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[재료공학] 주철 실험

주철 실험1. 목적열처리한 주철의 조직을 검사하고 경도를 측정한다.2.실험방법(1) 실험도구Sand paper #100, #220, #400, #600, #800, #1000, #1500, #2000광학 현미경 - 표면 관찰 및 촬영포마이카(Formica) 내약품성과 내열성이 있는 합성수지 도료적당한 길이로 자른 주철 시편 3개열처리기구마이크로비커스경도기폴리싱 기구부식액(2) 실험방법1시편의 연마준비된 시료의 연마는 사포를 평평한 책상위에 놓고 시료의 면을 연마한다. 사포의 조밀 순서에 따라 ＃200, ＃400, ＃600, ＃800 ,＃1000, ＃1500, #2000의 순서로 순차적으로 사용한다. 이 때 주의 할 점은 예를 들면 ＃200번에 일방향 만으로 연마된 검경면 위에 평행한 조건이 되면, 다음의 ＃400번의 사포에는 조건의 방향을 90도로 하고 위의 ＃200포의 상황이 완전히 나타날 때까지 연마한다. 이와 같은 방법으로 하여 1000번까지 완전히 연마한다.2시편의 마운팅 조정소형의 시편은 합성수지에 마운팅하여 작업을 하기 쉬운형으로 하는 것이 좋다. 많은 수의 같은 시편을 처리할 때에는 자동연마기가 쓰여지나 이런 경우도 수지마운팅이 이루어진다. 수지마운팅 형상과 크기가 표준화되는 외에 예리한 각부가 없어 연마지나 폴리싱포를 손상시키지 않으므로 근래에는 많이 쓰여진다. 응고되는 수지의 가이드 형틀(금속판 또는 유리제)을 판유리 위에 놓고 형틀 전면과 유리판면에는 이형제(실리콘 그리스)를 발라 놓는다. 그리고는 표면에 부착되어 있는 기름이나 먼지를 제거한 피검면을 밑으로 하여 형틀의 중앙에 배치한다. 액상 폴리에스텔 수지(수축율 5%) 또는 에폭시수지(수축율1% 그러나 투명)를 유리 용기에 넣어 이것을 중합경화시키기 위해, 촉매 등의 경화제를 가하여 잘 혼합한 다음 조합된 수지액을 형틀내에 주입하여 방치하면 15~60분 내에 중합이 완료되어 응고경화한다. 경화후에 형틀로부터 성형품을 굴리어 빼내게 된다.3열처리와 냉각시편1 공냉. 900 C 까지 1시간 적신 후 검경면을 플로어를 사용하여 건조한다.1) 2∼5% 초산 알코올 용액(nitral) - 각종조직용2) 5% 피크린산 알코올 용액 - 각종조직용3) 탄화철 부식제 - 피크리산 5g, 가성소다 25g, 물 100㏄의 용액을 온도 100도에서 10분 간끓이고 시편을 물에 씻는다. 주로 탄화물의 검출에 사용된다.4)왕수 글리세린 용액 - 농영산 20㏄, 농초산 10㏄에 그리세린 20㏄의 용액으로 고 Cr강, 고 Mn강, Ni-Cr강, 고속도강 등에 사용한다.7조직관찰 및 경도측정광학 현미경을 이용하여 조직관찰하고 조직 사진을 찍은후 마이크로비커스경도기를 이용하여 주철 시편의 경도를 측정한다.3. 주철의 이론적 배경(1) 주철에 대하여1.7% 이상의 탄소를 함유하는 철은 약 1,150℃에서 녹으므로 주물을 만드는 데 사용할 수 있으나, 이 중에서 3.0∼3.6%의 탄소량에 해당하는 것을 일반적으로 주철이라고 한다. 주철을 녹이기 위해서 큐폴라라고 하는 용해로가 사용되며, 고로(高爐:용광로)에서 얻은 선철을 여기에 넣고, 코크스를 연료로 하여 녹인다. 주조되어 굳어진 상태의 주철에는 철과 시멘타이트(Fe3C)가 층상(層狀)을 이루고 늘어선 펄라이트라는 조직을 바탕으로 해서 편상(片狀)의 흑연이 산재한다. 