1. 철 탄소 합금 (철 탄소계)
ㅇ 철 탄소 합금은, 탄소의 양에 따라 다른 구조를 지니게 됨
- 크게, 기본 구조로는, 페라이트, 오스테나이트, 시멘타이트 등이 있음
※ 철은, 철 동소체 (Fe)로써, 다음과 같이 3개의 고체 상을 갖을 수 있음
- 912 ℃ 이하 (α-Fe, α 철) : BCC(체심입방) 결정구조 (알파 페라이트, α Ferrite)
- 912 ~ 1400 ℃ (γ-Fe, γ 철) : FCC(면심입방) 결정구조 (오스테나이트, Austenite)
- 1400 ℃ 이상 (δ-Fe, δ 철) : BCC(체심입방) 결정구조 (델타 페라이트, δ Ferrite )
- 약 1,538 ℃(용융점) 이상 : 순철은 이 온도 이상에서 녹음(용융액)
2. 페라이트 (Ferrite) 이란?
① 페라이트 (철 동소체)
- 구조 : 철이 가질 수 있는 여러 동소체 구조 중에, 체심입방구조 (BCC)를 갖음
- 명칭 : `알파 철 (α-Fe)` or `알파 페라이트` or `페라이트` 라고 부름
- 특징 : 비교적 부드럽고, 큰 연성을 갖으며, 상온에서 768℃까지 자성을 띔
. 탄소 용해도 낮음 (최대 약 0.02% @ 723℃)
- 색상 (광학현미경 기준) : 밝은 영역
② 페라이트 (자석) : 자성을 띠는 산화철 화합물 (세라믹 자성재료)
- 니켈,아연,망간 등이 첨가된, 철 산화물로 만들어진, 비 전도성 세라믹
. 산화철 (Fe2O3)에 바륨, 망간, 니켈, 아연 등 소량의 금속 원소를 섞은 후,
. 소결 과정을 통해 만들어진, 세라믹 물질
. 대부분 페리 자성을 나타냄
3. 오스테나이트 (Austenite)
ㅇ 구조 : 면심입방 구조 (FCC)
- 철 - 탄소 합금에서, 고온에서 안정적인 상으로, FCC(면심입방) 구조를 가진 철의 형상
. 철강의 열처리 과정에서 중요한 상 변화 중 하나
- 특징 : 고온에서 존재, 탄소 용해도 높음 (최대 약 2.14% @ 1147℃)
. 실온에서는 존재하지 않지만 급랭하면 마르텐사이트로 전환 가능
- 주로, 스테인리스강,고 합금 강에서 중요한 역할을 함
- 색상 : 비교적 균일하거나 회색 영역
4. 시멘타이트 (Cementite, Fe₃C)
ㅇ 구조 : 화합물
ㅇ 특징 : 매우 단단하고 취성 있음, 탄소 함량 6.67%
ㅇ 역할 : 강도를 높이지만 연성과 인성 저하
ㅇ 색상 : 어두운 영역 또는 흰 선 모양(조직 내 위치에 따라 다름)
5. 덴드라이트 (Dendrite) : 수지상 결정
ㅇ 용융 금속이 응고할 때, 작은 핵을 중심으로 금속이 각 방향으로 규칙적으로 성장하여,
- 수지(樹枝 : 줄기에서 뻗어나온 나뭇가지) 형의 골격 결정을 이룬 것
. 수지형 결정이 발달하면서, 다른 수지와 만나면, 그 경계는 결정립계를 형성하게 됨
6. 마르텐사이트 (Martensite)
ㅇ 구조 : 체심정방구조 (BCT)
ㅇ 특징 : 매우 단단하고 취성 있음, 오스테나이트를 급냉(급랭) 시 형성
ㅇ 색상 : 바늘 모양 또는 렌즈형 구조
7. 펄라이트 (Pearlite)
ㅇ 구조 : 페라이트 + 시멘타이트의 층상 조직
ㅇ 특징 : 중간 정도의 강도와 연성
ㅇ 형성 조건 : 727 ℃에서 등온 변태 시 형성
ㅇ 색상 : 얇은 줄무늬(빛과 어둠이 교차)
8. 베이나이트 (Bainite)
ㅇ 구조 : 페라이트 + 시멘타이트 (형태는 펄라이트와 다름)
ㅇ 특징 : 펄라이트보다 미세하며 더 강하고 단단함
ㅇ 형성 조건 : 오스테나이트를 중간 속도로 냉각할 때
ㅇ 색상 : 미세한 바늘 모양 또는 깃털 모양