탄소강의 조직

1. Fe - Fe 3C 평행상태도

Fe와 C의 합금조성과 온도와의 관계에서 탄소의 조성(%) 에 따라 나타나는 합금의 변태점을 연결하여 만든 선도를 철-탄소계 평행상태도 ( Fe - Fe₃C Diagram)라 한다.
탄소가 2.11% 이하인 강철은 탄소가 유지되지 않고 시멘타이트 (Fe₃C) 와 철(Fe) 의 이원계 합금이며, 철 중에 함유되어 있는 탄소는 모두 시멘타이트의 상태로 존재한다.

1.1 상태도

① 용액   ② δ 고용체 + 용액   ③ δ 고용체   ④ δ 고용체 + γ 고용체
⑤ γ 고용체 + 용액   ⑥ 용액 + Fe₃C   ⑦ γ 고용체 ⑧ γ 고용체 + Fe₃C
⑨ α 고용체 + γ 고용체   ⑩ α 고용체   ⑪ α 고용체 + Fe₃C

A : 순철의 융용점 (1538 ± 3℃)   AB : δ 고용체에 대한 액상선
AH : δ 고용체에 대한 고상선   BC : γ 고용체에 대한 액상선
CD : 시멘타이트에 대한 액상선  E : γ 고용체가 C 가 최대로 용해하는 점. (1148℃ , 2.11%C)
GS : γ 고용체에서 α 고용체를 석출하기 시작하는 온도.
PQ : α 고용체에 대한 Fe₃C의 용해도 곡선.
GP : γ 고용체로 부터 α 고용체의 변태가 종료되는 온도.

1.2 변태의 종류.

3. 강의 표준조직( 서냉 조직)

3.1 페라이트 (Ferrite)

α 철에 탄소가 최대 0.02% 고용된 α 고용체이며, 흰색의 입상조직으로 전연성이 크고 순철에 가깝다.

3.2 오스테나이트 (Austenite)

γ 철에 탄소가 최대 2.11% 고용된 γ 고용체이며, 실온에서는 존재하기 어려운 조직으로 인성이 크며 비자성체이다.

3.3 시멘타이트 (Cementite)

철에 탄소가 6.67% 화합된 철의 금속간 화합물 (Fe₃C) 로 흰색의 침상이며, 대단히 경도가 높고 취성이 있다.

3.4 펄라이트 (Pearlite)

0.77%C의 오스테나이트가 727℃ 이하로 냉각될 때 0.02%C 의 페라이트와 6.67%C의 시멘타이트가 층상으로 나타나며 강도가 크고 연성이 있다.

3.5 레데부라이트 (Ledeburite)

4.3%C의 융용철이 1148℃ 이하로 냉각될 때 2.11%C 의 오스테나이트와 6.67%C의 시멘타이트로 정출되어 생긴 공정주철이며 경도가 크고 끈기가 없다.

4 강의 열처리 조직( 급냉 조직)

4.1 오스테나이트 (Austenite)

γ 철에 탄소가 최대 2.11% 고용된 γ 고용체이며, 강을 A1 선(727℃) 이상으로 가열하였을 때 얻어지는 조직이다

특징

① 비자성체이며 전기저항이 크다.
② 강도가 낮으며 인장강도에 비해 연신율이 크다.
③ 점성이 크고 내식성이 크다
④ 절삭성이 나쁘다

4.2 마르텐자이트 (Martensite)

고온의 탄소강을 급냉 하면 오스테나이트에 고용된 탄소는 석출되나, 철과 화합하여 시멘타이트를 만드는 시간적인 여유가 없어 페라이트에 과포화 상태로 고용된 조직이다.

특징.

① 침상 조직으로 내식성이 강하고 경도, 강도가 크다.
② 전연성이 매우 작고 취약한다.
③ 강자성체이며 변태될 때 팽창한다.
④ 열처리 조직 중 가장 경도가 높으며 취성이 있으므로 뜨임 처리 후 사용한다.
⑤ C% 가 증가하면 마르텐자이트의 경도도 증가한다.
⑥ 마르텐자이트의 변태는 응력의 영향을 받기 쉽다.

4.3트루스타이트 (Troostite)

마르텐자이트 조직보다 냉각 속도를 조금 적게 했을 때 나타나는 조직이다.
마르텐자이트로 된 탄소강을 약 400℃로 가열한 다음 기름 중에 냉각하면, 페라이트에 과포화 상태로 고용되었던 탄소가 철과 화합하여 시멘타이트가 되고, 이 시멘타이트는 작은 입자로 석출되는데 이 상태의 조직을 말한다.

특징.

① 마르텐자이트 보다 경도와 내식성은 작으나 인성이 크다.
② 일반적으로 기름 중에 담금질 하여 얻는다.
③ 공업적으로 유용한 조직이며 탄성한도도 크다.

4.4 소르바이트 (Sorbite)

트루스타이트 보다 냉각 속도를 적게 했을 때 시멘타이트가 큰 입자로 석출된 조직이며 큰 강재는 유냉 시, 작은 강재는 공냉 시 나타난다.

특징.

① 트루스타이트 보다 경도와 강도는 작으나 펄라이트 보다는 단단한다.
② 가공경화가 가장 적은 조직이다.
③ 100% 소르바이트로 했을 경우 탄성계수가 크다.

5. 금속조직의 기계적 성질