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Ⅲ-2. 순철과 탄소강 1. 순철의 변태와 이에 따른 조직의 변화를 설명할 수 있다. 학 습 목 표 Ⅲ-2. 순철과 탄소강 1. 순철의 변태와 이에 따른 조직의 변화를 설명할 수 있다. 2. Fe-C계 평형 상태도에 의한 변태와 변태에 따른 조직의 변화를 비교할 수 있다. 3. 탄소강에 함유되는 각종 원소들의 영향을 파악할 수 있다.

Ⅲ-2. 순철과 탄소강 지난 학습 복습해 볼까요? Q1) 철강은 어떠한 이점을 가지고 있는가? 선 수 학 습 Ⅲ-2. 순철과 탄소강 지난 학습 복습해 볼까요? Q1) 철강은 어떠한 이점을 가지고 있는가? Q2) 철강을 조직학적으로 분류하면? Q3) 제선법과 제강법의 차이점은? Q4) 탈산도에 따라 강괴를 분류하면? 순철 : 0.025 % C 이하 강 : 2.0% C 이하 아공석강 : 0.025% C ~ 0.8% C 공석강 : 0.8% C 과공석강 : 0.8% C ~ 2.0% C 주철 : 2.0%C ~ 6.67%C 아공정 주철 : 2.0%C ~ 4.3%C 공정 주철 : 4.3%C 과공정 주철 : 4.3%C ~ 6.67%C 기계적 성질이 우수 열처리로 성질 조절가능 다른 금속에 비하여 저렴 생산량이 많음 제선공정 : 쇳물(용선) 을 생산하는 기초 공정 제강공정 : 쇳물(용선)에서 불순물을 제거해 강으로 만드는 공정 킬드강, 림드강, 세미킬드강

Ⅲ-2. 순철과 탄소강 1. 순철의 변태와 조직 순철의 변태 - A2변태 : 768℃에서의 자기 변태 (큐리점) 학 습 전 개 Ⅲ-2. 순철과 탄소강 1. 순철의 변태와 조직 금속 원소는 상온에서 고유한 결정 구조를 가지며, 어떤 금속은 온도에 따라 2개 이상의 결정 구조를 갖는다. 이 때 각각의 결정 구조를 동소체라 하며, 이러한 동소체의 변화를 동소 변태라 한다. 순철의 변태 - A2변태 : 768℃에서의 자기 변태 (큐리점) 강자성체 α-Fe ↔ 상자성체 α-Fe - A3변태 : 910℃에서의 동소 변태 α-Fe (체심 입방 격자) ↔ γ-Fe (면심 입방 격자) - A4변태 : 1400℃에서의 동소변태 γ-Fe (면심 입방 격자) ↔ δ-Fe (체심 입방 격자) *가열시의 변태 온도 Ac3와 냉각시의 변태 온도 Ar3 는 약간의 차가 있음

Ⅲ-2. 순철과 탄소강 2. 순철의 성질 99.9% Fe 이상 비중 7.876 용융점 1539℃ 학 습 전 개 Ⅲ-2. 순철과 탄소강 2. 순철의 성질 ⑴ 물리적 성질 99.9% Fe 이상 비중 7.876 용융점 1539℃ 면심 입방 격자가 체심 입방 격자보다 조밀하므로 체적이 감소한다.

Ⅲ-2. 순철과 탄소강 ⑵ 화학적 성질 고온에서 산화 작용이 심하다. 습기와 산소가 있으면 상온에서도 부식되고 내식력이 작다. 학 습 전 개 Ⅲ-2. 순철과 탄소강 ⑵ 화학적 성질 고온에서 산화 작용이 심하다. 습기와 산소가 있으면 상온에서도 부식되고 내식력이 작다. 강산과 약산에는 침식되나 알칼리에는 침식되지 않는다. ⑶ 기계적 성질 연성이 풍부하나 기계적 강도가 작다(구조용 재료로 부적합) 전기 재료, 강재의 성질 연구 등 특수 목적에 사용 경도 HB 인장 강도 MPa 탄성 한도 GPa 영률 MPa 60~70 176~245 98~137 206

