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[재료공학 실험] 압연 전/후에 따른 경도 변화

압연 전/후에 따른 경도 변화1. 실험목적- 압연 전/후의 시편 경도 값 변화에 대한 이해2. 실험방법0. ?-brass, Al 시편을 준비하여 시료의 두께와 단면적을 측정한다.1. 시료의 경도 값을 측정한다.2. 압연기를 이용하여 시편을 압연한다.3. 압연 전/후의 경도 값을 비교한다.3. 실험 장비 및 소모품- sic paper, ?-brass , Al, 압연기, 비커스 경도계, 버니어 켈리퍼스4. 이론적 배경※ 재료 강화 기구 (Strengthening mechanisms of materials) ※금속을 실생활에서 필요한 용도로 사용하기 위해서 적절하게 강도를 높여줘야 한다. 금속의 강도는 소성변형에 대한 저항으로 볼 수 있다. 그런데 금속의 경우에 소성변형을 하기 위한 힘(금속 결정의 유동 응력)이 원자의 결합 강도에 기초한 이론적으로 계산한 전단 강도에 비해 실제로는 상당히 낮게 나타난다. 그 이유는 금속 내에 존재하는 전위 때문이다.금속의 강도는 전위와 관련이 깊다. 금속의 강도를 높여주기 위해서 첫째로 전위를 없애거나 그 수가 작도록 한다. 하지만 금속의 가공처리 과정에서 이미 전위가 생성되므로 실질적으로 이 방법을 통해서 강도를 높여주기는 어렵다.둘째로 전위의 이동도를 낮추어 준다. 전위는 전단응력을 받을 경우 원자 하나 간격으로 이동하게 되는데 이를 전위활주라 한다. 그리고 전위가 활주할 수 없을 경우 전위가 위로 올라가는데 이를 전위 상승이라 한다. 이러한 전위의 이동에 의한 소성 변형 과정을 슬립(slip)이라고 한다. 재료의 항복현상은 이와 같은 전위의 이동과 관련이 깊고 전위의 이동도는 전위와 다른 결함의 상호작용에 의해 좌우된다.즉, 재료 내에서 전위의 이동을 억제시키는 여러 가지 방법에 따라 여러 가지 강화기구가 존재한다.① 가공 경화 (Work Hardening)가공경화란 연성 금속이 물리적인 변형을 일으킴에 따라 경도와 강도가 커지는 것이다. 변형 경화(strain hardening)라고도 하며, 변형이 일어나는 온도가 금속의 용융점보다 상대적으로 낮기 때문에 냉간 가공(cold working)이라고도 한다. 가공경화는 열처리에 의하여 강화시킬 수 없는 금속이나 합금을 강화시키는데 중요한 공업 공정이다.간단하게 말하면 가공경화는 전위를 많이 만들어 전위의 이동을 억제하는 방법이다. 예를 들면 퇴근시간 만원 지하철에서 쉽게 움직일 수 없는 것과 같은 원리이다. 금속의 전위 밀도는 가공 경화의 양에 따라 증가하게 된다. 결과적으로 전위들 사이 간격이 좁아져서 전위의 움직임이 주위 다른 전위에 의해 방해받게 된다. 즉, 전위의 밀도가 증가할수록 다른 전위에 의한 방해가 커지고 금속은 더 강해지게 된다.② 고용체 강화 (Solid-solution Strengthening)금속을 단단하게 하기위해서 치환형이나 침입형 고용체에 들어가는 불순물 원소로 합금을 만드는 방법이 있다. 금속에서 불순물 원자가 나타날 때 슬립(전위의 이동에 의한 금속의 소성변형 과정)에 대한 저항이 커진다. 고용체에 포함되어 있는 불순물 원자는 주원자에 격자 변형을 만든다. 이때 불순물에 의한 격자 뒤틀림이 전위의 팽창부위나 압축 부위로 이동하게 되면 격자 뒤틀림이 어느 정도 해소되어 계의 전체 에너지가 낮아지게 된다. 