1. 상 변태 (Phase Transformation, 相變態)
ㅇ 어떤 공정(온도,압력 변화)을 통해, 상 변화가 있게되는 것
- (주로, 용융된 금속 액체가 냉각되면서, 다양한 고체 상으로 변할 때의, 상 변화를 지칭 함)
- 한 결정구조에서 다른 결정구조로 변하면서, 상의 종류 및 상의 수에서 변화가 있게 됨
. 주요 例) 금속 응고 현상 등
2. 상 변태의 특징 및 목적
ㅇ 특징
- (구조 변화) 결정 격자의 배열 변화가 일어남
- (성질 변화) 이에따라, 물리적,화학적,기계적 성질에 많은 변동이 발생됨
ㅇ 목적
- 통상, 가열 후, 여러 다른 속도로 냉각시키면서,
- 기계적 성질(강도,경도,연성,인성, 마모 내성 등)을 개선시킴
. 이는, 열처리 설계에 필수적임
.. 재료의 구조,성질을 의도적으로 조절 가능
.. 원하는 기계적 성질을 확보 가능
3. 상 변태의 과정
ㅇ 상 변태 과정을 크게 2가지로 구분
- (핵 형성, nucleation)
- (핵 성장, growth)
4. 상 변태의 구분
ㅇ 동소 변태 (Allotropic Transfromation)
- 동일 원소에서의 변태
- 고체 상(相) 동안에도 상변화를 갖을 수 있음 (즉, 서로다른 결정구조도 가능)
- 특정 온도에서 불연속적인 성질 변화를 갖음
- 원자 배열에 변화 있음
. 따라서, 상당한 시간을 요하며, 가열/냉각 시에 변태 온도 다름
ㅇ 자기 변태 (Magnetic Transfromation)
- 강자성체 금속이 일정 온도 이상에서,
. 결정구조는 바뀌지 않고, 자성 만을 잃고 상자성체로 바뀌는 변화
- 상 변태 라기 보다는 에너지적인 변화로 봄
- 넓은 온도 구간에서 연속적인 변화를 갖음
- 원자 배열에 변화 없음
. 따라서, 가열/냉각 시에 온도 변화 없음
- 例) 순철의 자기 상 변태점 : 768℃ (A2 변태)
. A2 변태 : α-Fe(강자성) {#\overset{768℃}{\rightleftarrows}#} α-Fe(상자성)
5. 상 변태의 경계 : (변태점, 상 경계선, 공존 영역)
ㅇ 상 변태점 (Transformation Point, Transformation Temperature, 變態點)
- 변태가 일어나는 온도
. 재료(특히 금속)의 결정 구조가 특정 온도에서 변화하는 지점으로,
. 이 온도에서는, 물리적, 기계적 성질이 급격히 바뀜
ㅇ 상 경계선
- 고체상선, 고상선 (Solidus), 액화 곡선
. 2성분계에서, 용융 평형에 있는 두 상 중에, 고체 상의 조성,온도 간의 관계를 나타내는 곡선
- 액상선 (Liquidus)
ㅇ 상 평형 (Phase Equilibrium), 공존 영역 (phase coexistent region)
- 한 상에서 다른 상으로 물질의 알짜 흐름 없음 (겉보기에 변화가 없는 상태)
. 내부적으로 분자의 활발한 이동이 있음
- 두 개의 상이 평형상태로 공존하는 영역 : `기체와 액체`, `기체와 고체`, `액체와 고체`
6. 철의 상 변태
ㅇ 철은, 철 동소체 (Fe)로써, 3개의 고체 상을 갖음
- 912 ℃ 이하 (α-Fe, α 철) : BCC(체심입방) 결정구조 (페라이트)
- 912 ~ 1400 ℃ (γ-Fe, γ 철) : FCC(면심입방) 결정구조 (오스테나이트,austenite)
- 1400 ℃ 이상 (δ-Fe, δ 철) : BCC(체심입방) 결정구조 (델타 철)
- 약 1,538 ℃ 이상 : 순철은 이 온도 이상에서 녹음(용융액)
※ 例로써, 강을 담금질(가열했다가 급랭시켜 재질을 경화)할 때,
- 오스테나이트 영역으로 가열한 뒤 급냉하면, 마르텐사이트가 되어 매우 단단해짐
7. [참고사항]
ㅇ 상태도 (Phase Diagram), 평형 상태도 (Equilibrium Diagram), 조성도 (Constitutional Diagram)
- 합금계의 미세조직 및 상의 변화에 대한 많은 정보를 줌
- 온도,조성,상 간의 평형상태 하에서의 양적 관계를 나타냄
- 금속 합금에서, 고용체는, 통상 그리스 소문자 (α,β,γ,δ 등)로 표시
ㅇ 고용체, 고체 용액 (Solid Solution)
- 균일 혼합물을 이루는 고체 용액 (합금 등)
ㅇ 미세조직 (Microstructure)
- 광학 현미경으로 관찰 가능한 정도의 금속 조직 (결정립의 집합체)