흑연부분에서는 강도를 기대할 수 없으므로, 강도를 필요로 할 때에는 시멘타이트의 분해를 가감하여 흑연이 나오는 것을 조절한다. 예를 들면, 응고할 때에 접종(接種)해서 흑연을 둥근 입자 모양으로 하면 입상(粒狀:노듈러) 흑연(黑鉛)주철이 되어 아주 강해진다. 냉각 속도를 가감해서, 철의 바탕을 침상(針狀)으로 한 침상주철이나, 탄소량을 줄여서 바탕을 강에 근접시키는 고급주철도 있다. 보통 주철은 난로 ·맨홀의 뚜껑을 비롯해서 널리 주물제품으로 사용된다주철 중 가장 다량으로 제조되어 사용되고 있는 대표적인 회주철의 특징에 대해서 논한다.첫째, 주철은 주조성이 양호하다. 즉, 주물을 만들기 쉽다. 그것은 유동성이 양호하며 응고할 때에 수축이 작기 때문이다. 주철이 기0~4.3%C를 포함한 주철을 아공정주철이라고 부르며, C점 오른편 4.3%이상의 주철을 과공정주철이라고 한다. C 4.3% 에 해당하는 것을 공정주철이라고 한다.용융된 주철은 철과 시멘타이트(Fe₃C)로 되어 있다. 액상선 BC로 표시되는 온도가 되면 Austenite의 결정을 나타낸다. 과공정의 범위에서는 흑연의 결정(G)이 정출된다.공정온도 EF 이하의 온도에서 austenite( )와 흑연(G)이 되면 A₁점(PK) 이하에서는 austenite는 ferrite(α)와 cementite가 되고 ferrite(α)와 흑연(G)이 섞이게 된다.L (용체) + δ (고용체) (고용체) + G (흑연) …… 안정계L (용체) + δ (고용체) (고용체) + Fe₃C …… 불안정계보통, 주철에는 cementite(Fe₃C)가 많다. Fe₃C는 1000℃ 이하에서는 불안정하여 Fe와 C로 분해하는 경향이 있다. 일반적으로 안정평형에는 도달하지 않고 준안정평형상태에 있게 된다. Si가 많은 회주철도 Fe-C-Si계의 3성분 평형도로 표시된다. Si가 증가함에 따라서 공정점 C는 저탄소쪽으로 이용한다. 예를 들면 Si 2%에서 C≒3.6%로 된다. 공정점의 탄소 상당량은 다음과 같다.공정탄소 상당량(相當量) C% = 4.3 - Si% / 3.2{1)주철의 조직● 주철의 조직1 흑연 : 탄소가 응고함에 따라 즉시 분리되어 생성2 시멘타이트 : 탄소가 Fe와 결합하여 화합물을 이룬 것경도가 매우 높다(가장 단단, HV 1100)3 페라이트 : Fe를 주체로 한 고용체4 펄라이트 : 시멘타이트와 페라이트의 층상조직(주철의 바탕조직)2) 마우러 조직도● 주철에서 C와 Si과의 관계를 나타낸 것{Ⅰ : 백주철Ⅱ : 펄라이트 주철Ⅱa : 반주철Ⅱb : 회주철Ⅲ : 페라이트 주철→ 주물의 두께가 10 - 90mm 정도까지 적용→ 냉각속도가 빠른 경우에는 적용되지 않음→ 급냉되면 시멘타이트가 많이 석출되어 백선화한다.가. 주철의 물리적 성질1 물리적 성질은 흑연의 분포상태 및 모양에 인장강도증가ㄹ 400℃ 이상에서는 인장강도가 급격히 감소ㅁ 400℃ 이상에서 연신율 증가하여 800℃p서 최대3 압축강도ㄱ 인장강도의 4배 정도ㄴ 기계류의 몸체, 베드에 사용4 충격값ㄱ 취성(메짐성)이 강하여 깨지기 쉬운 것이 단점5 내마멸성ㄱ 흑연이 윤활작용으로 내마멸성 증가ㄴ 흑연이 기름을 흡수하므로 내마멸성 증가라. 고온에서의 성질1 주철의 성장2 시멘타이트의 흑연화ㄱ 고온에서 불안정한 시멘타이트(Fe3C)의 분해ㄴ 450-600℃에서 분해 시작ㄷ 750-800℃에서 [Fe3C → 3Fe + C]로 완전 분해3 내열성ㄱ 400℃ 까지는 상온과 같은 내열성 유지ㄴ 400℃ 이상에서는 강도 감소하고 내열성도 나빠짐ㄷ 자동차의 엔진 재료로 사용마. 