오스테나이트, 페라이트, 시멘타이트 및 마르텐사이트 강의 결정 구조 살펴보기

자연계의 고체 물질은 결정질과 무정형의 두 가지 범주로 분류할 수 있습니다.

결정은 결정화 과정을 통해 형성된 규칙적인 기하학적 모양을 가진 고체입니다. 결정에서는 원자나 분자가 일정한 규칙에 따라 공간에 주기적으로 반복적으로 배열되어 있습니다.

반면 비정질 고체는 원자 또는 분자가 주기성이나 대칭성 없이 불규칙하게 배열된 결정에 해당합니다. 유리가 비정질 고체의 예입니다.

고체 금속과 합금은 대부분 결정체입니다. 금속과 합금의 결정 구조는 물리적, 화학적, 기계적 특성을 결정하는 기본 요소 중 하나입니다.

철과 강철은 철과 탄소를 기본 원소로 하는 합금 시스템입니다.

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Fe-C 시스템 내에서 탄소 함량 가 0.02% 미만이면 순수 철로 분류됩니다. 탄소 함량이 2.0%를 초과하면 선철이라고 하며, 이 두 한계 사이의 범위는 강철로 분류됩니다.

순철 또는 연철은 네 가지 결정 구조가 특징입니다: α, β, γ, δ. 이 중 세 가지 구조, 즉 α, β, δ는 정육면체 중심 구조를 나타내며, 네 번째 구조인 c는 정육면체 중심 구조를 갖습니다.

순수한 원소 철은 1538℃에서 결정화되어 δ-철로 알려진 정육면체 중심 구조를 형성합니다. 1394℃로 냉각되면 γ-철이라고 하는 정육면체 중심 구조로 변합니다. 912℃로 더 냉각되면 α-철로 알려진 입방체 코어 구조가 형성됩니다.

스틸은 크게 네 가지 단계로 나뉩니다: 오스테나이트, 페라이트, 시멘타이트 및 마르텐사이트.

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(a) 오스테나이트-

오스테나이트 는 γ-Fe의 탄소 간극 화합물입니다. Fe 원자와 C 원자의 비율은 27:1로, 6~7입방면 중심 세포마다 C 원자가 하나씩만 존재합니다. γ-Fe에 용해된 탄소 농도는 1148℃에서 2.11%, 727℃에서 0.77%입니다.

오스테나이트의 특징은 다음과 같습니다. 강도 및 경도 가 페라이트에 비해 높은 반면 가소성과 인성은 더 우수합니다. 또한 입자 모양이 다각형이며 입자 경계가 페라이트보다 더 곧습니다.

(b) 페라이트-

페라이트는 α-Fe의 탄소 고체 용액으로, 탄소 함량이 약 0.02%로 순수 철에 가깝습니다.

페라이트는 낮은 강도와 경도, 우수한 가소성 및 인성 등 순수 철과 유사한 특성을 가지고 있습니다. 페라이트의 미세 구조는 밝은 다각형 입자가 특징입니다.

(c) 시멘타이트-

시멘타이트는 철과 탄소가 3:1 비율로 구성된 화합물로, Fe로 알려져 있습니다.₃C. 직교 결정계에 속하며 복잡한 결정 구조를 가지고 있습니다. 시멘타이트의 각 세포는 12개의 Fe 원자와 4개의 C 원자로 구성됩니다.

시멘타이트의 특성으로는 높은 경도, 낮은 가소성, 인성 등이 있습니다. δ와 Akk의 값이 0에 가깝고 취성이 매우 높습니다.

(d) 마르텐사이트-

오스테나이트강을 150°C 이하의 온도로 담금질하면 다음과 같이 변합니다. 마텐사이트로 매우 단단합니다. 마르텐사이트는 α-Fe에 1.6% 탄소로 구성된 과포화 고용체로 생각할 수 있으며, 사면체 결정 구조를 가지고 있습니다.

마르텐사이트에는 고탄소 마르텐사이트(라스 마르텐사이트)와 저탄소 마르텐사이트(라멜라 마르텐사이트)의 두 가지 유형이 있습니다.

마르텐 사이트는 단단하고 부서지기 쉽고 인성이 좋지 않으며 큰 것이 특징입니다. 내부 스트레스균열이 발생하기 쉽습니다.

네 단계의 안정성은 다양합니다. 페라이트와 시멘타이트는 상온에서 안정적인 결정 형태인 반면 오스테나이트는 고온에서 안정적입니다.

탄소강을 담금질하면 주로 불안정한 결정 형태인 마르텐사이트를 얻게 됩니다. Mn, Ni, Cr 등 다양한 조성을 가진 합금강을 다양한 용도로 만들 수 있습니다.

스테인리스 스틸 산업에 종사하지 않는 연구자들은 주로 오스테나이트, 페라이트, 마르텐사이트에 노출되며 시멘타이트는 덜 자주 접하게 됩니다.

스테인리스 스틸은 기본 상에 합금 성분을 추가하여 얻을 수 있는 특수한 특성을 가진 대표적인 합금입니다.