[공유] 야금학-(1)기초-항온변태

 ss7893님의 블로그 | 난다 주

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항온변태도

 

  - 강을 오스테나이트화 시켜 이것은 A1 변태점이하의 적당한 온도까지 급냉하고 그 온도에서

    일정시간을 유지하여 변태을 진행시킨것이다.

  - 각각의 조직별 변태개시점과 변태종료점을 그래프로 그린것을 항온변태곡선 또는 TTT곡선이라

    하고 C 또는 S형을 하고 있어 C곡선 또는 S곡선이라 한다. 

 

Nose=550도

규칙1 : nose온도 위에서 항온변태시키면 펄라이트(Pearlite)가 형성되고,

           nose아래의 온도에서 항온변태시키면 베이나이트(Bainite)가 형성된다

규칙2 : nose온도 앞에서 항온변태시키면 마텐자이드(Martensite)가 형성되고,

           nose뒤의 온도에서 항온변태시키면 트루즈나이트(troositite)가 형성된다

규칙3 : Pearlite와 Bainite 두조직 모두 Ferite조직과 simentid조직으로 이루어져 있다

           그러나 Pearlite는 고온에서는 조대하고 조금 낮은도에서는 미세하다.

           그럼으로 Bainite 역시 높은 온도에서는 Ferite주위에서 simentid가 석출하지만

                                     약간 낮은 온도에서는 Ferite내(안)에서 simentid가 석출한다.

규칙4 : 공석강의 아공석강의 Ms점은 약 200도 위에 있고 인자는 탄소이다

          (탄소가 적을수록 Ms점은 올라간다-아래그림참조)

규칙5 : 페라이트는 어떻게 생성되는가?

        오스테나이드에서 시멘타이드가 형성하기 위하여는 탄소원자가 시멘타이드로 확산해야 한다

        따라서 인접한 지역의 탄소원자는 고갈되는데 이 지역이 페라이트다.

        750도에서 변태한 경우 페라이트만이 생성되어 오스테나이트와 2상 평행상태가 된다. 

 

a->수냉조직->Martensite : quenching-Martensite 바로변태(탄소강의 수냉형태)

b->유냉조직->troostite + martensite : c와동일(pearlite가 변태하였으나 일부는 별태못함)

c->공냉조직->미세 pearlite (sorbite) : Normalizing(불림)

                                                      내부응력제거,결정조직미세,기계적 물리적성질향상)

d->노냉조직->조대 pearlite : Annealing(풀림)-완전풀림,항온풀림,구상화풀림

                                         (내부응력제거,절삭성 향상,냉간가공향상)

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e->Lower Bainite(250~350) : 인성을 가진 조직(퀜칭,템퍼한 조직보다 인성이 우수)

f-> Upper Bainite(350~550) : 취약한 조직(깃털모양의 침상조직-그림참조)

g->미세 pearlite(550~650)

h->조대 pearlite(650~726)

 

 

각 조직별 특성은 무엇인가?

 

(1)오스테나이트(austenite)
-γ철에 탄소가 고용되어 있는 고용체를 오스테나이트(austenite)라고 하며, FCC 결정구조를 가지고 있다. 탄소고용도는 1148℃에서 2.08%로 최대이며, 온도가 내려감에 따라서 감소하여 723℃에서 0.8%로 된다. 따라서 탄소고용도는 α 페라이트 보다 매우 크다. 또한 α 페라이트에
서와 마찬가지로 오스테나이트 중의 탄소는 침입형자리에 위치하는데, FCC의 8면체 틈자리인
크기가 8면체 틈자리인 보다 크고, 8면체틈자리에 들어갈 수 있는 구의 최대반경은 0.51Å이다. 그러므로 0.77Å의 반경을 갖는 탄소원자가 8면체틈 자리에 들어가면 α 페라이트에서와 마찬가지로 격자변형을 일으키게 되지만, 그 변형정도는 α 페라이트보다는 작다. 이것이 오스테나이트의 탄소고용도가 α 페라이트보다 크게 되는 중요한 이유이기도 하다. 한편 이와 같이 오스테나이트와 α 페라이트의 탄소고용도가 차이나기 때문에 대부분의 강을 경화열처리하는데 있어서의 중요한 근거가 되는 것이다.

① 2% 이하의 탄소를 고용(금속의 결정격자 사이에 다른 금속의 원자가 침투하는 현상)한

    γ고용체이다.
② 오스테나이트는 균일한 상이므로 열처리시 이 조직을 갖기 위해 온도를 상승시킨다.
③ 비자성체이다.

