sm 20c,45c 표면 관찰 및 경도측정

소개글

sm 20c,45c 표면 관찰 및 경도측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험제목
2. 실험일시 및 장소
3. 사용한 시약 및 실험기자재
4. 실험목적
5. 실험방법 및 내용
6. 실험이론
7. 실험결과 및 분석
8. 고찰
9. 참고문헌

본문내용

을 늘려주어야 한다. 여기서는 두 가지 조건모두 만족하였기 때문에 Sm-20C의 수냉 사진과 비교하였을 때 조직이 엄청 미세해지고 마르텐사이트로 가득 찬 모습을 확인할 수 있다.
(이것도 무 확산변태에 의한 급냉으로 잔류 오스테나이트가 존재한다.)
* 비커스 경도계를 이용한 경도 측정
비커스경도계를 이용한 시편 표면의 압흔 자국이다. 잘생긴 다이아몬드 모양이 아닌 찌그러진 모양이 나오는데 그것은 같은 시편의 표면도 각기 경도의 차이가 있기 때문이다. 비커스 미소경도계를 이용하여 가로와 세로길이를 측정하면 컴퓨터에 의해 경도가 계산되어 진다. 이와 같은 방법으로 모든 시편의 경도를 측정한다.
하중 : 200g
시간 : 11초
* 냉각법에 따른 시편의 경도
시편
냉각방법
Sm-20C
Sm-45C
1차
2차
3차
평균
1차
2차
3차
평균
공냉
128
125
127
127
251
213
205
223
수냉
245
430
276
277
812
762
848
807
노냉
119
111
109
113
162
206
190
186
표에서 보면 알 수 있듯이 같은 냉각법에서 Sm-20C에 비하여 Sm-45C가 평균 경도가 높게 나온 것을 볼 수 있는데 그 이유는 강의 안정화 작용을 하는 탄소의 함량이 Sm-45C더 많기 때문에 Sm-20C보다 낮은 온도에서 변태가 일어나게 되고 조직이 더욱 미세해지기 때문이다. 또한 냉각법에 의한 경도의 차이도 확연히 볼 수 있는데 전기로 가열 후 냉각 속도가 가장 빠른 수냉의 경도가 두 시편 모두 가장 높았고 그다음이 공냉, 노냉 순서였다. 일단 가열에 의해 오스테나이트 영역으로 들어간 시편들은 냉각 속도에 따라 제각각 미세구조 크기뿐만 아니라 상의 성질 또한 결정되게 되는데 표에서 보면 수냉에 의한 열처리가 가장 강한 경도를 나타내었는데 결과그림에서 볼 수 있듯이 수냉에 의한 미세조직은 대부분이 마르텐사이트로 형성된다. 마르텐사이트는 상태도에서 볼 수 있듯이 약 230℃까지 빠르게 냉각되면 나타나게 되는 조직이다. 이것은 급냉에 의해 대단히 미세한 침상구조를 가지며 특히 Sm-45C는 Sm-20C보다 탄소함량이 많으므로 높은 농도에 의해 고용체 경화가 일어나므로 마르텐사이트 경도는 더욱 증가하게 된다.
8. 고찰
이번 실험은 약 한달 간 진행 된 실험이었다. 탄소강 시편을 냉각속도에 따라 미세조직을 관찰 하고 또한 조직의 구조에 따른 경도를 측정하여 비교해보는 실험이었다. 사진과 같이 표면을 자세히 관찰하기 위해서는 폴리싱 작업과 부식 작업이 필요하다. 폴리싱은 표면을 스크래치 없이 거울처럼 반듯하게 만들 때 까지 했다고 생각했지만 반사 현미경을 통해 사진을 찍어보니 스크래치의 흔적이 남아있는 것을 볼 수 있었다. 스크래치 발생 원인에는 많은 것들이 있었는데 가장 크게 작용한 부분이 톱으로 자를 때 스크래치가 많이 발생되었다고 생각 한다. 물론 사포에 의한 스크래치도 또 다른 원인이라고 할 수 있다. 