|
⊙변태(transformation) ⇒ 같은 물질이 다른 상으로 변하는 것.
ex) 고체 ⇒ 액체 ⇒ 기체
⊙변태점 : 변태가 일어나는 온도
(1)금속 및 합금의 변태와 평형
1.동소변태(allotropic transformation)
★한 원소로 이루어진 물질에서 결정구조가 바뀌는 것
★일정온도에서 급속한 비연속적 변화 발생
★동소변태 금속 : Fe, Co, Ca, Sn, Ti
2.자기변태(magnetic transformation)
★원자배열의 변화없이 자성만 변함
★점진적 연속적 변화
★자기변태 금속 : Fe, Co, Ni
3.변태점의 측정 ⇒ 주로 열분석에 의한 열변화를 측정하여 변태점 산출
(기타방법 : 전기저항, 열팽창, 자성변화, X선 등)
(가)열분석(thermal analysis)법 ⇒ 일정한 속도로 가열,냉각할 때 온도와 시간과의 관계곡선으로부터 굴곡을 조사하여 변태점을 구하는 방법
(ㄱ)시간-온도곡선에 의한 방법
(ㄴ)시차 열분석법 : 열변화를 확대하여 측정
(나)전기 저항 측정법
●고체에서의 동소변태, 자기변태 측정에 가장 적합한 방법
●금속과 합금의 전기저항이 온도변화에 연속적이나 변태점에서는 불연속적인 성질을 이용한 방법
(다)열팽창 측정법
4.1성분계의 상평형과 상률
★상태도 : 주어진 조건(온도,압력,구조,성분)에 존재하는 물질의 상태를 알기 쉽게 표시해 놓은 도표
(가)1성분계의 상평형
●1성분계 상태도 : 순물질(단일성분)에 대한 상태도
●3중점(triple point) : 기상, 액상, 고상이 함께 존재하는 점
ex)물의 3중점(0.006기압, 0.0075℃)
(나)상률
●깁스(gibbs)의 상률
F = C+2-P(일반물질)
F = C-P+1(금속)
(C=구성물질의 성분수, P=존재하는 상의 수, F=자유도)
●F=0(불변계), F=1(1변계), F=2(2변계)
5.물질계와 계의 평형
(가)물질계
●계(system) : 하나 혹은 몇 개의 물질이 독립해서 한 상태를 이루는 것
●균일계(단상계) : 전체가 거시적으로 균질한 것
●불균일계(다상계) : 단상계가 여러개 모인 복합계
●성분(component) : 계를 구성하는 물질의 종류
●조성(composition) : 성분의 양의 비
(나)계의 평형
●역학적 평형의 예 : 쇠구슬이 산꼭대기에서 골짜기의 가장 낮은 곳으로 떨어졌을 때
●열평형 : 뜨거운 물체가 찬 물체와 접촉하여 동일한 온도가 되었을 때
●화학평형 : 짠 국물에 물을 더 부어 간이 알맞게 되었을 때
※완전한 열역학적 평형 : 역학적, 열 및 화학평형이 동시에 이루어진 평형
(2)합금
⊙합금(alloy) : 금속-금속 or 금속-비금속 원소가 합쳐져서 금속적 특성을 나타내는 것
⊙합금의 특징
①용융온도가 낮아진다.
②경도가 커진다.
③전기,열 전도율이 떨어진다.
⊙합금의 분류
①주체 금속에 따라 : Fe합금, Cu합금, Al합금
②합금 특성에 따라 : 내열합금, 내식합금, 경합금
③응고 상태에 따라
㉠단상합금 : 고용체(solid solution), 금속간 화합물(intermetallic compound)
㉡2상합금
㉢다상합금
1.고용체
★용체
한 물질이 다른 물질에 용해되어 균일한 물질로 된 것
★용액(solution) : 액체인 용체
★고용체(solid solution) : 고체 용체
㉠침입형 고용체 : 강, 질화강
※침입형 원자 : C, H, O, N, B
㉡치환형 고용체 : Ag-Cu, Cu-Zn
※규칙격자형 고용체 : ,Cu3Au, CuAu, CuAu3
2.금속간 화합물
★2종 이상의 금속원소가 원자의 정수비로 결합되어 성분 금속과는 다른 성질을 가진 독립된 화합물
★매우 단단하며 높은 용융점을 가진다.
ex)WC(초경공구 재료)
3.공정과 공석
(가)공정(eutectic)
일정한 온도에서 한 액체로부터 두 종류의 고체가 동시에 정출해 나온 혼합물
ex) C4.3%주철은 1130℃에서 레데부라이트
※레데부라이트=오스테나이트+시멘타이트(혼합물)
 
(나)공석(eutectoid)
일정한 온도에서 한 고용체로부터 두 종류의 고체가 일정한 비율로 동시에 석출해서 생긴 혼합물(주로 층상조직)
ex) C0.8%강은 723℃에서 오스테나이트로부터 펄라이트 석출
※펄라이트=페라이트+시멘타이트
4.금속의 상 변태
★상 변태(phase transformation)
온도,압력의 변화에 의해 결정구조가 바뀌는 것
|
고온 |
온도강하 |
저온 |
|
단상평형상태 |
응고
동소변태
석출
규칙격자 생성
공정반응
공석반응
마텐자이트 변태 |
저온평형상태 |
★확산형 상변태 : 개개의 원자가 열적으로 활성화된 이동으로 일어나는 변태
ex)공석변태, 석출현상, 순금속의 동소변태
(3)평형상태도
1.상태도 보는 법
(가)액상선과 고상선
(나)합금 조성의 표시
(ㄱ)천칭관계
(ㄴ)무게비
M금속 m⒢과 N금속 n⒢의 합금에서
·M금속의 무게비(%)=m/(m+n)×100
·N금속의 무게비(%)=n/(m+n)×100
(ㄷ)원자비
M, N금속의 원자수를 각각 p,q 라 할 때
·M금속의 원자비(%)=p/(p+q)×100
·N금속의 원자비(%)=q/(p+q)×100
(다)용해도 곡선
2.전율 고용체계 합금
3.공정계 합금
(가)두 성분이 순수하게 정출되는 경우
ex)Au-Th, Ag-Pt, Au-Bi, Pb-Sn, Cu-Ag
(나)고용체가 정출되는 경우의 공정계 상태도
ex)Cu-Au, Al-Si, Ag-Cu, Au-Ni, Au-Co, Cd-Sn
4.금속간 화합물계 합금
ex)Fe3C, Ni3Al, Mg2Sn,MgZn2, Ca3Mg4
5.편정계 상태도
★편정 반응(monotectic reaction)
※액상(A)⇒고상+액상(B)
6.포정계 상태도
★포정 반응(peritectic reaction)
※고상(A)와 이를 둘러싼 액상의 작용으로 고상(A) 둘레에 고상(B)를 형성하는 반응
※포정반응을 일으키는 금속 : Ag-Cd, Fe-Au, Al-Cu등 |