Chapter5Phase TransformationPart III

강의명 : 기계재료공학 ( M FA 9 0 0 9 )

정영웅

창원대학교 신소재공학부

YJ E O N G @ C H A N G W O N . A C . K R

연구실 : # 5 2 - 2 1 2 전화 : 0 5 5 - 2 1 3 - 3 6 9 4

H O M E PA G E : H T T P : / / YO U N G U N G .G I T H U B . I O

Recap§등온변태도: γ-austenite → α-Ferrite + Fe3C eutectic reaction의예로살펴봄

100

50

01 10 2 10 4

T = 675°C

y,

% tr

ansf

orm

ed

time (s)

400

500

600

700

1 10 10 2 10 3 10 4 10 5

0%pearlite

100%

50%

Austenite (stable) TE (727°C)Austenite

(unstable)

Pearlite

T(°C)

time (s)

isothermal transformation at 675�C

γ γ

γγ γ

γ

조대pearlite

미세pearlite

Cooling curve

Outline§지금까지논의해온미세조직: 펄라이트(pearlite), 스페로이다이트(spheroidite), 베이나이트(bainite), 마텐사이트(martensite)

§위구조들을갖는 Fe-C 합금(alloy)의기계적성질에대해논의해볼것이다.

§기계적성질 review:§ Yield stress§ Ductility§ Hardness§ Toughness

기계적성질 review

Engineering tensile strain, e

Engineering tensile stress, σ

small toughness (ceramics)

large toughness (metals)

Ductility

Adapted from Fig. 8.13, Callister & Rethwisch 9e.

Engineering tensile strain, e

Engineering tensile stress, σ

smaller %EL

larger %EL

Yield strength

Tensile strengthToughness

Pearlite

§Cementite의분율을 carbon의농도로표현(ferrite/cementite중Carbon은 cementite에만존재)

Hardness()*+ > Hardness- (Brinell, Rockell)Strength()*+ > Strength- (TS, YS포함)

Ductility()*+ < Ductility- (%RA,%EL)Toughness()*+ < Toughness- (energy)

Pearlite and Spheroidite comparison

§Cementite의분율을 carbon의농도로표현(ferrite/cementite중Carbon은 cementite에만존재)

Hardness()*+ ,+-./)0+ > Hardness23-.4+ ,+-./)0+ > Hardness567+.3)8)0+Strength()*+ ,+-./)0+ > Strength23-.4+ ,+-./)0+ > Strength567+.3)8)0+

Ductility()*+ ,+-./)0+ < Ductility23-.4+ ,+-./)0+ < Ductility567+.3)8)0+Toughness()*+ ,+-./)0+ < Toughness23-.4+ ,+-./)0+ < Toughness567+.3)8)0+

Bainite§Bainite는 ferrite나 cementite보다더미세한구조 –전자현미경으로만관찰가능

§일반적으로 pearlite보다강도(strength)와경도(hardness)가높다.그리고적당한강도와연성(ductility)을가짐

Martensite§Fe-C 합금시스템에서얻어지는미세조직중가장단단하고강하다. 또한가장brittle하고연성이거의없다.

• 침입형탄소원자의전위이동방해• BCT 구조에 slip system이적은점

연성이거의없어서대부분의응용에부적합할수있다. 따라서Martensite 상을가진합금을사용하기위해서는재료의연성을높이기위한열처리가필요하다.

Tempered martensite§Tempering (뜨임) – 내부의응력을제거하고, 마텐사이트의연성과인성을증가시키기위한열처리. 특정시간동안 eutectic temperature 이하에서가열하는열처리. 일반적으로 250 °C ~ 650 °C사이에서수행한다. 마텐사이트기저(base)에존재하는탄소원자의확산발생. 탄소원자는 Fe와결합하여해당온도구간에서의평형상인 cementite(Fe3C)로바뀐다. 다만이때발생하는 Cementite의사이즈가 spheroidite에존재하는구상 cementite에비교하여매우작다(본래 martensite가 bainite나 pearlite에비교해많이미세한구조였으므로)

템퍼링으로얻어진효과경도와강도가약간줄어드는대신에인성과연성이현저히향상된다.

오스테나이트기저(base)에서얻을수있는다양한미세조직St

reng

th

Duc

tility

Martensite Tempered Martensite

BainiteFine Pearlite

Coarse Pearlite Spheroidite

General Trends

M-Str. And Mech. Props. Summary: Table 12.2