따라서 전위가 불순물 입자와 떨어지게 되면 에너지가 다시 높아지게 되므로 전위는 되도록 불순물원자에서 떨어지려 하지 않는다. 즉, 전위의 움직임이 제한된다. 따라서 고용체 경화는 불순물 원자에 의한 격자 뒤틀림이 에너지 적으로 안정되기 위해서 전위를 붙잡아서 움직임을 제한하여 금속을 단단하게 만드는 방법이다.치환형 불순물이 칼날 전위로 불순물로 인한 격자 뒤틀림이동하여 격자 뒤틀림을 줄여준다.③ 결정립 미세화 강화 (Grain Boundary Strength)다결정 금속의 결정립의 크기는 강도에 영향을 미친다. 인접한 결정립은 보통 다른 결정학적인 방향을 가지고 그 경계를 결정립계라 한다. 폐포의 크기가 작을수록 표면적이 넓어지듯이 결정립의 크기가 작을수록 결정립계는 넓어진다. 이때, 결정립계는 전위의 이동을 어렵게 하는 장애물 역할을 한다. 먼저, 두 결정립이 다른 방향으로 배치되어 있으므로 전위가 한 결정립에서 다른 결정립으로 이동하기 위해서 운동 방향을 바꾸어야 하기 때문에 전위가 이동하기 힘들다. 그리고 결정립계 주위에서 원자의 무질서는 한 결정립에서 다른 결정립으로 가는 슬립면의 불연속을 초래한다. 따라서 결정립계 면적이 넓을수록, 즉 결정립의 크기가 작을수록 전위의 이동이 억제된다.④ 석출 경화 (Precipitation Hardening)몇몇 금속 합금의 강도와 경도는 원래의 상 기지 내부에 극히 작고 균일하게 분포된 2차 상의 입자를 형성시켜 향상시킬 수 있으며, 이는 열처리에 의한 상변태가 반드시 수반되어야 한다. 특히 2차상의 입자가 과포화 고용체로부터 석출에 의해 형성될 경우를 석출경화라고 하는데 시간에 따라 강도가 증가하거나 그 합금이 시효하기 때문에 시효 경화(age hardening)라고 하기도 한다. 이때 석출물에 의한 격자 뒤틀림이 전위 슬립을 방해하기 때문에 석출물 입자의 크기가 미세하고 수가 많을수록 전위의 이동을 억제하여 금속이 단단해진다. 열처리에 의해 석출경화가 일어나기 위해선 다음 4가지 사항을 만족해야한다.① 고용체의 용해도 한계가 온도가 낮아짐에 따라 감소해야만 한다.② 기지상은 연성을 가져야 하고, 석출물은 단단한 상이어야 한다.③ 급랭에 의해서 2차상 입자의 석출이 저지되어야 한다.④ 최대 강도 및 경도를 얻기 위해서는 석출물이 기지 조직과 정합상태(coherency)를 이루어야만 한다. 정합일 경우 석출물 격자가 기지조직의 격자와 결정학적으로 연결되어 석출물 주위의 뒤틀림이 전위 이동을 방해할 수 있다.⑤ 분산 강화 (Dispersion Hardening)분산 강화란 석출경화와 비슷하지만 2차상 입자가 과포화 고용체로부터의 석출이 아닌 인위적인 첨가된 경우에 금속이 단단해지는 현상이다. 단단한 분산입자가 기지와 부정합 상태를 이루면서 석출 경화의 석출물처럼 전위의 이동을 방해하여 합금을 강화한다.그리고 일종의 가공 경화로서 분산입자가 전위원(dislocation source)으로 작용하여 전위의 이동을 방해하여 기지조직을 경화시킨다.석출 경화와의 가장 큰 차이점은 석출 경화의 경우 고온에서 2차상 입자가 재용해되어서 다시 연화되지만 분산 강화는 고온에서 2차상 입자의 용해도가 낮아서 고온에서도 우수한 경도를 유지한다.5. 결과- 압연 전시편직경(μm)평균(μm)경도(㎏/㎟)평균(㎏/㎟)높이8.49 mm

