*. 재결정 집합조직
1) 우선 방위, 변형 집합조직
변현의 주 효과는 결정의 방위에 나타난다, 단결정이 슬립에 의해서 변형할 경우, 그 방위가 일반적으로 변화되는 것은 쉽게 이해된다 . 장력의 축이 그림 1의 T 에 있는 것처럼 응력을 받는 결정의 경우와 같이 슬립이 단일 面上의 단일방향으로 일어나면, 방위는 최초 T 가 큰원을 따라 P를 향한 것처럼 변화한다. 그러나, S 점에 도달하면 2차 슬립계도 같은 응력을 받아서, T는 P'로 향하려는 경향을 갖게 된다. 이 2 개의 슬립과정의 합성의 결과 , 즉 T는 CH를 따라 <121>의 위치에 도달할 때까지 움직인다. 이와 같은 순수환 幾何學的인 고찰만으로 실험사실을 충분히 설명할 수는 없으나, 많은 경우에 2차 슬립계는 S점에 도달하기 훨씬 전에 활동을 시작한다. 그러나, 2, 3 의 경우 특히 황동에 있어서는 2중 슬립의 개시는 S 점을 추월한 후에 겨우 시작한다.
변형하는 동안에 근접하여 가는 방위는 작용하는 응력계 및 금속의 결정구조에 의해서 좌우된다. 표 1에는 몇 개의 응력계와 금속에 대해서 가장 잘 나타나는 優先方位가 표시되어 있다.
그림 1 . 1개 계의 슬립에 의한 표 1 . 변형 집합조직
방위 의 변화
압연으로 95% 얇게 한 규소철의 집합조직에 대한 極點圖에서 알수 잇듯이, 표 1의 것과 같은 우선방위의 표시는 단순화된 표시법이다. "이론적" 집합 조직의 주위 방위의 널리퍼짐은 여러 빗금을 그어 표시한다.
*. 석출상의 형상과 모상과의 결정학적 관계
2)정벽면
析出相의 모상과의 체적의 차이에 의한 변형이 주로 모상에 의해서 완화된다고 가정한다. 그러면 서굴입자의 단위체적당의 변형에너지 Nabarro 에 의해 다음 식과 같이 나타낼수 있다.
여기서, : 母相의 강성률
: 모상과 析出相의 비용적의 차
: 변형에너지의 상대적인 크기를 회전타원체의 형상의 함수로써 표시한 것
그림 2는 의 변화를 표시한다. 이것에 의하면 는 일 때 최대값 1을 갖고, 일 때 0.75, 그리고 일 때는 근사적으로 와 동등하다. 따라서 변형에너지는 석출물이 박판일 때 최소가 된다. 그러나, 석출상과 모상과의 사이에서 계면에너지는 체적에 대한 표면적의 비로써 정하여지므로 박판쪽이 구형입자의 경우에 비해서 높다. 그렇기 때문에 실제의 석출핵의 모양은 양쪽의 인자에 의해서 결정된다.
석출물과 모상 사이의 결합관계(Coherency)가 있다는 것은 원자의 배열 및 간극이 동일하던가 또는 대부분 동등한 결정면을 갖고 있다는 것이다
즉, 2개의 결정에 잇어 특정의 결정면에서 평행하고 그리고 이들의 면 중에 어느 방향이 일치하게 된다. 예를들면 1개의 결정이 조밀육방정이고 그 밖의 1개가 면심입방정일 때 결합관계는 다음과 같이 표시된다.
(0001)hcp // (111)fcc
[2110]hcp // [110]fcc
석출물이 판상 또는 봉상이면 판의 면 또는 봉의 축에 평행한 모상의 면이 晶癖面(Habit Plane)으로서 표시된다. 그 예가 그림 9-3의 (a) 이다. 결합 관계가 잇을때는 모상내에 결합 변형을 생기게 하고, 석출핵의 발생 및 성장에 중요한 영향을 준다. 또, 시효경화의 원인이 되기도 한다. 전자 현미경에 의해서 결합변형을 생기게 하고, 석출핵의 발생 및 성자에 중요한 영향을 준다. 또, 시효경화의 원인이 되기도 한다. 전자 현미경에 의해서 결합변형에 의한 대조(Contrast)를 관찰할 수있다. 석출물의 크기가 점차로 증가하면 결합변형이 증가하고, 그림 3의 (b) 에 표시관 바와 같이 계면에 전위를 만들어 주는 것이 에너지적으로 적합하다. 그때 계면은 전위에 의해서 나누어진 완전한 결합영역으로부터 이루어지게 된다. 이것이 半結合界面(Semi-coherent interface) 이라고 하는 것이다. 석출물이 대단히 크게 되면 계면의 전위는 증가하고 최후에는 결합성을 상실하게 된다. 이 단계에서 재료는 연화되므로 過時效 (over-aging)라고 한다.
