합금의 미세조직은 어떻게 형성되나요?

Question

금속을 녹였다가 냉각하는 과정에서 내부에 여러 형태의 미세조직이 만들어질 수 있는데, 냉각 속도와 합금 조성이 이러한 조직의 형성에 어떤 영향을 미치는지 의견 부탁드립니다.

Answer 1

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

합금의 미세조직은 용융된금속 냉각되면서 원자들이 재배열되고 결정이 성장하는 과정에서 형성됩니다 냉각 속도가 빠르면 원자가 이동할 시간이 부족해 결정립이 작아지거나 비평형 조직이 나타날 수 있고 느리면 원자 확산이 충분해 비교적 큰 결정립과 안정적인 조직이 만들어집니다 또한 합금 조성에 따라 고용체 금속간 화합물 공정조직 등 형성되는 상과 조직의 종류가 달라집니다 그래서 합금 조성과 냉각 속도는 미세조직의 형태 크기 분포를 결정하고 이는 최종적인 강도와 연성 같은 기계적 특성에도 큰 영향을 줍니다

Answer 2

합금의 미세조직은 합금 조성과 냉각 속도가 함께 결정하는 결과라고 보면 이해하기 쉬울 것 같습니다.

합금 원소의 종류와 양에 따라 어떤 결정상과 석출물이 만들어질지가 달라지고, 냉각 속도에 따라 그 조직의 크기와 형태가 달라집니다. 천천히 식히면 원자들이 이동할 시간이 충분하기 때문에 큰 결정립이나 조대한 2차상이 만들어지기 쉽고, 반대로 빠르게 식히면 원자들이 이동할 시간이 부족하기 때문에 결정립과 석출물이 작아지고 경에 따라 평형상 대신 준안정 조직도 만들어질 수 있습니다.

그래서 같은 합금이라도 주조 조건을 바꾸면 강도와 연성 같은 기계적 성질이 달라질 수 있습니다.

Answer 3

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

녹은 금속이 굳을 때는 액체 속 여기저기서 작은 결정 씨앗이 생기고, 이 씨앗들이 자라나 서로 만나면서 알갱이들의 모자이크가 만들어져요. 이게 미세조직의 기본 골격이에요.

냉각 속도는 알갱이 크기를 정해요. 천천히 식히면 씨앗이 드물게 생기고 각자 크게 자라서 굵은 조직이 되고, 빠르게 식히면 씨앗이 한꺼번에 잔뜩 생겨 미세한 조직이 돼요. 알갱이가 잘수록 강하고 질긴 재료가 되니 냉각 속도가 곧 성질 조절 수단인 거예요. 급랭이 극단적이면 탄소가 빠져나올 틈도 없이 갇혀서 마르텐사이트처럼 아주 단단한 비평형 조직이 생기고, 강철 담금질이 바로 이걸 이용해요.

합금 조성은 조직의 종류를 정해요. 성분 원소가 기지 금속에 다 녹아들면 고용체가 되고, 녹는 한도를 넘으면 별도의 화합물이나 제2상이 알갱이 사이나 내부에 생겨요. 공정 조성처럼 두 상이 번갈아 쌓이는 층상 조직이 나오는 경우도 있고요. 그래서 같은 합금이라도 상태도를 보고 조성과 냉각 경로를 설계하면 원하는 조직을 골라 만들 수 있어요. 주조 현장에서 주물 두께에 따라 성질이 달라지는 것도 부위마다 식는 속도가 달라서 생기는 일이에요 :)