공학/기술| 2012.04.27| 5페이지| 1,000원| 조회(350)

고용체, 경도, 압연, 경화, 경도 변화, 결정립, 고용체 강화, 가공 경화, 석출 경..

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[재료공학 실험] 압연 후 열처리에 따른 경도 변화

압연 후 열처리에 따른 경도 변화1. 실험목적- 압연된 ?-brass, Al 시편의 열처리 후 경도 변화 관찰2. 실험방법0. ?-brass, Al를 압연하고 경도를 측정한다.1. 450°C에서 1시간 동안 열처리 한다.2. 시료를 급냉하여 경도를 측정한다.3. 열처리 전/후의 경도값을 비교한다.3. 실험 장비 및 소모품- ?-brass , Al, 압연기, furnace, 비커스 경도계4. 이론적 배경※ 어닐링 ※- 압연, 단조, 압출 등과 같은 금속성형공정이 냉간 가공되었을 때 가공된 재료는 많은 전위와 기타 결함 등을 갖게 되며 결정립들은 늘어나거나 변형된다. 그 결과로 가공된 금속은 훨씬 강해지지만 연성은 감소한다. 대부분의 경우에 냉간 가공된 금속에서 연성이 줄어드는 것은 바람직하지 않으며, 더 연한 금속이 요구된다. 이를 위해 냉간 가공된 금속을 노에서 충분히 높은 온도로 다시 가열하면, 금속의 조직은 회복(recovery),재결정(recrystallixation), 결정립 성장(grain growth) 의 일련의 변화를 겪는다.① 회복(recovery)- 금속을 재결정온도 바로 밑의 회복온도 범위로 가열하면, 금속의 내부 응력이 제거된다. 회복중에 충분한 열에너지가 공급되면, 보다 낮은 에너지 상태를 갖도록 전위가 재배열된다. 많은 냉간 가공된 금속의 회복에서 소경각 결정립계를 가진 아결정립 조직이 형성된다. 이와 같은 회복과정은 다각형화(polygonization)라 하며, 이는 재결정에 선행하는 구조적 변형이다. 회복된 금속의 내부 에너지는 냉간 가공된 상태보다 더 낮아지는데, 이는 회복과정에 의해 많은 전위가 상쇄되거나 낮은 에너지 상태로 이동하기 때문이다. 회복중에 냉간 가공된 금속의 강도는 약간 감소하지만, 그 연성은 일반적으로 크게 증가한다.② 재결정(recrystallization)- 금속을 충분히 높은 온도로 가열하면, 회복된 금속조직 내에서 변형률이 없는 새로운 결정립이 생성되어 성장하기 시작함으로써 재결정구조가 형성된다. 재결정이 일어나는 온도에서 충분히 오랜 시간이 경과되면, 냉간가공 조직은 완전히 새로운 재결정립 구조로 바뀐다. 1차 재결정은, 고립된 핵이 변형된 결정립 내에서 확장하거나 원래의 고경각 결정립계가 보다 심하게 변형된 영역으로 이동하는 것에 의해 일어날 수 있다. 어느 경우나 이동하는 입계의 오목한 쪽 구조는 변형률이 없어서 비교적 내부 에너지가 낮은 반면에, 이동하는 계면의 볼록한 쪽 구조는 심하게 변형되어 있어서 고전위밀도와 높은 내부 에너지를 갖는다. 그러므로 결정립계는 입계의 곡률 중심에서 먼 쪽으로 이동한다. 따라서 1차 재결정에 의해 확장하는 새로운 결정립의 성장으로, 변형된 영역이 변형률이 업는 영역으로 바뀜으로써, 금속의 전체적인 내부 에너지가 감소하게 된다.③ 결정립 성장(grain growth)- 새로운 결정립들이 등축형태로 성장하기 시작하는 세 번째 단계5. 결과상태시편123평균 (Hv)압연 전?-brass154.2158.8151.4154.8Al129.1121.1121.8124.0압연 후?-brass225.9185.2266.5225.9Al141.7139.9139.5140.4열처리 후?-brass169.1172.6173.9171.9Al71.271.575.772.86. 고찰- ?-brass , Al 두 시편을 압연한 결과 가공된 시편은 많은 전위와 기타 결함 등을 갖게 되며 결정립들은 늘어나거나 변형되어 경도가 각각 31.5%, 11.7% 증가하였다.이론적으로 가공된 시편을 충분한 온도(재결정 밑의 온도)와 적당한 시간에서 어닐링 할 경우 전위의 상쇄와 재배열로 인해 가공시 증가된 비율만큼 경도가 회복되어 압연전의 값에 도달해야한다. 열처리 후의 ?-brass 시편 경도값은 압연 전 경도값에 도달하지 못하였고 Al 의 경도값은 압연 전 경도값보다도 감소하였다.

