금속의 상태도 관련 레포트

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이의 관계를 나타내는 간단한 식이다.
☞P + F = C + N
전율고용체: ex>Cu-Ni 계; 약 1830℃ 이하에서는 모든 조성에서 구리와 니켈은 고체 상태
(isomorphous) 에서 서로 녹는다. 이러한 완전한 용해도는 Cu와 Ni이 같은 결정 구조(FCC)를 갖고 있으며, 원자 반지름 및 전기 음성도가 거의
동일하고, 가전자(valence)가 유사하기 때문이다.
☞Cu-Ni 계는 두 성분이 액상과 고상에서 완전한 용해도를 보이므로 전율고용체
라고 한다.
지렛대 원리: 합금의 온도에서 공액선을 긋는다.
(lever rule) 합금 자체의 조성을 공액선상에 표시한다.
한 상의 분율은 합금 자체의 조성에서 다른 상의 상경계까지의 공액선 거리를 전체 공액선 거리로 나누어 계산한다.
다른 상의 분율도 같은 방법으로 구한다.
상의 백분율은 분율에 100을 곱하여 구한다. 조성축이 무게 %로 주어져
있으면, 지렛대 원리를 이용하여 산출한 상의 분율은 ‘무게 분율’이다.
각 상의 무게는 각 상의 분율에 합금 전체의 무게를 곱해 주면 구할 수 있고,
상의 부피 분율을 구하려면 상의 밀도를 고려해 주어야 한다.
☞지렛대 원리를 적용할 때, 공액선의 선분 길이는 자를 이용하여 상태도에서
직접 구할 수도 있고(mm 단위), 또는 조성축을 이용할 수도 있다.
합금 자체의 조성을 공액선상에 로 표시한다.
액상 L과 α상의 무게 분율을 각각 로 표시하기로 한다.
그러므로 2원 합금에 대한 평형 상태에서의 온도와 조성을 알면, 2상 구역에서의 상의
분율과 상대량을 결정할 수 있다.
다상 합금의 경우 α상의 부피 분율
and,
2상 합금의 경우, 상의 밀도 차이가 크다면, 무게 분율과 부피 분율 사이의 차이는 매우 크지만,
밀도가 같다면 부피 분율은 서로 같게 된다.
11.12 공정 합금의 미세조직
2원 공정계 합금을 서서히 냉각시키면 조성에 따라 여러 가지 형태의 미세조직이 나타난다.
<조성이 순수 성분과 상온에서 갖는 순수
성분의 최대 고체 용해도 사이에 존재>
액상의 조성과 고상의 조성은 각기 액상선과
고상선을 따라 변하므로 서로 같지 않다.
ww’이 고상선과 만나면 응고는 완료되며,
균일한 조성 을 갖는 다결정이 나타나고,
그 후 상온까지 냉각되는 동안에는 어떠한
변화도 일어나지 않는다.
<조성이 상온에서의 용해 한도와 공정에서의
최대 고체 용해도 사이에 존재>
솔버스선을 교차하면 α의 고용체 용해도를
넘어서므로, 조그만 β상 입자가 형성되기 시작 한다. 냉각이 진행됨에 따라 입자들의 크기는
점점 커지며, 온도가 감소함에 따라 β상의
무게 분율은 약간씩만 증가한다.
<공정 조성을 갖는 합금>
공정 등온선을 통과하면서 액상은 α상과 β상 으로 바뀐다.
where, α상 및 β상의 조성은 공정 등온선의 끝단 조성을 가리킨다.
변태 과정 중에는 성분의 재분포가 일어나야 하는데 이러한 재분포는 원자 확산에 의해 이루어진다. 이에 따른 미세조직은 변태 동안에 동시에 생성된 α상과 β상이 교대로 쌓인 층상구조를 갖는다.
☞α-β 층상 공정층은 액상 내로 성장해 간다. 공정-액상 계면 전면의 액상에서 확산에 의해 재분포가 이루어진다.
화살표는 확산 방향을 나타낸다. 층상 구조에서는 원자의 확산이 대체로 짧은 거리를 움직이기만 하면 되므로,
공정 구조는 층이 교대로 반복되는 형상을 갖는다.
<공정 등온선을 가로지르는 조성 중에서 공정 조성을 제외한 모든 조성>
온도가 공정선 바로 밑으로 내려오면, 공정 조성을 갖는 액상은 공정 구조(α와 β의 층상구조)로 바뀐다. (α + L) 구역에서 형성된 α상에는 특별한 변화가 일어나지 않는다.
그러므로 공정 구조에도 α상이 존재하고- 공정 α, (α + L) 구역에서 형성된 α상- 초정 α도
존재한다.
공정 α와 초정 α의 상대량:
-공정 미세 구성인자의 분율 는 원래 액상의 분율 과 같다.
-초정 α의 분율 은 바로 공정 변태 전에 존재한 α상의 분율이다.
-공정 α와 초정α를 모두 합친 총 α분율 와 총 β분율 는 (α + β)상 구역을 가로지르는 공액선에 지렛대 원리를 적용하여 결정할 수 있다.
이 경우, (α + L) 또는 (β + L) 구역을 통과하는 동안에 평형상태가 유지되지 않으면 공정
등온선을 지나면서 나타나는 미세조직에 다음과 같은 문제점이 일어날 수 있다.
초정 미세 구성인자의 결정립에 핵편석이 일어나 결정립 내의 용질의 분포가 불균일하다.
공정 미세 구성인자의 분율이 평형 상태에서보다 더 크다.
공정반응과 아울러 3개의 상이 관련되는 반응은 상태도의 불변점에서 발생한다.
공정 반응:
i.e., 냉각 시에는 온도 에는 액상이 2개의 고상α와 β로 바뀌며, 가열 시에는
역반응이 일어난다.
하나의 고상이 한 온도에서 다른 2개의 고상으로 바뀐다.
공석 반응: 냉각 시에 고상 는 2개의 서로 다른 고상으로 바뀐다.
가열 시에는 역반응이 일어난다. 이 반응을 가리켜 공석반응이라고 하며, 불변점을
공석점, 수평 공액선을 공석 등온선이라고 한다.
액상이 한 온도에서 다른 2개의 고상으로 바뀐다. 강의 열처리에서 중요한 역할을 한다.
포정 반응: 3개의 상이 관련된 또 다른 하나의 불변 반응이다.
이 반응에서 가열 시에 하나의 고상이 하나의 액상과 다른 하나의 고상으로
바뀐다.
낮은 온도에서의 고상은 중간 고용체()이거나 최종 고용체이다.
후자의 포정 반응> 가열 시 최종 고용체인 η상은 상과 액상으로 바뀐다.
낮은 온도에서 나타나는 상으로는 중간 고용체가 있다.
이러한 중간 고용체는 가열 시 변태를 일으킨다.
철-탄소계>
11.18 철-철탄화물() 상태도
철-철탄화물 상태도에서는 α 페라이트(BCC), 오스테나이트(FCC) 및 금속 간 화합물인
철탄화물[시멘타이트()]이 중요한 상이다.
조성에 따라 다음과 같이 세 종류로 구분할 수 있다.
-철(<0.08wt% C)
-강철(0.008~2,14wt% C)
-주철(>2.14wt% C)
페라이트:
오스테나이트:
시멘타이트:
11.19 철-탄소 합금의 미세조직
펄라이트:
아공석 합금:
초석 페라이트:
과공석 합금:
초석 시멘타이트:
비평형 냉각

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