신소재공학실험 | 금속의 열처리(탄소강의 열처리)

 

 

 

TIP

 

 

탄소함량(SM20C, SM45C)과 각각의 냉각방법에 따른 미세조직의 모양과 경도를 측정하여 비교해본다.

 

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) SM20C, SM45C 시편을 각각 1～1.5㎝ 간격으로 3개씩 준비한다. 절단할 때 시편에 열의 영향이 없도록 절단한다.

 

2) 5℃/min으로 850℃까지 올려준다. 이 때 850℃까지 올려주는 것은 탄소강이 오스테나이트를 형성하도록 하기 위함이다. 온도를 850℃로 두 시간을 유지한 후 각각 수냉, 공냉, 노냉으로 냉각시켜준다. 이 때 수냉과 공냉에 비해 노냉은 식히는데 오랜 시간이 걸린다.

 

3) 냉각 후 mounting을 하기 전에 거칠게 잘린 시편의 한쪽 면을 사포로 평평하게 만들어준다.

 

4) mounting

mounting에는 hot mounting과 cold mounting이 있는데 본 실험에서는 cold mounting을 한다. 먼저 mounting틀에 냉각 방법에 따라 20C, 45C를 놓는다. 이때 시편이 mounting틀 옆면에 닿지 않도록 한다. 또한 평평한 면이 아래로 향하게 놓는다. 그 후 에폭시 수지와 경화제를 10:3의 비율로 천천히 저어서 기포가 최소한으로 생기게 하고 그것을 mounting틀에 붓는다. 약 2시간 후 mounting틀에서 시편을 빼낸다.

 

5) grinding

조직을 위한 표면 거칠기를 일정하게 해주는 단계이다. 시편이 있는 아랫부분을 조직이 완전히 보일 때까지 연마한다. 150,220,320으로 점점 사포 입자가 가늘어진 것으로 grinding한다. 다음 단계로 넘어갈 때마다 90°로 방향을 틀어서 연마를 해주었다. 그렇게 하면 시편의 표면의 거칠기 방향을 일정하게 해줄 수 있기 때문이다. 연마가 된 시편에 갈린 가루 생기는데 단계가 넘어가기 전마다 초음파 세척기에 시편을 약 1분간 넣어서 가루가 떨어지게 한다. 물기는 에어펌프를 이용해서 제거한다.

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6) polishing

현미경을 사용해서 시편의 단면을 관찰하기 적합하도록 매끄럽고 곱게 만드는 과정이다. 입자가 아주 미세하여 조심스럽게 작업을 해야 하며, 심한 스크레치가 생길 경우 다시 grinding부터 시작해야 할 수도 있다. 원형 연마기를 사용하였고 연마포 부착 후 연마제와 물을 이용하였다. 연마제는 먼저 1㎛를 사용한 후 0.3㎛를 사용하였다. 물은 연마기를 돌리다가 뻑뻑해진 것을 다시 부드럽게 하는데 사용되었다. polishing을 하다가 scratch와 조직 상태를 관찰하여 polishing의 지속 여부를 판단하였다.

 

7) etching

연마작업으로 연마된 시편을 부식시키는 과정이다. 시료편을 etchant에 단시간 담가 결정면을 드러나게 하는 것이다. etchant는 HNO₃ 5㎖, 에탄올 100㎖로 하였다. 시편을 비커에 든 etchant에 10초 동안 넣었다가 증류수가 들어있는 비커에 넣어서 헹군다. 헹구지 않으면 남아있는 etchant가 계속 부식을 시키기 때문이다. 이 때 주의해야 할 점은 인체에 해롭기 때문에 직접 손으로 만지지 않고 장갑을 끼고 집게로 시편을 잡아서 실험한다.

 

8) 현미경측정 조직관찰 : 모든 과정이 끝난 시편을 조직을 관찰하기 위해 반사현미경을 이용한다.

 

9) 경도측정 : 마지막으로 경도를 측정하는데 이 때 시편의 나머지 한쪽도 평평하도록 해야 한다. 양쪽 모두 평평하지 않으면 경도 값이 정확히 측정되지 않는다.

 

 

 

[신소재공학실험]금속의 열처리(탄소강의 열처리) 레포트