공학/기술| 2012.04.27| 3페이지| 1,000원| 조회(822)

재결정, 열처리, 압연, 어닐링, 경도 변화, 결정립, anealing, 압연 후 열..

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[재료공학 실험] 광전도 셀

광전도 셀(CdS)1. 실험 목적- 광전도 셀의 원리를 이용한다.- 광전도 셀을 이용하여 빛의 세기에 따른 저항 변화를 알아본다.2. 실험 방법- 크기가 다른 광전도 셀을 준비한다.- 광전도 셀과 일정한 거리를 두어 빛의 세기를 조절한다.- 거리에 따른 광전도 셀의 저항 값을 비교한다.3. 실험 장비 및 소모품- 광전도 셀, 손전등, 암실상자, 멀티미터4. 이론적배경- 광전도도광전도도 이다 광학 그리고 전기 물자가 더 많은 것이 되는 현상 전도성 보이는과 같은 전자기 방사선의 흡수 때문에 빛, 자외선 빛, 적외선 빛, 또는 감마방사선. 주변 지역의 납 함유량은, 그러나 이것의 효과에 있는 요인일 수 있다. 빛이 반도체 같이 물자에 의해 흡수될 때, 변화가 자유로운 전자의 수에 의하여 구멍을 파고 반도체의 전기 전도도를 올리고. 흥분에게 반도체를 치는 빛을 일으키는 원인이 되는 것에는 금지한 bandgap의 맞은편에 또는 bandgap 내의 불순을 흥분해서 전자를 올리는 충분한 에너지가 있어야 한다. 비스듬한 전압 및 짐 저항기가 반도체를 가진 시리즈에서 사용될 때, 짐 저항기의 맞은편에 전압 강하는 전기 전도도에 있는 변화가 회로를 흘러 관통할 현재를 변화할 때 측정될 수 있다. 광전도 물자의 2개의 고전적인 보기는 이다 중합체 안으로 광대하게 이용되는 polyvinylcarbazole, 사진으로 복사 (건조인쇄); 그리고 지도 황하물, 미국과 같은 적외선 탐지 신청에서 사용해. Sidewinder 그리고 러시아어 환초 heat-seeking 미사일 그리고 이른 텔레비전과 건조인쇄 실험에서 고용되는 셀렌.- 광전도 효과반도체에 빛을 조사(照射)하면 도전율이 증가하는 현상. 이것은 광흡수(光吸收)로 인하여 가전자대(價電子帶)의 전자가 전도대로 여기(勵起)되면서 가전자대에 정공(正孔)이 생기고, 불순물 준위로부터 전도대로 전자가 여기되거나 가전자대로부터 불순물 준위로 전자가 여기되어 가전자대에 정공이 생기는 등 반송파가 증가되기 때문이다. 광도전 셀, 광도전형 촬상관 등에 이용되고 있다. 광도전성이 높은 재료로는 황화카드뮴(CdS), 황화납(PbS) 등이 있다.- 광전자방출효과광전자 방출 [ photoelectric emission, 光電子放出 ]- 금속이나 반도체에 빛을 쬐면 그 에너지를 흡수하여 자유 전자를 진공 속으로 방출하는 현상. 자유 전자에 주어지는 빛 에너지는 그 물질의 일함수보다 커야 한다. 