재료 탄소강의 변태-공석강, 아공석강,과공석강

(2) 아공석강

0.4%C의 아공석 탄소강을 900℃(그림 2.4의 a)으로 가열하여 충분한 시간동안 유지하게 되면 공석탄소강에서와 마찬가지로 균일한 오스테나이트로 된다. 그리고 이 아공석강을 그림 2.4의 b점(약 775℃)까지 서냉시키면 오스테나이트 결정립계에서 초석 페라이트(proeutectoid ferrite)가 우선적으로 핵생성하기 시작한다. 이 강을 다시 c점까지 서냉시키면 초석페라이트는 오스테나이트 속으로 계속해서 성장해간다. 이때 페라이트가 형성된 지역의 과잉탄소는 오스테나이트-페라이트 계면으로부터 오스테나이트 쪽으로 밀려나므로, 남아있는 오스테나이트의 탄소량은 점점 많아지게 된다. 따라서 A1 변태온도 직상인 c점에 도달되면 남아 있는 오스테나이트의 탄소량은 0.4%에서 0.8%로 증가하게 된다. 따라서 A1 변태온도인 723℃ 직하인 d점에 도달되면 남아있는 오스테나이트는 공석반응에 의해서 펄라이트로 변태하게 된다. 펄라이트를 구성하고 있는 페라이트는 초석 페라이트와 구별하기 위해서 공석 페라이트(eutectoid ferrite)라고 부르며, 이 두 페라이트의 조성은 평형조건하에서는 같아진다.

A1 변태온도 직상인 c점에서 지렛대법칙을 사용하면 초석 페라이트와 오스테나이트의 중량분율을 다음과 같이 계산할 수 있다

723℃의 A1 변태온도에서 남아있는 모든 오스테나이트는 A1 변태온도 이하로 냉각될 때에 펄라이트로 변태하기 때문에, 그림 2.4에서 A1 변태온도 직하인 d점에서의 펄라이트의 중량 분율은 A1 변태온도 직상인 c점에서의 오스테나이트의 중량 분율과 같게 될 것이다. 따라서 0.4%C의 아공석강에 있어서 723℃ 직하의 온도에서 존재하는 펄라이트의 중량 분율은 50%가 된다. 한편 A1 변태온도와 상온에서 페라이트의 탄소 고용도 한계의 차이는 미미하므로 상온에서의 초석 페라이트와 펄라이트의 상대적인 양은 d점에서 계산된 값과 비교해서 큰 차이가 없다. 그림 2.6(b)은 0.4%C의 아공석강을 1095℃에서 오스테나이트화 한 후에 상온으로 공랭시킨 조직을 보여준다. 여기에서 흰색부분이 초석 페라이트이고, 검은 부분이 펄라이트이다.

(3) 과공석강

1.2%C의 과공석강을 950℃(그림 2.4의 g점)에서 충분한 시간동안 유지하게 되면 공석강에서와 마찬가지로 균일한 오스테나이트로 된다. 이 강이 그림 2.4의 h점 온도로 서냉되면 오스테나이트 결정립계에서 초석 시멘타이트(proeutectoid cementite)가 핵생성 되어 성장하게 된다. 다시 이 강이 j점까지 냉각되는 동안에 초석 시멘타이트는 계속 성장해 가면서 오스테나이트에 있는 탄소를 고갈시키게 된다. 이 냉각과정이 평형냉각이라고 가정할 때에 j점의 온도에서 남아 있는 오스테나이트의 탄소량은 1.2%에서 0.8%로 감소하게 될 것이다. 따라서 이 오스테나이트는 A1 변태온도 이하로 냉각되면서 공석반응에 의한 펄라이트로 변태하게 된다. 펄라이트를 구성하고 있는 시멘타이트는 초석 시멘타이트와 구별하기 위해서 공석 시멘타이트(eutectoid cementite)라고 부른다.

A1 변태온도 직상인 그림 2.4의 j점에서 지렛대법칙을 사용하면 초석 시멘타이트와 오스테나이트의 중량분율을 구할 수가 있다. 즉,