탄소강 열처리와 로크웰, 비커스 경도

소개글

탄소강 열처리와 로크웰, 비커스 경도에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 시험 제목
2. 시험의 목적
3. 서론
4. 관련이론
4.1 경도시험
4.2 로크웰경도계, 비커스경도계
1)로크웰경도계
2)비커스경도계
4.3 열적 활성화과정
1)확산현상
2)확산법칙
3)회복 및 재결정
4.4 경도와 경화능
1)경도와 탄소함량
2)경화능의 정의
4.5 탄소강 상태도
4.6 Fe-c 상태도에서의 불변계반응
4.7 탄소강의 변태
4.8 탄소강의 서냉시 조직변화
1)공석강
2)아공석강
3)과공석강
4. 9 탄소강의 기계적 성질
1) 상온 기계적 성질
2) 고온 기계적 성질
5. 실험방법
5.1 실험에 필요한 재료, 약품 및 기구
5.2 실험과정
6. 실험결과 및 고찰

본문내용

0배 정도의 현미경에 의해 압흔의 대각선 길이를 측정한다. 대각선 길이는 <그림 7> d 측정한다.
4. 3 열적 활성화 과정.
1) 확산현상
확산은 원자의 이동이며 시간과 온도에 의하여 좌우되는데 예를 들면, Cu층과 Cu-Ni합금으로 된 주화를 높은 온도로 가열하면 원자는 상호 확산된다. 확산형태에는 칩입형과 공공 또는 치환형이 있다<그림 8>. 수소, 탄소 및 질소등과 같은 작은 원자는 침입형 확산원자이며, 이들은 침입형 위치로부터 점프한다. <그림 9> 예에서는 표면의 고탄소로부터 저탄소강인 내부로 점진적인 변화가 생긴다. 이렇게 하여 표면직하는 인성이 있는 저탄소강으로 표면은 경도가 높고 내마모성이 양호하게 된다. 부품을 탄소가 부화된 분위기내에서 가열하면 탄소농도차이가 생긴다. 탄소원자는 분해되어 표면층에 형성되고 일부는 표면층 직하로 확산된다. 확산과정은 표면층뿐만 아니라 내부조직을 변화시키는 경우에도 매우 중요하다. 강의 열처리의 가장 중요한 효과는 단일상 조직으로부터 2상 조직으로 변화되는 것이다. 2차상인 탄화철의 석출은 확산에 의한 원자 이동에 좌우된다. 유사하게 비철합금에서 경화상의 석출도 확산운동에 따른다.
2) 확산법칙
확산속도를 조절하는 세가지의 중요한 관계는 Fick의 제1법칙 및 제2법칙 그리고 온도에 따른 확산상수의 변화이다. Fick의 제 1법칙은 정상상태 조건하에서 원소의 확산이다. 예를 들면 용기벽 측면<그림 10>을 통하여 일정하에서 질소의 손실속도이다 벽두께 X를 통한 질소의 흐름은, N₂유속=-DC/X 여기서 C/X는 농도구배이며 D는 재료에 따라 일정한 확산계수이다. Fick의 제 2법칙은 비정상상태인 경우에 농도의 시간에 따른 변화관계를 나타낸 것이다. 탄소가 부화(富化)된 노분위기에 차차를 두면 표면은 높은 농도수준에 도달되나 탄소는 시간의 함수로 내부로 확산될 것이다<그림 11>. 적당한 내마모성과 강도를 얻기 위하여 x깊이에서 Cx의 탄소농도가 요구된다면 노온도에서 t시간 기다려야한다. 이조건을 만족하는 관계를 Fick의 제 2법칙이라 한다.Cs-Cx/Cs-Co=erf(x/2√Dt) 여기서, Cs=분위기에서 직접생성된 탄소의 표면농도(상수), Co= 강전체 탄소의 최초 균일농도, Cx= t시간에서 표면으로부터 x거리에 있는 탄소농도, x=표면으로부터 거리, D=확산계수 t=시간, erft량을 “오차함수”라 하고 Co=0이면, Cx/Cs=1-erf(x/2√Dt), 그래서D 또는 t가 증가하면 erf는 작아지며 Cx/Cs는 1에 근접한다. 즉, Cx는 표면농도에 가까워진다.
3) 회복 및 재결정
