설명이 포함된 철 탄소 평형 다이어그램 [위상 다이어그램]

이 기사에서는 철 탄소 평형 도표에 대해 논의할 것입니다. , 평형도의 사용, 철 탄소 평형도의 종류 및 철 탄소 상도와 관련된 다양한 상과 용어.

단계 다이어그램이란 무엇입니까?

상 다이어그램 다양한 온도, 압력 및 화학 조성 조건에서 합금에 존재하는 상의 그래픽 표현입니다.

금속 합금의 응고는 평형 다이어그램을 통해 명확하게 이해됩니다. 이것은 온도와 농도의 변화로 인한 상태 변화를 그래픽으로 표현한 것입니다. 이 도표는 합금의 성질과 구성, 주어진 시스템의 상의 양과 구성을 나타내므로 구성 도표 또는 상 도표라고도 합니다.

평형도 특성 및 용도

균형 한 방향으로 진행한 과정의 결과로 시스템에서 발생하는 변화는 시스템에서 프로세스의 역전으로 인한 변화로 완전히 보상됨을 의미합니다. 따라서 결과값이 0인 원자 운동 사이의 동적 균형 조건으로 간주됩니다.

온도 또는 조성의 변화 속도는 실험 작업 동안 매우 느려서 합금은 온도와 같은 변수가 다시 변경되기 전에 "정지"됩니다. 그러므로 조건은 변화가 아니라 휴식이다.

평형도는 다음을 나타냅니다.

1. 고체 합금이 용융을 시작하고 용융을 완료하는 온도.
<강한>
2. 조성 또는 온도 변경의 결과로 발생할 수 있는 상 변화.

균형도가 나타내는 것은 무엇입니까?

다이어그램은 평형 상태에 두 개 이상의 상이 존재하기에 적합한 조건을 설명합니다. 예를 들어, 수상 다이어그램은 물이 동시에 세 가지 다른 위상으로 공존할 수 있는 지점(3중 지점)을 설명합니다. 이것은 결빙 온도(0.01°C)와 0.006 atm 바로 위에서 발생합니다.

야금에서의 평형도 사용

• 응용 요건에 따른 새로운 합금 개발
• 이 합금의 생산
• 새로운 합금의 화학적, 물리적, 기계적 특성을 개선하기 위한 적절한 열처리 절차의 개발 및 구현
• 이 새로운 합금을 사용하는 동안 발생하는 문제를 해결하여 궁극적으로 제품 예측 가능성을 개선합니다.

철 탄소 평형 도표

철 탄소 평형 도표 (철 탄소 상 다이어그램이라고도 함)은 온도와 탄소 함량에 따른 철-탄소(Fe-C) 합금의 각 미세 구조 상태를 그래픽으로 표현한 것입니다.

철 탄소 상 도표 일반적으로 철강 및 주철의 다양한 단계를 완전히 이해하는 데 사용됩니다. 강철과 주철은 철과 탄소 합금입니다. 또한 두 합금 모두 소량의 미량 원소를 포함합니다.

그래프는 매우 복잡하지만 조사를 Fe3C로 제한하기 때문에 최대 6.67중량%의 탄소만 볼 것입니다.

철 탄소 평형 다이어그램의 유형

이진 철 탄소 평형 다이어그램은 강철과 주철의 기초입니다. 이는 순철에서 시멘타이트(탄소 6.67%)로의 조성을 갖는 합금에서 발생하는 변형에 관한 것입니다. 철 탄소 평형 다이어그램에는 두 가지 버전이 있습니다.

1. 철 - 시멘타이트 시스템. 2. 철 흑연 시스템.

이 두 시스템은 냉각 속도에 따라 다릅니다. 급속 냉각은 시멘타이트를 생성하며 이 시스템은 철-시멘타이트 시스템으로 알려져 있습니다. . 이 시스템에서, 응고 단계에서 형성된 구조는 충분히 완전한 평형에 도달하지 못합니다. 따라서 철-시멘트계는 준안정 하나.

천천히 냉각하면 흑연이 생성되고 시스템은 철-흑연 시스템으로 알려져 있습니다. . 응고 단계에서 형성된 구조는 충분히 완전한 평형에 도달합니다. 따라서 이것은 안정적입니다. 하나.

철 탄소 평형 다이어그램의 철 합금 유형

철 탄소 상 도표의 X축에 있는 중량 백분율 눈금 0% 범위 6.67%로 탄소. 금속은 최대 탄소 함량이 0.008인 철 또는 순철로 간단히 알려져 있습니다. 탄소의 퍼센트 중량. 실온에서 페라이트 상태.

스틸 탄소 함량이 0.008 ~ 2.14인 철 탄소 합금입니다. 퍼센트. 이 범위의 강종을 저탄소강이라고 합니다. (또는 연강), 중간 탄소강 및 고탄소강 .

탄소 함량이 2.14 를 초과하는 경우 퍼센트, 우리는 주철에 도달합니다. 단계. 주철은 매우 단단하지만 취성으로 인해 적용 및 성형 방법이 크게 제한됩니다.

