탄소강의 기계적 특성을 크게 좌우하는 금속의 조직 내 결정립의 크기를 측정하고 결정립의 경계를 관찰하기 위한 것으로 관찰용 시험편(절삭표면)을 채취하여 균일하게 연마하는 방법과 금속현미경의 사용방법을 익히면서, 상변태로 형성된 탄소강의 여러 미세 조직들을 현미경으로 관찰하고, 그 차이점과 미세조직의 변화를 통해 그곳에 나타나는 상, 결정립의 형상 및 분포상태, 크기 또는 결함 등을 측정하여 조직과 기계적 성질, 열처리 등과의 관계를 연구한다.
탄소강
1. 공석강
탄소강 내의 탄소의 조성이 0.76wt%C인 탄소강, 727℃에서 공석현상이 일어난다. 공석강의 상변태도에서 공석반응이 일어나는 점을 공석점이라고 한다.
2. 아공석강
탄소강 내의 탄소의 조성이 0.76wt%C보다 적은 탄소강이며 공업적으로 생산되고 있는 대부분의 탄소강이다. 아공석강의 γ상에서 온도가 낮아지면 γ상의 결정립계에서 α상(Ferrite조직)이 석출, 성장한다. 온도가 727℃이하로 내려가게 되면 남아있는 γ상이 공석반응을 통해 α상과 C(Pearlite조직)가 생성된다. 이때 γ상의 결정립계에서 먼저 생성된 α상을 초석 α라고 하며 이후 나머지 γ상에서 α상은 공석 α라고 한다. 이때, 아공석강에서 초석 α와 Pearlite의 분율을 더하면 100%가 된다.
3. 과공석강
탄소강 내의 탄소의 조성이 0.76wt%C보다 많은 탄소강. 과공석강의 γ상에서 온도가 낮아지면 γ상의 결정립계에서 초석 Fe₃C(Cementite조직)이 석출, 성장한다. 그리고 온도가 더 낮아지면서 727℃이하로 내려가면 남아있는 γ상이 공석반응을 통해 α상과 Fe3C(Pearlite조직)가 생성된다. 이때 γ상의 결정립계에서 먼저 생성된 Fe3C을 초석 α라고 하며 이후 나머지 γ상에서 Fe3 C상은 공석 Fe3C라고 한다.
실험 방법
1. 실험 과정
1) 시편을 목적에 맞게 채취한다.
2) 채취한 시편을 연마하기 쉽게(수평으로) 고정시킨다. (= Mounting : 틀을 만들어 고정). 실제 실험에서는 채취 및 고정 작업이 된 시편을 제공받아 위 두 과정은 생략하고 연마과정부터 진행하였다.
3) 연마
① 연마지를 두꺼운 유리판 위에 두고 앞에서 뒤로 힘을 주면서 밀어내는 작업을 한다. 연마지를 이용해 연마를 할 때 연마지의 숫자는 연마지의 조도(Roughness)를 나타내므로 숫자가 작은 것부터 큰 순서로 연마를 진행한다.
② 하나의 연마지(Sand paper)에서 충분히 연마 작업을 한 뒤 더 조밀한 연마지로 연마작업을 할 때에는 그 다음에 시험편을 90°회전하여 다음번의 미세한 연마지로 앞의 조흔이 소멸 제거될 때까지 연마한다.
③ 마지막 연마지로 충분히 연마를 한 뒤 물을 연마지 표면에 뿌린 뒤 시편을 다시 연마해서 연마가 잘 되었는지 확인한다. 이 과정을 통해 연마를 한 시편의 변질을 피할 수 있다.
4) 폴리싱
폴리싱과정을 진행 할 때는 시험편을 오른쪽 세 손가락에 쥐고 부드러운 면으로 된 회전하는 폴리싱 판에 가볍게 누르면서 중심과 주변 사이로 가볍게 움직이면서 폴리싱 과정을 진행하면서 물과 폴리싱 분말을 가해준다. 이 과정에서는 마무리 연마 후의 피험편을 경면화(거울처럼 깨끗하게 만드는 과정)을 하면서 연마의 흔적과 연마의 영향을 받은 층을 제거한다. 폴리싱재료는 금속의 재질에 따라 산화크롬 또는 산화알루미늄, 산화마그네슘 페이스트 등을 사용하는데 이 실험에서는 탄소강의 연마를 위해 알루미나(Al2O3)를 사용
5) 에칭
에칭과정을 진행할 때는 피검면에 따라 적절한 에칭시약을 선택해서 에칭해야한다. 이 실험에서는 탄소강의 표면 에칭을 위해 Nital액을 사용. 에칭시약을 시계접시와 같이 된 그릇에 담은 후 시험편의 피검면을 시약중에 넣는다. 에칭을 시킬 때 피검면에서 부식이 과도하게 일어나지 않도록 적절한 시간(약 2초)동안 에칭시약에 피검면을 전후좌우로 움직여서 새로운 시약액을 충분히 접촉시키고 용기의 바닥에 피검면이 닿지 않도록 한다.
6) 세척 및 건조
부식액이 표면에 오래 남아있지 않도록 에칭을 시킨 후 흐르는 물로 세척한 후 부드러운 헝겊이나 탈지면을 사용하여 건조시킨다.
7) 관찰, 사진 촬영
현미경을 이용하여 조직을 관찰 할 때, 연마·폴리싱 작업에 의해 생겨난 흔적이 보이지 않도록 평평하게 마무리한다. 고배율로 관찰할 시험편은 저배율로 관찰 할 시험편보다 더 세밀하게 초점을 맞추어야 한다. 에칭 후 너무 시간을 두지 말고 가능하면 직후에 촬영하는 것이 좋다. 에칭은 눈으로 관찰할 경우보다 더 엷은 것이 좋다. 진하게 부식한 것은 입상차가 나쁜 사진이 된다.
[금속재료조직실험]탄소강 현미경 관찰 레포트
1. 실험 목적 1.1. 탄소강의 기계적 특성을 크게 좌우하는 금속의 조직 내 결정립의 크기를 측정하고 결정립의 경계를 관찰하기 위한 것으로 관찰용 시험편(절삭표면)을 채취하여 균일하게 연마하는 방법과 금속현미경의 사용방법을 익히면서, 상변태로 형성된 탄소강의 여러 미세 조직들을 현미경으로 관찰하고, 그 차이점과 미세조직의 변화를 통해 그곳에 나타나는 상, 결정립의 형상 및 분포상태, 크기 또는 결함 등을 측정하여 조직과 기계적 성질, 열처리 등과의 관계
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