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[Raf기계스토리] 일반기계기사 필기 – 기계재료(4) – Fe-C평형 상태도
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Fe-Fe3C 상태도와 상, 상태도의 해석, 철의 상태도 – 다음블로그
엄격하게 말해서 시멘타이트(Fe3C)로 불리우는 금속간화합물은 평형상이 아니기 때문에 이 상태도는 엄밀하게 말하면 평형상태도가 아니다.
Source: m.blog.daum.net
Date Published: 6/19/2022
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[열처리]철-탄소 평형상태도(Fe-Fe3C 상태도)
평형상태도는 강의 온도를 매우 천천히 가열하거나, 냉각시키면서 변하는 강의 상태변화를 나타낸다. 급격한 가열, 급격한 냉각으로 인한 강의 상태변화는 …
Source: kjygamja.tistory.com
Date Published: 2/5/2021
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Fe-C 평형상태도
그림에서 실선은 Fe-C의 평형상태도이며, 점선은 Fe-흙연의 평형상태도 이다. 강(鋼)중에서 탄소는 유리(遊離)해서 존재하지 않고 Fe3C인 탄화물 즉 cementite로 존재 …
Source: sns.chonbuk.ac.kr
Date Published: 3/10/2022
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금속 Fe-c 상태도란
▣ 금속 Fe-c 상태도 … 즉 α-Fe 순철로서 연하고 강자성체이다. … 되었고 진주와 같이 광택을 가져서 p라 한다 . 오스테나이트(Austenite) : γ -Fe 탄소 …
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Date Published: 11/6/2022
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Top 39 Fe C 평형 상태 도 The 232 Detailed Answer
Summary of article content: Articles about [열처리]철-탄소 평형상태도(Fe-Fe3C 상태도) 평형상태도는 강의 온도를 매우 천천히 가열하거나, 냉각 …
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Date Published: 8/14/2022
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Fe-Fe3C 평행상태도 – makersweb
Fe-Fe3C 평행상태도 … 공정선, 이 온도에서 액상(C) 오스테나이트(E) + Fe3C(F)의 공정반응에 의해서 … 상온에서 탄소고용도는 0.008% 이하이다.
Source: makersweb.net
Date Published: 7/25/2021
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주제에 대한 기사 평가 fe c 상태 도
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Fe-Fe3C 상태도와 상, 상태도의 해석, 철의 상태도
● 상태도
◆ 상태도의 기본적인 의미
상태도란 여러가지 조성의 합금을 용융상태로부터 응고되어 상온에 이르기까지 상태의 변화를 나타낸 그림을 말한다. 즉 합금의 성분비율과 온도에 따른 상태를 나타내는 그림으로서, 횡축에는 조성(%), 종축에는 온도(℃)로서 표시하고 있다. 그런데 여기서 횡축의 조성 즉 성분비율을 나타내는데에는 중량비율(wt%)이 보통 사용되지만 경우에 따라서는 원자비율(at%)로 나타낼 때도 있다. 이들의 상관관계는 다음절에서 자세하게 나타냈다.
◆ 농도표시법
전술한 바와 같이 일반적으로 합금의 조성은 중량비율로서 나타낸다. 만일 어떤 합금 100g이 80wt%A와 20wt%B로 되어 있다면 이는 80g의 A와 20g의 B를 함유한 것이 된다. 한편 이론적인 계산을 하는 경우에는 원자수의 비율로서 농도를 표시하는 원자비율를 사용하는 일이 있다. 80at%A와 20at%B로 되어 있는 합금에서 A와 B의 원자비는 80:20=4:1이 된다. 따라서 우리는 중량비율을 원자비율로, 원자비율을 중량비율로 환산해야만 할 때가 많이 있다. 이 wt%와 at%와의 사이에는 다음의 관계가 성립한다.
◆ Fe-Fe3C 상태도와 상
순철은 910℃이하에서는 체심입방격자이고, 910℃ 이상1390℃까지는 면심입방격자이다. 여기에 탄소원자가 함유되면 두가지의 변화가 나타난다. 즉 변태온도가 낮아지고 변태가 단일온도에서 일어나는 것이 아니라 어느 온도범위에 걸쳐서 일어나게 된다. 이러한 내용이 그림 2.1에 잘 나타나 있다. 엄격하게 말해서 시멘타이트(Fe3C)로 불리우는 금속간화합물은 평형상이 아니기 때문에 이 상태도는 엄밀하게 말하면 평형상태도가 아니다. 어떤 조건하에서 시멘타이트는 더욱 안정한 상인 철과 흑연으로 분해될 수 있다. 그러나 Fe3C는 한번 형성되기만 하며 실질적으로 매우 안정하므로 평형상으로 간주된다. 이러한 이유로 인해서 그림 2.1의 상태도는 준안정 상태도이다. 상(相, phase)이라는 것은 물리적, 화학적 그리고 결정학적으로 균일한 부분을 말하는 것으로, 이것은 뚜렷한 계면에 의해서 합금의 다른 부분과 구분된다. Fe-Fe3C 상태도에 나타나는 고상의 종류에는 4가지가 있다. 즉, α페라이트(ferrite), 오스테나이트(austenite), 시멘타이트 및 δ 페라이트등이다. 이 각각의 상들을 구체적으로 나타내면 다음과 같다.
