2성분계 상태도#7 (아공석강/과공석강의 상태변화, 탄소강의 기계적 성질)

1. 아공석강의 상태변화 (아공석강을 오스테나이트 상태로 가열후 천천히 냉각하면서 일어나는 변화)

   아래 그래프에서 0.2%인 오스테나이트를 천천히 냉각하며 a점에 도달하면 ㉯ 농도의 α고용체가 석출하기 시작한다. b점에 도달하면 ㉰농도의 α고용체와 ①농도의 γ고용체가 b-①:b-㉰의 비율로 존재한다. C점에 도달하는 순간 α고용체의 농도는 0.025%이고, γ고용체의 농도는 0.8%가 된다. 따라서 c-(라)만큼의 γ고용체가 공석강으로 변해 펄라이트로 변한다. 따라서 아래 그림에서의 변화와 같이 처음에는 α고용체가 생기고 c점에 도달하는 순간 그림 (d)처럼 일부 조직은 펄라이트로 존재하게 된다. 723'c이하는 α고용체의 영역이 너무 작아서 거의 무시한다. 

 탄소량이 0.5%인 탄소강을 냉각한다고 생각하면, 0.2%의 경우와 같이  α고용체와 펄라이트의 혼합 조직으로 되어있다. 그러나 0.2% 탄소강에 비해 α고용체의 양이 적고 펄라이트의 양이 많다. 따라서 이와 같은 조직의 차이 때문에 기계적 성질의 차이가 생기는 것이다.

 

2. 과공석강의 상태 변화 (과공석강을 오스테나이트 상태로 가열후 천천히 냉각하면서 일어나는 변화)

   탄소량이 1.0%인 과공석강을 오스테나이트 상태에서 천천히 냉각을 시작하여 a점에 도달하면 γ고용체에서 ②농도의 시멘타이트가 석출하기 시작한다. 온도가 내려감에 따라 석출하는 시멘타이트의 양이 많아지므로 남은 γ고용체의 농도는 점점 감소한다. 723'c(b점)에 도달하면 처음에 1.0%였던 γ고용체가 0.8%의 공석강으로 된다. b-③만큼의 γ고용체는 시간이 지남에 따라 점점 펄라이트로 변하고, 펄라이트와 시멘타이트의 비율이 b-③:b-㉯의 비율로 존재한다.

만약 탄소량이 1.3%인 과공석강을 냉각할때도 1.0%인 경우와 비슷하며, 시멘타이트의 양은 증가하고 펄라이트의 양은 감소한다. 

 

3. 탄소강의 기계적 성질 : 탄소량에 따라 주강, 주철로 나누고 주강은 아공석강, 공석강, 과공석강으로 나눌 수 있었다. 여기서 아공석강은 페라이트와 펄라이트, 공석강은 펄라이트, 과공석강은 펄라이트와 시멘타이트로 구성되었다. 뿐만 아니라 탄소량에 따라 공석강을 제외하고 각 조직이 구성하는 비율이 모두 달랐다. 이렇게 조직에 따라 기계적 성질이 변한다.

 

※ 탄소강의 조직과 기계적 성질

구분	페라이트	펄라이트	시멘타이트
인장 강도(kg/mm2)	35	90	3.5
연신률(%)	41	10	0
경도(HB)	80	200	800

페라이트는 순철에 가까우므로 매우 연하여 연신률이 가장 크다. 그러므로 펄라이트나 시멘타이트보다 잘 늘어난다. 펄라이트는 층상구조로 되어 있어 질기므로 인장 강도가 가장 크다. 시멘타이트는 금속간 화합물이므로 대단히 딱딱하다. 

아공석강에서는 탄소량이 증가할수록 펄라이트의 양이 증가하므로 인장강도는 증가하며, 페라이트의 양은 감소하므로 연신률은 낮아진다. 과공석강에서는 탄소량이 많아질수록 시멘타이트의 양이 증가하므로 경도는 증가하고 펄라이트의 양은 감소하므로 인장강도는 감소한다. 페라이트는 존재하지 않으므로 연신률은 매우 좋지 않다. 따라서 과공석강은 탄소량이 증가할수록 매우 딱딱해지나 취약하여 깨지기 쉬운 약점이 있다.