Fe-c 상태도 공정점 - fe-c sangtaedo gongjeongjeom

6.67%C까지의 탄소를 가지는 Fe-C 합금을 매우 서냉시킬 때 온도에 따라서 존재하는 상 영역을 상태도에 나타냈다. 시멘타이트로 부르는 Fe3C는 금속간화합물(Intermetallic Compound)로서 평형상이 아닌 준평형상이기 때문에 이 상태도는 엄밀하게 말하면 평형상태도가 아니며, 어떤 조건하에서 시멘타이트는 더욱 안정한 상인 철과 흑연으로 분해될 수 있다. 이러한 이유로 인해서 Fe- Fe3C계 상태도는 준안정 상태도이다. 그러나 Fe3C는 한번 형성되기만 하며 실질적으로 매우 안정하게 존재함으로 평형상으로 간주된다. Fe-C계 상태도 상의 조직, 명칭 및 결정구조를 정리한 것이다.

1. Fe-Fe3C 상태도에 나타나는 고상의 종류에는 4가지가 있다. 즉, α 페라이트, 오스테나이트, 시멘타이트 및 δ 페라이트 등이다.

(1) α 페라이트(α-Ferrite)은 α철에 탄소가 함유되어 있는 고용체를 α 페라이트 또는 단순히 페라이트라고 부르며, BCC 결정구조를 가지고 있다.

(2) 오스테나이트(Austenite)은 γ철에 탄소가 고용되어 있는 고용체를 오스테나이트라고 하며, FCC 결정구조를 가지고 있다.

(3) 시멘타이트(Cementite)은 철탄화물(Fe3C)인 시멘타이트는 고용체라기보다는 금속간화합물로서, 6.67%의 탄소를 함유하고 있다.

(4) δ 페라이트(δ-Ferrite)은 δ철의 탄소고용체를 δ 페라이트라고 하며, α 페라이트와 마찬가지로 BCC 결정구조를 가지지만 격자상수가 다르다. δ 페라이트내의 최대 탄소고용도는 1495℃에서 0.09%이다.

2. 상태도에는 3개의 불변반응(Invariant reaction)이 있는데, 그 반응은 일정한 온도에서 일어나며 3개의 상을 포함한다.

(1) 포정반응(Peritectic Reaction)은 0.53%C의 조성을 갖는 액상과 0.09%C의 조성을 갖는 δ 페라이트가 1495℃의 일정한 온도에서 0.17%C의 조성을 갖는 γ 오스테나이트로 변화하는 반응이다. 

이 반응은 고온에서 일어나며, 정상적으로는 γ 오스테나이트는 상온에서 존재할 수 없다.

(2) 공정반응(Eutectic Reaction)은 4.3%C의 조성을 갖는 액상이 1148℃의 일정한 온도에서 2.08%C의 조성을 갖는 γ 오스테나이트와 6.67%C의 시멘타이트로 변화하는 반응이다.

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일반적으로 탄소강에서는 1.2%C 이상의 탄소를 함유하지 않기 때문에 공정반응이 중요하지 않으나, 2.0%C 이상의 탄소를 함유하는 주철에서는 매우 중요하다.

(3) 공석반응(Eutectoid Reaction)은 0.8%C의 조성을 갖는 γ 오스테나이트가 723℃의 일정한 온도에서 0.02%C의 조성을 갖는 α 페라이트와 6.67%C의 시멘타이트로 분해되는 반응이다.

1) A0 변태점 : 210°C ~ 시멘타이트의 자기변태점

2) A1변태점 : 723°C ~ “강”에만 존재 <주의> 순철에는 없다 !

3) A2변태점 : 768°C ~ 순철의 자기변태점, 퀴리점 (※ 강의 경우 770°C )

4) A3변태점 : 912°C ~ 동소변태점

5) A4변태점 : 1400°C ~ 동소변태점

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추가

- 순철의 용융점 : 1538 °C

- 공석 반응 : 723 °C

- 공정반응 : 1130°C

- 포정반응 1495 °C

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1) A0 변태점 : 210°C ~ 시멘타이트의 자기변태점

2) A1변태점 : 723°C ~ “강”에만 존재 <주의> 순철에는 없다 !

3) A2변태점 : 768°C ~ 순철의 자기변태점, 퀴리점 (※ 강의 경우 770°C )

4) A3변태점 : 912°C ~ 동소변태점

5) A4변태점 : 1400°C ~ 동소변태점

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추가

- 순철의 용융점 : 1538 °C

- 공석 반응 : 723 °C

- 공정반응 : 1130°C

- 포정반응 1495 °C

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