[공학실험] 냉각곡선을 이용한 상태도 작성

목차

▷ 실험 목적

▷ 실험 내용 및 실험관련 이론

▷ 실험 도구

▷ 실험 방법

▷ 실험 결과 및 결론 도출

▷ 토 론

▷ 참고 문헌 및 자료

본문내용

한것 같다.
Q. 실험시 온도를 측정할 때 열전대 대신 온도계를 사용하여 측정해도 되는데 왜 하필 열전대를 사용한 것일까 ? 과연 열전대가 무엇일까 ?
→ 열전대는 쉽게 말하면 온도계의 종류 중에 하나이다. 온도계의 종류중에도 여러 가 지가 있지만 일반적으로 온도계는 팽창에 의한 역학적 온도계를 생각하기 마련이 다. 하지만 본 실험에서는 가열을하여 높은 온도를 측정하고, 고온에서 사용할수 있는 온도계를 선택해야 하는 것이다. 대표적인 것이 열전대인데 열전대의 원리는 두 가닥의 전선을 연결시키면 하나의 회로가 되는데, 두 전선은 각각의 재료의 특 성이 다르기 때문에 온도차이가 발생한다. 이처럼 온도차이가 생기면 그 전선안에 있는 전자들이 서로 반발력이 작용하여서 기전력이 발생한다. 이때 발생하는 기전 력은 느끼지 못할만큼의 작은 수치이며, 이때의 기전력은 온도차의 크기에 따라 비 례하게 선형으로 변하게 되는데, 이를 측정해서 온도를 알아내는 방식이다. 열전대 는 일반 온도계보다 측정시의 지연시간이 짧아 더욱 정밀하게 실험할 수 있고, 또 한 실험 전에 미리 보정해둔 열전대를 이용하여 좀더 쉽게 실험을 할 수 있었던 것으로 생각된다.
Q. 실험에 관해 Pb-Sn상태도를 찾아본 결과 Pb-Sn합금의 공정반응 시작과 끝은 조성은 Pb-18.3%Sn ~ Pb-97.8%Sn 으로 확인되었다. 하지만 본 조의 실험결과로 Pb-10%Sn합금에서도 공정반응이 18초정도 나타났다. 이론상으로는 공정반응이 일 어나지 말아야 하는 조성인데 왜 공정반응이 일어 났을까?
→ 이 부분에 대해서 많은 고민을 했었다. 확실하지는 않지만 조원들과 토론 한 결과 이렇게 추측된다. 합금을 가열시키고 완전히 용융되고나면 충분히 저어 서 융액내에 조성을 균일하게 존재할수있게 해야한다. 하지만 이 과정에서도 균 일하게 분포가 되지 못한것 같다. 또한 Pb-10%Sn합금이 완전이 용융된후 냉각 시키면서 응고를 할 때 각각의 금속간의 평형상태를 유지하면서 천천히 냉각시 켜야 한다. 하지만 본 실험에서는 상온에서 급속도로 냉각하였기 때문에 평형상 태를 이루기 전에 응고가 되어버린 것이다. 응고가 시작되면서 만들어진 고용체 α에 정해진 조성 이상의 Pb가 먼저 응고되어서 상대적으로 Sn의 함량이 많아져 서 조성이 바뀐 것으로 예상된다. 따라서 냉각 속도를 너무 빠르게 하였기에 이 러한 결과가 나온 것 같다.
Q. Pb-Sn 상태도를 찾아본 결과 공정점은 Pb-61.9%Sn으로 나타났다. 하지만 본 실험 에서 Pb-65%Sn합금의 냉각곡선이 이론상의 공정조성인 Pb-61.9%Sn합금과 거의 동 일하게 나타났는데, 왜 이런 현상이 발생하였을까?
→ 위의 Pb-10%Sn 합금에서 공정반응이 나타난 바와 같이 평형상태를 유지하지 못 하고 급속도로 냉각하였기 때문에 그런것 같다. 도가니를 장시간 가열하여서 열일 확산시킴으로써 평형상태로 접근시킬수 있지만 수업자료의 냉각속도, 즉 분당1~ 2℃감소로 냉각시켜야 하는데 상온에서 냉각시켰으므로 냉각속도가 급속히 빨랐다. 이것으로 인하여 응고시 균일하게 응고되지 못하고 일시적으로 다른조성으로 응고 가 된것 같다. 또한 앞서 말한 바와 같이 완전이 용융시킨후 조성이 균일하고 분포 될수 있게 세라믹봉으로 잘 저어주어야 하는데 그 과정이 미흡 했던 것 같다.
