베이나이트(Bainite)

소개글

베이나이트(Bainite)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 베이나이트 란

2. 베이나이트 조직의 TTT곡선

3. 베이나이트 조직의 형성
3-1 상부 베이나이트
3-2 하부 베이나이트

4. 베이나이트 조직의 응용분야
1) 오스테나이트·베이나이트형 구상흑연주철
2) 지연파괴저항성이 우수한 고강도 고인성 볼트용 베이나이트강
3) 고기능성 베어링강
4) 인성이 우수하고 본질적으로 붕소를 함유하지 않는 초고강도 용접성 강

본문내용

페라이트는 판상의 탄화물인 시멘타이트 또는 ε-탄화물(철탄화물)인 한 종류인 베리언트가 페라이트판의 성장방향에 대하여 약 60방향으로 모여서 생성하고 있다. 하부베이나이트의 페라이트 속에서의 전위밀도도 높다. 베이나이트 조직속의 페라이트는 생성 시에 표면 기복을 띠며, 페라이트 형성 시에는 마르텐사이트 변태와 유사한 금속원자의 연휴적인 운동이 일어나는 것으로 생각되고 있다.
베이나이트변태 기구
① 탄화물이 생성하여, 탄소농도가 저하한 오스테나이트로부터 페라이트가 생성한다.
② 과포화 페라이트가 생성하고, 그뒤에 탄화물 석출이 일어난 다는 두가지 학설이 있어서 논쟁이 계속되고 있다.
②의 학설에 의하면, 페라이트가 연달아 핵 생성하여 마르텐사이트적으로 성장한다. 상부 베이나이트에서는 주변의 오스테나이트에 탄소가 확산하여 C농도가 높아지면서 시멘타이트가 페라이트 사이에서 생성한다. 하부 베이나이트에서는 탄소과포화의 페라이트 속에 시멘타이트 또는 ε-탄화물이 석출한다고 설명한다. 강의 베이나이트 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 베이나이트 변태라고 한다.
2. 베이나이트 조직의 TTT곡선
TTT곡선이란 항온변태곡선(恒溫變態曲線, isothermal transformation curve)이라 하고, 다른 용어로는 TTT곡선(time-temperature-transformation curve), C곡선, 또는 S곡선이라고 부른다.
TTT곡선은 항온변태곡선은 2개의 C자 형상을 가진 곡선으로 구성되어 있는데, 왼쪽 곡선은 변태 개시 선을, 오른쪽 곡선은 변태 종료 선을 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 항온 변태시키면 펄라이트(pearlite)가 형성된다.
베이나이트의 형성은 nose 아래의 온도에서 항온 변태시키면 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 형성 온도범위 중 비교적 높은 온도에서 형성된 펄라이트는 조대하고, 비교적 낮은 온도에서 형성된 펄라이트는 미세하다. 베이나이트 역시 형성온도에 따라 조직의 차이를 보이는데, 350～550℃범위의 온도에서 형성된 상부베이나이트(upper bainite)는 페라이트 주위에 시멘타이트가 석출되는 반면에, 250～350℃ 온도범위에서 형성된 하부베이나이트(lower bainite)에서는 페라이트 내에 시멘타이트가 석출되어 있다.
3. 베이나이트 조직의 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

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