[자연과학] 철강재료의 열처리에 따른 미세조직 관찰 및 경도시험
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1. 실험목적
철강 금속은 여러 성형공정을 통해서 가공을 한 후에 가공 후 공정을 하게 되는데, 그러한 공정 중 하나가 바로 열처리라고 할 수 있다. 열처리란 금속의 내부조직을 변화시켜서 얻고자 하는 금속재료의 기계적 성질을 얻기 위해서 상온에서 특정온도까지 가열, 그 온도에서 유지, 상온까지 냉각, 이렇게 3단계로 행하는 가열 및 냉각 과정을 말한다. 냉각, 가열만으로 열처리를 하는 경우에는 어닐링(Annealing), 퀜칭(Quenching), 템퍼링(Tempering), 시효처리(Aging)가 있다. 철강금속재료의 성질은 기본적으로 화학조성에 기초하여 결정되어 있지만 열처리 방법과 냉각 방법에 따라서 철강 재료의 기계적 성질이 크게 달라진다. 열처리 및 가공 등에 의해서 금속의 내부조직이 변화되는데, 이 내부 조직에 의해서 후차적으로 금속 재료의 성질이 결정된다. 이번 실험은 탄소함량이 0.45wt%(S45C)인 철강 재료를 열처리하고 조직사진을 찍음으로써 철강 재료의 내부 조직이 열처리 조건에 따라 미세조직이 어떻게 변화하는지 분석 및 예측하고 또, 재료의 강도를 분석하여 미세조직과 열처리/ 경도의 상관관계를 이해할 수 있어야 한다.
2. 이론적 배경
(1) 철강재료의 열처리
열처리방법을 크게 구분하면 주조나 단조후의 편석 및 잔류응력 등을 제거하여 균질화시키거나 또는 연화를 목적으로 행하는 풀림(annealing), 결정립을 미세화하여 기계적성질이나 피삭성을 향상시키기 위한 노멀라이징(normalizing), 경화를 위하여 행하는 퀜칭quenching), 그리고 강인화를 위한 템퍼링(tempering) 처리 등으로 나눌 수 있다.또 표면은 내마모성이 크고, 중심부는 내충격성이 큰 이중조직을 나타내게 하는 표면경화(表面硬化, surface hardening)방법도 있다.
- 노멀라이징(normalizing)
철 합금의 경우, 상한 임계 온도 이상에서 오스테나이트화한 후 공기 중에서 냉각하 는 열처리로 그 목적은 다음과 같다.
① 결정립을 미세화시켜서 어느 정도의 강도증가를 꾀하고, 퀜칭이나 완전풀림을 위 한 재가열시에 균일한 오스테나이트 상태로 만들어주기 위한 것이다. ② 주조품이나 단조품에 존재하는 편석을 제거시켜서 균일한 조직을 만들기 위함이다.
- 참고문헌
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- 인터넷 철강재료 정보사이트
- 재료과학과 공학 (김용석/김형준/박인규/이재갑 공역)
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