[재료역학] 현미경 실험

목차

1. 실험 목적

2. 실험 이론
(1) 순철
(2) 탄소강
(3) 탄소강의 성질
(4) Fe-C 상태도에 대한 설명
(5) 강의 조직
(6) 현미경 관찰법

3. 실험 방법
(1) 알루미늄과 황동 시편 조직 현미경 관찰

4. 실험장치 및 방법

5. 실험 결과

5. 고찰

본문내용

휠씬 강하고 경하다. 펄라이트는 담금질에 의해 강화된다.
2) 페라이트(ferrite)
체심입방격자를 가진 α철에 붙인 조직상의 명칭으로 극히 연하고 연성이 크며 인장강도는 비교적 작다. 상온에서는 강자성이며 전기전도도가 높다. 담금질에 의해서도 강화되지 않는다.
3) 오스테나이트(austenite)
A3점 또는 Acm점 이상의 온도로부터 급랭한 일종의 담금질 조직을 오스테나이트라하며 γ-고용체의 부분이다. 상온에서는 불안정하며 대부분이 마르텐사이트로 변화하기 쉽고 인성이 큰 균일한 고용체이다.
4) 마르텐사이트(martensite)
마르텐사이트에는 α-마르텐사이트와 β-마르텐사이트가 있다. α-마르텐사이트는 담금질한 조직에서 볼수 있고, β-마르텐사이트는 템퍼링한 조직에서 볼수 있다. 각종 열처리 조직 중에서 가장 경도가 크고 연성이 적으며 침상결정을 이룬다. 물로 담금질하면 α-마르텐사이트가 되어 상온에서는 불안정하며 100~150℃로 가열하면 β-마르텐사이트로 변화하여 α-마르텐사이트보다 안정하다.
5) 트루스타이트(troostite)
강을 담금질할 때 일반적으로는 마르텐사이트가 되나, 마르텐사이트를 약 400℃로 템퍼링하여 생기는 매우 부식되기 쉬운 페라이트와 탄화물과의 혼합조직을 말한다. 마르텐사이트보다 경도는 적으나, 연성이 우수하다. 또한 연속냉각시의 소르바이트보다 더욱 미세한 페라이트와 시멘타이트와의 층상혼합조직도 트루스타이트라 한다.
6) 소르바이트(sorbite)
마르텐사이트를 약 600℃의 고온에서 템퍼링하여 입상탄화물을 성장시킨 페라이트와 탄화물과의 혼합조직을 말한다. 또한 연속냉각시의 미세한 펄라이트 조직에도 이 명칭을 사용한다. 트루스타이트보다 경도는 적으나 연성은 크고 강인하다.
(6) 현미경 관찰법
일반적으로 광학과 전자현미경이 현미경관찰법(microcopy)에 사용된다. 이들 현미경은 모든 재료의 미세구조적인 특징을 관찰하는데 유익하게 사용된다. 대부분이 현미경 관찰은 현미경에 부착된 사진 장비를 이용한다. 영상이 기록된 사진을 현미경 사진 (photomicrograph)이라고 한다.
1) 광학현미경 관찰법
광학현미경 관찰법(optical microscopy)의 경우, 미세구조를 관찰하기위해 광학현미경이 사용된다. 광학과 조명 장치는 광학현미경의 기본 요소이다. 가시광선에 불토명한 재료의 경우(모든금속, 많은 세라믹과 폴리머), 오직 표면만이 관찰되며, 광학현미경은 반사 방식에 의해 조작된다. 나타난 영상에서의 명암은 미세구조의 여러구역에서의 반사도 차이에 의한 결과이다. 이러한 기술을 이용하여 최초로 금속을 관찰하였기 때문에, 이런 종류의 관찰을 금상학(metallographic)이라고 한다. 일반적으로 미세구조의 세부적인 것을 관찰하기 위해서는 시편의 표면을 세심하게 준비하여야 한다. 우선 시편의 표면을 평탄하게 거울면과 같이 연마하여야 한다. 이것은 미세한 연마종이나 분말을 단계적으로 사용하여 실행된다. 