금속학: 알아야 할 필수 기본 사항

1. 순수 금속의 구조와 결정화

1. 금속의 결정 구조

금속은 고체 상태의 결정체입니다.

결정 구조는 금속의 특성, 소성 변형, 열처리 상변형과 관련이 있습니다.

금속에서 가장 일반적인 세 가지 격자는 몸체 중심 정육면체 격자, 면 중심 정육면체 격자, 밀집된 육각형 격자입니다.

크리스탈 결함은 기하학적 모양에 따라 점 결함, 선 결함, 평면 결함의 세 가지 범주로 분류할 수 있습니다.

2. 금속의 결정화

금속이 액체에서 고체(결정) 상태로 전환되는 과정을 금속 결정화라고 합니다.

(1) 냉각 곡선 과냉각 현상

냉각 곡선은 재료의 냉각 과정 중 온도와 시간 간의 관계를 나타내는 그래프입니다. 금속 결정의 냉각 곡선은 열 분석 방법을 사용하여 결정할 수 있습니다. 이 과정에는 가능한 한 균일한 온도를 얻기 위해 금속을 녹이고, 설정된 속도로 냉각하고, 시간에 따른 온도 변화를 기록하고, 데이터를 온도 시간 그래프에 표시하여 그림 1과 같이 냉각 곡선을 얻는 것이 포함됩니다.

결정화 과정에서 방출되는 결정화 잠열은 금속에서 외부로의 열 손실을 상쇄하여 냉각 곡선에 수평선이 나타나게 합니다. 이 선에 해당하는 온도가 금속의 실제 결정화 온도입니다.

실험에 따르면 금속의 실제 결정화 온도(T1)는 이론적 결정화 온도(T0)보다 항상 낮습니다. 이러한 현상을 과냉각이라고 합니다. 과냉각은 결정화가 일어나기 위한 필수 조건입니다. T0과 T1의 차이인 △T = T0 - T1을 과냉각도라고 합니다.

그림 1 순수 철 결정의 냉각 곡선

(2) 결정화 과정

결정화 과정에는 핵의 생성과 확장이 포함됩니다. 이 과정을 핵 형성 및 성장이라고 합니다.

3. 금속의 이성질체 변환

고체 상태의 온도 변화에 따라 금속이 한 격자 구조에서 다른 격자 구조로 변하는 현상을 동형 변태라고 합니다.

이러한 변화를 보이는 일부 금속에는 철, 코발트가 있습니다, 티타늄, 주석, 망간을 함유하고 있습니다.

동일한 금속 원소의 결정이 서로 다른 격자 형태로 존재하는 것을 금속의 동소 결정이라고 합니다.

2. 합금의 구조 및 결정화

상: 상: 합금(또는 순수 금속) 내에서 동일한 조성, 구조 및 특성을 가지며 계면에 의해 서로 분리되어 있는 균일한 구성 요소를 말합니다.

1. 합금의 상 구조

합금의 상 구조는 구성 원소 간의 상호 작용에 따라 고용체와 금속 화합물의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

(1) 고체 용액: 액체 합금이 고체화되어도 원소들은 서로 용해되어 한 원소의 원자가 다른 원소의 격자 전체에 분산되는 상이 형성될 수 있습니다. 이 단계를 고용체라고 합니다.

(2) 금속 화합물.

2. 이진 합금의 상태 다이어그램

합금 평형도 또는 합금 상태 다이어그램이라고도 하는 합금 상 다이어그램은 평형 조건에서 합금의 온도, 조성 및 상태 사이의 관계를 보여주는 다이어그램입니다. 다양한 조성을 가진 합금을 무한대로 천천히 냉각하거나 가열할 때 나타나는 합금의 구조 변화 법칙을 나타냅니다.

합금 상도는 올바른 합금 조성을 선택하고, 합금의 미세 구조를 분석하고, 특성을 연구하고, 주조, 단조 및 열처리 공정을 결정하는 데 중요한 도구입니다.

(1) 균질 상 다이어그램: 이 유형의 다이어그램은 두 성분이 액체 상태와 고체 상태 모두에서 무한히 혼합될 수 있는 합금 시스템을 나타냅니다. 응고하는 동안 합금은 액체상에서 고체 용액을 형성하는데, 이를 균질 변환이라고 합니다.

(2) 유텍틱 상 다이어그램: 이 다이어그램에서 두 성분은 액체 상태에서 완전히 혼합되어 공융 변형을 일으킵니다. 공융 변환은 특정 온도에서 특정 조성을 가진 균일한 액체상에서 특정 조성을 가진 두 개의 고체상이 동시에 결정화되는 것을 말합니다.