그림 2.1. Fe-C상태도 (실선:Fe-Fe3C 상태도, 점선:Fe-C상태도)
(1) α 페라이트 α철에 탄소가 함유되어 있는 고용체를 α 페라이트 또는 단순히 페라이트라고 부르며, BCC 결정구조를 가지고 있다. 상태도에서 나타내듯이 α 페라이트의 최대탄소고용도는 723℃에서 0.02%이므로 페라이트에 고용할 수 있는 탄소량은 매우 적은 것을 알 수 있다. 또한 α 페라이트의 탄소고용도는 온도가 내려감에 따라서 감소하여 0℃에서 약 0.008%정도이다. 탄소원자는 철원자에 비해서 비교적 원자크기가 작으므로 철의 결정격자내의 침입형자리(interstitial site)에 위치한다. 침입형자리는 4면체 틈자리(tetrahedral site)와 8면체 틈자리(octahedral site)의 두종류가 있는데, BCC인 α 페라이트에서는 4면체 틈자리인 의 크기가 크고, 그 침입형자리에 들어갈 수 있는 구의 최대반경은 0.35Å이다. 따라서 0.77Å의 반경크기를 갖는 탄소원자가 이 침입형자리에 들어가게 되면 탄소원자의 크기가 침입형자리보다 상대적으로 매우 크기 때문에 격자변형을 일으키게 된다. 이것이 α 페라이트내의 탄소고용도를 적게 하는 중요한 이유이다.
(2) 오스테나이트 γ철에 탄소가 고용되어 있는 고용체를 오스테나이트(austenite)라고 하며, FCC 결정구조를 가지고 있다. 탄소고용도는 그림 2.1에서 볼 수 있듯이 1148℃에서 2.08%로 최대이며, 온도가 내려감에 따라서 감소하여 723℃에서 0.8%로 된다. 따라서 탄소고용도는 α 페라이트보다 매우 크다. 또한 α 페라이트에서와 마찬가지로 오스테나이트중의 탄소는 침입형자리에 위치하는데, FCC의 8면체 틈자리인 및 의 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.
(3) 시멘타이트 철탄화물(Fe3C)인 시멘타이트는 고용체라기보다는 금속간화합물로서, 6.67%의 탄소를 함유하고 있다. 결정구조는 그림 2.2와 같이 단위격자당 12개의 Fe원자와 4개의 C원자를 가지는 사방정(orthorhombic)이고, 매우 硬하고 취약한 성질을 가지고 있다.
그림 2.2 시멘타이트(Fe3C)의 원자구조 (●:탄소원자, ○:철원자)
(4) δ페라이트 δ철의 탄소고용체를 δ페라이트라고 하며, α 페라이트와 마찬가지로 BCC 결정구조를 가지지만 격자상수가 다르다. δ페라이트내의 최대탄소고용도는 1495℃에서 0.09%이다.
◆ Fe-Fe3C 상태도의 해설
탄소는 철과 화합하여 시멘타이트(Fe3C)의 형태로 되는 경우와 또는 탄소單體의 흑연(黑鉛, graphite)으로 되는 경우가 있다. 강의 경우는 주로 시멘타이트의 형태로 존재하지만 주철에서는 흑연과 시멘타이트의 두가지 형태가 나타난다. 보통 시멘타이트는 고온으로 가열하면 철과 흑연으로 분해되므로 준안정상이라고 할 수 있고, 오히려 흑연이 안정상으로 간주된다. 그림 2.1중에서 실선이 Fe-Fe3C계 상태도를 나타내고, 점선이 철-흑연계 상태도를 나타내는 것이다. 철-흑연계 상태도는 주철에서 주로 고려되는 것이므로 여기서는 Fe-Fe3C 상태도에 대하여만 설명하고자 한다. 한편 실제 열처리작업에서 1200℃ 이상을 사용하는 경우가 극히 드물지만 참고적으로 함께 설명하였다. 특히 1200℃ 이하의 부분은 그림 2.3에서 구체적으로 설명하였다.
그림 2.3. Fe-Fe3C계 평형상태도와 변형조직도
[열처리]철-탄소 평형상태도(Fe-Fe3C 상태도)
이번 포스팅은 강의 탄소함유량, 온도에 따른 상의 변화를 다룬 평형상태도를 알아보도록 하겠습니다.
열처리 관련 내용은 평형상태도에서 출발한다고 보면될 것 같습니다. 따라서 반드시 암기 혹은 숙지해야합니다.
평형상태도(equilibrium phase diagram)란?
