재료공학 기초 실험 - 광학현미경 조직검사 및 시편준비

소개글

재료공학 기초 실험 - 광학현미경 조직검사 및 시편준비에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. etching이란 무엇인가?

2. 광학현미경의 이론

3. 실험결과

4. 토의사항 및 문제

5. 논의 및 고찰

6.참고 문헌

본문내용

이 크며 강자성체이다. 그러나 보자력은 적다.
pearlite : 공석강(共析鋼)의 결정 조직명으로 페라이트와 시멘타이트가 층상(層狀)으로 혼합되어 있는 조직.
현미경으로 관찰하면 층상의 조직이 진주 조개 표면의 모습을 닮고 있는 데서 이 이름이 불러졌다.
아래 사진은 인터넷에서 발견한 pearlite와 ferrite사진이다.
(www.meisterlab.co.kr)
2)etching하는 이유
에칭은 연마를 마친 시편의 표면을 의도적으로 요철이 발생하도록 하거나 화학적인
반응을 이용하여 반응물이 선택적으로 덮이게 함으로 색상의 차이를 유발시켜 그
조직이 현미경으로 보았을때 더욱 관찰이 용이하도록 변화시키는 작업을 말한다.
조금 더 설명하면 그라인딩 작업과 폴리싱 작업을 마친 시편은 표면을 의도적으로
평활하게만 한 작업이므로 결정립의 모양이나 석출물의 모양 및 분포등 미세조직에
관하여 원하는 정보를 얻기가 쉽지않다. 그러므로 에칭작업을 하여 강제 부식을 시켜서 우리가 보기에 좋도록 변화시켜야 하기 때문에 에칭작업이 꼭 필요하다.
이러한 사실은 우리의 실험에서도 나타났다.
왼쪽 사진은 에칭을 하지 않았을 때의 시편 사진이다. grain과 grain boundary를 관찰할 수 없는 상태인 것을 확인할 수 있다. 그러나 오른쪽에 조교님이 etching 과정도 제대로 끝내고 시편이 손상되기 전 최적의 시편상태로 관찰한 시편을 보면 grain과 grain boundary가 아주 깔끔하게 관찰되는 것을 눈으로 확인할 수 있다.
5. 논의 및 고찰
이번 실험에서 직접 우리가 시편을 준비할 수는 없어서 조교님이 준비해주신 시편을 사용하였다. 조교님께 etching의 필요성과 etching 여부에 따른 grain과 grain boundary 관찰에 관한 설명만 들었을때는 크게 와닿지 않았는데 직접 관찰해보니 정말 어마어마한 차이가 있었다. 우리가 실험한 시편은 etching이 되어 있었지만 시편이 부식되어 손상을 입은 상태였다. 이점은 조교님이 완벽히 준비된 시편으로 관찰한 사진과 비교해보았을 때 두드러지게 나타났다. 여기서 시편을 잘 관리해야 한다는 점을 배웠다. 이번 실험에서 etching의 필요성을 알기 위해 etching 하지 않은 시편도 관찰하였다. etching하지 않은 시편에서는 우리가 관찰하려고 하는 grain, grain boundary는 물론 미세조직을 관찰 할 수 없었다. 그렇다고 해서 etching을 많이 할수록 관찰이 잘 되는 것이 아니라는 사실도 알 수 있었다. etching이 과하게 된 시편도 관찰하였는데 grain부분과 grain boundary 부분이 어둡고 두껍게, 검게 관찰되었다. 그리고 시편상태도 부식된 상태였기 때문에 점박이 모양의 손상도 관찰되었다. etching과정의 중요성 뿐만 아니라 모든 실험과정에서 시편을 조심히 다루는게 얼마나 중요한지에 대해서도 알 수 있었다. 그리고 현미경 배율을 조정하면서 시편을 관찰하는 경험을 할 수 있어 좋았다.
