철 상태도
1 상태변화
1) 상태변화의 원인
- 물질의 상태는 온도와 압력에 따라 변한다.
- 대기압 상태에서는 압력의 영향을 무시하고 오직 온도에 따라 상태가 변하는 것으로 간주해도 무방하다.
2) 상태변화의 특징
- 상태가 변하는 현상을 변태라고하며 온도에 따라 α-γ-δ로 변하는 것을 동소변태라고 한다.
- 고체 상태의 순철은 온도에 다라 ‘α-Fe’, ‘γ-Fe’ ‘δ-Fe’을 철의 ‘동소체’라고 한다.
* 온도에 따라 동소 변태가 일어나는 이유는 금속원자들을 결합하고 있는 전자의 분포상태가 온도에 따라 변하기 때문이다.
* 동소변태 온도 : A1 : 723도 / A2 : 770 / A3 : 912 / A4 : 1493
* 매우 천천히 냉각하면 원자들이 충분히 이동하면서 온도에 알맞은 상태로 정상적으로 동소변태한다.
* 급격하게 냉각하면 변태가 일어나지 않고 고온의 금속 상태가 그대로 상온에서도 존재한다. 즉 정상적인 상변화가 일어나지 않아서 내부가 비정상적으로 변하며 내부응력이 발생한다.
2 2성분계 상태도 거동
1) 초정/정출/석출 반응
- 액체속에서 처음 생긴 고체를 초정이라고 한다.
- 액체 속에서 새로운 고체(결정) 즉 초정이 생기는 현상을 정출이라고 하고, 고체속에서 새로운 고체가 생기는 현상을 석출이라고 한다.
2) 공정/공석 반응
- 액체 속에서 두 종류의 고체가 동시에 생기는 현상을 공정이라고한다. 고체 속에서 두 종류의 고체가 생기는 현상을 공석이라고 한다.
- 전율고용체 : 두 금속이 고체상태에서 100% 매우 잘 섞이는 경우이다.
- 포정반응 : ‘α고용체 + 용융액 = β고용체’로 변하는 현상
* β고용체가 α고용체를 둘러싸면서 반응한다는 뜻이다.
3) 금속화합물의 특징
- 금속간 화합물은 원자들이 화학적으로 매우 강하게 결합되어 있기 때문에 경도가 매우 높다.
- 금속간 화합물 중 일부는 높은 온도에서도 쉽게 분해되지 않는다.
3 철 상태도(철-탄소)
1) 철 상태도 해석
- BCC 구조인 α-Fe와 δ-Fe가 있다.
- A1 변태선 : A1 변태란 공석반응의 발생시점을 뜻하며 온도는 723도이다.
* 오스테나이트→페라이트 + 시멘타이트
- A2 변태 : 자기의 세기가 변하는 변태이다. 자기변태. 770도에서 발생
* 높은온도는 상자성체이지만 이하는 강자성체이다.
- A3 변태 / 변태선 : α고용체→γ고용체로 변하는 시점을 말한다.
* Acm선 : 오스테나이트에 고용될 수 있는 최대 탄소량을 나타내는 곡선이다. 이 선보다 많은 탄소가 고용될 경우 Fe3C 화합물이 석출된다.
- A4 변태점 / 변태선 : γ고용체에서 δ고용체로 변하는 현상을 말하며 순철의 경우 1394도에서 일어난다. 탄소량이 증가할 경우 C 0.18% 1487도 까지 상승한다.
2) 용어정리
- 아공석강 : 탄소량이 많아질수록 펄라이트량이 증가하므로 경도와 인장강도가 증가한다. 탄소량이 많은 강일수록 질겨지고 딱딱해진다.
- 공석강 : 100% 펄라이트 조직으로 되어 있으므로 인장강도가 가장크다. 가장 질긴 탄소강
- 과공석강 : 과공석강은 펄라이트와 시멘타이트의 혼합조직이다. 탄소량이 많아질수록 시멘타이트의 양이 증가하므로 경도가 더욱 증가한다. 그러나 펄라이트의 양이 적어지므로 인장 강도가 감소하고 신율이 매우 작아진다. 그러므로 과공석강은 타소량이 많은 강일수록 매우 딱딱해지나 취약하여 깨지기 쉬운 특징이 있다.
- 공정반응 : 액체상태에서 두종류의 결정이 동시에 생기는 반응
* 공정온도 / 공정점
* 액체 <-> A결정 + B결정
* 고용 – 두 종류의 고체 원자들이 균일하게 섞이는 현상
* 고용체 – 서로다른 두물질이 잘 혼합된 상태