여러 가지 조성의 합금을 용융 상태로부터 응고되어 상온에 이르기까지 상태의 변화를 나타낸 그림
출처:https://mechaniclove.com/wp-content/uploads/2017/12/phase_diagram_large.gif
철-탄소 평형상태도(Fe-Fe 3 C 상태도)
강에 있어서 가장 중요한 합금 원소는 탄소이므로, 철-탄소 평형상태도를 중요하게 다룬다.
가로축은 탄소함유량을, 세로축은 온도를 나타낸다.
평형상태도는 강의 온도를 매우 천천히 가열하거나, 냉각시키면서 변하는 강의 상태변화를 나타낸다.
급격한 가열, 급격한 냉각으로 인한 강의 상태변화는 이후에 추가로 다루게 된다.(TTT curve)
페라이트는 철에 탄소가 침입한 고용체이나, 순수한 철로 보아도 무방할 정도이다(약 0.008% 의 탄소를 고용할 수 있다.)
철에 탄소의 함량을 늘리면, 철+탄소가 결합한 Fe 3 C 가 생성되는데, 이를 시멘타이트라고 한다.
펄라이트는 페라이트와 시멘타이트의 층상의 형태(페라이트와 시멘타이트가 번갈아 가며 나타나는 구조)
아공석강 / 철에 탄소함유량이 0%~0.8%가 함유된 고체상(A 1 변태온도 이하에서) : 페라이트(Ferrite) + 펄라이트(Pearlite)
공석강 / 철에 탄소함유량이 0.8%일때의 고체상(A 1 변태온도 이하에서) : 펄라이트
과공석강 / 철에 탄소함유량이 0.8%~일때의 고체상(A 1 변태온도 이하에서) : 펄라이트+시멘타이트(Cementite)
아공석강에서는 A 3 변태온도 이상, 과공석강에서는 A cm 변태 온도 이상의 고체상을 오스테나이트라 하는데, 철에 탄소가 침임형 고용체로 존재하는 형태를 띈다.
공성강에서 오스테나이트의 틈자리에는 최대 0.8%까지 탄소가 침입형으로 존재할 수 있다.
탄소함유량 0.8%이면, 공성강이라 하고, 그것보다 적으면 아공석강, 그것보다 많으면 과공석강이라 한다.
(공석이라는 뜻이 1개의 고체상이 2개의 고체상으로 바뀌는 것을 의미하는데, 0.8% 탄소를 함유한 철을 A 3 , A cm 이상으로 가열 했다가 냉각할때 720도 근처에서 오스테나이트에서 펄라이트(페라이트+시멘타이트)로 변태하기 때문에, 이를 공석강이라 한다.)
출처:https://study.com/academy/lesson/interstitial-solid-solution-definition-rules-examples.html
아공석강 / A 3 온도 이상으로 높였다가 냉각 시키면 오스테나이트 → 오스테나이트+페라이트 → 페라이트+펄라이트
공성강 / A 3 , A cm 온도 이상으로 높였다가 냉각 시키면 오스테나이트 → 펄라이트
과공석강 / A cm 온도 이상으로 높였다가 냉각 시키면 오스테나이트 → 오스테나이트 + 시멘타이트 → 시멘타이트 + 펄라이트
(위의 3가지 경우 모두 성분상으로는 페라이트+시멘타이트의 조합이라고 볼 수 있다.
하지만 탄소함유량에 따라 페라이트, 시멘타이트, 그리고 페라이트 시멘타이트의 층상형태인 펄라이트가 차지하는 성분의 비율이 다르고, 단면 형상이 다르다.)
페라이트보다 오스테나이트에 탄소가 더 많이 침입할 수 있는 이유는 무엇인가?
BCC 구조인 페라이트는 4면체 틈자리나, 8면체 틈자리 모두 탄소가 침입하기에 좁다.
FCC 구조인 오스테나이트는 8면체 틈자리가 BCC 구조보다 크다.
→ 페라이트 보다 오스테 나이트에 더 많은 탄소가 침입형으로 고용 가능하다.
출처:https://www.physicsforums.com/attachments/phffccbcc-gif.16239/
*해당 포스팅은 완전히 전문적인 내용이 아니며, 필자가 공부를 하며 메모하는 식으로 쓴 글입니다.
*100% 학술자료에 바탕하여 작성하지 않았으며, 일부의 내용은 학설과 다를 수 있습니다.
*따라서 포스팅의 내용은 추가되거나 수정될 수 있습니다.
*언제든 잘못된 부분이 있으면 지적해주시면 감사하겠습니다.
금속 Fe-c 상태도란
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▣ 금속 Fe-c 상태도
Fe-c 평행 상태도
페라이트(Ferrite) : α-Fe로서 그 성분은 거의 순철에 가깝다 또는 부드럽고 전성 연성이 크며 강자성체이며
즉 α-Fe 순철로서 연하고 강자성체이다.
페라이트(Pearlite) : 오스테나이트(Austenite) 가 페라이트(Ferrite)와 시멘타이트(Cementite)의 공석점
Fe + Fe3C 의 층 사이 혼합물 현미경으로 보면 ⓕ와 ⓒ의 조직의 서로 층상으로
되었고 진주와 같이 광택을 가져서 ⓟ라 한다 .
