철-탄소 합금

소개글

철-탄소 합금에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 순철
■ 철의 기계적 성질
① 대정련철 :
② 전해철(전기분해)
③ ingot철(armco)
1-2. 합금강
Invariant Reactions (불변반응)
Phase Diagram
불변반응시의 각 상들의 조성과 분율 변화
① 공석(공석합금)
② 아공석 or 아공정 조성의 합금
1-3. 보통탄소강의 서냉
① 공석강(Eutectoid Steel) →Rail
② Hypoeutectoid Steel의 Slow Cooling
③ Hypereutectoid Steel
1-4 Isothermal Transformation of Eutectoid Steel
1-5. Austenite-Pearlite Transformation
※ Austenite, Ferrite 내에서의 탄소의 고용상태.
※ FCC Austenite가 급냉될 때.
※ Martensite의 특징
※ lath Martensite의 광학현미경사진
※ Plate Martensite의 광학현미경 사진.
※ Plate Martensite의 투과전자현미경 사진.
※ Martensite의 고강도 원인.

본문내용

경 상에서 lamella간격이 좁은게 실제 간격이다.
ex) 1cm에 몇 번이 반복되는가? 10회
10λ⇒
※ Austenite, Ferrite 내에서의 탄소의 고용상태.
1) Ferrite
FCC : Carbon 침입형자리의 크기 = 0.414R > BCC : Carbon 침입형자리의 크기 = 0.226R
⇒ Austenite와 Ferrite의 고용도가 차이가 나는 이유.
⇒ FCC에의 고용도가 더 크다.
※ Carbon 최대 고용도
FCC : 2% →Fe원자 10개당 Carbon원자 1개까지 고용
BCC : 0.02% →Fe원자 1000개당 Carbon원자 1개까지 고용
⇒ Carbon원자 1개가 BCC구조에 침입하면 주변원자 1000개가 영향을 받는다.
2) Austenite
intersitial site의 최대반지름 : r
※
Fe : 개
침입형자리수 : 개
⇒ 실제 carbon원자의 크기 > 0.414R ⇒ Carbon원자는 Fe원자격자를 일그러트리면서 고용된다.
⇒ 한 쪽이 일그러지면 다른 쪽이 좁아지므로 Carbon원자가 침입하기가 어려워지기 때문에 고용도가 작다.
⇒ Austenite에서 Carbon의 최대고용도 : 2.4wt%C
※ Fe 98g에 Carbon이 최대 2g 고용
Fe의 원자량 57
Carbon의 원자량 12
⇒ Fe mole에 Carbon이 최대 mole 고용
≒ Fe 약 2mole에 Carbon이 최대 약 0.2mole 고용된다.
= Fe원자 개에 Carbon이 개가 고용된다.
= Fe원자 10개에 Carbon원자 1개정도 고용 가능.
※ FCC Austenite가 급냉될 때.
⇒ FCC(즉, a=2.58Å, c=3.65Å인 BCT)가 ferrite로 변하기 위해서는 a축이 팽창,c축은 수축해야 한다.
⇒ c축에 탄소원자가 침입, c축이 수축을 하지 못하는 구조=Martensite
※ Martensite의 특징
① Martensite가 두 종류가 있다.
lath type : 0.2～0.6% Carbon ⇒ 아공석강
plate type : 1.0% 이상 Carbon
② BCT 격자 구조(distorted : 일그러진 구조)
: tetragonality > 1
⇒ 탄소함량에 비례
⇒ 탄소함량↑⇒ 값이 증가
Carbon함량이 0.2%보다 적게 들어있으면 ≒1
⇒ BCC ferrite와 동일
Carbon함량이 0.2%이상으로 점차 증가하면 c축 방향으로의 수축이 어려워진다.
⇒ 가 더 증가한다.
Carbon함량이 증가해 격자구조가 많이 일그러질수록 강도가 증가한다.
③ Austenite →Martensite 변태 : 무확산 변태(diffusion less transfomation)
⇒ 원자들이 움직일 시간적 여유가 없기 때문.
④ ⅰ) Ms 온도 : Martensite 변태가 일어나기 시작하는 온도.
⇒ 탄소함량에 따라 다르다.
Pearlite는 온도와 시간에 따라 분율이 다른 반면, Martensite의 분율은 온도에만 의존한다.
Martensite는 순간적으로 생긴다.
⇒ Martensite의 양을 증가시키려면 온도를 낮춘다.
ⅱ) Mf 온도 : Martensite 변태가 끝나는 온도.
Martensite가 100%는 아니다. 즉 잔류 Austenite(Retained Austenite)가 존재한다.
⇒ 탄소함량에 따라 다르다.
⇒ 탄소함량↑→잔류 Austenite↑
※ lath Martensite의 광학현미경사진
※ Fe-0.2wt%Carbon lath Martensite의 투과전자현미경 사진.
dislocation → 소성변형을 시키면 dislocation 증식이
일어난다.
→ 강도 증진.
▣ 강도 증진의 원인.
① Quenching시의 lattice dislocation이 일어나면서 소성변형이 일어나고 dislocation 증식이 발생되어 very high density dislocation이 생성된다.
② Cell boundary에 dislocation이 걸려서 강도가 증진된다.
⇒ 아공석 martensite는 강도가 높다.
배
※ Plate Martensite의 광학현미경 사진.
※ Plate Martensite의 투과전자현미경 사진.
Twin
▣ Plate Martensite의 강도 증진의 원인.
⇒ Quenching시 격자변형이 일어나며 소성변형이 일어나 Twin이 생긴다.
⇒ dislocation의 Twin boundary에 걸려서 dislocation
증식이 일어나지 못한다.
▣ Plate Martensite는 공업적으로 잘 안 쓴다.
⇒ 너무 강하기 때문에 Quenching시 파괴된다.
⇒ Quenching 시키지 않는다.
▣ Austenite의 탄소함량 증가 ⇒ 격자상수↑
⇒ 침입형 Carbon이 격자상수를 증가시킨다.
▣ Martensite c축 탄소함량 증가 ⇒ 격자상수↑
⇒ Carbon 원자가 많으면 c축 수축을 방해하기
때문에 격자 상수가 증가한다.
※ Martensite의 고강도 원인.
① lath Martensite
ⅰ) 미세한 세포벽에 의한 전위 이동 방해.
ⅱ) Very High Density Dislocation
⇒ 전위 사이의 상호간섭으로 전위의 이동이 어려워 강도가 증가한다.
ⅲ) Carbon에 의한 격자의 일그러짐으로 전위의 이동이 어려워 강도가 증가한다.
; 고용강화(Solution Hardening)
② plate Martensite
ⅰ) 미세한 Twin boundary가 dislocation 이동을 방해.
ⅱ) 높은 탄소함량에 의한 격자의 일그러짐(격자 stress)이 크게 증가되어 dislocation
이동 방해 ; 고용강화(Solution Hardening)
※ Martensite의 강도
ex1) 1000 psi = 1000 pound/in2 = 450 kg중/(2.54mm2) = 177.2 kg/mm2
ex2)
0.4%Carbon ⇒ ⇒ 강도가 200가까이 된다.
출처
철강공학/윤종규/대웅/2004/
재료공학 = Engineering materials /최갑송/두양사/2007/
금속재료 : 조직과 성질을 주로한 /Smith, William F./인터비젼/2003/

키워드

금속재료,   철,   탄소,   합금,   강