표면 관찰을 위하여 금속의 광택을 없애는 일이 중요했는데 그렇지 않으면 현미경 빛에 의해 반사되기 때문에 하얀색 말고는 보이는 것이 없다. 그렇기 때문에 부식 작업이 필요한 것이다. 우리는 부식의 방법 중 직접 부식액에 넣는 화학적 방법을 사용 하였다. 조교님께서 부식은 30초~1분이 적당하다 하셨는데 한 번에 했을 경우 부식이 너무 많이 진행되어 관찰 할 수 없게 되므로 우리조는 10초씩 여러 회에 나누어 부식시켰다. 또한 부식액에서 꺼낸 후에는 바로 세척해줘야 하는데 그렇지 않으면 부분적으로 불균형하게 부식이 나타날 수도 있기 때문이다. 시편의 표면에 대한 설명은 실험결과에서 모두 나타내었다. 부가적으로 설명하자면 서냉에 의한 냉각은 노냉과 공냉을 예로 들 수 있는데 이것은 펄라이트 판상조직을 나타내게
되고, 이 펄라이트는 페라이트와 시멘타이트가 나란히 층을 이루게 된다. 냉각속도가 빠른 수냉은 무 확산변태에 의한 마르텐사이트 영역이 나타나는데 위에서 계속 언급했던 무 확산 변태란 무엇이냐 하면 시간에 의존하지 않고 온도에만 의존하는 것이다. 즉 냉각속도가 너무 빠르기 때문에 탄소가 시간적 여유가 없어 확산하지 못하는 것은 아무런 방해요소가 되지 않기 때문이다. 마르텐사이트 영역의 온도에서는 Driving force가 극대화되고 Diffusion force는 거의 없어지기 때문에 구동력만이 너무 커져 무 확산변태가 일어나는 것이다. 결국 위 실험에서 나타난 조직별 경도는 Martensite > Pearlite > Austenite이고 냉각속도에 따른 경도는 수냉>공냉>노냉이었다. 실험 초반에 전기로에 의해 탄소강을 열처리 하게 되는데 왜 Sm-45C는 875℃, Sm-20C는 925℃로 가열해서 실험을 하는가 하면 모든 강의 열처리는 재료를 오스테나이트 영역까지 가열한 다음 실온으로 냉각시키는 과정이다 헌데 상태도를 보면 Sm-45c가Sm-20c보다 탄소함량이 많기 때문에 더 낮은 온도에서도 오스테나이트 영역으로 들어갈 수 있기 때문에 전기로 열처리에서 더 낮은 온도로 열을 가한 것이다. 두 번째로 경도 측정에서 보면 비커스 경도계에서는 다이아의 압입자국의 가로 세로 길이의 크기로 경도치를 표시하게 되는데 측정결과, 경도의 크기는 Sm-45C가 크고 Sm-20C가 더 작은 것을 볼 수 있다. 이에 대한 설명도 실험결과에 모두 나타내었다. 1학기에 수강했던 재료의 기계적 성질에서 탄소강에 대하여 많이 다루었는데 책에 있었던 탄소강들의 미세조직을 직접 실험을 통하여 경험할 수 있어서 의미 있는 시간이었고 보고서를 작성하며 재료의 기계적 성질을 복습하는 시간이 되어 좋았다. 다음번 실험은 Al합금의 석출경화에 대한 것인데 이 부분에 대해서도 열심히 공부하여 의미 있는 시간이 되었으면 좋겠다.
9. 참고문헌
- The Principles of Engineering Materials
Crig R. Barrett / William D. Nix / Alan S. Tetelman
- http://platin.kr/110003160105
- http://blog.naver.com/jinminho96?Redirect=Log&logNo=30015536898

키워드

탄소강,   알루미늄,   sm20c,   20c,   sm,   sm45c,   45c