[기계안전기술사] 문제풀이 2021년-124-4-3 강 동소체 동소변태

문제
3. Fe3C 평형 상태도를 그리고 A2 변태, A4 변태, 동소체에 대하여 설명하시오.

답

금속의변태
같은 물질이 다른 상으로 변하는 것을 변태라 하며,
변태가 일어나는 온도를 변태점이라 한다

1.동소체
*동일 원소의 고체가 서로 다른 상태로 존재하는것
예) 탄소-화합탄소와 흑연

(1) 자기 변태(磁氣變態)
원자의 배열에는 변화가 없으나 768℃<퀴리(Curie Point)라고도 함> 부근에서는
급격히 자기(磁氣)의 크기가 변화되는 것을 말한다.

*강자성체인 금속(페니코)을 계속 가열하면 일정 온도 이상에서 자성을 잃고 상자성체가 되는 변태
*금속의 결정구조는 변하지 X
*상(phase)의 변화가 아니라 단순한 물리적 변화
*자기변태점(=퀴리점,A2변태점)
➔ Fe(768℃), Ni(358℃), Co(1150℃)
*온도 ↑ ➔ 자기강도 ↓, 전기저항 ↑

(2) 동소변태(=격자변태) (allotropic transformation)
고체 내에서 결정격자의 형상 즉, 원자의 배열이 변화되는 것을 말한다.
순철(Pure Iron)에는 α, γ, δ의 3개의 동소체가 있다.
α철은 910℃이하에서는 체심 입방 격자
γ철은 910~1400℃사이에서 면심 입방 격자
δ철은 1400~1530℃사이에서는 체심 입방 격자

*원자 배열의 변화에 따라 나타나는 현상
*Fe, Ti, Co, Sn(주석)등에서 나타남
*순철(Fe)의 변태점
➔알파철(BCC)---A3점(912℃)---감마철(FCC)---A4점(1400℃)---델타철(BCC)---용융점(1538℃)
**A2점과 A3점 사이를 베타철이라고 하지만 결정구조의 변화가 없으므로 위와 같이 표시

※ 참고사항
순철의 변태점
   →A0 변태점:210℃
   →A₁변태점:720℃
   →A₂변태점(자기변태점):768℃
   →A₃변태점(동소변태점):910℃
   →A₄변태저:1400℃

(3) 편석
강괴(ingot)나 주물에서 금속이 용융된 상태에서 응고할 때 그 응고 온도차이에 따라서 농도 차이를 일으키는 현상이다

변태점 측정법
1.X선 회절법
*X선 회절의 결과를 해석해 결정 내부의 원자가 어떤 배열을 하고 있는가를 밝히는 방법
*실제변태에서 원자배열의 변화를 알 수 있음
*복잡해서 다른 방법을 많이 씀

2.열분석법(thermal analysis)
*물질의 온도를 변화시키면서 물리적 성질을 온도나 시간의 함수로 측정하는 모든 분석법
*시차 열분석법(differential thermal analysis)
➔ 기준물질과 재료를 가열시켜 온도차를 온도나 시간의 함수로 연속적으로 측정

3.그 외
*비열법(specific heat analysis)
*전기저항법(electricity resistance analysis)
*열팽창법(thermal expansion analysis)
*자기분석법(magnetic analysis)
*X-선분석법(X-ray analysis)

순철과 강의 변태점 비교
1.순철
*A2(768℃), A3(912℃), A4(1400℃)
*A1점이 존재 X

2.강
*A0(210℃), A1(723℃)
*A2(770℃), A3(912℃), A4(1495℃)
*A0점은 시멘타이트의 자기변태점
-A0점과 A2점은 결정구조의 변화가 없다