오스테나이트(Austenite) : γ -Fe 탄소 고용체로서 강인하고 비 자성체이다.
탄소는 공유한 γ -Fe. 즉 고용체를 말한다 면심 입방격자 강을 A1 변태점
이상에 가열할 때 얻어지는 조직이다.
마르텐 사이트(Martensite) : α-Fe 중에서 탄소가 과포화 되어 있는 α고용체로 경하고 취약하다.
ⓕ에 탄소가 억제로 공용당한 침상 조직 강을 Ac1 점 이상의 온도에서
수중에 담금질하면 대부분 ⓜ가 크다.
트루스타이트(Troostite) : Fe + Fe3C의 입상 혼합물로서 뜨임 조직으로 강하며 조직은ⓜ조직보다
냉각 속도를 조금 적게 할 때와 ⓜ조직을 400 ℃에서 뜨임 처리하여도
나타난다 경도와 인장강도는 ⓜ보다 단소적 으나 인성과 연성이 단소
있어 산에 부식되기 쉬운 결점이다.
소르바이트(Sorbite) : 미세한 펄라이트(Pearlite), 500~600℃ Fe + Fe3C 의 입상 혼합물로서 뜨임 조직
으로 강인함 또 담금질할 때 A1 변태를 600~650℃에서 일으킬 때 얻어지는 조직
으로 일종의 미세한 Pearlit라 한다.
시멘타이트(Cementite ): Fe3C 의 금속 간 화합물을 말하면은 6.67% C을 갖고 금속적 광택을 가지며
경하고 취약하며 자성을 갖게 되며 경도는 담금질 강 보다 크고 비중은 7.82,
자성은 순철의 2/3, 210℃에서는 비 자성체로 된다.
레데부라이트(Ledeburite): γ – Fe + Fe3C의 공정
베이나이트(Bainite): 시펜타이트(Cementite)와 같은 탄화물과 페라이트(Ferrite)가 미세하게 혼합된
조직
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Top 39 Fe C 평형 상태 도 The 232 Detailed Answer
[Raf기계스토리] 일반기계기사 필기 – 기계재료(4) – Fe-C평형 상태도 \”기계재료의 꽃 평형상태도 무조건 봐야겠다 그져 ?\” [Raf기계스토리] 일반기계기사 필기 – 기계재료(4) – Fe-C평형 상태도 \”기계재료의 꽃 평형상태도 무조건 봐야겠다 그져 ?\” [열처리]철-탄소 평형상태도(Fe-Fe3C 상태도)Article author: kjygamja.tistory.com
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Fe-C ÆòÇü»óŵµ
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Fe-Fe3C 상태도와 상, 상태도의 해석, 철의 상태도
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철강재료 – 순철/Fe-C 평형상태도
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철강재료 – 순철Fe-C 평형상태도
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Most searched keywords: Whether you are looking for Fe3C 평형 상태도. – ppt download 5 ◈ Fe-Fe3C 평형상태도 ◈ 6.67%C까지의 탄소를 가지는 Fe-C 합금을 매 우 서냉 시킬 때 온도에 따라서 존재하는 상영역을 나타낸 그림. 2. 종류 ① Fe-Fe3C계 … ◈ 상태도 관련 용어 정리 ◈ -중량농도(wt%) : 중량 비 ①1계에서 물리화학적으로 균일한 부분 1. 계(System) 한 물질 또는 몇 개의 물질의 집합이 외부와 관계없이 독립해서 한 상태를 이루는 것 예) 1성분계(1원계), 2성분계(2원계) 2. 성분(Component) 1계를 구성하고 있는 물질 예) Cu-Ni계 : Cu와 Ni이 성분 3. 농도(Concentration), 조성(Composition) 1계에서 성분 상호간의 관계분량 즉 상호간의 비율 -중량농도(wt%) : 중량 비 -원자농도(at%) : 원자수의 비 4. 상(Phase) ①1계에서 물리화학적으로 균일한 부분 예) 물+기름 : 2성분계 2상, 물+에틸알콜 : 2성분계 1상 ②순 금속, 고용체(Solid solution), 금속간화합물(intermetallic compound) -용체(Solution) : 1물질 중에 타 물질이 용해되어 균질한 물질을 만들고 있는 것 액체인 경우는 solution(liquid solution), 고체인 경우는 solid solution이라 함 -금속간화합물 : 두 가지 이상의 금속원소가 간단한 정수비로 결합된 화합물 보통의 합금인 고용체와는 달리, 결정구조나 물리화학적 성질이 그 성분원소와 명확히 다름, 또한 일정한 녹는점을 가진 것Fe3C 평형 상태도.