철-시멘트 시스템

탄소 함량이 다른 강철에 대해 일련의 시간-온도 가열 곡선이 만들어지고 해당 임계점이 그림 2.14와 유사한 도표로 표시됩니다. 느린 냉각 조건에서만 적용되는 이 다이어그램은 부분 철 탄소 상 다이어그램으로 알려져 있습니다. . 이 다이어그램을 참조하면 모든 탄소강에 대한 적절한 담금질 온도를 쉽게 관찰할 수 있습니다. 그림 2.14에서 PSK 선의 임계점은 A1, GS 선의 임계점은 A3, SE 선의 임계점은 Acm으로 표시됩니다. 피>

설명이 있는 철 탄소 평형 도표

오스테나이트

오스테나이트 , γ(감마) 철로 알려진 특정 형태의 철에 있는 탄소 및 기타 성분의 고용체. 약 850°C의 온도로 가열된 0.20% 탄소강 조각을 예로 들어 보겠습니다. Ar3 위의 점(GS 라인)이 이 강은 감마철에 탄소의 고용체(간질형)이며 오스테나이트라고 합니다. . 면심 입방 격자를 가지며 비자성입니다.

일반 오스테나이트는 1130°C의 온도에서 최대 약 2%의 탄소를 함유할 수 있습니다. 이 강철을 냉각시키면 철 원자는 Ar3 지점(GS 라인) 아래에서 체심 입방 격자를 형성하기 시작합니다. 형성되고 있는 이 새로운 구조를 페라이트 또는 알파 철이라고 합니다. 실온에서 최대 0.008%의 탄소를 함유하는 알파 철의 탄소 고용체입니다.

강철이 Ar1(PSK 라인)으로 냉각됨에 따라 추가 페라이트가 형성됩니다. Arı 라인에서 남아 있는 오스테나이트는 펄라이트라는 새로운 구조로 변형됩니다. . 펄라이트라는 이름은 진주빛 광택 때문에 붙여진 이름입니다. 이것은 페라이트와 시멘타이트의 교대 판으로 구성되며 약 87%의 페라이트를 포함합니다. 펄라이트는 미세에서 거친 층상 또는 입상 구조일 수 있습니다. 이것은 강한 물질이며 절단 도구로 합리적으로 잘 절단될 수 있습니다. 즉, 강철의 펄라이트 성분은 기계로 가공될 수 있습니다.

공석 강철

강의 탄소 함량이 0.20% 이상으로 증가함에 따라 페라이트가 처음 오스테나이트에서 제거되는 온도는 약 0.80% 탄소(S 지점)에서 오스테나이트에서 제거된 유리 페라이트가 없을 때까지 떨어집니다. 이 강철을 공석 강철이라고 합니다. 100% 펄라이트입니다. .

공석 포인트

공석 점이란 무엇입니까?

공석점 앞에서 말했듯이 모든 금속에서 는 고용체에서 변화가 일어나는 가장 낮은 온도입니다.

강철의 탄소 함량이 공석(0.8% 탄소)보다 크면 Acm(S 라인)로 표시된 철 탄소 상 다이어그램에서 새로운 라인이 관찰됩니다. 선은 철 탄화물이 페라이트 대신 오스테나이트에서 처음 거부되는 온도를 나타냅니다.

탄화철(Fe3C)은 시멘타이트로 알려져 있습니다. . 그것은 매우 단단하고 부서지기 쉬우며 평행판(라멜라 층), 둥근 입자(스페로이드) 또는 펄라이트 입자 주위의 외피로 나타납니다. C 지점에서 4.3%의 탄소를 함유한 공융 혼합물을 ledeburite라고 합니다. . 이것은 불안정한 성질로 인해 응고 후 냉각하는 동안 다른 상으로 분해되기 때문에 천천히 냉각된 합금에서는 거의 볼 수 없습니다.

Hypoeutectoid 및 Hypereutectoid

탄소 함유량이 0.80% 미만인 강철을 저공석이라고 합니다. 탄소를 0.8% 이상 함유하는 것을 과공석이라고 합니다. 철강. 이 용어는 일반강 및 저합금강에만 적용됩니다. 고합금강의 경우 공석 조성이 변경되고 구조가 존재하지 않을 수도 있습니다.

정상 평형 다이어그램은 실제로 철과 탄화철(시멘타이트) 사이의 준안정 평형을 나타낸다는 점을 먼저 지적해야 합니다. Cementite는 준안정성이며 진정한 평형은 철과 흑연 사이에 있어야 합니다.

흑연은 주철(2-4wt%C)에서 광범위하게 발생하지만 일반적으로 강철(0.03-1.5wt%C)에서 이러한 평형 상을 얻기가 어렵습니다. 따라서 철과 탄화철 사이의 준안정 평형은 실제로 대부분의 강철의 거동과 관련이 있기 때문에 고려되어야 합니다.