-912도와 1394도 사이에서 철은 다형변태를 하여 BCC에서 FCC의 구조로 바뀌며 보통 γ-철 또는 오스테나이트로 알려진 조직으로 된다. 페라이트에 비해 100배 정도의 용해 능력을 가지며, 탄소가 철사이에 침입하여 존재한다. 고온에서 연성을 가지므로 성형성이 좋고, 고온에서 비자성이며, 오스테나이트계 스테인레스강은 상온에서 비자성이다. 

 

(2)페라이트(ferrite)

【전체에서 백색기지는 페라이트이고 검고 가는 선은 페라이트
입계를 나타내며 또 페라이트 가운데의 검은점은 개재물이다. 】
◈열처리 방법: 930°C에서 불림

-철에 탄소가 0.1% 이상 함유되어 있으면 페라이트 이외에 펄라이트(pearlite)가 뚜렷이 나타나며 이 펄라이트가 차지하는 면적은 탄소 함유량의 증가에 따라 증대하고, 불림(normalizig) 상태에서는 0.4% 전후에서 약 절반, 0.77%에서는 전부 펄라이트가 된다.
이와 같이 펄라이트가 많아짐에 따라 경도, 인장강도는 증가하고, 반대로 신율, 충격치 등은 감소한다. 펄라이트의 부분은 검게 부식되기 쉽고 고배율로 보면 층상으로 보인다.
아공석강(C 0.77% 이하)을 오스테나이트(austenite) 상태에서 서냉하면 A3 변태점에서 초석페라이트가 나타나고 A1 점에서 나머지의 오스테나이트가 펄라이트로 공석변태하여 본사진과 같은 조직이 된다. 냉각을 어느 정도 빨리(공냉)하면, 오스테나이트가 과냉되어 변태점이 저하하기 때문에 불림 조직은 로냉조직 보다도 다소 페라이트 양이 적다.
탄소량이 약 0.25% 이하의 아공석강은 급냉(quenching), 템퍼링(tempering)을 실시하면 기계적 성질이 좋아지고 강인성을 증대시켜 기계부품에 적합하게 되지만 저탄소강에서는 특히 질량효과가 크므로 두께가 두꺼운 부품에는 내부까지 경화시킬 수 없어 내부의 기계적 성질 향상은 바랄 수 없다.

① 탄소를 고용한 α고용체이다.-BCC
② 현미경으로 관찰시 백색으로 보인다.
③ 연하고, 경도와 강도가 작다.
④ 전기기전도 및 열전도가 높다.
⑤ 강자성상이며, 786°C(A₂변태점)에서 자기변태를 일으킨다.

 

(3) Pearlite
-생성과정 : 탄소강이나 합금강을 오스테나이트 상태에서 천천히 냉각할 때, 600∼650℃에서 변태를 일으켜 생기는 준강자성체인 페라이트와 시멘타이트가 교대로 층을 이루는 공석결정조직. 이 변태를 A변태라 한다.

이 조직은 사광선을 이용하여 현미경으로 관찰하면 진주(pearl)와 같은 광택을 볼 수 있으므로 펄라이트라 명명되었다.

공석점(0.8％C, 723℃)을 통과하는 냉각속도에 따라 조직이 변화하는데 냉각속도가 빨라지면 생성온도가 내려가, 펄라이트의 층간격은 좁아져서 굳기가 증가한다. 반면 서서히 식힐 때는 층모양이 되는데 이것을 층펄라이트라고 한다. 탄소량이 대략 0.8％인 강(공석강)은 오스테나이트로부터 직접 펄라이트가 생기는데, 탄소함유량이 그보다 적은 강(아공석강)에서는 먼저 페라이트(초석페라이트)가 생기고, 그 뒤 오스테나이트로부터 펄라이트가 생긴다. 탄소량이 0.8％ 보다 층상의 절대 두께는 등온 변태에 영향을 받는다.

공석의 바로 밑의 온도에서는 페라이트와 시멘타이트의 층이 비교적 두꺼우며, 이러한 미세구조를 조대 펄라이트라 한다.(coarse pearlite) 이 온도에서 확산 속도는 상대적으로 빠르며, 따라서 탄소 원자는 비교적 먼 거리까지 확산할 수 있으므로 두꺼운 층상구조를 가질 수 있다. 온도가 감소 함에 따라, 탄소 확산 속도가 감소하고 층의 두께는 점진적으로 얇아진다. 540℃ 부근에서 만들어진 얇은 층상구조를 미세 펄라이트(fine pearlite)라 한다. 많은 강(과공석강)에서는 시멘타이트(초석시멘타이트)가 생긴 뒤 펄라이트가 생긴다. 또한 강을 불림한 경우에도 페라이트나 시멘타이트와 함께 펄라이트가 얻어진다. 층상의 펄라이트는 인성이 적지만, A변태점 바로 아래의 온도로 가열하면, 펄라이트 중의 시멘타이트가 구상화하여 구상 펄라이트가 되고, 인성이 얻어진다.