안녕하세요. 박재화 박사입니다.
제목은 재료공학 제목은 아니나 내용은 재료공학 내용이라 내용을 보고 답변드립니다.
철에 탄소가 조금만 들어가도 강도가 크게 달라지는 이유는 탄소 원자가 철 원자 사이의 빈 공간에 끼어들어가기 때문입니다. 이 작은 탄소 원자들이 결정격자를 살짝 비틀어 놓으면, 금속이 변형될 때 필요한 원자층들이 미끄러지는 것이 어려워지게 됩니다.
즉, 철이 쉽게 휘거나 늘어나려는 내부 결함이 움직여야 하는데 ,탄소가 그 움직임을 방해하기 때문에 강도가 올라가는 현상이 나오는 것입니다. 또 탄소 함량과 열처리 조건에 따라서 여러가지 상들이 생기면서 특성들이 달라지게 됩니다. 특히 마르텐사이트처럼 탄소가 갇혀있는 구조는 매우 단단해지지만, 대신 충격에는 약해질 수 있어서 이를 적절하게 조절하는 것이 중요합니다.
강철의 핵심은 탄소가 많이 들어가서가 아닌, 아주 적은 탄소가 철의 결정구조와 결함 움직임을 크게 바꾼다는 점입니다.