소성변형을 하면 재료에너지 함량은 현저하게 상승되는데, 즉 조직상태가 비평형이 증가되는 방향으로 변화된다. 축적된 에너지는 주로 전위의 탄성적 변위 에너지로부터 생기며 변형에서 전위농도는 10mm/mm³로부터 10mm/mm³로 상승된다. 충분한 활성화(온도 상승)로 일정한 온도이상이 되어 격자결함의 소멸및 재배열(회복) 또는 새로운 입자 생성(재결정)으로 에너지 감소가 일어나며 이렇게 하여 에너지가 풍부한 전위의 수가 변형되지 않은 재료의 값으로 복귀된다. 소성 변형된 재료를 어닐링하면 성질 변화가 3단계로 일어난다.<그림 12> 회복에서는 물리적(ex. 전기저항, 열기전력)은 변형전의 값으로 복귀되나 기계적 성질은 변화되지 않는다.
내부응력은 대부분 제거된다. 조직의 변화는 아직 식별할 수 있다. 공공은 소멸되고 전위는 열적인 활성화로 인하여 에너지가 빈약한 상태로 되며 반면에 전위밀도는 계속 유지된다. 회복에서는 성의존성이 공공 밀도만이 변화는 것이 분명하다 <표 3>은 회복에서 격자결합이 소멸되고 재배열되는 과정을 나타낸 것이다. 회복영역의 높은 온도에서는 무질서하게 분포된 전위가 정돈되며, 입자내부에는 소각경계가 생기는데 이것은 다면체면에 자주 개재된다. 여기서 이 과정을 다각형화라고 한다. 계속 온도가 상승하게 되면 변형된 조직은 재결정된다. 매우작은 통로길이에서는 열적 활성화된 자리교환으로 변위되지 않은 미소결정이 새로 생성된다. 추진력과 재결정화에서 전위의 변위에너지와 비교할만하다. 재결정된 조직은 변형되지 않은 조직과 같은 강도 및 인성을 갖는다. 변형에서 생성된 격자결합은 없어진다. 새로운 입자생성은 초정결정화에서 핵생성 및 성장과 유사한 과정으로 진행된다. <그림 13>은 냉간변형된 재료의 세포조직을 도식적으로 나타낸 것이다. 비교적 적게 변형된 영역근처에는 높은 전위밀도의 심하게 변위된 대(band)를 가진 조직으로 되어 있다. 변형도의 증가로 수가 증가되는 이 영역은 핵으로 작용한다. 이러한 핵으로 인하여 변형된 조직은 서서히 재결정된다. 모든 방향으로 확장된 입자 성장의 결정화 선단(front)으로 새로운 입계를 생성한다. 재결정된 조직의 입도, 입자형상 및 입계 등은 변형된 조직과 동등하지 않다.
여기서 가장 중요한 과정은 “입계이동”인데 지금까지 자세하게 알려져 있지 않다. 불순물, 합금원소 및 불용성 입자들이 입계 이동을 특히 방해한다. 변형도는 재료에 의존성인 최소값 crit(=에너지량)를 상회해야만 재결정이 시작될 수 있다. 이것으로부터 새로운 입자생성에 필요한 추진력이 충분하게 된다. crit인근에는 핵수가 적고 추진력이 낮으므로 현저하게 조대한 입자로된 재결정조직이 된다<그림 14>. 외부로부터 공급되는 에너지(온도)가 클수록 낮은 변형도에서 재결정이 일어난다<그림 15>. 재결정에서 자리교환과정은 원자결합이 강할수록, 즉 용융점 Ts가 높을수록 완만하게 진행된다<그림 15>. 최저결정화 한계는, TRkmin0.4Ts
이며, 예를 들면 철(Fe)에서는 대략 Ts(1536+273)K= 1809K, TRkmin720K450℃가 된다.
4. 4 경도와 경화능.
1)경도와 탄소함량
주어진 탄소강에서 생설 될 수 있는 최대 경도는 완전 마텐자이트 조직과 연관된다. <그림 15>은 탄소강에서 일반적으로 나타나는 전탄소 함량영역에 대한 페라이트와 펄라이트 또는 구상화된 조직과 연관된 마텐자이트의 경도를 나타낸다. 높은 경도와 이에 연관된 높은 강도, 피로저항 및 내마모성 등은 마텐자이트를 생성하는

키워드

경도,   탄소강,   로크웰,   비커스