그림 3 (a) 2상 사이에 완전한 결합을 한 계면,
(b) 전위에 의해서 분리된 계면의 영역을 가지는 반결합을 한 계면
3) G-P zone
시효의 초기단계에서의 과포화 고용체의 제 1의 변화로서 모상결정의 격자상에 국부적으로 용질원자가 집합해서 작은 집단을 형성할 때가 있다. 이 집단은 발견자의 이름을따서 G-P zone(Guinier-Preston zone의 약자) 또는 G-P 집합체, G-P띠라고도 한다. (100)면에 생긴 Al-Cu 합금의 G-P 대를 그림 4에 표시하였다. G-P대의 크기는 10이하로부터 수백 이다. 표 2에는 여러 가지 합금의 G-P 대의 형상을 표시하였다. 용질원자와 용매언자의 원자반경의 차가 크게 되면, 변형에너지를 완화시키기 때문에 G-P 대가 판상이 된다. G-P 대는 모상과 결합관계를 유지하고 있으므로 대단히 큰 결합변형을 모상에 부여하고 있다는 것은 당연하다. G-P 대는 저온에서 중간상 및 안정상에 비해서 대단히 빨리 형성된다. 그러나, G-P대는 중간상 및 안정상에 비해서 에너지적으로는 불안정하기 때문에 고온에서는 존재할 수 없다.
표 2 G-P대의 형태
* ε은 용질원자와 용매원자의 원자 반경의 차[%]를 주어진 것이고, 다음 식에의 구한 것
여기서, a: 격자정수, c: 용질농도
그림 4 Al- Cu 합금에 있어 평판상 G-P대의 모형
담금질 후 비교적 저온 ( 실온근처)에서 시효시켜 G-P 대를 형성시킨후 상태도에서 보면 석출이 다시 진행되어 보다 높은 온도에 이르면 그 온도에서의 석출이 일어나기 전에 G-P 대가 분해 소멸하고 여러 가지 성질이 담금질 직후의 가까운 상태로 돌아온다. 이 현상을 복원이라고 한다. 이것이 G-P대의 형성과정이 저온시효라고 하여 고온에서의 뜨임시효(高溫時效)와 구별되는 이유 중의 하나이다. 복원이 생기는 최저온도를 여러 가지의 합금농도에 대해서 측정함으로써 상태도중에 G-P대가 존재하는 범위, 즉 G-P 대에 대한 준평행상태도를 그릴 수가 있다. 예로서 Al-Cu 합금에 잇어서의 G-P(1)대와 G-P(2)대 ( 라고도 한다. 보통의 G-P대에 비해서 원자배열이 규칙적으로 되어 있다.) 의 경우를 그림 5 에 표시하였다.
그림 5 Al-Cu 합금에 있어서의 시효생성물의 존재가능한 범위, (a) Borelius, (b) Silcock
4) Widmanstatten 조직
①조직 사진
②강 종 탄소강 : 아공석강
③조 직 명 위드만스테텐(Widmanstatten)
④조직 설명
페라이트와 펄라이트, 페라이트는 백색이고, 펄라이트는 흑색으로 나타나며, 침상의 페라이트는 위드만스테텐(Widmanstatten) 조직을 나타내고 있다.
⑤열 처 리
1280℃로 1시간 가열후 냉각
⑥해 설
강재를 풀림, 불림, 소입 등의 열처리를 할때 필요이상의 고온으로 가열하면, 오스테나이트 결정립이 온도가 높을수폭 성장하고, 현저하게 조대화하기 때문에 취약해진다. 사진은 0.3%C 강재의 과열조직으로 위드만스테텐(widmanstatten) 조직을 나타내고 있다. 이것은 페라이트가 모체 오스테나이트의 정팔면체의 결정면에 석출했기 때문이다.
오스테나이트 결정립의 성장은 가열온도가 상승함에 따라서 현저히 커지지만, 일정 온도를 유지했을 경우 탄소강은 약 2시간 정도면 결정립이 일정한 크기에 달한다.
그러나 열간가공(가령 단조)에 의하서 미세화되며, 또 단조온도가 높을 경우에는 단조가 끝나면 조대화하므로 과열조직이 나타날 수 있다.