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Fe-C 평형 상태도
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Fe-C 평형 상태도
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[열처리]철-탄소 평형상태도(Fe-Fe3C 상태도)이번 포스팅은 강의 탄소함유량, 온도에 따른 상의 변화를 다룬 평형상태도를 알아보도록 하겠습니다. 열처리 관련 내용은 평형상태도에서 출발한다고 보면될 것 같습니다. 따라서 반드시 암기 혹은 숙지해야합니다. 평형상태도(equilibrium phase diagram)란? 여러 가지 조성의 합금을 용융 상태로부터 응고되어 상온에 이르기까지 상태의 변화를 나타낸 그림 출처:https://mechaniclove.com/wp-content/uploads/2017/12/phase_diagram_large.gif 철-탄소 평형상태도(Fe-Fe 3 C 상태도) 강에 있어서 가장 중요한 합금 원소는 탄소이므로, 철-탄소 평형상태도를 중요하게 다룬다. 가로축은 탄소함유량을, 세로축은 온도를 나타낸다. 평형상태도는 강의 온도를 매우 천천히 가열하거나, 냉각시키면서 변하는 강의 상태변화를 나타낸다. 급격한 가열, 급격한 냉각으로 인한 강의 상태변화는 이후에 추가로 다루게 된다.(TTT curve) 페라이트는 철에 탄소가 침입한 고용체이나, 순수한 철로 보아도 무방할 정도이다(약 0.008% 의 탄소를 고용할 수 있다.) 철에 탄소의 함량을 늘리면, 철+탄소가 결합한 Fe 3 C 가 생성되는데, 이를 시멘타이트라고 한다. 펄라이트는 페라이트와 시멘타이트의 층상의 형태(페라이트와 시멘타이트가 번갈아 가며 나타나는 구조) 아공석강 / 철에 탄소함유량이 0%~0.8%가 함유된 고체상(A 1 변태온도 이하에서) : 페라이트(Ferrite) + 펄라이트(Pearlite) 공석강 / 철에 탄소함유량이 0.8%일때의 고체상(A 1 변태온도 이하에서) : 펄라이트 과공석강 / 철에 탄소함유량이 0.8%~일때의 고체상(A 1 변태온도 이하에서) : 펄라이트+시멘타이트(Cementite) 아공석강에서는 A 3 변태온도 이상, 과공석강에서는 A cm 변태 온도 이상의 고체상을 오스테나이트라 하는데, 철에 탄소가 침임형 고용체로 존재하는 형태를 띈다. 공성강에서 오스테나이트의 틈자리에는 최대 0.8%까지 탄소가 침입형으로 존재할 수 있다. 탄소함유량 0.8%이면, 공성강이라 하고, 그것보다 적으면 아공석강, 그것보다 많으면 과공석강이라 한다. (공석이라는 뜻이 1개의 고체상이 2개의 고체상으로 바뀌는 것을 의미하는데, 0.8% 탄소를 함유한 철을 A 3 , A cm 이상으로 가열 했다가 냉각할때 720도 근처에서 오스테나이트에서 펄라이트(페라이트+시멘타이트)로 변태하기 때문에, 이를 공석강이라 한다.) 출처:https://study.com/academy/lesson/interstitial-solid-solution-definition-rules-examples.html 아공석강 / A 3 온도 이상으로 높였다가 냉각 시키면 오스테나이트 → 오스테나이트+페라이트 → 페라이트+펄라이트 공성강 / A 3 , A cm 온도 이상으로 높였다가 냉각 시키면 오스테나이트 → 펄라이트 과공석강 / A cm 온도 이상으로 높였다가 냉각 시키면 오스테나이트 → 오스테나이트 + 시멘타이트 → 시멘타이트 + 펄라이트 (위의 3가지 경우 모두 성분상으로는 페라이트+시멘타이트의 조합이라고 볼 수 있다. 하지만 탄소함유량에 따라 페라이트, 시멘타이트, 그리고 페라이트 시멘타이트의 층상형태인 펄라이트가 차지하는 성분의 비율이 다르고, 단면 형상이 다르다.) 페라이트보다 오스테나이트에 탄소가 더 많이 침입할 수 있는 이유는 무엇인가? BCC 구조인 페라이트는 4면체 틈자리나, 8면체 틈자리 모두 탄소가 침입하기에 좁다. FCC 구조인 오스테나이트는 8면체 틈자리가 BCC 구조보다 크다. → 페라이트 보다 오스테 나이트에 더 많은 탄소가 침입형으로 고용 가능하다. 출처:https://www.physicsforums.com/attachments/phffccbcc-gif.16239/ *해당 포스팅은 완전히 전문적인 내용이 아니며, 필자가 공부를 하며 메모하는 식으로 쓴 글입니다. *100% 학술자료에 바탕하여 작성하지 않았으며, 일부의 내용은 학설과 다를 수 있습니다. *따라서 포스팅의 내용은 추가되거나 수정될 수 있습니다. *언제든 잘못된 부분이 있으면 지적해주시면 감사하겠습니다.
