금속가열 조직관찰 결과레포트

소개글

금속가열 조직관찰 결과레포트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험결과

본문내용

광범위한 성질에 영향을 주며, 이러한 성질대문에 금속이 일상생활에서 대단히 유용한 필수품으로 되게 한다. 실온에서 α-철내에 고용될 수 있는 탄소의 용해도는 대단히 낮기 때문에 탄소 원자들은 개개의 철원자들 사이에서 매우 드물게 존재할 뿐이다. 대신 탄소는 시멘타이트라고 부르는 철탄화물로 결합되어 있다. 철탄화물은 페라이트와 번갈아 층상으로 나타나며, 펄라이트라고 부르는 조직을 함께 형성하게 되며, 펄라이트의 평균탄소농도는 0.8%이다. 조직내에 형성되어 잇는 펄라이트의 비율은 강의 탄소량이 0.8%까지 증가함에 따라 증가하며 0.8%의 탄소를 함유하는 강을 공석강이라고 한다. (그림 1.3(a)-(d)참조). 이 양을 초과하는 탄소는 결정립계 탄화물로 석출된다.
그림 1.3 탄소량의 변화에 따른 탄소강의 현미경조직
(a) 페라이트, 0.0%C (b) 페라이트+펄라이트, 0.4%C (500X)
(c) 펄라이트, 0.8% (1000X) (d) 펄라이트+결정립계 시멘타이트 1.4%(500X)
철을 탄소와 합금했을 때 변태는 철-탄소 평형 상태도에서 볼 수 잇는 바와 같이 탄소함유량에 따라 좌우되는 온도 범위 내에서 일어난다. 그림 1.4는 강의 열처리에 사용되는 철탄소 상태도의 표시된 부분 중에 해당하는 여러 가지 현미경 조직을 예시한 것이다. 상태도 중 나머지 전체 부분을 6% 탄소가지 그림 1.5에 확대하여 다시 나타냈는데, 여기에서 탄소의 용해도는 페라이트 중에서 보다 오스테나이트 중에서 더 크다는 것을 알 수 있다.
그림 1.4 철-탄소 평형상태도의 왼쪽 아래 부분
그림 1.5 철-탄소 평형상태도
---- 안정 Fe-C계
━━ 불안정 Fe-C계
1.2.1 가열
α-철을 911℃가지 가열하면 γ-철로 변태한다는 것은 앞에서 언급하였다. 이러한 사실은 그림 1.4에 있는 상태도의 왼쪽 수직 축을 보면 더욱 확실히 알 수 잇다. 0.85 탄소를 함유하는 강(공석강)은 약 723℃에서 오스테나이트로의 변태가 일어난다. 여기서 α-철,γ-철 및 시멘타이트가 평형상태에 있는 온도를으로 표시한다.(상태도에서 PK선). 아공석강이라고 부르는 이 보다 낮은 탄소함량을 갖는 강에서 펄라이트로부터 오스테나이트로의 변태는 동일한 온도인 723℃에서 일어나기 시작한다. PS와 GS사이의 평형영역 내에서는 펄라이트에서 형성된 오스테나이트와 변태하지 않는 페라이트가 공존한다. GS선으로 표시되는 온동에 도달될 때까지 변태는 완료되는 않는다. 이 선 이상에서는 단지 한 개 안정한 상, 즉 오스테나이트 분이다. 탄소함유량 0.8% 이상일 경우의 강을 과공석강이라 부른다. 이러한 강에서도 역시 펄라이트는 723℃에서 오스테나이트로 변태하기 시작하지만, 시멘타이트는 온도가 Acm로 표시되는 평형선 SE선 이상으로 올라갈 때까지 완전히 고용되지 않는다.
