탄소강의 재료조직실험 이론과 방법

소개글

탄소강의 재료조직실험 이론과 방법에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험이론

2. 실험방법
- 시험편의 채취 및 절단
- 시험편의 마운팅
- 연마
- 폴리싱
- 에칭
- 현미경 조직검사
- 경도 측정

본문내용

실험 이론
⑴ 탄소강(carbon steel)
탄소를 제외한 원소의 양이 합금강으로 규정되고 있는 양 이하인 강이다. (탄소의 양은 약 2mass% 이하) 그 용도에 따라 기계구조용 강, 탄소 공구강 등으로 분류된다.
① 탄소강의 표준조직
탄소강의 표준조직은 강을 단련한 후 변태온도 이상으로 가열하여 공냉 시켜 노멀라이징 처리시킨 조직으로 페라이트, 펄라이트, 시멘타이트가 있다. 아래 그림은 Fe-C계 탄소강의 조직을 나타낸 것이다.
이들 중 페라이트 조직은 상온에서 강자성이고, 담금질 열처리에 의해 경화되지 않으며, 펄라이트 조직은 담금질에 의해 경화되고 페라이트에 비해 휠씬 강하고 경하다. Fe-C 상태도에서 보는 바와 같이 강에는 아공석강(hypo-eutectoid steel, 페라이트와 펄라이트의 혼합 조직), 공석강(eutectoid steel, 펄라이트), 과공석강(hyper-eutectoid steel, 펄라이트와 시멘타이트 혼합 조직) 등이 있으며, 노멀라이징 처리에 의해서 얻은 조직을 표준조직이라 한다.
⒜ 페라이트(ferrite)
철강의 금속조직학상의 용어로서, α철을 바탕으로 한 고용체이므로, 외관은 순철과 같으나, 고용된 원소의 이름을 붙여 실리콘 페라이트 또는 규소철이라고도 한다. 현미경으로 보면 단상(單相)이며, 탄소가 조금 녹아 있는 페라이트의 흰 부분과 페라이트의 검게 보이는 부분이 섞여 나타난다. 910 ℃ 이상으로 가열하면 오스테나이트로 변화한다. 불과 0.02% 정도의 탄소를 고용할 수 있다
⒝ 펄라이트(pearlite)
탄소 0.76%의 강을 약 750℃ 이상의 고온에서 서서히 냉각하면, 650~600℃에서 변태를 일으켜(이 변태를 A1 변태라고 한다) 펄라이트 조직이 나타난다. 사광선을 이용하여 현미경으로 검사하면, 진주와 같은 광택이 나타나 펄라이트라 한다. 이것은 α철(페라이트라고 한다)과 탄화철 Fe3C(시멘타이트라고 한다)가 서로 번갈아 층을 이루는 것이다. 고온으로 부터의 냉각속도가 커짐에 따라서 Ar1 점(냉각 때의 A1)은 내려가 펄라이트층은 미세해진다. 탄소가 0.76% 이하의 강에서 그 상온의 조직은 펄라이트와 페라이트, 탄소 0.76%이상의 강 또는 주철에서는 펄라이트와 시멘타이트로 된다.
⒞ 시멘타이트(cementite)
금속합금 내에 존재하는 탄소는 금속원자와 결합하여 카바이드를 형성하며, 금속합금이 철강 재료인 경우에는 철금속이 탄소와 결합하여 시멘타이트를 형성하여 합금의 내열 내마모 특성을 증가시킨다. 대부분의 탄소강에서는 250~700℃ 근처에서 시멘타이트가 형성되며 이보다 고온에서는 구형의 입자상으로 조대화 한다. 조성은 Fe3C 혹은 합금 내 카바이드 형성 촉진원소 M이 포함된 경우에는 (Fe,M)3C로 표시된다. 철강재료 중 백주철과 같은 재료는 탄소가 거의 시멘타이트의 형태로 존재하며, 내마모성이 뛰어나서 볼밀(ball mill)과 같은 마모가 심한 부분에 사용된다.
⒟ 오스테나이트
담금질한 강 조직의 하나이다. 철은 녹을 때까지 두 번 결정형을 바꾸는데, 900℃ 이하와 1,400~1,528 ℃(녹는점)까지 범위에서는 체심입방결정형이지만, 900~1,400℃에서는 면심입방 결정형이 된다. 순철은 웬만큼 급히 냉각시켜도 900 ℃를 경계로 하는 면심입방 → 체심입방의 결정형 변화는 막을 수가 없어 체심입방형으로 되지만, 철에 탄소가 알맞게 들어간 강에서는 급랭함으로써 이 변화가 도중에 정지한다.
이것을 다시 탄소 이외의 다른 원소를 하나 더 첨가한 합금강으로 하면, 첨가하는 원소에 따라서 이 변화가 완전히 멈추어 면심입방의 철이 상온까지 가져올 수 있다. 합금원소가 녹아든 면심입방정의 철을 철강학자인 R.오스텐의 이름을 따서 오스테나이트라 한다. 상온에서 안정된 체심입방의 철보다도 탄소가 더 많이 녹아 들들어간다. 약 2.14%까지의 탄소를 고용할 수 있다.
② 기계구조용 탄소강의 열처리
기계구조용 탄소강은 JIS에 의하면 23종류로 분류할 수 있으며 그 중 대표적인 강종을 아래 표에 표시한다. 단조강의 경우와는 다르게 화학성분, 특히 탄소량에 중점을 두고 있다.
S10C로부터 S25C까지의 저탄소강은 경화능이 작고 질량효과가 크기 때문에 일반적으로 노멀라이징 상태로 사용하며 특히 강도를 필요로 하지 않는 부분에 사용된다.
S30C 이상의 중탄소강은 경화능이 크므로

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