미세구조는 식각(etching)이라고 하는 적당한 화학 시약을 이용한 표면 처리에 의해 관찰된다. 단성 결정립의 화학적인 반응은 결정학적 방위에 따라 차이가 있다. 따라서 다결정 시편에서 식각의 특성은 결정립마다 다르다. 또한 식각에 의해 작은 홈(groove)들이 결정립계를 따라 형성된다. 결정립 구역의 원자들은 화학적으로 더욱 활발하므로, 결정 내부의 원자보다 더욱 빠른속도로 식각된다. 현미경으로 관찰할 때, 이들 홈은 빛을 결정내에서와 다른 각도로 반사하므로 구별될수 있다. 2상 합금의 미세구조를 관찰할 때, 서로 다른 상들이 구별 될 수 있도록 다른 표면 조직을 형성할 수 있는 식각 용액(etchant)을 선택하여야 한다.
2) 전자현미경 관찰법
광학현미경의 최대 배율 한계는 2000배이다. 따라서 어떤 구조적 요소들은 너무 미세하거나 작아서 광학현미경으로는 관찰할 수 없다. 이러한 경우, 더 높은 배율이 가능한 전자 현미경(electron microscope)을 사용한다.구조의 상은 빛 대신에 전자 빔(beam of electron)에 의하여 만들어진다. 양자역학에 따르면, 고속으로 움직이는 전자들은 파동의 성질을 가지며, 그 파장은 속도에 반비례한다. 전자들이 높은 전압에 의해 가속되면, 대략 0.003nm(3pm)의 파장을 갖게 된다. 전자현미경의 높은 배율과 해상도는 전자 빔의 짧은 파장에 기인한다. 전자 빔의 접속(focusing)과 형상은 자기 렌즈에 의해 수행된다. 그밖에 현미경 부속의 기하학적 구성은 기본적으로 광학현미경과 같다. 전자현미경에서는 투과와 반사 빔의 두 가지 방식이 모두 가능하다.
3. 실험 방법
(1) 알루미늄과 황동 시편 조직 현미경 관찰
1) 관찰하고자 하는 시료를 직경 2cm 정도로 절단한다.
2) 성형기를 이용하는 경우 열경화성 페놀수지, 열가소성 아크릴 수지 등을 135℃-150℃ 온도에서 3000-4200psi의 압력을 가하여 성형시킨다.
3) 절단된 또는 성형된 시료를 그라인더(grinder) 또는 줄(file)등으로 관찰면이 평활하게 되도록 연마한다.
6) 연마가 끝나면 시편을 물로 충분히 씻은 후 회전연마판에서 미세연마를 하여 표면이 거울면이 되도록 한다.
7) 부식액을 이용하여 부식한다.
8) 일정시간의 부식 시간이 지나면 알콜로 세척한 뒤, 건조 시킨다.
9) 현미경으로 시편의 형상을 관찰한다.
4. 실험장치 및 방법
금속연마기를 이용하여 금속을 성형한다.
회전 연마판을 사용하여 표면이 매끄러워 지도록 연마한다.
완성된 시편을 부식액을 이용하여 부식한다.
현미경으로 관찰한다.
5. 실험 결과
황동 시편의 모습
알루미늄 시편의 모습
5. 고찰
시험 결과를 보면 황동은 펄라이트(검은색)와 훼라이트의 모습이 선명하고 잘나와서 구분이 쉽지만 알루미늄은 구분이 가능하지만 선명하지는 않다. 이유는 부식액을 사용하여 부식하였을 시간이 오래 경과되어 더 많이 부식이 되었기 때문이다. 우리는 회전 연마판 기기를 사용하여 연마하여서 쉽게 하였지만 작년 까지만 하여도 연마판 기기가 없어서 사포를 사용하여 연마했다고 한다. 그렇다면 연마정도에 의하여 시편 모습의 결과에 영향을 줬을 것이다.

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