철－탄소계 평형 상태도와 표준 조직

3. 철－탄소계 평형 상태도와 표준 조직

[1] 탄소강의 조직

 

1) 페라이트는 극히 연하고 연성이 크며 인장강도는 비교적 적다. 특히, 상온에서는 강자성이며 전기전도도가 높고 담금질에 의하여 경화하지 않는다. 그러나 Fe3C는 매우 강하고 취약하며 연성은 거의 없다. 각 조직의 기계적 성질은 표 1-1과 같다.

 

표 1-1 조직의 기계적 성질

조직 성질	페라이트	펄라이트	Fe3C
인장강도(kg/㎟)	35	80	3.5 이하
신 율(%)	40	10	0
경 도(HB)	80	200	600

탄소강은 위에서와 같이 3조직이 혼합된 것이므로 각종 아공석강의 표준상태에 있어서의 기계적 성질은 다음 식에 의해서 그 대략의 값을 알 수 있다.

인장강도 = (35 × F) + (80 × P)/100

여기서, F = 페라이트%, P = 펄라이트 %, F + P = 100

물론 이 식은 급냉한 것, 가공한 것에는 적용되지 않는다. 또 신율 및 경도도 다음 식으로 구할 수 있다.

신율 = (40xF)+(10xP)/100

경도 = (80xF)+(200xP)/100

위 식에서 페라이트와 펄라이트의 양은 다음 식으로 구한다.

페라이트 = (0.77-C%/0.77)x100

펄라이트 = (C%/0.77)x100

 

[2] 철－탄소계 평형 상태도

(1) 평형 상태도

(2) 각점 선의 의미

A : 순철의 용융점, 온도 1,538±3℃

B : 점 H 및 J와 평행을 이루고 있는 용체를 나타내는 점 0.53%C 온도 1.495℃

C : 포함되어 있는 E성분(2.11%C)의 γ고용체와 F성분(6.68%C)의 시멘타이트와의 공정점이며, 이때의 공정물을 레데뷰라이트라 4.3%C 온도 1,148℃

D : 시멘타이트의 용융점 및 응고점 6.68%C 온도 1,550℃

E : γ고용체의 탄소에 대한 시멘타이트 최대의 고용도를 나타내는 점 즉, 포화점 온도 1148℃, 2.11%C

G : 순철의 A3 변태점 온도 912℃ γ철 ⇄ α철

H : δ고용체의 탄소에 대한 최대의 용해를 나타내는 점 0.09%C 온도 1,495℃

J : 점 H로 나타내는 δ고용체와 점 B의 용체와 평행을 유지하는 γ고용체 0.17%C 온도 1,495℃

N : 순철의 A4 변태점, 온도 1,394℃ δ철 ⇄ γ철, 즉 강의 A4변태가 끝나는 온도를 나타내는 곡선

M : 순철의 A2 변태점, 순철(α철)의 자기변태점, 온도 768℃

P : α고용체에 대한 탄소의 최대 고용도를 나타내는 점 0.021%C 온도 723℃

S : γ고용체로부터 α고용체와 시멘타이트가 동시에 석출되는 공석점 펄라이트라 한다. 0.77%C 온도 723℃

AB : δ고용체의 정출 시작선(액상선), 0～0.55%C

AH : δ고용체의 정출 완료선(고상선), 0～0.09%C

BC : γ고용체의 정출 시작선(액상선), 0.53～4%C

CD : 시멘타이트의 정출 시작선(액상선), 4.3～6.68%C

ECF : 공정선, 온도 1,148℃ 2.11%C

EC : γ고용체로부터 시멘타이트의 석출을 개시하는 선이며 이와 동시에 시멘타이트와 γ고용체의 용해도를 나타내는 선으로 ES선을 Acm선이라 한다. 0.77～2.11%C

GP : γ고용체로부터 α고용체로 A3변태의 종료점을 나타내는 곡선 0～0.0218%C

GS : γ고용체로부터 강자성을 띤 α고용체로 석출을 개시하는 즉, A3변태의 시작을 나타내는 곡선. 0～0.77%C

HJB : 포정선, 이 온도에서 용해 상태의 용액B가 δ고용체 H와 반응해서 γ고용체 J로 되는 포정반응을 일으킨다. 온도 1,495℃, 0.09～0.53%C

JE : γ고용체의 정출이 완료되는 점(고상선) 0.17～2.11%C

MO : 강의 A2 변태선 강의 자기변태선 768℃

NJ : δ고용체가 γ고용체가 변화가 끝나는 온도 0～0.17%C

NH : δ고용체가 γ고용체가 변화가 시작되는 온도 즉, 강의 A4변태가 시작되는 온도를 나타내는 곡선 0～0.09%C

PQ : α고용체에 대한 시멘타이트의 용해도를 표시하는 곡선 0.008～0.0218%C

PSK : 공석선, 이 온도에서 γ고용체(S) ⇄ α고용체(P)＋시멘타이트(K) 온도 723℃ A1변태점이라 한다. 0.0218～6.68%C

RT : 시멘타이트의 자기변태점, A0변태점이라 한다. 온도 210℃