연속 냉각 변태 곡선



CCT 곡선 

 등온 열처리는 고온의 열처리 온도로 급속 냉각되고 유지되어야 하기 때문에 사용하는데 어려움이 있다. 강에서 대부분의 열처리는 상온에서 연속적인 냉각을 한다. 그러므로 등온 열처리를 수정한 곡선이 연속 냉각 변태도[continuous cooling transformation(CCT) diagram]이라 한다.
 v 직선의 기울기가 클수록 냉각속도가 크다. 가장 느린 냉각인 노냉은 v1, 약간 빠른 냉각인 공냉은 v2, 가장 빠른 냉각인 수냉은 v5이다.
 제일 느린 냉각속도 v1에서 냉각곡선이 변태 시작 선에 있는 a1을 지나고, 변태 종료 선에 위치하는 b1점을 지나치는 것으로 보아 냉각곡선이 펄라이트 변태 시작선과 종료 선을 통과한다는 것을 알 수 있다. 이와 같이 노냉 시에는 오스테나이트가 펄라이트로 변태하게 된다. 이 변태는 변태 시작 선의 높은 온도에서 일어나므로 이 펄라이트 조직은 조대하게 된다.
 v2에서도 펄라이트 변태 시작 선과 종료 선을 통과하고 있으므로 오스테나이트는 펄라이트로 변태된다. 하지만 노냉보다 시작 온도와 종료 온도가 낮으므로 펄라이트 조직은 미세해진다.
 냉각속도가 v5보다 클 때는 오스테나이트가 모두 마텐자이트로 변태된다. Ms점은 마텐자이트의 변태가 시작되는 온도를 나타낸다. v5는 임계 냉각속도라고 하며, 임계 냉각속도로 냉각 시 펄라이트를 형성하지 않고 모두 마텐자이트로 변태된다.

냉각 방법 
 노냉 (Furnace cooling): 재료를 가열로 속에서 서서히 냉각하는 조작으로 노(furnace) 안의 고온도에서 서서히 냉각시키는 방법이다.
 공랭 (Air cooling): 공랭은 가열된 강(steel)을 대기 중에 가만히 방치하여 냉각하는 방법이다.
 수냉 (Water cooling): 재료를 물속에 넣어 급랭시키는 냉각 방법이다.

열처리 방법 
 풀림 (Annealing): 재료를 고온으로 장시간 유지시킨 후 서서히 냉각하는 열처리 방법이다. 일반적으로 이러한 풀림 처리는 잔류 응력의 제거, 연성의 향상, 특정한 미세구조의 형성을 위해 사용된다.
 노멀라이징 (Normalizing): 결정 조직이 크거나 변형이 있는 것을 정상으로 만들기 위한 목적으로 하는 열처리 방법이다. 보통 강을 가열한 다음 공랭시킨다.
 급랭 (Quenching): 금속이나 합금의 내부에서 일어나는 변화를 저지하여, 고온에서의 안정상태 또는 중간상태를 저온, 온실에서 유지하는 방법이다.

미세조직 
 * 페라이트 (Ferrite): 상온에서의 안정된 형태인 α철의 결정구조이다. 이는 체심입방구조(BCC)를 가진다.
 * 시멘타이트 (Cementite): 철과 탄소가 결합한 탄화물로, 고온의 강철 속에 생긴다. 탄화철(Fe3C)이며 탄소는 6.67% 함량하고 있다.
 * 펄라이트 (Pearlite): 페라이트와 시멘타이트의 공석정(eutectoid)을 펄라이트라 한다. 현미경으로 페라이트와 시멘타이트의 얇은 편이 서로 층상으로 되어 있으며, 현미경을 통해 보았을 때 진주 같은 광택이 나타나서 펄라이트라 명명하였다. 펄라이트 조직은 오스테나이트 상태의 강을 서서히 냉각(풀림)하였을 때 생기는 조직이며 풀림된 상태의 것이다. 펄라이트 속의 탄소 농도는 항상 일정하며 약 0.85%이다. 펄라이트는 경도가 작고 자력성이 있다. 비중은 오스테나이트와 마텐자이트의 중간이며, 강의 조직 중에서 가장 안정되어 있다. 페라이트와 시멘타이트가 층상으로 되어있는 것을 펄라이트라 하며, 그 층 간격의 대소에 따라 보통 펄라이트, 중 펄라이트, 미세 펄라이트의 세가지로 분류하고 있다.
 * 오스테나이트 (Austenite) ; 탄소를 고용하고 있는 γ철이며, 급랭한 강(steel) 조직의 일종이다. 결정 구조는 면심입방정계(FCC)로서 강을 726℃ 이상으로 가열하였을 때 이루어지는 조직이다. 탄소의 용해도는 1140℃에서 2.1%이며, 탄소 함유량에 따라 오스테나이트의 물리적 기계적 성질이 다르다. 탄소 함유량이 많은 오스테나이트일수록 경도가 커진다. 오스테나이트는 비자성체이며 전기 저항이 크다. 경도는 마텐자이트보다 적지만 인장강도와 비교하면 연신이 크다. 또 상온에서는 불안정한 조직으로서 상온 가공을 하면 마텐자이트로 변화한다. 현미경으로 보면 다각형의 조직을 나타낸다. 급랭한 강에서 잔류하는 오스테나이트 조직의 양은 고탄소강일수록, 담금질 온도가 높을수록 많다.
 * 마르텐사이트 (Martensite): 탄소를 과포화 상태로 고용하는 α고용체인 철이다. 급랭한 강의 조직이다. 결정 구조는 체심정방정계(BCT) (α-마텐자이트)와 체심입방정계(BCC) (β-마텐자이트)이며, 현미경으로 보면 삼베모양 또는 침상 조직으로 되어 있다. 강을 급랭하여 변태가 생겼을 때와 오스테나이트를 상온 가공함으로써 된 조직이며, 상온에서는 불안정하다. 강의 급랭 조직 중에 가장 경도가 크며 여리다. 강력한 자성이 있으며 오스테나이트보다 밀도가 적다.

참고 문헌 
 William D. Callister, David G. Rethwisch, 재료과학과 공학, 420-435, 시그마프레스, 서울, (2015).

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