(3) 퍼렉트릭 상 다이어그램: 이 다이어그램에서 두 성분은 액체 상태에서는 무한히 섞일 수 있고 고체 상태에서는 유한한 고체 용액을 형성합니다. 페리틱 변환 상태도 있습니다. 페리틱 변환은 특정 성분의 액체상과 다른 성분의 고체상 사이의 반응으로 인해 일정한 온도에서 새로운 고체상이 형성되는 것을 말합니다.

3. 철 탄소 상 다이어그램

1. 철 탄소 상 다이어그램

강철은 특정 조성 범위의 철-탄소 합금입니다.

철-탄소 합금 상도는 Fe-Fe3C 상도에 표시된 것처럼 다양한 온도에서 다양한 조성을 가진 철-탄소 합금의 다양한 평형 구조를 보여줍니다.

Fe-Fe3C 상 다이어그램에서 임계점이라고도 하는 특정 조성의 철-탄소 합금에서 상변환이 일어나는 온도를 결정할 수 있습니다.

Fe-Fe3C 상 다이어그램을 분석하면 다양한 온도 영역에서의 상 변환 과정과 상온으로 냉각 시 전위 평형 구조를 예측할 수 있습니다.

철-탄소 합금 상도의 각 점에 대한 설명은 Fe-Fe3C 상도의 특성 점을, 각 선에 대한 설명은 특성 선을 참조하세요.

철-탄소 합금 상 다이어그램에 따르면 탄소강은 다음과 같습니다. 탄소 함량 미만인 주철과 탄소 함량이 2.11% 이상인 주철로 구분됩니다.

구조적 특성에 따라 철-탄소 합금은 철-탄소 합금 상도의 탄소 함량에 따라 7가지 범주로 나뉩니다:

(1) 탄소 함량이 0.0218% 미만인 산업용 순수 철;

(2) 탄소 함량 0.77%의 유텍토이드 강철;

(3) 탄소 함량이 0.0218% ~ 0.77%인 하이포유텍로이드강;

(4) 탄소 함량이 0.77% ~ 2.11%인 하이퍼유텍로이드강;

(5) 탄소 함량 4.30%의 유텍틱 백색 주철;

(6) 탄소 함량이 2.11% ~ 4.30%인 준결정성 백색 주철;

(7) 탄소 함량이 4.30% ~ 6.69%인 초결정질 백색 주철.

2. 금속 구조

금속: 열전도율과 전기 전도율이 좋은 소재로, 불투명한 외관과 금속성 광택이 특징입니다. 금속의 전도도는 온도가 높아질수록 감소하며, 연성과 팽창성이 뛰어난 것으로 알려져 있습니다.

금속 결정은 원자가 규칙적인 패턴으로 배열된 고체입니다.

합금: 금속과 비금속을 포함하여 두 가지 이상의 원소로 구성된 금속적 특성을 가진 물질.

고체 용액 강화: 이는 용질 원자가 용매 격자의 공간이나 틈새를 차지하여 격자가 왜곡되고 경도 및 강도 고체 용액의

화합물: 합금 성분의 조합으로 금속 특성을 가진 새로운 결정성 고체 구조가 형성됩니다.

기계적 혼합물: 독립적인 기계적 특성을 가진 단일 개체로 보이지만 두 개의 서로 다른 결정 구조로 구성된 합금 조성물입니다.

페라이트: 알파 Fe(몸체 중심의 입방정계 철)의 탄소 간질 고체 용액.

오스테나이트: 감마-Fe(면 중심 입방정철)의 탄소 간질 고체 용액.

시멘타이트: 탄소와 철의 결합으로 형성된 안정한 화합물(Fe3C)입니다.

펄라이트: 페라이트와 시멘타이트(F + Fe3C, 탄소 0.8% 함유)로 구성된 기계적 혼합물입니다.

레데부라이트: 시멘타이트와 오스테나이트 (4.3% 탄소 함유).

금속의 열처리는 기계 제조에서 매우 중요한 공정입니다. 다른 가공 방법과 달리 열처리는 공작물의 모양이나 전체 화학 성분을 변경하지 않고 미세 구조 또는 표면 화학 성분을 수정하여 성능을 향상시킵니다.

열처리의 목적은 육안으로 보이지 않는 공작물의 내부 품질을 개선하는 것입니다. 금속 공작물의 원하는 기계적, 물리적, 화학적 특성을 얻기 위해서는 적절한 재료 선택과 함께 열처리가 필요한 경우가 많습니다. 성형 프로세스.

강철은 기계 산업에서 가장 널리 사용되는 재료로, 열처리를 통해 미세 구조를 제어할 수 있습니다. 따라서 강철의 열처리는 금속 열처리의 주요 측면입니다.

열처리는 강철 외에도 알루미늄, 구리, 마그네슘, 티타늄 및 그 합금의 기계적, 물리적, 화학적 특성을 변경하여 다양한 서비스 특성을 달성하는 데 사용할 수 있습니다.