1) 우선 방위, 변형 집합조직
변현의 주 효과는 결정의 방위에 나타난다, 단결정이 슬립에 의해서 변형할 경우, 그 방위가 일반적으로 변화되는 것은 쉽게 이해된다 . 장력의 축이 그림 1의 T 에 있는 것처럼 응력을 받는 결정의 경우와 같이 슬립이 단일 面上의 단일방향으로 일어나면, 방위는 최초 T 가 큰원을 따라 P를 향한 것처럼 변화한다. 그러나, S 점에 도달하면 2차 슬립계도 같은 응력을 받아서, T는 P'로 향하려는 경향을 갖게 된다. 이 2 개의 슬립과정의 합성의 결과 , 즉 T는 CH를 따라 <121>의 위치에 도달할 때까지 움직인다. 이와 같은 순수환 幾何學的인 고찰만으로 실험사실을 충분히 설명할 수는 없으나, 많은 경우에 2차 슬립계는 S점에 도달하기 훨씬 전에 활동을 시작한다. 그러나, 2, 3 의 경우 특히 황동에 있어서는 2중 슬립의 개시는 S 점을 추월한 후에 겨우 시작한다.
변형하는 동안에 근접하여 가는 방위는 작용하는 응력계 및 금속의 결정구조에 의해서 좌우된다. 표 1에는 몇 개의 응력계와 금속에 대해서 가장 잘 나타나는 優先方位가 표시되어 있다.
그림 1 . 1개 계의 슬립에 의한 표 1 . 변형 집합조직
방위 의 변화
압연으로 95% 얇게 한 규소철의 집합조직에 대한 極點圖에서 알수 잇듯이, 표 1의 것과 같은 우선방위의 표시는 단순화된 표시법이다. "이론적" 집합 조직의 주위 방위의 널리퍼짐은 여러 빗금을 그어 표시한다.
*. 석출상의 형상과 모상과의 결정학적 관계
2)정벽면
析出相의 모상과의 체적의 차이에 의한 변형이 주로 모상에 의해서 완화된다고 가정한다. 그러면 서굴입자의 단위체적당의 변형에너지 Nabarro 에 의해 다음 식과 같이 나타낼수 있다.
여기서, : 母相의 강성률
: 모상과 析出相의 비용적의 차
: 변형에너지의 상대적인 크기를 회전타원체의 형상의 함수로써 표시한 것
그림 2는 의 변화를 표시한다. 이것에 의하면 는 일 때 최대값 1을 갖고, 일 때 0.75, 그리고 일 때는 근사적으로 와 동등하다. 따라서 변형에너지는 석출물이 박판일 때 최소가 된다. 그러나, 석출상과 모상과의 사이에서 계면에너지는 체적에 대한 표면적의 비로써 정하여지므로 박판쪽이 구형입자의 경우에 비해서 높다. 그렇기 때문에 실제의 석출핵의 모양은 양쪽의 인자에 의해서 결정된다.
석출물과 모상 사이의 결합관계(Coherency)가 있다는 것은 원자의 배열 및 간극이 동일하던가 또는 대부분 동등한 결정면을 갖고 있다는 것이다
즉, 2개의 결정에 잇어 특정의 결정면에서 평행하고 그리고 이들의 면 중에 어느 방향이 일치하게 된다. 예를들면 1개의 결정이 조밀육방정이고 그 밖의 1개가 면심입방정일 때 결합관계는 다음과 같이 표시된다.
(0001)hcp // (111)fcc
[2110]hcp // [110]fcc
석출물이 판상 또는 봉상이면 판의 면 또는 봉의 축에 평행한 모상의 면이 晶癖面(Habit Plane)으로서 표시된다. 그 예가 그림 9-3의 (a) 이다. 결합 관계가 잇을때는 모상내에 결합 변형을 생기게 하고, 석출핵의 발생 및 성장에 중요한 영향을 준다. 또, 시효경화의 원인이 되기도 한다. 전자 현미경에 의해서 결합변형을 생기게 하고, 석출핵의 발생 및 성자에 중요한 영향을 준다. 또, 시효경화의 원인이 되기도 한다. 전자 현미경에 의해서 결합변형에 의한 대조(Contrast)를 관찰할 수있다. 석출물의 크기가 점차로 증가하면 결합변형이 증가하고, 그림 3의 (b) 에 표시관 바와 같이 계면에 전위를 만들어 주는 것이 에너지적으로 적합하다. 그때 계면은 전위에 의해서 나누어진 완전한 결합영역으로부터 이루어지게 된다. 이것이 半結合界面(Semi-coherent interface) 이라고 하는 것이다. 석출물이 대단히 크게 되면 계면의 전위는 증가하고 최후에는 결합성을 상실하게 된다. 이 단계에서 재료는 연화되므로 過時效 (over-aging)라고 한다.