Fe-Fe3C 상태도와 상, 상태도의 해석, 철의 상태도
● 상태도 ◆ 상태도의 기본적인 의미 상태도란 여러가지 조성의 합금을 용융상태로부터 응고되어 상온에 이르기까지 상태의 변화를 나타낸 그림을 말한다. 즉 합금의 성분비율과 온도에 따른 상태를 나타내는 그림으로서, 횡축에는 조성(%), 종축에는 온도(℃)로서 표시하고 있다. 그런데 여기서 횡축의 조성 즉 성분비율을 나타내는데에는 중량비율(wt%)이 보통 사용되지만 경우에 따라서는 원자비율(at%)로 나타낼 때도 있다. 이들의 상관관계는 다음절에서 자세하게 나타냈다. ◆ 농도표시법 전술한 바와 같이 일반적으로 합금의 조성은 중량비율로서 나타낸다. 만일 어떤 합금 100g이 80wt%A와 20wt%B로 되어 있다면 이는 80g의 A와 20g의 B를 함유한 것이 된다. 한편 이론적인 계산을 하는 경우에는 원자수의 비율로서 농도를 표시하는 원자비율를 사용하는 일이 있다. 80at%A와 20at%B로 되어 있는 합금에서 A와 B의 원자비는 80:20=4:1이 된다. 따라서 우리는 중량비율을 원자비율로, 원자비율을 중량비율로 환산해야만 할 때가 많이 있다. 이 wt%와 at%와의 사이에는 다음의 관계가 성립한다. ◆ Fe-Fe3C 상태도와 상 순철은 910℃이하에서는 체심입방격자이고, 910℃ 이상1390℃까지는 면심입방격자이다. 여기에 탄소원자가 함유되면 두가지의 변화가 나타난다. 즉 변태온도가 낮아지고 변태가 단일온도에서 일어나는 것이 아니라 어느 온도범위에 걸쳐서 일어나게 된다. 이러한 내용이 그림 2.1에 잘 나타나 있다. 엄격하게 말해서 시멘타이트(Fe3C)로 불리우는 금속간화합물은 평형상이 아니기 때문에 이 상태도는 엄밀하게 말하면 평형상태도가 아니다. 어떤 조건하에서 시멘타이트는 더욱 안정한 상인 철과 흑연으로 분해될 수 있다. 그러나 Fe3C는 한번 형성되기만 하며 실질적으로 매우 안정하므로 평형상으로 간주된다. 이러한 이유로 인해서 그림 2.1의 상태도는 준안정 상태도이다. 상(相, phase)이라는 것은 물리적, 화학적 그리고 결정학적으로 균일한 부분을 말하는 것으로, 이것은 뚜렷한 계면에 의해서 합금의 다른 부분과 구분된다. Fe-Fe3C 상태도에 나타나는 고상의 종류에는 4가지가 있다. 즉, α페라이트(ferrite), 오스테나이트(austenite), 시멘타이트 및 δ 페라이트등이다. 이 각각의 상들을 구체적으로 나타내면 다음과 같다. 그림 2.1. Fe-C상태도 (실선:Fe-Fe3C 상태도, 점선:Fe-C상태도) (1) α 페라이트 α철에 탄소가 함유되어 있는 고용체를 α 페라이트 또는 단순히 페라이트라고 부르며, BCC 결정구조를 가지고 있다. 상태도에서 나타내듯이 α 페라이트의 최대탄소고용도는 723℃에서 0.02%이므로 페라이트에 고용할 수 있는 탄소량은 매우 적은 것을 알 수 있다. 또한 α 페라이트의 탄소고용도는 온도가 내려감에 따라서 감소하여 0℃에서 약 0.008%정도이다. 탄소원자는 철원자에 비해서 비교적 원자크기가 작으므로 철의 결정격자내의 침입형자리(interstitial site)에 위치한다. 침입형자리는 4면체 틈자리(tetrahedral site)와 8면체 틈자리(octahedral site)의 두종류가 있는데, BCC인 α 페라이트에서는 4면체 틈자리인 의 크기가 크고, 그 침입형자리에 들어갈 수 있는 구의 최대반경은 0.35Å이다. 따라서 0.77Å의 반경크기를 갖는 탄소원자가 이 침입형자리에 들어가게 되면 탄소원자의 크기가 침입형자리보다 상대적으로 매우 크기 때문에 격자변형을 일으키게 된다. 이것이 α 페라이트내의 탄소고용도를 적게 하는 중요한 이유이다. (2) 오스테나이트 γ철에 탄소가 고용되어 있는 고용체를 오스테나이트(austenite)라고 하며, FCC 결정구조를 가지고 있다. 탄소고용도는 그림 2.1에서 볼 수 있듯이 1148℃에서 2.08%로 최대이며, 온도가 내려감에 따라서 감소하여 723℃에서 0.8%로 된다. 따라서 탄소고용도는 α 페라이트보다 매우 크다. 또한 α 페라이트에서와 마찬가지로 오스테나이트중의 탄소는 침입형자리에 위치하는데, FCC의 8면체 틈자리인 및 의 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. (3) 시멘타이트 철탄화물(Fe3C)인 시멘타이트는 고용체라기보다는 금속간화합물로서, 6.67%의 탄소를 함유하고 있다. 