학 습 전 개 Ⅲ-2. 순철과 탄소강 3. 철-탄소계 평형 상태도

학 습 전 개 Ⅲ-2. 순철과 탄소강 Fe-C 평형 상태도 : Fe-C를 가로축 온도를 세로축으로 조성 비율 에 따라 나타나는 변태점을 연결하여 만든 선도 Fe-Fe3C계(실선)와 Fe-C계(점선)가 있음 탄소강의 경우 C가 유리된 흑연으로 되지 않고 Fe3C 상태로 존재 Fe3C는 6.67%의 C를 포함하는 금속간 화합물로 경도가 매우 높다 순철에는 α-Fe, γ-Fe, δ-Fe의 동소체가 있으며, α, γ, δ 고용체를 만듬 - α 고용체 : 723℃에서 0.025% C를 고용 - γ 고용체 : 1130℃에서 2.0% C를 고용 - δ 고용체 : 1490℃에서 0.1% C를 고용

Ⅲ-2. 순철과 탄소강 4. 탄소강의 변태와 조직 ⑴ 탄소강의 변태 학 습 전 개 Ⅲ-2. 순철과 탄소강 4. 탄소강의 변태와 조직 ⑴ 탄소강의 변태 0.025% C : 공석 온도에서 α철이 고용할 수 있는 최대의 탄소 함유량 2.0% C : γ 철이 고용할 수 있는 최대의 탄소 함유량 면심 입방 격자, γ철 γ고용체 형태로 C가 고용 A1 변태 : 강 특유의 변태, 723℃ 체심 입방 격자, α철+Fe3C (펄라이트) α고용체 상태, C는 유리 상태 변태점은 가열할 때와 냉각할 때의 온도가 약간 차이가 있어 가열할 때의 변태를 Ar1, 냉각할 때의 변태는 Ac1으로 표시함

Ⅲ-2. 순철과 탄소강 공석 변태시 강의 결정 구조 오스테나이트(723℃ 이상) α-고용체(723℃ 이하) 학 습 전 개 오스테나이트(723℃ 이상) α-고용체(723℃ 이하) γ 고용체 상태로 C가 고용 α 고용체 상태로 C 유리 펄라이트 상태

학 습 전 개 Ⅲ-2. 순철과 탄소강 α 고용체와 시멘타이트가 생성되는 과정 입계에 핵 생성 핵 주위에 α 철 생성

학 습 전 개 Ⅲ-2. 순철과 탄소강 ⑵ 탄소강의 표준 조직 A3점 또는 Acm 보다 30~50℃ 높은 온도로 강을 가열하여 오스테나이트 단일상으로 한 후 대기 중에서 냉각하여 나타나는 조직

Ⅲ-2. 순철과 탄소강 ① 오스테나이트 γ-Fe에 C를 고용, FCC, A1 변태점 이상, 비자성, 전기 저항 큼 학 습 전 개 Ⅲ-2. 순철과 탄소강 ① 오스테나이트 γ-Fe에 C를 고용, FCC, A1 변태점 이상, 비자성, 전기 저항 큼 HV = 100~200 ② 시멘타이트 250배, 3% 나이탈 10초 부식 Fe3C, 6.67%의 C와 Fe의 화합물, HV = 1050~1200, 비중 7.74 상온 강자성(A0 변태), 형상은 층상, 입상 900℃에서 장시간 가열하면 분해하여 흑연으로 변화(흑연화)

Ⅲ-2. 순철과 탄소강 ③ 펄라이트 페라이트와 시멘타이트가 층상 구조, HV = 240, 강자성 학 습 전 개 Ⅲ-2. 순철과 탄소강 400배, 3% 나이탈 7-8초 부식 ③ 펄라이트 페라이트와 시멘타이트가 층상 구조, HV = 240, 강자성 공석강을 오스테나이트에서 서냉하면 723℃에서 페라이트, 시멘타이트의 공석 ④ 페라이트 250배, 3% 나이탈 7-8초 부식 α-Fe에 미량의 C 고용 HV = 70~100, 연성 높다