그림 3 (a) 2상 사이에 완전한 결합을 한 계면,
(b) 전위에 의해서 분리된 계면의 영역을 가지는 반결합을 한 계면
3) G-P zone
시효의 초기단계에서의 과포화 고용체의 제 1의 변화로서 모상결정의 격자상에 국부적으로 용질원자가 집합해서 작은 집단을 형성할 때가 있다. 이 집단은 발견자의 이름을따서 G-P zone(Guinier-Preston zone의 약자) 또는 G-P 집합체, G-P띠라고도 한다. (100)면에 생긴 Al-Cu 합금의 G-P 대를 그림 4에 표시하였다. G-P대의 크기는 10이하로부터 수백 이다. 표 2에는 여러 가지 합금의 G-P 대의 형상을 표시하였다. 용질원자와 용매언자의 원자반경의 차가 크게 되면, 변형에너지를 완화시키기 때문에 G-P 대가 판상이 된다. G-P 대는 모상과 결합관계를 유지하고 있으므로 대단히 큰 결합변형을 모상에 부여하고 있다는 것은 당연하다. G-P 대는 저온에서 중간상 및 안정상에 비해서 대단히 빨리 형성된다. 그러나, G-P대는 중간상 및 안정상에 비해서 에너지적으로는 불안정하기 때문에 고온에서는 존재할 수 없다.
표 2 G-P대의 형태
* ε은 용질원자와 용매원자의 원자 반경의 차[%]를 주어진 것이고, 다음 식에의 구한 것
여기서, a: 격자정수, c: 용질농도
그림 4 Al- Cu 합금에 있어 평판상 G-P대의 모형
담금질 후 비교적 저온 ( 실온근처)에서 시효시켜 G-P 대를 형성시킨후 상태도에서 보면 석출이 다시 진행되어 보다 높은 온도에 이르면 그 온도에서의 석출이 일어나기 전에 G-P 대가 분해 소멸하고 여러 가지 성질이 담금질 직후의 가까운 상태로 돌아온다. 이 현상을 복원이라고 한다. 이것이 G-P대의 형성과정이 저온시효라고 하여 고온에서의 뜨임시효(高溫時效)와 구별되는 이유 중의 하나이다. 복원이 생기는 최저온도를 여러 가지의 합금농도에 대해서 측정함으로써 상태도중에 G-P대가 존재하는 범위, 즉 G-P 대에 대한 준평행상태도를 그릴 수가 있다. 예로서 Al-Cu 합금에 잇어서의 G-P(1)대와 G-P(2)대 ( 라고도 한다. 보통의 G-P대에 비해서 원자배열이 규칙적으로 되어 있다.) 의 경우를 그림 5 에 표시하였다.
그림 5 Al-Cu 합금에 있어서의 시효생성물의 존재가능한 범위, (a) Borelius, (b) Silcock
4) Widmanstatten 조직
①조직 사진
②강 종 탄소강 : 아공석강
③조 직 명 위드만스테텐(Widmanstatten)
④조직 설명
페라이트와 펄라이트, 페라이트는 백색이고, 펄라이트는 흑색으로 나타나며, 침상의 페라이트는 위드만스테텐(Widmanstatten) 조직을 나타내고 있다.
⑤열 처 리
1280℃로 1시간 가열후 냉각
⑥해 설
강재를 풀림, 불림, 소입 등의 열처리를 할때 필요이상의 고온으로 가열하면, 오스테나이트 결정립이 온도가 높을수폭 성장하고, 현저하게 조대화하기 때문에 취약해진다. 사진은 0.3%C 강재의 과열조직으로 위드만스테텐(widmanstatten) 조직을 나타내고 있다. 이것은 페라이트가 모체 오스테나이트의 정팔면체의 결정면에 석출했기 때문이다.
오스테나이트 결정립의 성장은 가열온도가 상승함에 따라서 현저히 커지지만, 일정 온도를 유지했을 경우 탄소강은 약 2시간 정도면 결정립이 일정한 크기에 달한다.
그러나 열간가공(가령 단조)에 의하서 미세화되며, 또 단조온도가 높을 경우에는 단조가 끝나면 조대화하므로 과열조직이 나타날 수 있다.
다음검색