2성분계 상태도#3 (고용도 곡선, 공정형 상태도, 포정형 상태도 )

2) 두 금속이 일부만 혼합되고 나머지는 석출하는 경우 : 물에 소금을 용해하는 경우, 용해도까지의 소금만 녹아서 소금물이 되고, 용해도 이상의 소금은 녹지 않고 소금 그대로 존재한다. 금속으로 돌아오면, 두 금속을 혼합하였을 때 일정한 양만 고용되고 나머지는 석출하는 것이다.

 

먼저, 고용도 곡선에 대해 알아보자. 온도가 높아짐에 따라 A금속과 B금속에 고용될 수 있는 B금속과 A금속의 최대량을 표시한 곡선이 고용도 곡선이다.

아래의 T3온도보다 높은 X위치에서 점점 냉각한다면, T3온도에 도달하면 α고용체에서 ㉯농도의 β고용체가 생기기 시작한다. T2온도에 도달하면 a농도의 α고용체와 c농도의 β고용체가 b-c:b-a의 비율로 생긴다. T1온도에 도달하면 ②농도의

α고용체와 ④농도의 β고용체가 ③-④ : ③-② 비율로 존재한다.

온도가 내려감에 따라 α고용체의 농도는 ㉮-a-②로 변하고, β고용체의 농도는 ㉯-c-④로 변하고 각 고용체가 존재하는 양의 비율도 온도에 따라 변한다는 사실을 알 수 있다.

고용도 곡선

두 금속이 일부만 혼합되고 나머지는 석출하는 경우의 상태도는 대부분 아래처럼 전률 고용체와 고용도 곡선을 합한 것이다. (공정형 상태도, 포정형 상태도)

공정형 상태도에서 여러 조성의 합금을 냉각	내용
	※ X 조성을 냉각하는 경우   ⓐ T3 온도 : a지점에서는 액체상태의 용융액이고 b점에 도달하면, ①농도의 α고용체와 ㉮농도의 β고용체가 동시에 생기기 시작한다. 이 반응을 공정반응이라 하고 이 온도를 공정 온도라 하고 이 지점을 공정점이라고 한다.   ⓑ T2 온도 : α고용체의 농도는 ②로 변했고, β고용체의 농도는 ㉯가 되었다. 존재하는 양의 비율은 c-㉯:c-② 이다.   ⓒ T1온도 : α고용체의 농도는 ①-②-③으로 변했고 β고용체의 농도는 ㉮-㉯-㉰로 변했다. 존재하는 양의 비율 d-㉰:d-③의 비율로 존재한다. ▶ 액체상태의 X조성 합금을 천천히 냉각하면 이와 같은 과정을 거쳐 상온에서 α고용체와 β고용체로 된다.
	※ Y 조성을 냉각하는 경우     ⓐ T5 온도 : a점의 액체상태의 용융액이 b점에 도달하면 α고용체가 정출되기 시작한다.    ⓑ T4 온도 : c점에 도달하면 α고용체의 농도는 c1이 되고 용융액의 농도는 b에서 c2가 된다.    ⓒ T3 온도 : α고용체의 농도는 고상선을 따라 b1-c1-①으로 변했고, 용융액의 농도는 액상선을 따라 b-c2-ⓜ으로 변했다. 여기서 중요한 점은 Y조성이었던 용융액이 점점 냉각됨에 따라 농도가 변하여 d1점에서는 공정점인 ⓜ으로 변하였다는 것이다. 그러므로 이 용융액도 X 조성의 합금처럼 'α고용체+β고용체'의 공정 조직으로 변할 수밖에 없다. α고용체:용융액=d-ⓜ:d-①의 비율로 존재하다가 d1에서 d2점으로 갈수록 ⓜ농도의 용융액이 점점 공정(α+β)으로 변한다.    ⓓ T2 온도 : T3이하의 온도는 고용도곡선의 구역이므로 α고용체의 농도는 ①-②를 따라 변하고, β고용체의 농도는 ㉮-㉯를 따라 변한다.   ⓔ T1 온도 : α고용체(①-②-③), β고용체(㉮-㉯-㉰)를 따라 변하고, f-㉰:f-③의 비율로 존재한다.
	※ Z 조성을 냉각하는 경우 : 전률 고용체의 상태도 구역, α고용체 구역, 고용도 곡선 구역을 통과한다.   ⓐ 전율 고용체의 상태도 구역 : a점의 용융액이 b점에 도달하면 b1농도의 α고용체가 정출하기 시작한다. α고용체의 농도는 고상선을 따라 b1-c1-d를 따라가고, 용융액의 농도는 액상선인 b-c2-d2를 따라 변한다. T3온도로 냉각되면 모든 용융액이 d농도의 α고용체로 변하면서 소멸된다.   ⓑ α고용체 구역 : T3에서 T2로 냉각되는 동안 조직의 변화 없이 Z 조성의 α고용체로 존재한다.   ⓒ 고용도 곡선 구역 : e점에 도달하면 α고용체 속에서 ㉯농도의 β고용체가 석출하기 시작한다. 냉각됨에 따라 α고용체의 농도는 e-②-③으로 변하고, β고용체의 농도는 ㉯-㉰-㉱로 변한다.

 

포정형 상태도에서 여러 조성의 합금을 냉각	내용
	※ X 조성을 냉각하는 경우   ⓐ 용융액에서 T3온도까지 : T4에 도달하면 b1농도의 α고용체가 정출하기 시작하고, T3에 도달하면 ①농도의 α고용체와 ⓜ농도의 용융액이 c-ⓜ:c-①의 비율로 존재한다. T3온도에서 β고용체가 생기기 시작하는데, 열분석 곡선의 (c)에서 (d)로 갈수록 'α고용체+용융액'이 β고용체로 변하기 시작한다. 이와 같은 현상을 포정반응이라 한다. α고용체를 β고용체가 둘러싸면서 반응한다는 뜻이다. 상태도에서 α고용체+용융액이 β고용체로 변하는 점 c점을 포정점이라 하고 그 온도를 포정온도라 한다.   ⓑ T3온도 이하 : 고용도 곡선을 통과하므로, β고용체에서 α고용체가 석출하기 시작한다. 농도는 각각 ①-②-③과 ㉮-㉯-㉰를 따라 변한다.
	※ Y 조성을 냉각하는 경우   ⓐ 용융액에서 T3 온도까지 : a점의 용융액 상태에서 b점에 도달하면 b1농도의 α고용체가 정출하기 시작한다. c점에 도달하면 ①농도의 α고용체와 용융액은 b에서 ⓜ으로 변한다.    ⓑ T3온도에서 일어나는 현상 : 열분석 곡선의 (c)점에서부터 포정반응이 일어나므로 용융액이 α고용체와 반응하여 β고용체를 생성하여야 한다. 그러나 용융액에 비하여 α고용체의 양이 대단히 많으므로 모든 용융액이 α고용체와 반응하여 β고용체를 생성하여도 α고용체가 남아 있다.    ⓒ T3 온도 이하 : 고용도 곡선에 따라 변한다. 온도가 낮아짐에 따라 α고용체 속에서 β고용체가, β고용체 속에서 α고용체가 다량으로 석출한다.