신소재기초실험 | 탄소강(SM45C)의 경도 측정 - 철강재료 열처리에 따른 미세조직 관찰

 

 

 

TIP

 

 

S45C탄소강의 미세조직을 관찰하기 위한 기본적인 열처리를 한 후, Polishing과 Etching을 거쳐 광학현미경을 통해 미세조직을 관찰하고 경도를 측정한다. 결과를 토대로 열처리와 미세조직 그리고 경도와의 상관관계에 대해 알아본다.

 

 

 

열처리 방법에 따른 미세조직 변화

1. Annealing(노냉, 소둔, 풀림)

재료를 고온으로 장시간 유지시킨 후 서서히 냉각하는 열처리를 말한다. 일반적으로 이러한 어닐링 열처리는 잔류응력의 제거, 연성, 인성의 향상, 특정한 미세구조의 형성을 위해 사용된다. 다양한 어닐링 열처리가 가능하며, 열처리의 종류는 열처리에 의한 재료의 미세구조 변화와 이에 따른 기계적 성질의 변화에 의해 구별된다.

 

2. Normalizing(공냉, 소준, 불림)

철 합금의 경우, 상한 임계 온도 이상에서 오스테나이트화한 후 공기 중에서 냉각하는 열처리를 말한다. 결정립 크기를 미세화하여 인성을 향상시키는 것이 이 열처리의 목적이다. 미세 결정립을 갖는 펄라이트는 조대 결정립의 펄라이트보다 인성이 좋다. 합금이 완전히 오스테나이트로 변태되도록 충분한 시간 동안 열처리한 후 공기 중에서 냉각한다.

 

3. Quenching(수냉, 급냉, 담금질)

강철을 오스테나이트의 상태로 가열하고 물 속 또는 기름 속에서 급랭하여 펄라이트로의 변화를 저지하여 재료의 경도를 높이는 것이 이 열처리의 목적이다.

 

4. Tempering

보통 Quenching한 강은 경도가 높지만 인성, 연성이 적어 깨지기 쉽다. 그래서 마르텐사이트 조직을 그대로 사용하지 않고 Tempering을 해서 사용한다. Quenching한 조직을 변태시키거나 석출시켜 안정한 조직으로 변화시키고 잔류응력을 감소시켜 필요한 성질이나 상태를 유지시키기 위해 Tempering을 한다.

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실험 방법

1. 열처리

1) 온도구간에 따라 시편을 열처리 한다.

① 초기시편 As-received(As)

② 1000℃에서 30분 가열 후 노냉 Annealing(An)

③ 1000℃에서 30분 가열 후 공냉 Normalizing(Nor)

④ 1000℃에서 30분 가열 후 수냉 Quenching(Qu)

Polishing작업 후 미세조직 및 경도 관찰

각 팀당 4종류 시편(As, An, Nor Qu)을 열처리를 통해 제작

 

2. 미세조직 관찰

1) 열처리를 통해 얻은 4종류의 시편을 SiC Sand-Paper로 #100~#1500까지 grinding한다.

 

2) Grinding한 시편을 Al2O3윤활제를 사용하여 Polishing한다.

 

3) 현미경으로 미세조직을 관찰한다.

 

4) 4종류 시편(As, An, Nor Qu)의 미세조직 차이점을 분석한다.

 

3. 경도측정

Polishing 작업을 마친 4종류 시편(As, An, Nor Qu)을 로크웰경도기(HRC 스케일)와 Vickers 경도기를 이용하여 5번 측정한 후 평균값을 정한다.

 

 

 

[신소재기초실험] 탄소강(SM45C)의 경도 측정 - 철강재료 열처리에 따른 미세조직 관찰 레포트