빛의 입자성(粒子性)을 설명하는 것으로서 물리학상 중요할 뿐만 아니라 공학에서도 응용 분야가 넓다.? 일함수 : 도체 또는 반도체 결정에서 진공 준위와 페르미 준위와의 에너지 차. 일반적으로 단위는 전자 볼트(eV)로 나타낸다.? 페르미 준위 : 절대온도 0도에서 최외각 전자가 가지는 에너지 높이를 말하며 페르미에너지라고도 한다-광이온화 혹은 광전효과에 의해 광전자가 물질에서 방출되는 것.? 광이온화 : 전자방사에 의해 원자나 분자에서 전자가 방출되어 이온이 생기는 것. 원자에 광자(포톤)가 흡수될 때 원자핵에 의한 구속력 이상의 광자 에너지가 있으면 생김.? 광전효과 : 아인슈타인이 빛의 입자성을 이용하여 설명한 현상으로 금속 등의 물질에 일정한 진동수 이상의 빛을 비추었을 때, 물질의 표면에서 전자가 튀어나오는 현상이다. 튀어나온 전자의 상태에 따라 광이온화, 내부광전효과, 광기전력효과로 나뉜다.- 광기전력효과반도체의 p-n접합부나 정류작용이 있는 금속과 반도체의 경계면에 강한 빛을 입사시키면, 반도체 중에 만들어진 전자와 정공이 접촉전위차 때문에 분리되어 양쪽 물질에서 서로 다른 종류의 전기가 나타나는 '광기전력'이 발생하는 현상을 말한다. 이 때 만들어지는 전류를 광전류라 하며 포토다이오드나 광전지에 응용된다.전해질용액에서 볼 수도 있는데, 주로 반도체의 경계면에서 볼 수 있다. p-n접합부 또는 정류작용이 있는 금속과 반도체의 경계면에는 일반적으로 접촉전위차가 있으므로 이 부분에 강한 빛을 입사시키면, 반도체 중에 만들어진 전자와 정공(正孔)이 접촉전위차 때문에 분리되어 양쪽 물질에 서로 다른 종류의 전기가 나타난다.이것이 광기전력인데, 밖의 회로를 닫으면 광전류가 흐른다. 이 현상은 포토트랜지스터 ·포토다이오드 또는 광전지로 이용되고 있다.- 광전도 셀빛을 비추면 빛에너지를 흡수해서 전하를 운반하는 하전체의 양이 증가하는데, 이때 전기전도율이 증가하는 성질(광전도성:내부광전효과의 하나)을 가지는 소자(素子)이다. 빛의 변화를 전기의 변화로 변환하는 데 쓰인다.광전도소자라고도 한다. 광전도재료로 만들어진 저항체에 정전압(定電壓)의 전원으로부터 전류를 흐르게 해 두고, 이 저항체에 빛을 비추면 저항이 감소되어 전류가 증가하며, 광량(光量)을 전기량으로 바꿀 수가 있다. 이와 같은 재료로서는 셀레늄·탈로파이드(탈륨과 황과 산소의 화합물)·저마늄·산화납·황화카드뮴·황화아연 등 여러 가지가 있다. 감도가 높고 소형이며 구조가 간단하여 사용하기 편리하나 전기전도도가 광량의 증가에 대해서 포화하는 경향이 있고, 빛의 급격한 변화에 대하여 전도도의 변화가 늦어지는 결점이 있다. 그러나 점차 결점이 개선되어 측광(測光), 빛의 검출 외에 비디콘으로서 텔레비전, 촬상관에 이용되기도 하고, 증폭작용을 겸하여 갖춘 저마늄의 포토트랜지스터 등도 출현하였다.

