[기계재료학] 바보도 이해할 수 있는 철강의 상태도(Fe-Fe3C(C) 상태도) (ver0.1)

먼저, 알아야둬야할 것.

정출 : 액상에서 고상이 새로 생기는 것

석출 : 고상에서 다른 고상이 새로 생기는 것

혼합물  : 두 종류의 금속이 미세한 결정으로 결합된 상태

공정(Eutectic)

융액으로부터 2개의 서로다른 고체결정을 동시에 정출한 혼합물

L → [S1] + [S2]

공석(Eutectoid)

하나의 고체결정으로부터 2개의 서로다른 고체결정을 동시에 석출한 혼합물

[γ ] → [α ] + [Fe3C]

평형상태란 무엇인가?

액체가 담긴 그릇을 그림과 같이 봉하면 액체의 양이 줄어들지 않고 그대로의 상태를 유지되는 이유? 액체분자들은 액체표면에서 증발하여 기체상태로 되며 초기에 증발속도>응축속도의 관계에서 기체분자 수가 많아지게 되나 시간 경과에 따라 이들 중 운동 에너지를 잃고 액체분자와의 인력으로 되돌아 오는 분자수가 증가하여 마침내 증발속도=응축속도에 도달하게 되면 액면의 높이는 불변.(평형=안정)

밀폐된 그릇 속의 액체증발 즉, 정반대의 두 변화가 같은 속도로 진행되는 상태를 평형상태

(equilibrium state)라 하며(액체 ⇄기체) 이 때의 기체압력은 일정하게 유지함(증기압력,포화증기압력)

평형상태란 무엇인가?

네이버 지식백과 링크 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2117721&cid=47337&categoryId=47337

물체 또는 에너지가 이동 혹은 변화하지 않는 상태.(중략) 예를 들면 화학 평형은 물질이 변화하지 않는 예이며, 열평형 또는 온도 평형은 계의 어느 부분의 온도도 똑같아서 열에너지가 이동하지 않는 예이다.

[네이버 지식백과] 평형 상태 [平行狀態, equilibrium state, Gleichgewichtszustand] (화학대사전, 2001.5.20, 세화)

http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2317898&cid=42419&categoryId=42419

평형상태란 무엇인가?

한 마디로 쉽게 말해, 물질이 그상태를 계속 그대로 유지하고 있는 것을 평형상태라 한다.

계(系)

1 종 이상의 물질로 이루어진 금속을 그 이외의 것으로부터 분리하면 이것이 순수한 1성분계가 된다. 이것은 한 개의 계(system)이라 한다.

예를 들면 강에 있어서 Fe-C계 하면, Fe와 C의 관계만을 생각하고, 그 이외의 것은 생각하지 않은 경우이다. 계의 상태는 전체가 거시적으로 균질일 때, 균일계(均一系 : homogeneous system) 또는 단상계(單相系)라 한다. 그러나 2개 이상의 다른 종류의 상이 공존할 때에는 불균일계(不均一系:heterogeneous system) 또는 다상계(多相系)라 한다. 다상계는 단상계가 많이 모여서 생긴 복합계라고 볼 수 있다.

성분

한 개의 계를 구성하는 물질을 성분(成分 : component)이라 함. 성분은 계를 구성하는 물질을 지칭하는 것이며, 물질의 구성 원소를 뜻하는 것은 아니다. 합금의 경우 그 합금을 구성하고 있는 모든 원소가 성분이 될 수 있으나, 강에서는 Fe과 탄화철인 Fe3C(Cemetite)를 성분으로 보는 경우가 있다.

조성

성분 문질의 양의 비를 조성(組成 : composition )이라 함.

상(Phase,相)

물질의 상태에는 기체, 액체 및 고체인 3개의 형태가 있는데, 이들을 구성하고 있는 물질을 고려하였을 때, 이들을 각각 기상, 액상, 고상이라고 한다.

여기서 상(phase,相)이란 원자 또는 분자의 집합한 모양의 것으로 어느 부분이나 균일하고 불연속적이며, 명확히 경계된 부분으로 되어 있는 분자와 원자의 집합상태를 말함.  

이원합금의 상태도

상태도란 여러 가지 조성의 합금을 용융상태로부터 응고되어 상온에 이르기까지 상태의 변화을

나타내는 그림으로 가로축에는 합금의 성분비율(조성%), 세로축에는 온도(℃)를 나타냄.

- 금속(고체)의 경우 열분석곡선을 이용, 냉각하는 편이 변태가 분명하므로 대개의 경우 냉각곡선 이용, 액체상태에서 고체상태로의 전 변화과정을 나타냄.

전율고용체 상태도

어떠한 비율의 조성에서도 고용체를 형성하는 경우의 상태도

1) 고용체를 만드는 용매와 용질 원자간 모든 비율, 즉 전 농도에 걸쳐 고용체를 만드는 경우의 상태도 (Au-Ag, Bi-Sb, Cu-Ni)

2) 냉각곡선 중 수평선은 순금속의 용융점

-액상선(용액으로부터 α고용체의 정출개시온도)

-고상선(용액으로부터 α고용체의 정출완료온도)

3) m 합금의 냉각과정

① 융액으로 부터 온도 t3에 도달, 고용체 α가 초정으로 정출개시, 온도하강하여 t4에 도달되면

용액(액체)의 농도는 l4, 고용체 농도는 S4로 되며 이 온도에서 액상과 고용체의 양적관계는

L4 : S4 = m’S4 : m’l4

② 온도가 점차 하강하여 t5에 도달되면 용액의 농도는 l5, 고용체의 농도