723℃에서 0.025% 이상의 탄소를 함유하는 강에서 오스테나이트로의 변태가 일어나기 시작한다. 이것은 원자 배열상태가 페라이트상태에서 탄소원자의 고용도가 더 많은 오스테나이트로 변화한다는 의미이다. 오스테나이트내 탄소원자들의 위치를 그림 1.6에 나타낸다. GSE 이상의 온도에서는 오스테나이트 단일상만이 존재하고 모든 탄소는 고용되어 균일하게 오스테나이트내에 분포하게 된다.
1.2.2 냉각
완전히 오스테나이트화 처리된 공석탄소강의 온도를 723℃ 이하로 서서히 강하시키면 γ-철에서 α-철로의 변태가 일어나기 시작하고, 그 결과 탄소는 격자밖으로 밀려나 시멘타이트를 형성하게 된다. 실온까지 완전히 냉각하면 다시 한번 펄라이트조직이 된다.
철-탄소 평형상태도가 열처리과정에 있어서 기본적인 중요성을 갖는다는 것에 대해서는 의심의 여지가 없다 그러나 이것은 평형이 단순히 탄소와 철 성분사이에 이루어졌을 때만의 상황을 나타낸 뿐이다. 대부분의 열처리 과정에 있어서 시간이라는 인자는 결정적인 인자중의 하나이며, 그 영향은 이른바 시간-온도-변태선도에 의해서 나타나게 된다. 이 선도로부터 변태의 진행에 미치는 시간과 온도 양자의 영향을 이해할 수 있게 된다. 시간을 나타내는 축은 편의상 대수치로 나타낸다.
1.3 시간-온도 변태
1.3.1 가열
그림 1.7 (a)-(f)에 예시한 상태도는 가열시간의 영향을 가장 잘 설명하고 있다. 그림 1.7(a)는 널리 알려진 철-탄소 상태도를 나타내고 있는데 여기에서 0.8% 탄소강을 가열할 때 723℃에서 오스테나이트로 변태한다는 것을 알 수 있다. 그러나 이 상태도는 이러한 변태가 얼마만한 시간에 걸쳐서 일이라는 것인가에 대해서는 아무것도 알려 줄 수가 없다. 0.8%강에 대해서만 사용할 수 있는 그림 1.7(b)로부터 알 수 잇는 바와 같이 온도를 급히 가열해서 730℃에서 유지했을 때 변태가 약 30초 내에 시작될 것이라는 예상을 할 수 있다. (시간을 대수치 눈금으로 표시), 대신에 강을 750℃까지 급히 가열한 경우 변태는 10초 이내에 개시하게 되고, 810℃까지 가열하면 1초 약간 지나서 즉 실제로는 이 온도에 도달한 즉시 시작된다. 펄라이트가 오스테나이트와 시멘타이트로 변태하는 것은 810℃에서 약6초 이내에 완료된다. 만약 이 온도에서 강을 완전히 오스테나이트화 하려면 약2시간(7X초)동안 유지해야 된다.
그림 1.7(c) 및 (d)는 0.45% 탄소강에 대해 사용할 수 있는 것으로 810℃에서 동일한 방법으로 나타냈는데, 예를 들면 펄라이트에서 오스테나이트로 변태는 거의 바로 일어난다. 약 5초 이내에 펄라이트가 변태 완료되어 조직을 페라이트 또는 오스테나이트로 변태한다. 그러나 남아 있는 시멘타이트의 잔류 입자들이 완전히 고용되기 위해서는 약 5시간이 소요된다.
1.2% 탄소를 함유하는 과공석강을 810℃까지 가열할 때 약 5초 이내에 오스테나이트와 시멘타이트로 이루어진 조직이 얻어진다. (그림 1.7(e)와(f)). 이 온도에서 시멘타이트가 완전히 고용되기는 불가능하다. 이것은 평형상태도를 상세히 고찰하면 분명해진다. 시멘타이트를 완전히 고용시키기 위해서는 최소한 860℃까지 온도를 증가시켜야 한다.
강의 고용속도를 연구하기 위해서는 강을 미리 정해진 온도까지 가열해서 얼마동안 유지한 후 물 속에

키워드

금속가열,   SM20C,   탄소강,   철-탄소 평형상태도,   펄라이트