문 제 1. 시험편에 압축하중을 가하여 생기는 오목자국의 지름을 측정하여 경도를 알아내는 시험은? ① 로크웰 경도 ② 쇼 경도 ③ 비커스 경도 ④ 브리넬 경도 2. 다음 경도 시험기 중 현장에서 사용되는 것으로 하중을 충격적으로 가하였을 때 얼마나 반발 되어 튀어 올라오는가의 높이로 경도를 나타내는 것은? ① 쇼어 경도 시험기 ② 브리넬 경도 시험기 ③ 비커스 경도 시험기 ④ 로크웰 경도 시험기 - 로크웰 경도 : 강구 또는 다이아몬드 원추를 시험편에 압입 하였을 때 생기는 압흔의 깊이로 나타냄 - 쇼 경도 : 일정한 형상과 질량을 가진 해머를 한정된 높이에서 재료 표면에 낙하  튀어 오르는 높이로 경도를 측정 - 비커스 경도 : 꼭지각 136º인 사각뿔(피라미드형) 다이아몬드를 사용 시험편에 압입 하였을 때 생기는 압흔 의 면적으로 압입시 가한 하중을 나눈 값 - 브리넬 경도 : 강구를 시험편에 압입 하였을 때 표면에 생기는 압흔의 면적으로 압입시 가한 하중을 나눈 값

문 제 3. 기계재료의 시험방법 중 동적 시험인 것은? ① 인장시험 ② 압축시험 ③ 충격시험 ④ 굽힘시험 ① 인장시험 ② 압축시험 ③ 충격시험 ④ 굽힘시험 4. 금속재료의 시험에서 인장시험에 의해서 산출하는 것이 아닌 것은? ① 항복강도 ② 연신율 ③ 단면수축율 ④ 피로강도

자동차 재료 4장 금속의 상변화와 상태도

평형 상태도 평형상태도 : 합금이나 화합물의 물질계가 열역학적으로 안정한 상태에 있을 때 조성, 온도, 압력과 존재하는 상의 관계를 나타낸 것. 4.1`상률(phase rule) 1. 상(phase) : 계 안에서 다른 부분과 명확한 경계로 구분되고 그 내부는 물리적, 화학적으로 균일하게 되어 있는 계의 부분을 말한다.  물 + 알코올 : 1개의 상  물 + 기름 : 2개의 상  금속 : 고체, 액체, 기체로 존재하면 각각을 고상, 액상, 기상이라고 함 : 3개상

2. 성분(component) : 하나의 계를 구성하는 기본이 되는 물질, 그 양의 비를 조성이라고 함.  1성분계, 단원계 : 하나의 계를 구성하고 있는 물질이 1성분으로 된 것 2성분계, 2원계 : 2성분으로 된 것 3성분계, 3원계 : 3성분으로 된 것

3. 상률(phase rule) : 계의 상태를 변화시키지 않고 그 값을 독립적으로 자유로이 변화시킬 수 있는 자유도(degree of freedom)를 규정한 법칙(자유도 변수 : 압력, 온도, 성분의 수, 조성) Gibbs의 상률 : P + F = C + 2 P : 주어진 계에서 존재하는 상의 수 F : 자유도(압력, 온도, 성분의 수, 조성) C : 계 내의 성분의 수

Gibbs의 상률 : P + F = C + 2 P : 주어진 계에서 존재하는 상의 수 F : 자유도(압력, 온도, 성분의 수, 조성) C : 계 내의 성분의 수  물(기체, 액체, 고체)의 각 단상에서의 자유도 ? F = -P + C + 2 F = -1 + 1 + 2 = 2 , 자유도는 2개  압력, 온도의 자유

Gibbs의 상률 : P + F = C + 2 P : 주어진 계에서 존재하는 상의 수 F : 자유도(압력, 온도, 성분의 수, 조성) C : 계 내의 성분의 수  물(기체, 액체, 고체)의 각 곡선 상에 2상이 공존할 때 자유도 ? F = -P + C + 2 F = -2 + 1 + 2 = 1 , 자유도는 1개  압력, 온도중에 어느 하나의 변수가 결정되면 다른 것은 자연히 고정

Gibbs의 상률 : P + F = C + 2 P : 주어진 계에서 존재하는 상의 수 F : 자유도(압력, 온도, 성분의 수, 조성) C : 계 내의 성분의 수  물(기체, 액체, 고체)의 삼중점에서 자유도 ? F = -P + C + 2 F = -3 + 1 + 2 = 1 , 자유도는 0개  압력, 온도가 고정되어서 자유로이 변경할 수 없다.