공학/기술| 2012.04.26| 5페이지| 1,000원| 조회(277)

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[전자재료 실험] Hardness 측정

Hardness 측정1. 실험목적- ?-brass와 Al 시편의 경도를 측정하고 미소경도계 사용법을 익힌다.2. 실험방법0. ?-brass와 Al을 sic paper로 면을 고르게 갈아준다.1. 미소경도계에 시편을 올려 놓고 Diamond로 시편의 한쪽면에 자국을 낸다.2. 렌즈를 통해 ?-brass와 Al 면에 표시된 자국을 다이얼을 통해 기준을 잡아준다.3. 자국의 가로, 세로의 길이를 찍어준다.4. 평균값을 낸다.3. 실험 장비 및 소모품- sic paper, ?-brass , Al, 미소경도계4. 이론적 배경금속의 기계적 성질1) 강 도(strength) : 외력 저항력을 표시하는 세기 = 인장강도, 압축강도, 전단강도 등2) 경 도(hardness) :금속의 표면이 외력에 저항하는 성질이다.3) 연 성(ductility) : 금속이 늘어나는 성질4) 전 성(malleability) : 금속을 눌렀을 때 얇게 퍼지는 성질5) 인 성(toughness) : 금속의 질긴 성질, 즉 충격에 대한 금속의 저항이다.6) 취 성(메짐 또는 여림：brittless) : 외력을 가하였을 때 금속이 부스러지는 성질7) 탄 성(elasticity) : 외력에 의해 변형되었다가 원래의 상태로 복귀되는 성질8) 가단성(forgeability) : 가열하여 외력을 가하였을 때 변형되는 성질이다.9) 소 성(plasticity) : 외력을 가하였다가 외력을 제거해도 변형된 상태로 있는 성질10) 크리프(creep) : 금속에 적은 외력일지라도 고온하에서 장시간 가하면 시간의 경과 와 함께 연신율이 증가하여 파단되는 성질이다.※ 경도시험의 종류 ※① 압입 경도 시험(indentation test)- 적정 하중이 볼, 원추, 피라미드, 쐐기 등과 같은 압입체에 착용된다. 하중은 각종 시험 기 또는 하중장치를 통하여 작용케 할 수 있으나, 보통 특수 시험기인 경도시험기가 사용 된다. 이 경도 시험에서는 압입체가 만든 면적, 표면적, 깊이 혹은 체적 등이 측정되고 지시된 하중 및 측정된 압입 자국으로부터 경도치가 계산된다.? 미소경도 ? 브리넬 경도계 ? 로크웰 경도계 ? 비커스 경도계② 긋기 시험(Scratch test)- 시험하려고 하는 시편에 표준 물질로써 긋기 흔적을 만든다. 가장 대표적인 것이 Mohs 경도이다. 이 밖에도 시편위에 다이아몬드 또는 굳은 재질로써 긋기 흔적을 만들고 하중 을 긋기 흔적의 폭으로 나눈 값으로 경도를 표시하는 마르텐스 경도 시험계가 있다.③ 반발시험(Rebound test)- 낙하 하중을 지정된 높이에서 시편의 표면에 낙하시켜 반발하는 경도를 측정한다. 쇼어 경도시험계가 이와 같은 방법을 이용한 것이다.※ 미소경도 시험 ※① Micro-Vickers경도- Vickers 경도의 하중을 10㎏~1㎏의 범위에서 행하는 것으로서, 미소 경도시편, 표면적, 조직에 상당하는 미소부분의 경도 측정이 가능하다.- 경도 표시법 : Hv = 하중 = 1.854P (㎏/㎟)② Knoop 미소 경도- 경도계는 Micro-Vickers경도계와 병용할 수 있다.- 경도 표시법 : Hk = P = 14.2P A L2- 특징 : 측정 감도가 높고, 표면적, 박판 등의 경도 측정에 좋다.5. 결과시편직경(μm)평균(μm)경도(㎏/㎟)평균(㎏/㎟)?-brass (1)가로76.276.4159.6158.8세로76.6158.0?-brass (2)가로80.780.55142.3134.7세로80.4127.1Al가로89.990.5114.7113.2세로91.1111.76. 고찰- 다이아몬드 정사각뿔 압자를 갖춘 미소 경도계를 이용하여 ?-brass (1), ?-brass (2)Al 시편의 경도 측정을 했다.동일한 시편인 ?-brass (1), (2) 의 평균 직경과 하중의 오차는 4.15(μm), 24.1(㎏/㎟)로계산 되는데, 시편의 양쪽면을 평행하고 고르게 폴리싱 할수록 실제값에 가까울 것으로 예상된다. 직경 평균값에서 보이듯이 ?-brass가 Al보다 작게 나왔는데, ?-brass 경도가 더 높아 외력에 대한 저항이 크기 때문이다.

공학/기술| 2012.04.26| 4페이지| 1,000원| 조회(183)

경도, 기계적 성질, Hardness, hard, 금속의 기계적 성질, Hardn..