그리고 이번 실험에서 관찰한 미세구조를 바탕으로 저탄소강의 미세조직에 대해 알아보았다. 연강이라고도 한다. 0.2% 이하의 저탄소강은 프레스, deep drawing가공 혹은 냉간 인발 등의 냉간 가공을 함으로써 성형하고, 강도를 높여서 사용한다. 앞 장에서 보이는 실험결과 사진의 배율을 알 수 있다면 결정립의 크기도 알 수 있는데 결정립의 평균 직경이나 결정 입도번호로 나타낸다. 결정립의 크기는 금속재료의 기계적 성질에 많은 영향을 미치기 때문에 매우중요하다. 하지만 이번 실험에선 크기를 구해보지 않았다. 사진에서 보는 것과 같이 grain boundary가 육안으로 관찰되기 때문에 저탄소강은 다결정체임을 알 수 있다.
탄소강은 세가지 상이 존재하는데 이의 특성은 다음과 같다. 첫 번째 상은 ferrite 로 체심입방격자구조를 가지는 철에 약간의 탄소가 고용된 고용체이다. 순철과 같으며 페라이트는 매우 연한 성질을 가지고 있어서 경도는 80HBHN정도이다. 두 번째 austenite는 면심입방격자구조를 가지는 철에 탄소가 고용된 고용체의 형태로 고용되어 있다 매우 연한성질을 가지고 있으며 고온조직이다. 다음 cementite는 약 6.7%의 탄소를 포함하고 있는 철과 탄소의 금속간 화합물이다.
탄소가 없는 순철은 페라이트 조직으로만 이루어져 있다. 따라서 결정입계만 보이지만 여기에 탄소가 첨가하게 되면 조직의 변화가 생긴다. 페라이트 조직엔 탄소가 녹지 못해 탄화물을 형성하게 되며 이 탄화물이 페라이트와 층상으로 혼합된 조직이 생기게 되는데 이 조직을 펄라이트 조직이라고 한다(어두운 색으로 관찰된다.) 따라서 저탄소강에서는 페라이트가 대부분이다.
또한 우리는 이번 실험에서 optical microscopy를 사용했는데 광학현미경의 분해능 한계로 빛의 파장보다 짧은 크기의 물체를 상세히 관찰할 수 없다는 단점이 있다. 가시광선의 파장 범위는 0.4mm부터 0.5mm까지다. 이보다 더 작은 크기는 빛의 파동성으로 인한 효과 때문에 자세히 관찰히 불가능하다. 더 자세히 설명하자면 빛의 간섭효과 즉, 파동성 때문에 빛의 위상 관계가 변화하고 회절현상을 야기하기 때문에 광학현미경의 배율을 증가시켜도 약 0.2mm이하의 거리에 있는 두 개의 물체는 1개로 중첩되어 보이게 된다. 더 자세한 구조를 보려면 전자현미경을 이용하면 된다. 전자현미경은 광선대신 전자선을 사용한다. 광학현미경은 유리렌즈로 상을 만드는데 비해 전자선은 유리를 통과하지 못해 전자렌즈를 사용한다. 전자현미경은 아주 가늘게 묶은 전자선 다발로 시료를 주사하여 시료면에서 나오는 2차 전자나 반사 전자 등을 전류로 바꾼다. 그리고 그것을 전기 신호에 동조하여 텔레비전의 브라운관 위의 주사선의 휘도를 변조시켜 상을 만든다. 전자선 다발로 조사된 시료면에서 발생하는 전자는 시료의 모양이나 구성 물질 등으로 변화하는 원리를 이용한다.
6.참고 문헌
-재료공학기초실험1-영남대학교, 네이버 백과사전, 금속재료-홍영환 외3 (기전사)
-세라믹실험 한국세라믹학회 교육위원회, 기계재료-위을복 저(삼성북스)
-www.meisterlab.co.kr

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기초실험,   광학현미경,   조직검사,   시편준비