상변화와 변태점 4.2`상변화와 변태점 1. 융해와 응고 1) 융해, 용융(melting) : 금속이나 합금을 가열하면 고상에서 액상으로 상 변화가 일어남. 이를 융해 또는 용융이라함 2) 융점(melting point), 용융점 : 융해의 시작온도 3) 응고(solidification) : 액상에서 고상으로 변하는 것 4) 응고점(freezing point) : 응고의 개시온도

상변화와 변태점 2. 상변화와 변태점 1) 변태(transformation) : 금속을 가열, 냉각하면 원자배열이 변화  상변화가 발생 이와 같이 물질 구성원자의 존재형태가 변하는 것을 변태라고함.  상이 액체, 고체, 기체로 변하는 것을 말함 2) 변태점(transformation point) : 변태개시 온도 3) 동소변태(allotropic transformation) : 고체 내에서 결정격자의 형상 즉, 원자의 배열이 변화하는 것 ※동소체 : 같은 원소로 되어 있으나 원자의 배열 또는 결합 방법이 다른 물질. 산소와 오존, 흰인과 붉은인, 다이아몬드와 흑연 따위가 있다.

상변화와 변태점 912℃ 1394℃ 1538℃ 액체상태 BCC FCC BCC 3) 동소변태(allotropic transformation)_ 계속 - 예를들어 순철에는 α,γ,δ의 3개의 동소체가 있다. α철은 912℃ 이하에서 체심입방격자, γ철은 912℃~1394℃ 사이에서 면심입방격자 δ철은 1394℃~1538℃ 사이에서 체심입방격자이다. 912℃ 1394℃ 1538℃ 액체상태 BCC FCC BCC

상변화와 변태점 3) 동소변태(allotropic transformation)_ 계속 - 동소변태시 수축과 팽창, 체적의 변화  α철을 가열하여 γ철로 변태시키면 수축, 반대는 팽창이 발생(열처리시 변형 발생) 912℃ 1394℃ 격자상수 시편길이 912℃ 1394℃ 온도 온도 BCC : 원자수 2개 FCC : 원자수 4개

상변화와 변태점 4) 자기변태(magnetic transformation) - 원자의 배열에는 변화가 일어나지 않으나 768℃ 부근에서는 급격히 자기의 크기에 변화를 일으키는 것 5) 순철의 변태점 ① A0 변태점 : 210℃, Fe3C 자기변태점 ② A1 변태점 : 720℃, 공석변태점 ③ A2 변태점 : 768℃, 자기변태점 ④ A3 변태점 : 912℃, α철↔γ철, 동소변태점 ⑤ A4 변태점 : 1394℃, γ철 ↔ δ철, 동소변태점 ⑥ 용융점 : 1538℃

상변화와 변태점 3. 변태점 측정 1) 변태점 측정은 대표적으로 열분석시험을 사용 - 금속이나 합금의 온도 측정시 곡선상에 온도 정체부 발생  이 점을 변태점으로 결정 책 45P - 온도정체부는 발생 원인 가열시 : 열이 원자의 결합력을 이완하기 위한 에너지로 사용 냉각시 : 원자가 가지고 있는 운동에너지를 방출해서 온도가 변화하지 않기 때문

합금의 평형상태도 4.3`합금의 평형상태도 기계재료로 사용되는 합금의 종류는 무수히 많음 합금에 나타나는 상의 종류 및 성질은 ①농도와 ②온도에 의해서 변화한다. 각 상의 종류와 조성성분을 표시한 그림을 상태도라고 한다.(중요), P45 이것은 서로 다른 상간의 평형관계를 표시하므로 평형상태도라고 부른다. Fe-C계 평형상태도 강의 평형상태도

합금의 평형상태도 상태도(액상선과 고상선) - L : Liquidus(액상선) : 상부에는 액상만 존재 - S : Solidus(고상선) : 하부에는 고상만 존재 - L+S : 액상과 고상이 동시에 존재

합금의 평형상태도 1. 공정합금(eutectic alloy) 1) 공정이란? - 2개의 금속성분이 용융되어 있는 상태에서는 서로 융합되어 균일한 액체를 형상을 하나 응고 후에는 금속성분이 각각 결정으로 되어 분리되며, 2개의 금속성분이 기계적으로 혼합된 조직을 이룬다. 이와 같은 합금을 공정이라고 한다. 이때 조직을 공정조직이라고 한다.

