냉각곡선 측정 결과보고서

목차

Ⅰ. 주 제

Ⅱ. 연 구 자

Ⅲ. 연구목적

Ⅳ. 연구방법 및 과정

Ⅴ. 연구 결과

Ⅵ. 고찰

Ⅶ. 참고문헌

본문내용

순금속에 용융점에 가까워지는 것을 확인할 수 있었으며 0%에 가까워 질때 그의 반대 형태로 되는것을 알 수 있었다. 하지만 이 이론대로라면 두가지가 석인 합금의 경우 잠열율속은 다를지라도 액상점과 고상점이 일치하기 때문에 우리가 실험 결과값으로 얻은 타원형의 상태도가 아닌 직선 형태로 존재해야 한다는 반증이 따라오게 되었다. 이 반증의 오류를 금속의 응고론으로 쉽게 찾을 수 있었는데 합금은 용융상태에서 응고할 때 합금이 조성성분이 따로 존재하는것이 아닌 화합물 형태로 존재하고 두 금속이 혼합되어 있어도 합금중 A금속이 해당용융점보다 더 냉각되야 응고를 시작한다는것이다. 즉 잠열구간을 통해 합금의 조성과 타원형의 상태도가 나오는 이유를 알 수 있었다. 그렇기 때문에 Al-Si합금의 조성은 용융점이 높은 Si가 많이 섞일수록 고상선이 높아진다는 추론을 얻어 냈다. 이 추론을 바탕으로 결과값 응고점의 온도 “합금1(868.9°C) > 합금4 (674.6°C) > 합금2(665.2°C) > 합금3(611.7°C)”로 1차 결과 분석을 해보니 합금1 -> Al-30%Si, 합금4 -> Al-22%Si, 합금2 -> Al-12%Si, 합금3 -> Pure-Al 이라고 가정하였다. 이는 Al-Si합금이 전율고용된다는 가정하에서 실시하였다. 하지만 Pure-Al의 융점인 660°C 가량보다 합금2의 융점은 매우 낮았다. 그 이유로 Al-Si합금은 전율고용이 아닌 공정형으로 고용된다는 사실을 알게 되었다. Pure-Al보다 용융점이 낮기 위해서는 공정의 조성에 가까운 Si함유율이 있어야 하며 Pure-Al보다 높은 용융점을 갖기 위해서는 공정점 이상의 값을 가져야 한다는 판단결과가 나왔다. 결국 합금별 조성은 합금1 -> Al-30%Si, 합금4 -> Al-22%Si, 합금3 -> Al-12%Si, 합금2 -> Pure-Al 이 되었다. 이 추론을 확정하기 위
<그림2>
해 금속의 체적수축을 관찰하기로 하였다. 체적수축율로 조성을 판단하기는 어렵지만 일정조성간 수축률의 차이를 보이기 때문에 수축률을 관찰함으로써 좀 더 정확한 판단을 할 수 있기 때문이다. 먼저 결과 값은 합금2 > 합금3 > 합금4 > 합금1 순으로 수축률을 보였으며 금속별 특성은 Al은 응고할 때 체적이 수축하며 Si은 응고할 때 체적이 팽창하는 특성을 갖는다. 이를 토대로 <그림1>을 살펴보면 Al의 경우 응고가 진행됨에 따라 수축하므로 주형벽으로부터 내부를 향하여 점진적으로 이루어지며, 액상면이 침하함을보고 합금 2가 Pure-Al라는 다시 한번 판단할 수 있었으며 합금1이 팽창하는 Si를 비교적 가장 많이 함유한 Al-30%Si라 생각할 수 있었다. 마지막으로 잠열구간, 금속의 응고수축, 응고팽창 이외로 조성을 판달 할 수 있는 응고율속에 대한 결과값으로 전체적인 추론을 확정 짓기로 하였다. 