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[전자재료 실험]Grain size 측정 평가A좋아요

Grain size 측정1. 실험목적- ?-brass의 grain size를 측정한다.2. 실험방법0. 시편을 sic paper로 연마한다.1. 알루미나 파우더를 이용하여 폴리싱한다.2. 연마한 시편을와로 에칭한다.3. 금속현미경으로 grain size를 관찰하고 측정한다.3. 실험 장비 및 소모품- sic paper, ?-brass , Al, 알루미나 파우더, 연마기,,, 광학현미경금속의 Etching과 관찰4. 이론적 배경? 목적 : 금속 표면을 부식 시킨뒤 현미경으로 관찰하면 고유의 조직을 볼 수 있다.관찰 하려는 목적에 따라서 Micro Etching과 Macro Etching으로 구별한다.Micro Etching : Metal flow를 눈으로 관찰Macro Etching : 조직을 관찰하여 강도, 상태 ,성분, Grain size 측정? 관찰 : 금속 시편을 Polishing한 후 현미경으로 관찰하면 아무런 조직도 관찰 할수 없다. 따라서 Etching을 하게 되는데 결정립계의 원자들은 결정립 내부의 원자들에 비해 훨씬 더 빠른 속도로 에칭용액에 의해 에칭된다.이는 결정립계의 원자들은 충전이 효과적이지 못해서 더 높은 에너지 상상태를 갖기 때문이다. 결과적으로 에칭용액은 결정립들의 경계를 따라 미세한 홈을 만든다.※ 주의사항 ※Etching시 인체에 위험한 시약을 사용하고, Etching된 시편이 사람의 입김으로도 부식되기 쉬우므로 시편과 시액 보관에 주의해야 한다.또한 과Etching 될 경우 Polishing부터 다시 해야 하므로 정확한 시간을 지켜야 한다.- 미세한 홈들은 빛의 반사가 적기 때문에 어두운 선으로 보이며 결정립계를 나타낸다.부가적으로 불순물, 다른 상, 내부 결함 등도 에칭용액과 서로 다르게 반응하여 시편 표면 의 현미경 사진에서 각각 나타난다. 결정립계면의 양이 금속의 여러 물성, 특히 강도에 큰 영향을 미치므로 다결정질 금속의 결정립 크기는 중요하다.※ 연마 표면의 에칭이 미세구조에 미치는 영향 ※(a) 연마만 한 조건에서는 미세구조가 관찰되지 않는다.(b) 결정립계만이 에칭되어 광학적 미세구조에서 어두운 선으로 보인다.(c) 결정립이 에칭되어 서로 다른 결정립의 밝기가 다르게 보인다.결정립의 형상은 매우 다양하므로 3차원적으로 정확히 측정하기가 매우 어렵다. 결정립의 크기는 그 재료의 기계적 성질을 비롯한 각종 성질에 끼치는 영향이 크다. 따라서 결정립을 비교적 간단히 측정하기 위한 방법이 이용이 되고 있으며, 일반적인 결정립의 측정방법은 3가지가 있다.0. 서클법 : 결정립의 평균 면적 측정1. 직경측정법 : 결정립의 평균 직경 측정(완전구형으로 가정)2. ASTM 입도번호 : 1i(1제곱인치)당 결정립의 개수 측정하여 ASTM 입도번호 결정결정립의 크기 측정① 서클법- 사진 위에 정해진 직경의 원을 그린 후 원안에 들어가는 결정립의 수와 경계선에 걸리는 결정립의 수로 결정립의 평균면적을 구하는 방법으로 구하는 식은 다음과 같다.Fm = (Fk *) / ((0.67n + z)) (μm²)Fm : 평균 입자면적z : 원 내부에 들어가는 입자 수Fk : 사진 위의 측정면적n : 원호에 걸리는 입자 수 V : 배율② 직경 측정법- 현미경 사진 상에 선 1개의 길이가 L mm인 5-10개의 평형선을 긋고 선상의 결정립수 z 를 세어 평균한다. 이때 전부 들어가는 것만 세고 걸치는 것은 제외한다. 선의 수를 P, 배 율을 V라 하면 평균 입자직경은Dm = (L*P*)/(zV) (μm)③ ASTM 입도번호- 100배로 확대한 사진에서 1 in² 내의 결정립수를 z 라하면, z = 2^(N-1) 이 된다. 