주조성1 유동성ㄱ 동일 온도일 때 C, Si, P, Mn 등이 증가하면 유동성 증가ㄴ 용해온도와 주입온도가 높을수록 유동성 증가ㄷ S는 유동성 방해원소2 수축ㄱ Si가 증가하면 수축을 완화하고 더욱 증가하면 팽창→ 시멘타이트의 흑연화로 팽창ㄴ 급냉하면(칠이 생성) 수축이 커지므로 주물에 균열 및 치수변화가 발생ㄷ 수축량 100℃에 대하여 1%정도바. 감쇠성1 진동 감쇠능 : 물체가 진동을 흡수하여 진동을 점차 작아지게 하는 능력2 편상흑연주철(회주철)이 감쇠능 우수사. 피삭성1 흑연의 윤활작용과 절삭칩이 쉽게 파괴되어 절삭성 우수2 절삭유가 필요없음(2)주철의 종류※ 파단면의 색에 따른 분류1 회주철 : 파단면이 회색 (일반적인 주철)2 백주철 : 파단면이 백색3 반주철 : 중간※ C%에 의한 분류1 아공정주철 : C 4.3% 이하2 공정주철 : C 4.3%3 과공정주철 : C 4.3% 이상※ 일반적인 분류1 보통주철2 고급주철3 합금주철4 특수주철(가단주철, 칠드주철, 구상흑연주철)1) 회주철● 회주철→ 탄소의 일부가 유리되어 흑연화된 주철→ 조직 : 편상흑연 + 기지(페라이트, 펄라이트)→ 주조성, 절삭성이 양호가. 보통 주철1 인장강도 : 10-20 ㎏/㎟2 조직 : 편상흑연 + 페라이트(약간의 펄라이트 함유내식·내열 주철1 5-6%Si, 1-2%Cr, 7-9%Al 첨가로 내열성 및 내식성 증가2 여리며 절삭이 어렵다.3 Si함유 주철 : 내산성 우수, 절삭가공 불가능3. 특수 주철가. 가단주철● 2.0-2.6%C, 1.1-1.6%SI의 백주철을 가열하여 탈탄, 흑연화방법으로 제조● 용도 : 유니버설 조인트, 요크1 흑심 가단주철ㄱ 백주철을 열처리하여 시멘타이트를 분해하여 흑연을 입상으로 석출시킨 것ㄴ 열처리 단계▶ 제1단계 흑연화 : 850-950℃, 오스테나이트⇒펄라이트▶ 제2단계 흑연화 : 680-720℃, 응집상 괴상의 뜨임탄소2 백심 가단주철▶ 900-1000℃에서 가열하여 시멘타이트를 탈탄시켜 주철에 가단성을 부여한 것3 펄라이트 가단주철▶ 955℃로 가열하여 뜨임탄소를 구상화하여 900℃로 노냉시킨 후 급속히 공냉하 여 오스테나이트를 펄라이트로 변태시킴{{{{흑심 가단주철백심 가단주철펄라이트 가단주철{{{{{페라이트형펄라이트형불스아이형시멘타이트형나. 구상 흑연 주철1 성질ㄱ 주조성, 가공성, 강도, 내마멸성이 우수ㄴ 인성, 연성, 경화능이 강과 비슷2 조성ㄱ P와 S의 양이 회주철보다 1/10 낮게 유지ㄴ Mg, Ce, Ca 등을 첨가3 종류4 불스아이 조직 : 구상흑연 주위에 페라이트가 둘러싸고 있고, 그 외부는 펄라이트 조직5 용도 : 크랭크 축, 브레이크 드럼다. 칠드 주철1 저Si, Mn을 첨가한 쇳물을 칠 메탈에 부어 필요한 부분만 급냉2 성질 : 표면만 단단하고 내부는 회주철이 되므로 강인성 우수3 용도 : 압연용 롤, 철도 차륜, 분쇄용 롤, 제지용 롤(2) 주철의 성질3.2-1 물리적 성질보통 주철의 물리적 성질은 흑연의 분포상태 및 모양에 따라 다르나 대게 표와 같다{비중용융점(℃)수축률(%)전기전도도(M/Ω㎟)선팽창계수(0~100℃)비열7.1∼7.31150∼12500.5∼1.00.5∼2.010∼11Ｘ100.008∼0.123.2-2 기계적 성질회주철의 브리넬 경도는 ferrite가 많은 것이 80∼120정도이며 기지가 전부 pearli 같다