응고율속은 잠열구간 이외의 응고 속도를 말하며 화합물을 형성하는 에너지가 들지 않는 순금속의 응고율속이 더 빠르며 합금은 비교적 화합물을 형성하는 것으로 인한 열에너지 방출, 흡수 가 있어 느리기 때문에 이와 같은 관련이론으로 <그림1,2,3,4>에 접목시켜 조성을 확인해 볼 수 있었다. 1100초 정도에서는 모든 상변태가 끝낫기 때문에 그래프의 비교는 응고율속인 기울기로 알아볼수 있다. 각각 합금의 응고율속은 합금1 -> 0.43°C/s, 합금2 -> 0.29°C/s, 합금3 -> 0.31°C/s, 합금4 -> 0.34°C/s로 합금2가 가장 빠르고 합금1이 가장 느리게 나왔다. 이를 분석하여 결과적으로 <표4>와 같은 판단 후 상태도를 작성하기로 하였다.
합금1
Al-30%Si
합금2
Pure-Al
합금3
Al-12%Si
합금4
Al-22%Si
<표4>
상태도는 <그림3>과 같은 방법으로 처음에는 잠열구간을 배제하여 고상점을 확인하상태도로 옮겨 점을 찍고 연결하여 고상선을 만들고, 액상점을 확인하여 상태도를 옮겨 점을 찍고
<그림3>
찍고 연결하여 액상선을 만들었다. 결과적인 상태도는 <그림1>과 같으며 <그림6>으로 이론적인 Al-Si상태도와 비교해보니 모든 조성의 합금이 이론값보다 낮은것을 확인할 수 있었다. 그 이유로는 (1) 열역학적으로 평형관계를 이뤘는가 (2) 용융점과의 차이로 인한 기화현상 (3) 불순물의 여부 (4) 열전대의 접점 부분이 일정했는가로 간추려 생각할 수 있었다. 즉 이론적인 상태도는 과냉도가 전혀 없이 안정한 상태에서 냉각 시켰기 때문에 온도에 따른 정확한 상변태와 열분석을 실시할 수 있다. 하지만 이번 실험에서 공냉을 하여 3°C/sec 이상으로 떨어지기 때문에 과냉도에 의한 측정 오류가 생기는 것이고 두 번째, 금속을 용융 시킬때 용융점과 100°C 이상 차이가 나고 오랜시간 지나면 기화현상이 일어나는데 이 기화현상으로 1μm 이하의 기공이 발생되고 기화가 일어나면 열측정에 오차를 주었다고 생각되었다. 세 번째, 시편조성의 정밀도 즉 Al-Si합금에서 두조성을 제외한 다른 금속(불순물)의 존재 여부에 따라 상태도는 급변하게 되고 그로인해 잠열구간과 고상선, 액상선 측정의 변화가 생긴다. 특히 전반적으로 온도가 낮아지게 나온 사실을 이로 설명할 수 있었다. 마지막으로 용융금속을 고상화 시킬때 볼 수 있듯이 고상층형성이 최외각부터 이뤄지기 때문에 열전대가 용융금속 어디에 위치하였는가가 매우 중요하다고 판단되었다. 이렇게 온도차이를 제외하고는 전반적인 공정조성판단 고상선, 액상선의 형상이 이론 수치와 일치했다고 판단되어 지며 위에 말한 오차값을 유발하는 인자를 제어할 수 있다면 더 정확한 실험을 실시할 수 있다고 생각된다.
Ⅶ. 참고문헌
· 홍영환 박정웅 이대용 이병엽(1993). 탄소강 열처리. 원창출판사.
· 서영섭, 최병도, 방명성, 김중현 공저(2004). 최신기계재료. 기전연구사.
· 김정근, 고진현, 김기영, 박해웅(1999). 재료시험 및 공정실습. 한국기술교육대학교.
· 김정근 박해웅(2000). 강의 열처리 공정기술. 도서출판 골드.
· 고진현, 노무근, 박희광(2011). 금속재료학. 선학출판사.
· 김정근, 김기영, 박해웅(1999). 금속현미경 조직학. 노드미디어.

키워드

냉각곡선,   잠열,   열전대