여기 서 N 이 ASTM 입도번호이다. N으로 정리하면N = (logz/log2) + 1- 왼쪽 표에 100x 배율 사진 상의 제곱인치와 1x 배율 사 진상의 제곱밀리미터당 공칭 결정립 수를 결정립 크기 번호별로 나타내었다.※ 저탄소강의 ASTM 결정립 크기 ※(a) no.7 (b) no.8 (c) no.9- 일반적으로 말해서 재료는 n＜3 인 조대한 결정립, 4＜n＜6 인 중간 결정립, 7＜n＜9 인 미세 결정립, 그리고 n＞10 인 초미세 결정립으로 분류할 수 있다.Al5. 결과?-brass① x1000 배율의 사진직경 측정법선 길이(L) : 50mm 선 개수(P) : 5개배율(V) : x1000각 선에 포함된 결정립 개수의 합(z) : 9 + 7 + 8 + 9 + 8 = 41평균 결정립 직경 = (L*P*) / (zV) (μm)= (50*5*) / (41*1000) (μm)= 6.098 (μm)서클법측정 면적(Fk) : 1963.5mm²면적내부의 결정립 개수(z) : 25개배율(V) : x1000원에 걸리는 결정립 개수(n) : 18개평균 결정립 면적 = (Fk *) / ((0.67n + z)) (μm²)= (1963.5 *) / ((0.67*18 + 25)*1000000) (μm²)= 52.98 (μm²)ASTM 입도번호1in² = 25*25 mm² (x1000 배율)면전내부의 결정립 개수(z) : 13개이론적 배경에 나와있는 표를 이용하기 위해 x100배율로 환산하여 계산(x100 배율로 환산) z : 130개입도번호 = (logz / log2) + 1= (log130 / log2) + 1= 8.02 (미세 결정립)직경 측정법② x500 배율의 사진선 길이(L) : 50mm 선 개수(P) : 5개배율(V) : x500각 선에 포함된 결정립 개수의 합(z) : 7 + 7 + 6 + 6 + 7 = 32평균 결정립 직경 = (L*P*) / (zV) (μm)= (50*5*) / (32*500) (μm)= 15.625 (μm)서클법측정 면적(Fk) : 1963.5mm²면적내부의 결정립 개수(z) : 19개배율(V) : x500원에 걸리는 결정립 개수(n) : 19개평균 결정립 면적 = (Fk *) / ((0.67n + z)) (μm²)= (1963.5 *) / ((0.67*19 + 19)*250000) (μm²)= 247.526 (μm²)ASTM 입도번호1in² = 25*25 mm² (x500 배율)면전내부의 결정립 개수(z) : 6개이론적 배경에 나와있는 표를 이용하기 위해 x100배율로 환산하여 계산(x100 배율로 환산) z : 30개입도번호 = (logz / log2) + 1= (log30 / log2) + 1= 5.9 (중간 결정립)6. 고찰- Polishing한 ?-brass , Al 시편을와 물 1:2 비율의 시액으로 3분간 에칭하였다.금속현미경으로 관찰해 본 결과 grain의 경계가 뚜렷하게 관찰되지 않았고, 위 사진들을 결과물로 가정하여 grain size를 측정해 보았다.3가지 방법을 이용하여 평균 결정립 직경, 평균 결정립 면적, ASTM 입도번호를 계산했다.관찰되는 grain은 시편의 단면적이기 때문에 평균으로 계산하게 되고 측정 선이나 면적의 횟수를 늘려서 계산 할수록 더 정확한 평균값이 얻어질 것으로 예측된다.사진으로도 확연히 나타나듯이 ?-brass 사진의 배율이 낮음에도 불구하고 결정들이 크게 보이는 것은, Al 보다 ?-brass 가 더 조대한 결정구조임을 보여주고 있다.- 위 사진을 통해 계산된 결과 값은 실제값과 큰 오차가 분명히 있다.현미경으로 찍어낸 사진 자체의 크기 기준이 있어야 하지만 개개인의 제출물에 구성하는 사진의 크기가 다를 것이기 때문이다.

공학/기술| 2012.03.27| 7페이지| 1,000원| 조회(2,516)

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