결정구조는 그림 2.2와 같이 단위격자당 12개의 Fe원자와 4개의 C원자를 가지는 사방정(orthorhombic)이고, 매우 硬하고 취약한 성질을 가지고 있다. 그림 2.2 시멘타이트(Fe3C)의 원자구조 (●:탄소원자, ○:철원자) (4) δ페라이트 δ철의 탄소고용체를 δ페라이트라고 하며, α 페라이트와 마찬가지로 BCC 결정구조를 가지지만 격자상수가 다르다. δ페라이트내의 최대탄소고용도는 1495℃에서 0.09%이다. ◆ Fe-Fe3C 상태도의 해설 탄소는 철과 화합하여 시멘타이트(Fe3C)의 형태로 되는 경우와 또는 탄소單體의 흑연(黑鉛, graphite)으로 되는 경우가 있다. 강의 경우는 주로 시멘타이트의 형태로 존재하지만 주철에서는 흑연과 시멘타이트의 두가지 형태가 나타난다. 보통 시멘타이트는 고온으로 가열하면 철과 흑연으로 분해되므로 준안정상이라고 할 수 있고, 오히려 흑연이 안정상으로 간주된다. 그림 2.1중에서 실선이 Fe-Fe3C계 상태도를 나타내고, 점선이 철-흑연계 상태도를 나타내는 것이다. 철-흑연계 상태도는 주철에서 주로 고려되는 것이므로 여기서는 Fe-Fe3C 상태도에 대하여만 설명하고자 한다. 한편 실제 열처리작업에서 1200℃ 이상을 사용하는 경우가 극히 드물지만 참고적으로 함께 설명하였다. 특히 1200℃ 이하의 부분은 그림 2.3에서 구체적으로 설명하였다. 그림 2.3. Fe-Fe3C계 평형상태도와 변형조직도
순철/Fe-C 평형상태도
1-3 순철 (1) 순철의 용도 탄소의 함유량이 0~0.025% 정도이므로 연하고 전연성이 풍부하고, 기계재료로는 거의 쓰이지 않으나 항장력이 낮고 투자율이 높기 때문에 변압기 및 발전기용 발 철판의 전기재료로 많이 사용된다. (2) 순철의 변태 1. 순절의 변태점에는 동소변태 A 2 (768°C), A 3 (910°C)이고, 자기 변태 A 4 (1400°C)점 이 있다. 2. 순철에는 α철, β철, δ철의 3개 동소체가 있으며 910°C 이하에서는 철로 체 심입방격자, 910~1400°C에서는 r철로 안정한 면심입방격자로 되며, 1400°C 이 상에서는 δ철로 체심입방격자이다. 3. 강은 강자성체이나 가열하면 자성이 점점 약해져서 768°C 부근에서는 급격히 상 자성체가 되는데 이러한 변태를 자기변태(A 2 )라 하고, 앞에서 말한 격자 변화를 동소변태(A 3 , A 4 )라 한다. 또한 변태가 일어나는 온도를 변태점이라 하다. 4. 동소변태는 원자배열의 변화가 생기므로 상당한 시간을 요한다. 5. 자기변태는 원자배열의 변화가 없으므로 가열, 냉각시 온도변화가 없다. (3) 순철의 성질 1. 순철의 종류로는 암코철, 전해철, 카보닐철 등이 있으며 가보닐철이 가장 순수 하다. 2. 항자력이 낮고 투자율이 높아 전기재료(변압기, 발전기용 박판)로 사용 3. 단접성, 용접성 양호하나 유동성 및 열처리성 불량 4. 상온에서 전연성 풍부하며 항복점·인장강도 낮고, 연신율·단면수축률·충격값 · 인성은 높다. 5. 순철의 물리적 성질은 비중(7.87), 용융점(1,538°C), 열전도율이 0.18, 인장강도 (18~25 N/mm 2 ), 보리넬경도(60~70 N/mm 2 ) 1-4 Fe-C 평형상태도 720°C에서 A 1 변태, 768°C에서 A 2 변태, 910°C에서 A 3 변태, 1400°C에서 A 4 변태가 일어 난다. A 2 변태점 이하의 온도의 것을 α철, A 2 변태점에서 A 3 변태점까지의 온도의 것을 β철이라 한다. 또 A 3 변태점 온도에서 A 4 변태점 온도까지의 것을 r철이라 하고 A 4 로 부터 용융점에 1536.5°C까지의 것을 δ철이라 한다. [그림 1-1]에 표시된 Fe-C계 상태도의 각 상태를 설명하면 다음과 같다. [그림 1-1] Fe-C의 평형상태도 A : 순철의 용융점 1538°C AB : δ고용체(δ-Fe에 탄소 C가 고용된 고용체)의 액상선 B점은 0.51%C AH : δ고용체의 고상선, H점은 0.077%C HJB : 포장선 1493°C, 용액(농도B)+δ고용체(농도H) ⇔ r고용체(농도J)되는 포정반응을 일으킨다. BC : r고용체(r-Fe에 탄소 C가 고용된 고용체)에 대한 액상선 JE : r고용체의 고상선 N : 순Fe의 A 4 변대점(1401°C), δ-Fe ⇔ r-Fe HN : δ고용체가 r고용체로 변화하기 시작하는 