철 흑연 시스템

철 흑연 시스템

탄화철이나 시멘타이트는 준안정성이라고 이미 말했지만 정상적인 조건에서는 무기한 지속되는 경향이 있습니다. 시멘타이트가 분해되면 다음 반응에 따라 분해됩니다.

Fe3C <——–> 3Fe + C

안정 단계에서 유리 탄소 또는 흑연 시멘타이트로 알려진 단계 대신 발생 . 약간의 과냉각 시 주철이 액체 상태에서 응고될 때 흑연이 형성됩니다. 느린 냉각은 흑연화를 촉진합니다. . 급속 냉각은 흑연화를 부분적으로 또는 완전히 억제하고 시멘타이트를 형성합니다.

철-흑연 시스템(점선)이 그림 2.14에 나와 있습니다. 3.5%의 탄소를 포함하는 탄소 합금의 경우를 예시로 사용합니다.

지점 1에서 합금은 액체 상태입니다. 냉각 라인의 점 2에서 발생하는 반응은 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

영상

> 지점 2와 3 사이에서 오스테나이트의 과잉 탄소는 시멘타이트가 아닌 유리 흑연으로 침전됩니다. 점 3에서 공석 반응이 발생합니다. 이것은 다음과 같이 표현됩니다.

이미지

공석 변형의 메커니즘은 하나의 고체상을 원래와 다른 조성을 가진 두 개의 다른 고체로 변형시켜야 합니다.

철의 공석 분해를 예로 들면, 0.8% C를 포함하는 오스테나이트는 페라이트(탄소를 거의 포함하지 않는 철)와 시멘타이트(Fe3C, 25 at% 탄소를 포함)로 변합니다. 따라서 탄소 원자는 함께 확산되어 Fe3C를 형성하여 페라이트를 남깁니다. 페라이트와 시멘타이트의 작은 판의 핵은 오스테나이트의 입계에서 형성되고 탄소 확산은 계면 바로 앞에서 매우 국부적으로 발생합니다(아래 도식).

따라서 판은 자라면서 오스테나이트를 소모하여 펄라이트를 형성합니다. 흑연화 과정은 냉각 속도를 변화시키고 금속 매트릭스의 적절한 합금화에 의해 제어됩니다.

철 탄소 평형 도표에서 사용되는 용어

공정점

모든 금속의 공석점은 고용체에서 변화가 일어나는 가장 낮은 온도입니다.

공융 반응은 액체 상이 두 개의 고체상의 혼합물로 얼어붙는 이 지점에서 발생합니다. 이것은 공정 조성의 액체 합금이 공정 온도까지 냉각될 때 발생합니다.

공정 합금은 이 지점에서 형성되는 합금입니다. 이 지점의 왼쪽과 오른쪽에 있는 합금을 저공정 합금 및 초공정 합금이라고 합니다(그리스어로 '하이포'는 보다 작음을 의미하고 '하이퍼'는 보다 큼을 의미함).

오스테나이트

오스테나이트(Austenite), γ(감마) 철로 알려진 특정 형태의 철에 있는 탄소 및 기타 성분의 고용체.

이 상은 최대 용해도가 2.14% C인 FCC Fe의 탄소 고용체입니다. 추가 가열 시 1395°C에서 BCC 페라이트로 전환됩니다. γ-오스테나이트는 급속 냉각하지 않으면 공정 온도(727°C) 이하의 온도에서 불안정합니다.

알파 철 또는 페라이트

저온 및 낮은 탄소 함량에 존재하는 α-페라이트는 BCC Fe에 탄소의 고용체입니다. 이 단계는 실온에서 안정적입니다. 그래프에서 왼쪽은 Y축, 오른쪽은 A2인 왼쪽 가장자리에 은색으로 표시됩니다. 이 단계는 768°C 미만에서 자성입니다.

최대 탄소 함량은 0.022%이며 그래프와 같이 912°C에서 γ-오스테나이트로 변합니다.

시멘타이트

Fe3C의 조성이 고정된 이 합금의 준안정상인 Cementite는 이 합금의 준안정상입니다. 실온에서 철과 탄소(흑연)로 매우 천천히 분해됩니다.

이 분해 시간은 길고 실온에서 애플리케이션의 수명보다 훨씬 오래 걸립니다. 고온 및 특정 합금 원소의 추가와 같은 기타 요인은 흑연 형성을 촉진하여 이러한 분해에 영향을 줄 수 있습니다.

시멘타이트는 단단하고 부서지기 쉬우므로 강철 보강에 이상적입니다. 기계적 특성은 미세 구조에 의해 결정되며, 이는 페라이트와 혼합되는 방식에 따라 결정됩니다.

우리는 더 나은 방식으로 이해하기 위해 다양한 단계와 용어를 포함하여 철 탄소 상 다이어그램과 관련된 모든 용어를 다루려고 노력했습니다. 철 탄소 평형 도표에 대한 이 기사가 마음에 드셨기를 바랍니다. . 아래 댓글로 피드백을 보내주세요.