합금의 평형상태도 2) A지점 성분을 용융상태에서 냉각시키면 일정온도 140℃에서 카드뮴, 비스무스로 혼합된 공정 발생, 이때 온도를 공정온도라고 함. L  S1+ S2 (공정반응) Ⅰ Ⅱ Ⅲ A Ⅳa Ⅳb

합금의 평형상태도 Ⅰ Ⅱ Ⅲ A Ⅳa Ⅳb 3) Ⅰ구역 : 용액, Ⅱ구역 : 용액 + Cd(용액으로부터 카드뮴 초정이 정출), Ⅲ구역 : 용액 + Bi(용액으로부터 비스무스 초정이 정출됨) Ⅳ구역 : Cd + 공정(Cd+Bi), Ⅳ구역 : Bi + 공정 Ⅰ Ⅱ Ⅲ A Ⅳa Ⅳb

합금의 평형상태도 2. 고용체(solid solution) 1) 고용체란? - 한 성분의 금속 중에 다른 금속성분이 혼합되어 용융상태에서 합금이 되었을 때 고체상태 에서도 균일한 융합상태로 되어 각 금속 성분을 기계적인 방법으로 구분 할 수 없을 때 이것을 고용체라고 한다. 고용체를 형성하는 결정 격자에는 다음과 같이 3가지 결정격자가 있다.  침입형 고용체, 치환형 고용체, 규칙격자형 고용체

합금의 평형상태도 1) 고용체란? - 침입형 고용체 : 금속성분의 결정격자 중에 다른 원자가 침입 - 치환형 고용체 : 금속성분의 원자가 다른 금속성분의 결정격자의 원자와 위치가 바뀐형식 - 규칙격자형 고용체 : 두 금속성분의 원자에 규칙적으로 치환된 배열을 가진 고용체 가) 침입형 고용체 용질의 원자크기 < 용매의 원자크기 용질이 용매의 빈 공간으로 침입 C(용질) + Fe(용매) = 강(steel) → C양을 조절하여 강의 성질 변경 (적은 양으로 큰 성질 변화) ※ 용질, 용매 : 소금, 물 나) 치환형 고용체 용질의 원자크기 ≒ 용매의 원자크기 Zn(용질) + Cu(용매) = 황동 → Zn양을 조절하여 성질 변경

합금의 평형상태도 3. 금속간 화합물 1) 금속간 화합물이란? - 2종 이상의 금속원소가 간단한 원자비로 결합되어 본래의 물질과는 전혀 별개의 물질이 형성되며, 그 원자도 규칙적으로 결정 격자점을 보유할 때, 이 화합물을 금속간 화합물 이라고 한다.

합금의 평형상태도 4. 포정합금 1) 포정반응이란? - 합금을 용융상태에서부터 냉각하면 어떤 일정한 온도에서 정출된 고용체와 동시에 이와 공존된 용액이 서로 반응을 일으켜 새로운 다른 고용체를 형성한다. 이 반응을 포정반응 이라한다. 이때 생긴 고체를 포정이라고 부른다.  용액 + α고용체 ↔β고용체

공정반응, 공석반응, 포정반응, 포석반응 쉽게 외우기 ★TIP★ 공정반응, 공석반응, 포정반응, 포석반응 쉽게 외우기 공 : 1개  2개, 석 : 고체만 존재 포 : 2개  1개, 정 : 액체가 존재 예제) L  S1+ S2 (○○반응) S1  S2 + S3 (○○반응) S1 + L  S2 (○○반응) S1 + S2  S3 (○○반응) L  S1+ S2 (공정반응) S1  S2 + S3 (공석반응) S1 + L  S2 (포정반응) S1 + S2  S3 (포석반응)

★TIP★ 불변반응 : 자유도가 0인 반응 L  S1+ S2 (공정반응) S1  S2 + S3 (공석반응) S1 + L  S2 (포정반응) S1 + S2  S3 (포석반응)

일반상식 1. 산에서 밥이 설익는 이유? 2. 스케이트 날이 잘 미끄러지는 이유?  하중에 의해 스케이트 날이 얼음에 미치는 압력 상승  압력의 상승으로 녹는점 온도 떨어짐  스케이트 날끝은 얼음이 녹아서 수막이 만들어짐  수막으로 인하여 더 잘 미끄러짐

문 제 1. 금속이나 합금은 온도의 변화에 따라서 원자의 배열이 바뀌게 된다. 이러한 현상은? ① 자기변태 ② 동소변태 ③ 동형변율 ④ 자기변질 2. 황동에는 7:3황동과 6:4황동이 있다. 황동의 주성분으로 가장 적당한 것은? ① 구리(Cu) + 망간(Mn) ② 구리(Cu) + 아연(Zn) ③ 구리(Cu) + 니켈(Ni) ④ 구리(Cu) + 규소(Si)