Phase Transformation   상 변태

(2023-12-05)

동소 변태, 자기 변태, 변태점


1. 상 변태 (Phase Transformation, 相變態)

  ㅇ 어떤 공정(온도,압력 변화)을 통해, 상 변화가 있게되는 것
     - (주로, 용융금속 액체가 냉각되면서, 다양한 고체 상으로 변할 때의, 상 변화를 지칭 함)
     - 한 결정구조에서 다른 결정구조로 변하면서, 의 종류 및 의 수에서 변화가 있게 됨
        . 주요 例) 금속 응고 현상 등
     - 통상, 가열 후 여러 다른 속도로 냉각시키면서, 
        . 기계적 성질(강도,경도,연성,인성,내마모성 등)을 개선시킴

  ㅇ 특징
     - (구조 변화)  결정 격자배열 변화가 일어남
     - (성질 변화)  이에따라, 물리적,화학적,기계적 성질에 많은 변동이 발생됨


2. 상 변태의 과정

  ㅇ 상 변태 과정을 크게 2가지로 구분
     - (핵 형성, nucleation) 
     - (핵 성장, growth)


3. 상 변태의 구분

  ㅇ 동소 변태 (Allotropic Transfromation)
     - 동일 원소에서의 변태
     - 고체 상(相) 동안에도 상변화를 갖을 수 있음 (즉, 서로다른 결정구조도 가능)
     - 특정 온도에서 불연속적인 성질 변화를 갖음
     - 원자 배열에 변화 있음
        . 따라서, 상당한 시간을 요하며, 가열/냉각 시에 변태 온도 다름

  ㅇ 자기 변태 (Magnetic Transfromation)
     - 강자성체 금속이 일정 온도 이상에서,
        . 결정구조는 바뀌지 않고, 자성 만을 잃고 상자성체로 바뀌는 변화 
     - 상 변태 라기 보다는 에너지적인 변화로 봄
     - 넓은 온도 구간에서 연속적인 변화를 갖음
     - 원자 배열에 변화 없음
        . 따라서, 가열/냉각 시에 온도 변화 없음
     - 例) 순철자기 상 변태점 : 768℃ (A2 변태)
        . A2 변태 : α-Fe(강자성) {#\overset{768℃}{\rightleftarrows}#} α-Fe(상자성)


4. 상 변태의 경계

  ㅇ 상 변태점 (Transformation Point, Transformation Temperature, 變態點)
     - 변태가 일어나는 온도

  ㅇ 상 경계선
     - 고체상선, 고상선 (Solidus), 액화 곡선
        . 2성분계에서, 용융 평형에 있는 두 상 중에, 고체 상의 조성,온도 간의 관계를 나타내는 곡선
     - 액상선 (Liquidus)

  ㅇ 상 평형 (Phase Equilibrium), 공존 영역 (phase coexistent region)
     - 한 상에서 다른 상으로 물질의 알짜 흐름 없음 (겉보기에 변화가 없는 상태)
        . 내부적으로 분자의 활발한 이동이 있음
     - 두 개의 평형상태로 공존하는 영역 : `기체액체`, `기체고체`, `액체고체`


5. [참고사항] 철 동소체 (Fe)로써, 3개의 고체 을 갖음
     -  912 ℃ 이하    (α-Fe, α 철)  :  BCC(체심입방) 결정구조
     -  912 ~ 1400 ℃  (γ-Fe, γ 철)  :  FCC(면심입방) 결정구조
     -  1400 ℃ 이상   (δ-Fe, δ 철)  :  BCC(체심입방) 결정구조
     -  약 1,538 ℃ 이상               :  순철은 이 온도 이상에서 녹음(용융액)

  ㅇ 철 탄소 이원계 구분
     - 페라이트 (ferrite) : 알파 페라이트
     - 오스테나이트 (austenite)
     - 세멘타이트 (cementite)

  ㅇ 미세조직 (microstructure)
     - 광학 현미경으로 관찰 가능한 정도의 금속 조직 (결정립집합체)
        . 금속 합금에서, 상의 수, 상의 비율, 상의 분포에 따라, 그 특징 다르게 나타남
     - 미세조직들은, 주로 온도 변화에 의해 상 변태를 겪음

  ㅇ 상태도 (Phase Diagram), 평형 상태도 (Equilibrium Diagram), 조성도 (Constitutional Diagram)
     - 합금계의 미세조직 및 상의 변화에 대한 많은 정보를 줌
     - 온도,조성, 간의 평형상태 하에서의 양적 관계를 나타냄
     - 금속 합금에서, 고용체는, 통상 그리스 소문자 (α,β,γ,δ 등)로 표시

  ㅇ 고용체, 고체 용액 (Solid Solution)
     - 균일 혼합물을 이루는 고체 용액 (합금 등)

기계 가공
   1. 제조, 가공   2. 열처리   3. 전기로   4. 주조   5. 잉곳   6. 상 변태   7. 접합   8. 소성 가공   9. 기계 가공 용어   10. 공작 기계  


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