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7 편     열 처 리 와    표 면 처 리

2 장   철과 강의 변태(교과서 p.558)

탄소량이 0.01%보다 적은 철을 순철이라 하며, 순철은 가열하거나 냉각할 때 그림에서 A2, A3, A4의 변태점(變態點; transformation point)이 나타나며, A2 변태점 이하의 철을 α 철, A2 ~ A3 변태점 사이의 철을 β 철, A3 ~ A4 변태점 사이의 철을 γ 철, A4 변태점 이상의 철을 δ 철이라 한다. A2는 자기변태(磁氣變態)를 일으키는 변태점이며, 원자배열에는 변화가 없어 β 철과 같다. α, β, δ철은 체심입방격자(體心立方格子; B.C.C.)의 원자배열을 하고 있고, γ 철은 면심입방격자(面心立方格子; F.C.C.)의 원자배열로 되어 있다.


순철은 단체(單體)로서 존재하기 어렵고, 탄소와 함께 Fe-C로 존재한다. 강에서 탄소는 Fe3C인 cementite로 존재한다. A2 변태점 이하의 철, 즉 α철에 탄소나 cementite 등이 고용(固溶)된 것으로 이를 α고용체라 하고, 조직상 이것을 ferrite라 한다. A1 변태점은 탄소량과 관계없이 723oC에서 발생하며, C가 0.8%일 때의 A3와 일치한다. A3 ~ A4 변태점까지의 철, 즉 γ철에 cementite가 고용된 것을 γ고용체라 하며, 이때의 조직을 austenite라 하고, 전부가 pearlite인 0.8%C의 강을 공석강(共析鋼; eutectoid steel)이라 한다. 0.8%C 이하에서는 pearlite와 ferrite의 혼합조직이며, 이를 아공석강(亞共析鋼; hypoeutectoid steel)이라 하고, 0.8%C 이상에서는 pearlite와 cementite의 혼합조직이 석출되며, 이를 과공석강(過共析鋼; hypereeutectoid steel)이라 한다.
탄소강의 조직을 검사하기 위해서는 재료의 표면을 연마하고 HNO3(초산)나 C6H3O7N3로 부식시키며, 탄소강을 고온상태에서 가열한 후 냉각할 때 냉각속도에 따라 현미경조직이 다르게 나타나는 것을 알 수 있다.

[1] 급랭조직(急冷組織)

강을 고온으로 가열한 후 급랭하면 조건에 따라 다음과 같은 조직으로 된다.

강의 급랭조직

(1) austenite:

고온에서 안정된 조직으로서 이 상태에서 담금질하면 담금질 효과가 가장 크다. 보통탄소강에서는 얻을 수 없고, 특수강(Ni, Mn, Cr 등을 함유한 강)에서 얻을 수 있으며, 다각형 형상을 갖는다.

(2) martensite:

탄소강을 물에 냉각시켰을 때 나타나는 침상조직(針狀組織)으로서 내부식성, 경도 및 강도가 크게 된다.

(3) troostite:

austenite를 냉각시킬 때 martensite를 거쳐 다음 단계에서 나타나며, 탄화철이 큰 입자로 된 조직이다. 경도는 크나 martensite보다 작고 부식하기 쉽다.

(4) sorbite:

대강재(大鋼材)를 유중(油中)에 또는 소강재(小鋼材)를 공기 중에서 냉각시킬 때 나타나는 입상조직(粒狀組織)으로서, troosite보다 경도가 작고 pearlite보다 경도가 크며 강도, 인성 및 탄성이 큰 조직이다.

[2] 서랭조직(徐冷組織)

(1) ferrite:

지철(地鐵)이라고도 하며, 탄소를 소량 고용(固溶)한 순철조직으로 현미경 조직은 백색으로 보이며, 강조직에 비하여 경도와 강도가 작다. 30HB, 인장강도 30kg/mm2 정도이며 강자성체이다. ferrite와 Fe3C는 alcohol, 피크린산(pic ric acid), 초산 등에 부식되지 않고 그대로 남아 있기 때문에 현미경에서 백색으로 보인다.

(2) pearlite:

austenite를 매우 천천히 냉각시키면 A1 변태점 부근에서 pearlite가 완료되며, ferrite와 Fe3C가 파상으로 존재하는 조직이다. 강조직으로서는 가장 연한 조직이며, 절삭성이 양호하다. 300HB, 인장강도 60kg/mm2 정도이다.

(3) cementite:

탄화철(炭化鐵; Fe3C)로서 침상조직(針狀組織) 또는 망상조직(網狀組織)이고, 탄소강 및 주철 등에 혼재한다. 800HB, 인장강도 40kg/mm2 정도이고, 취성이 크다.

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