본 실험에서는 Pb-Sn의 합금 조성의 비율을 달리하여 일정의 고온이상으로 가열 후 냉각을 하면 냉각 곡선을 얻을 수 있는데, 이 곡선을 통하여 각 합금별 조성에 따른 변태점을 파악하고 Pb-Sn 2원계 합금의 상태도의 윤곽을 그리고 그에 따른 성질 및 특성을 파악하는 것이 이번 실험의 목적이다.
냉각곡선
순금속이나 합금이 용융상태로 있는 온도에서 고체가 되는 온도까지 냉각됨에 따라 나타나는 온도변화를 시간에 따라 표시한 곡선이다. 순금속의 냉각곡선의 경우 응고온도에 도달할 때까지는 평탄하게 떨어지다 응고온도에 도달한 후 일정 시간동안 수평으로 있게 된다. 이는 금속이 액체상태에서 고체상태로 변하는 과정을 나타내며, 이때 응고잠열이 소모된다.
합금의 경우는 특수한 경우를 제외하고는 냉각시 용체로부터 응고가 시작하는 온도와 끝나는 온도와의 사이에는 어느 정도의 차가 생긴다. 즉 응고 시작온도와 응고 완료온도가 다르다. 따라서 이 온도차 구간에는 액체와 고체가 공존하게 되며 이 공존구간을 응고구간이라 한다.
Pb-Sn 상태도
상태도란 상태변수에 의해 물질이 어떤 상태로 존재하는가를 표시한 그림으로서, 합금에서는 이를 구성하는 성분의 배합비와 온도에 의해 어떤 상태에 있는가를 나타낸 것이다. 2원계인 경우 횡축에는 조성을, 종축에 온도를 표시하여 각 온도에서 각 조성에 따르는 상태를 차례로 전부 도시하면 임의의 조성을 가진 합금의 여러 온도에서 존재하는 상의 상태를 명백히 알 수 있다.
실험 방법
1. 실험 과정
1) 순금속괴를 가열하여 적당량 용해한 후 평량하기 쉽도록 잘게 나눈다.
2) 각 조별로 Pb-(10～15%)Sn 합금 : 1종류, Pb-(20～50%)Sn 합금 : 3종류, Pb-(65～85%)Sn 합금 : 2종류를 만든다. ☞각 조성별 합금량은 250g이 되도록 한다.
3) 각각의 합금을 용해용 도가니에 넣고 가열토치로 완전히 용융할 때까지 가열한다. 세라믹봉으로 수시로 용탕내를 교반하여 균일하게 녹게 한다.
4) 기록계에 연결된(k형 열전대를 사용) 열전대를 용융된 합금에 담그어 그대로 냉각시키면 기록지에 자동으로 냉각곡선이 그려진다.
5) 응고완료된 시료는 재가열하여 열전대를 분리한다.
[재료공학실험]냉각곡선을 이용한 2원계(Pb-Sn) 합금상태도 작성 레포트
1. 실험 목적 가. 재료는 조성과 온도 등(상태변수)에 따라서 그 성질이 달라진다는 것을 익히 알고 있다. 상태도는 이를 잘 나타낸 것이며 재료를 다루는 사람에 있어서 아주 중요한 지표이다.
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