Ⅲ-2. 순철과 탄소강 5. 탄소강에 함유된 원소들의 영향 학 습 전 개 Ⅲ-2. 순철과 탄소강 5. 탄소강에 함유된 원소들의 영향 Mn : 선철 중에 함유, 탈산제(Fe-Mn) 첨가할 때 함유. 0.2~0.8% α-Fe중에 고용, 나머지는 MnS가 되어 슬래그로 제거 공구강에서는 담금질 균열을 초래하므로 0.2~0.4%로 억제 2. Si : 선철 원료, 탈산제(Fe-Si) 중에서 유입 α 고용체에 고용되어 경도, 인장 강도, 탄성 한계 높임 결정 입자를 성장 조대화 단접성 감소. 0.35% 이하로 무해 3. P : 선철 원료, 내화 재료, 연료 등으로 함유. Fe3P가 되어 결정입자 조대화. 다소 인장 강도, 경도 증가 상온에서 충격값을 저하시켜 상온 메짐의 원인 Fe3P은 MnS 및 MnO과 같이 결합하여 강의 파괴 원인이 됨 공구강에서 0.025% 이하 허용

Ⅲ-2. 순철과 탄소강 4. S : 우선 MnS을 만들고 나머지는 FeS 학 습 전 개 Ⅲ-2. 순철과 탄소강 4. S : 우선 MnS을 만들고 나머지는 FeS FeS는 고온에서 취약, 고온 메짐. 0.03%로 제한 5. Cu : 원료 중 함유. 적은 양이 Fe에 고용. 0.25%정도 양호 인장 강도, 탄성 계수 높이며, 부식에 대한 저항 증가. 6. 가스 : 용강 중 O2, N2, H2 등으로 0.01~0.15% 정도 N2 페라이트에 고용되어 석출 경화의 원인 O2는 FeO, MnO, SiO2로 산화물로 함유, FeO는 적열 메짐의 원인 H2는 Fe를 여리게 하고 산이나 알칼리에 약하게 하며, 백점, 헤어 크랙의 원인 7. 비금속 개재물 내부에 점상태로 존재하여 인성 저하, 메짐의 원인 열처리시 개재물로부터 균열 산화철, Al2O3, SiO2 등은 단조, 압연의 균열, 고온 메짐의 원인

Ⅲ-2. 순철과 탄소강 문제 1. 순철의 화학적 성질로 옳지 않은 것은? ① 고온에서 산화 작용이 심하다. 형 성 평 가 Ⅲ-2. 순철과 탄소강 문제 1. 순철의 화학적 성질로 옳지 않은 것은? ① 고온에서 산화 작용이 심하다. ② 습기와 산소가 있으면 상온에서도 부식한다. ③ 바닷물, 화학 약품 등에서 내식력이 크다. ④ 강산과 약산에는 침식된다. ⑤ 알칼리에는 침식되지 않는다. 문제 2. 고체 상태에서 온도에 따라 결정 구조가 변하는 것을 무엇이라고 하는가? 문제 3. 원자 배열의 변화 없이 자성만 변화하는 것을 무엇이라 하는가?

Ⅲ-2. 순철과 탄소강 순철의 변태에 대하여 정리해 보자. A3 변태 (동소 변태) : 910℃에서 α-Fe이 γ-Fe로 변함 학 습 정 리 Ⅲ-2. 순철과 탄소강 순철의 변태에 대하여 정리해 보자. A3 변태 (동소 변태) : 910℃에서 α-Fe이 γ-Fe로 변함 A4 변태 (동소 변태) : 1400℃에서 γ-Fe이 δ-Fe로 변함 A2 변태 (자기 변태) : 768℃ 부근에서 결정 구조의 변화 없이 전자의 스핀 변화에 의해 강자성체 α-Fe이 상자성체 α-Fe로 변함