Fe-C계 합금상태도에서 펄라이트(pearlite)가 형성되는 반응은?
- 공석반응
- 편석반응
- 공정반응
- 포정반응
정답과 해설 보기
정답 ① · 문제는 Fe-C 상태도에서 펄라이트가 형성되는 반응 이름을 묻고 있다. 오스테나이트가 펄라이트(페라이트+시멘타이트)로 변하는 반응은 고상에서 두 상으로 분할되는 공석반응(eutectoid reaction)이다.
Fe-C 상태도에서 오스테나이트가 펄라이트로 변하는 공석반응이 정답이다.
개념 한 쪽
침투비파괴검사기사 주강 — 주강과 주철의 구별·조직 특성
주강은 주조로 얻는 철강류를 가리키며, 주철과는 조직과 기계적 성질 면에서 차이를 보인다. Fe-C 상태도와 흑연 형성 억제 등 재료 조성과 열처리가 주강의 성질을 결정한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「주강」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| Fe‑C 상태도 변태 명칭 | 1 | 펄라이트 형성 반응을 고르는 능력 |
| 스테인리스강 부식 대책 판별 | 1 | 부동태 피막 안정화와 합금 원소 영향 판단 |
| 구상흑연주철 특징 식별 | 1 | 구상흑연주철의 조직 및 특성 구분 |
뜻
Fe‑C계 상태도에서 상변태는 재료 조직 형성과 성질을 결정하므로 주강의 이해에 필수적이다. 펄라이트는 페라이트와 시멘타이트가 층상 구조로 결합한 조직이며, 펄라이트 형성은 오스테나이트가 냉각되어 두 고상(페라이트+시멘타이트)으로 변하는 공석반응에 의해 일어난다. 이 반응이 일어나는 온도는 약 727도임을 기억한다.
주강과 주철은 탄소의 형태와 분포가 다르므로 기계적 특성 차이를 보인다. 회주철(회철)은 흑연의 영향으로 취성 재료 성질을 가지며 상온에서 소성변형이 잘 일어나지 않는 반면, 구상흑연주철은 흑연이 구상(둥근)으로 분포하여 인성이 좋고 가공성이 우수한 특징을 가진다. 구상흑연주철의 흑연 분포는 현미경에서 불스아이 모양으로 보이는 점이 핵심적 특징이다.
주철에서 흑연의 성장 문제는 재료 안정성과 치수 변화를 초래하므로 합금 원소로 억제하는 방법이 활용된다. 크롬(Cr), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V) 등의 첨가는 흑연 성장을 억제하여 주철의 성장 문제를 완화한다. 반대로 탄소나 규소를 무분별하게 증가시키면 흑연 성장이 촉진될 수 있음을 유의한다.
특수 합금강의 예로 고망간강(해드필드강)은 가공하면 경도가 크게 증가하고 충격에 강한 성질을 보이나, 열전도도가 낮고 열팽창 계수가 커서 열처리와 용접 시 열변형과 균열이 발생하기 쉬운 단점을 가진다. 따라서 재료의 선택과 열처리 조건은 목표 기계적 성질과 제작 공정 조건을 종합해 결정해야 한다.
예제
시험에서 자주 출제되는 유형은 Fe‑C 상태도 관련 변태 이름을 묻는 문제와 주철·주강의 조직·특성 비교 문제이다. 예컨대 펄라이트 형성과 연관된 반응을 묻는 문항에서는 공석반응(Eutectoid reaction)을 고르면 정답이 된다. 구상흑연주철의 특징을 묻는 문제에서는 '흑연이 구상으로 분포하여 불스아이 조직을 형성하고 인성이 좋다'는 설명을 정답으로 선택한다.
또한 주철의 흑연 성장 억제 대책을 묻는 문항에서는 Cr, Mn, Mo, V 등의 합금 원소 첨가를 정답으로 판단한다. 해드필드강 관련 보기는 가공경화성과 열처리 취급상 주의점을 동시에 고려하여 옳고 그름을 판별한다.
대표 기출 3문항
오스테나이트계 스테인리스강의 공식을 방지하기 위한 방법이 아닌 것은?
- 할로겐 이온의 고농도를 피한다.
- 산소농담전지의 형성을 피한다.
- 질산염, 크롬산염 등 부동태화제를 가한다.
- 재료 중의 C를 많게 하거나 Ni, Cr 등을 적게 한다.
정답과 해설 보기
정답 ④ · 질문은 오스테나이트계 스테인리스강의 부식 방지 대책으로 옳지 않은 것을 고르도록 요구하고 있다. 부동태 피막의 형성을 돕는 크롬·니켈의 충분한 존재가 부식 저항의 핵심이므로 이들을 줄이거나 탄소를 많이 하면 오히려 부식에 취약해진다.
부식을 방지하려면 부동태 피막을 강화해야 하므로, 내식성 원소인 Cr, Ni를 줄이는 것은 오히려 부식을 촉진한다.
구상흑연주철에 관한 살명으로 옳은 것은?
- 접종제로는 주로 Zn이 사용된다.
- 불스아이(bull' s eye)조직을 갖는다.
- 조직은 시멘타이트와 베이나이트이다.
- 내마모용으로 비강도가 매우 높다.
정답과 해설 보기
정답 ② · 이 문제는 구상흑연주철의 특징을 묻고 있다. 구상흑연주철은 흑연이 구형(구슬)으로 분포하여 일반적으로 불스아이 형태의 조직을 나타내며, 이 구조가 인성과 연성을 향상시키는 핵심 특징이다.
구상흑연주철은 흑연이 구상(구슬 모양)으로 분포하여 '불스아이' 조직을 형성하며, 이는 인성을 높이는 핵심 특징이다.
자주 묻는 물음
- 주강과 주철의 대표적 차이는 무엇인가?
- 주강과 주철은 탄소의 형태와 분포가 달라 기계적 성질이 달라진다. 회주철은 흑연으로 인한 취성 재료이고, 구상흑연주철은 흑연이 구형으로 분포하여 인성과 가공성이 우수하다.
- 펄라이트는 어떻게 형성되는가?
- 펄라이트는 오스테나이트가 냉각되며 두 가지 고상(페라이트와 시멘타이트)으로 동시에 변하는 공석반응에 의해 형성되며, 이 반응 온도는 약 727도다.
- 주철의 흑연 성장을 방지하는 방법은 무엇인가?
- 흑연 성장은 Cr, Mn, Mo, V 등의 안정화 합금 원소를 첨가하여 억제하는 방법을 사용한다. 탄소나 규소의 증가는 성장을 촉진할 수 있으므로 주의해야 한다.
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