우선적으로 형성되고, 그 다음에 펄라이트가 형성된다.
◆ 베이나이트의 형성
공석강을 약 550℃이하의 온도에서 항온변태시키면 베이나이트가 형성되기 시작한다. 베이나이트의 형성은 오스테나이트 결정립계에서 페라이트 핵의 형성으로부터 시작된다고 가정하고 있다. 페라이트 핵이 형성되면 주위의 오스테나이트 탄소농도는 증가해서 시멘타이트가 형성되어, 페라이트와 시멘타이트가 나란히 성장해간다.
베이나이트는 형성온도에 따라 상부베이나이트와 하부베이나이트로 분류되는데, 공석강을 860℃에서 오스테나이트화 한 후 500℃에서 0.5초간 항온변태시킨 상부베이나이트조직을 보면 깃털모양의 상부베이나이트 조직과 일부 펄라이트가 나타나는 것을 알 수 있다. 일반적으로 상부베이나이트는 비교적 취약한 반면, 하부베이나이트는 비교적 인성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다.
한편 비교적 낮은 온도인 300℃에서 형성된 하부베이나이트조직은 상부베이나이트와는 다른 형태를 나타낸다. 공석강을 860℃에서 오스테나이트화 한후 300℃에서 항온유지시간에 따른 조직의 변화를 보면 형태는 깃털모양이라기 보다는 침상의 형태를 보이고 있다.
공석강에서 상부베이나이트에서 하부베이나이트로의 천이는 350℃ 정도에서 일어나지만 그 경계를 명확히 구분하기는 어렵다. 그러나 상부베이나이트의 경도는 변태온도에 따라 약간 변화되는데 비하여 하부베이나이트의 경도는 변태온도가 저하함에 따라 급격히 증가된다. 또한 상부베이나이트는 동일경도로

키워드

냉각속도,   탄소강,   수냉,   유냉,   공냉,   노냉,   경도