Q. 미지의 2원계 합금이 공정조성을 가질 때, 냉각곡선의 변곡점을 상태도에 연결해서 찾을수 있는데, 냉각곡선과 상태도의 액상선끼리 만나는 점이 2개가 될 때 어느조성 인지 찾는 방법은?
→ 공정조성을 찾던도중에 이상한점을 발견했다. 이론상으로 액상선을 연결하여서 그 때의 조성값을 찾으면 되는 것으로 알고있었는데 실제로 찾다보니 액상선과의 교 점이 2개가 생겼다. 어떻게 할지 고민하던도중 실험시에 기록되어있던 기록계의 속도가 떠올랐다. 400mm/h라는 기록계의 속도가 있었는데, 공정반응 시간의 길 이를 비교하여서 찾아보기로 하였다. 그래서 냉각곡선과 상태도의 공정반응의 시 간을 측정하여서 조성을 찾아냈다. 또한 아공정조성, 과공정조성 이라는 말도 간 혹 봤는데 이부분에 대해서 까지는 자세하게 조사하지 못하였다.
Q. 공정반응이란 무엇이며, 여기서 α와 β 가 의미하는 것은 무었인가?
→ 실험후에 보고서를 작성하면서 가장 힘들었던 부분이 공정에 대한 부분이었다. 이 와 동시에 이 실험의 주된 목적도 Pb-Sn합금의 공정형 상태도를 만드는 것이다. 공정이란, 일정한 온도의 한 액상에서 두종류의 고체가 동시에 정출해 나오는 혼합 물 이라는 간단한 한마디로 표현할수 있었지만, 공정에 대해서 고민을 하다보니 생 각보다 복잡하고 어려운 것이었다. 또한 얻어진 냉각곡선을 이용하여 그린 Pb-Sn 의 공정형 상태도를 해석할때도 문제가 많았다. 자유도와 상 변화등은 쉽게 설명할 수 있었지만 가장 곤란한 부분이 α와 β에 관한 것이었다. 다들 Pb나 Sn의 고상영 역이라고 생각했지만, 참고 자료등을 찾아본 결과 α와 β는 Pb와 Sn이 아니라는 것 이었다. 상태도를 관찰해본결과 α는 Pb의 영역에서 나오고 β는 Sn의 영역에서 나 온다는 것을 알았다. 이것을 추측한 결과 α는 Pb속에 Sn이 함유된 고용체이고, β 는 Sn속에 Pb가 함유된 고용체라고 생각했다. 다른 상태도를 확인해본결과 α와 β 는 각각의 명칭이 있었지만, Pb-Sn합금의 α와 β를 지칭하는 용어는 찾지 못했다.
▷ 참고 문헌 및 자료
※ 참고문헌
· 금속조직학 - 김문일 (보문당)
· 재료과학 - James F.shackelford (피어슨 에듀케이션 코리아)
· 재료기초실습 - 김학윤, 송건 (기전연구사)
※ 인터넷 자료
· http://blog.naver.com/yc106?Redirect=Log&logNo=30026462730
· http://cont3.edunet4u.net/%7Etjsans1/htm/solidification/s_1.htm
· http://blog.naver.com/mirinaebae?Redirect=Log&logNo=4608099
· http://blog.naver.com/seiler31?Redirect=Log&logNo=100035263963

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