공학/기술| 2003.05.26| 15페이지| 1,000원| 조회(901)

실험, 열처리, 주철

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[재료공학] 탄소강실험

1. 실험 목적탄소강-1020,1040 시편의 표면 상태 관찰 및 경도 측정2.탄소강의 개요(1)탄소강의 성질◎탄소강의 상태도와 조직○페라이트(ferrite)와 오스테나이트(austenite)α철도 γ철과 마찬가지로 그 결정격자를 쌓아올린 사이에는 공간이 존재한다. 탄소원자는 철원자에 비해서 원자반경이 작으므로 그 틈에 들어가서 소위 침입형 고용체를 형성한다. 그 틈은 아무곳이나 되는 것이 아니고 비교적 큰 틈 사이에 한정된다. 그것은 그림의 흰 원의 위치이다. 즉 α철에서는 E점(체심의 위치)의 면 ABCD에 관해서 대칭인 위치를 E'로 하는 경우 4점 EEBC로부터 등거리인 위치 S에서 틈은 최대이고, 각면, 각변의 중점 F,Q는 그다음으로 크다. 그들의 위체이 상등하는 점은 다른곳에도 있으므로 그 위치에도 물론 탄소원자가 들어갈수 있다γ철에는 가장 큰 틈은 각변의 중점 Q, R등과 체심의 위치 P이고 여기에 탄소원자가 들어간다. α철의 격자정수를 2.86Å으로 해서 어느 정도 크기의 반경인 구이면 들어갈수 있는가를 기하학적으로 계산해보면 그것은 대략 0.36Å이 된다.또 γ철인 경우에는 격자정수를 3.64Å으로 하면 고용될수 있는 반경의 크기는 0.52Å가 된다. 이들 큼 사이에 반경 0.7Å의 탄소원자가 들어가게 된다. 작은 틈 사이에 그보다 상당히 큰 탄소원자가 들어가면 결정격자는 어느 정도 변형된다. 이 격자변형 때문에 α, γ고용체는 순철의 α, γ보다 경도가 높고 강해진다. 또 격자변형은 γ의 편이 α보다 낮다. 따라서 γ편이 α보다 여분으로 탄소를 고용할수 있다상태도에 의하면 γ철은 1130℃에서 최대 2.0%의 탄소를 고용하고 α철은 723℃에서 최대 0.025%의 탄소를 고용한다. 탄소원자를 고용한 α철을 페라이트라고 부르며, 탄소원자를 고용한 γ철을 오스테나이트라고 한다. δ철도 탄소를 고용해서 δ고용체가 된다.α, γ ,δ의 각 고용체는 모두 탄소원자를 완전히 고용한 하나의 상이다. 그러므로 현미경에 의해서 이들을 구별할 수는 없다. 단 γ철(또는 γ고용체)은 면심입방이므로 풀림쌍정이 되기 쉽고, 직선상의 입계가 나타나므로 α철(또는 α고용체)과 구별할수 있다.○탄소강의 성질함유원소, 가공, 열처리 상태에 따라 표준상태에서는 주로 탄소함유량에 따라 결정된다.황

공학/기술| 2003.04.11| 9페이지| 1,000원| 조회(1,006)

실험, 열처리, 탄소강, 강의 조직

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