[열처리|금속재료, 2023] Fe-C계 평형상태도에서 공석반응(eutectoid reaction)과 공정반응(eutectic reaction)에 대하여 설명하시오.
로망사슴2023. 11. 27. 01:19
0. 키워드 / 무엇을 설명해야하는지?
Fe-C 평형상태도
공석, 공정반응의 정의
각 반응의 메커니즘
1. 개요
Fe-C계 평형상태도 : 금속합금의 조성, 온도, 압력을 변화시켰을 때, 평형상태에서 출현하는 상을 나타내는 도표. 상태도라고도 한다.
Fe-C 평형상태도, 반드시 통으로 그릴 수 있어야한다 (이미지 네이버 펌)
공정반응 (eutectic reaction) : 액상이 냉각 중에 2개의 고상으로 등온·가역적으로 변태하는 반응
공석반응 (eutectoid reaction) : 고체 상태에서 고용체가 어느 일정 온도에서 동시에 2개가 석출되는 상태를 말한다. 반응이 생기는 점을 공석점(共析點)이라고 하며, 이때의 결정을 공석정(共析晶)이라고 한다.
2. 공정반응에 대한 고찰
공정반응은 액상이 냉각 중 2개의 고상으로 등온, 가역적으로 변태하는 반응이다
Fe-C상태도에서는, 1148℃에서 관찰되는데, 액체 상태의 철이 냉각될때 감마철 + 시멘타이트(Fe3C)로 석출되는 현상이 그것이다
감마철은 높은 탄소 용해도를 가지고 있는데 (~2.11%), 이는 면심입방격자이기 때문이다
체심입방격자 ,B.C.C (알파철, 델타철) : 충진율 68% 면심입방격자, F.C.C (감마철) : 충진율 74% 충진율이 높은데 (결정이 가득 차있는데) 왜 탄소 용해도가 높냐? 가장 설득력있는 이론은, 빈 공간이 BCC < FCC라서 탄소가 들어갈 공간이 크다는 것이다. 겹치는 부분이 B.C.C가 더 많아서, 경도와 강도가 더 높기도 하다
탄소를 2.11% 미만 포함하고 있는 합급은 공정반응을 겪지 못하며 (상태도에서 아래로 뻗어보면 알 수 있다) 그것들이 공석반응을 겪으며 냉각될 때 2상 화합물을 형성한다. 이러한 합금은 강이라고 알려져 있다.
따라서 철 내 최고 탄소 용해도가 2.11 wt%인 지점은 강과 주철의 분리점을 의미한다.
공정반응은 2가지 독특한 가능성을 가지고 있다.
액체 → 오스테나이트 + Fe3C or 액체 → 오스테나이트 + 흑연
3. 공석반응에 대한 고찰
고체 상태에서고용체가 어느 일정 온도에서 동시에 2개가 석출되는 상태를 말한다. 반응이 생기는 점을 공석점(共析點)이라고 하며, 이때의 결정을 공석정(共析晶)이라고 한다
Fe-C에서는 727℃에서 발생하는데, 공석조성은 0.77wt%의 탄소를 포함하고 있다.
온도가 내려감에 따라, 단상 오스테나이트(감마철)에서 2상 페라이트 및 탄소-카바이드 화합물로 변이한다. (중간에 알파철 + 감마철 단계 있음)
탄소를 고용체의 형태로 용해하고 있었는데, 용해도가 갑자기 떨어지니 (알파철 탄소 용해도 0.02%) 탄소가 석출이 되는데, 이때 시멘타이트 (Fe3C, 철-카바이드) 형태로 뱉어낸다.