온도, 강의 A 4 변태가 시작되는 온도 JN : δ고용체가 r고용체로 변화를 마치는 온도, 강의 A 4 변태를 종료하는 온도 CD : 시멘타이트(Fe3C)에 대한 액상선, 시멘타이트가 석출하기 시작하는 온도 E : r고용체에 대한 C의 최대 용해도, C량 2.11% C : 공정점(eutectic point) l132°C, E는 고용체가 F로 되는 시멘타이트가 액체로부터 동시에 정 출하는 점, C량 4.3% ECF : 공정선(ll45°C), F점은 6.67%C ES : r고용체로부터 시멘타이트가 석출하기 시작하는 온도로 이 곡선을 Acm선이라 한다. G : 순 Fe의 A 3 변태점, 910°C, r-Fe ⇔ α-Fe GOS : r고용체로부터 α고용체(α-Fe에 탄소C가 고용된 고용체)의 석출이 시작되는 온도, 강의 A3변태가 시작되는 온도 GP : P점의 C량 0.02%, 이 농도 이하의 r고용체로부터 α고용체의 석출이 완료되는 온도, 강의 A3 변태를 완료하는 점 M : 순Fe의 A 2 변태점. 자기 변태점, 큐리점 Mo : 강의 A 2 변태점, 769°C S : 공석점, 723°C, C량 0.85%, r고용체로부터 α고용체와 시멘타이트가 동시에 석출하는 온도 s(r고용체) ⇔ P(α고용체) + K( Fe 2 C) P : 고용체에 대한 탄소(C)의 최대 용해도를 가지는 점(0.025%) PSK : 공석선, 강의 A1변태점, 723°C: “K점의 c량 667% PQ;다 고용제에 대한 시멘타이트의 용해도 곡선, 상온에서 C 의 용해도는 0.006%이다 (1) 변태점 1. A 0 (210°C) : 시멘타이트의 자기변태점 2. A 1 (723°C) : 순철에는 없고 강에서만 일어나는 특유한 변태 3. A 2 (768°C) : 자기변태(Fe, Ni, Co) 4. A 3 (912°C) : 동소변태 5. A 4 (1,400°C) : 동소변태 (2) 강의 표준조직(normal structure) 1. α고용체 : 페라이트(강자성체로 극히 연하고 전성과 연성이 크다. H B =90) 2. r고용체 : 오스테나이트(A 1 점에서 안정된 조직으로 상자성체이고 인성이 크다. H B =155) 3. Fe 3 C : 시멘타이트(경도가 높고 취성이 크며 백색으로 상온에서 강자성체. H B = 820) 4. α +Fe 3 C : 펄라이트(pearlite : 오스테나이트가 페라이트와 시멘타이트의 층상 으로 된 조직. 강도는 크고 어느 정도 연성이 있다. H B =225) 5. r + F e 3 C : 레데부라이트(상온에서 불안정하고 Fe 3 C는 흑연과 지철(地鐵로) 분 해한다.) (3) 탄소함랑에 따른 분류 1. 강 ㄱ. 공석강 : 0.77%C(펄라이트) ㄴ. 아공석강 : 0.025~0.77%C(페라이트+펄라이트) ㄷ. 과공석강 ：0.77+2.0%C(펄라이트+시멘타이트) 2. 주철 ㄱ. 공정주철 : 4.3%C(레테부라이트) ㄴ. 아공정주철 : 2.0~4.3%C(오스테나이트 + 레데부라이트) ㄷ. 과공정주철 : 4.3~6.67%C(레데부라이트 + 시멘타이트) .포정점 : 0.18%C, 1,492°C .공석점 : 0.77%C, 723°C .공정점 : 4.3%C, 1,147°C(상온 표준조직 : 펄라이트) *********************************************************************************** 아래를 클릭 하시면 기계부품 및 다양한 산업용품 정보를 확인 하실수 있습니다 클~~릭 ↓↓ 기계부품, 산업용품 전문 모두다몰 ***********************************************************************************
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Fe-Fe3C 평행상태도
: δ페라이트의 액상선(응고가 시작되는 온도)
: δ페라이트의 고상선(응고가 종료되는 온도)
: δ페라이트가 오스테나이트로 변태하기 시작하는 온도
: δ페라이트가 오스테나이트로의 변태를 종료하는 온도
오스테나이트(J)의 포정반응이 일어난다.
: 포정선(1495℃, J점 ; 0.17%C, B점 ; 0.53%C), 이 온도에서 δ페라이트(H) + 액상(B)
ECF
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