신소재공학실험 | 용접탄소강의 미세구조관찰과 경도측정

 

 

 

TIP

 

 

용접 탄소강을 연마, 광택연마, 부식 등의 과정을 거쳐서 미세한 조직을 현미경으로 관찰함으로써 그곳에 나타나는 상, 결정립의 형상 및 분포상태, 크기 등을 통해 금속의 재질 및 특징을 알아본다.

 

 

 

탄소강의 표준 조직

강을 단련하여 불림 (normalizing)처리, 즉 표준화 처리한 것을 말한다.

① ferrite : α철에 최대 0.025% 까지 탄소가 고용된 고용체이며, α고용체라고도 한다. 극히 연하고 연성이 크나 인장강도는 작고 상온에서 강자성체이다. 파면은 백색을 띠며 순철에 가까운 조직이다.

 

② peaelite : 탄소 0.85%의 γ고용체가 723℃에서 분열하여 생긴 ferrite와 cementite의 공석정으로 ferrite와 cementite가 layer상으로 나타나는 강인한 조직이다.

 

③ cementite : 8.68%의 탄소를 함유한 탄화철로 경도와 메짐성이 크며 백색이다. 상온에서 강자성체이며 담금질을 해도 경화되지 않고 화학식은 Fe3C이다.

 

④ austenite : 실온에서는 존재하기 힘듬. γ고용체를 뜻함.

 

 

탄소강의 성질

① 물리적 성질과 화학적 성질: 강은 순철에 가까운 ferrite와 cementite가 혼합된 것으로 비중, 열팽창계수, 열전도율은 탄소량의 증가에 따라 감소하나 비열, 전기 저항, 항자력은 증가한다. 또한 내식성은 탄소량이 증가할수록 감소하고 소량의 Cu가 첨가되면 내식성은 급증한다.

 

② 기계적 성질: 상온에서의 기계적 성질은 아공석강에서는 탄소함유량에 비례하여 거의 직선적으로 변하여 인장강도, 경도, 항복점등은 탄소량의 증가에 따라 증가하고, 공석강에서는 인장강도가 최대로 되며, 연신율 및 단면 수축율은 탄소량과 더불어 감소한다. 또한 과공석강에서는 cementite가 망상으로 나타나므로 인장강도는 탄소가 증가하여도 감소되나 경도는 증가한다.

 

③ 온도에 따른 기계적 성질: 동일 성분의 탄소강이라도 온도에 따라 그 기계적 성질은 매우 달라지는데, 탄소가 0.25%인 강을 예로 들면 0 - 500℃ 사이에서 일어나는 성질변화는 탄성계수, 탄성한계, 항복점 등은 온도의 상승에 따라 감소하고, 인장강도는 200 - 300℃ 까지는 상승하여 최대가 되며, 연신율과 단면 수축율은 온도상승에 따라 감소하여 인장강도가 최대가 되는 점에서 최소값을 나타내고 다시 커진다. 충격값은 200 - 300℃에서 가장 적다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 용접탄소강을 연마지로 연마를 시작한다. 연마지는 낮은 숫자부터 높은 숫자 순으로 연마를 실시한다. 연마지는 최종 2000까지 조연마를 실시한다.

 

2) 조연마가 끝나면 정연마를 실시한다. 정연마에 이용된 용액은 다이아몬드 페이스트가 이용되었다. 광택 폴리싱작업 후 광택면이 이루어 졌다면, 에칭을 하기위한 준비를 한다.

 

3) 폴리싱작업이 끝난 시편을 에칭용액을 이용하여 약 7초간 부식시킨다.

 

4) 부식이 된 시편을 증류수로 세척한뒤 광학현미경을 이용하여 탄소강면과 용접면의 미세구조와 조직을 관찰한다.

 

5) 미세구조를 관찰한 시편을 비커스경도계를 이용하여 하중1kg으로 경도를 측정한다.

 

 

 

[신소재공학실험]용접탄소강의 미세구조관찰과 경도측정 레포트