냉각속도에 따른 응고조직의 변화
실험 목적 주조 Al ingot의 상온조직에 미치는 냉각속도의 영향을 연구하기 위함. 금속 시편을 채취하여 관찰면을 균일하게 연마하고 미세한 조직을 관찰함으로써 그 곳에 나타나는 상, 결정립의 형상 및 분포상태, 크기 또는 결함 등을 측정하여 조직과 기계적 성질, 열처리 등과의 관계를 연구한다. ◇ 냉각속도에 따른 응고조직의 변화
1. 실험 목적
2. 실험 이론
2-1. 알루미늄의 성질
2-2. 알루미늄의 특성
2-3. 알루미늄 합금
2-4. 주조의 응고
3. 실험 시료 및 기구
4. 실험 방법
5. 결과 및 고찰
2. 실험 이론
순금속은 응고 하므로써 결정이 형성되기 시작한다. 종자 결정이라 부르고 있는 각 결정의 중심 혹은 핵은 그 금속 고유의 단위포들로 이루어진 작은 원자집단이다.
결정들은 원자들이 첨가됨에 따라서 성장 줄기로부터 다른, 방향으로 가지가 성장하는 하나의 결정골격이며 단위포의 규칙에 따라 응고된다. 수지상정은 마치 줄기로부터 시작하여 가지와 잔가지가 성장하는 나무의 성장과정과 유사하다고 할 수 있다.
수지상정은 이웃하는 수지상정과 접촉할 때까지 바깥쪽으로 성장하고, 이 접촉 표면이 결정 혹은 결정립의 경계가 된다. 금속에 함유되는 불순물들은 결정의 성장에 의하여 결정입계로 모두 떠밀리고 수지상정의 가지 사이에 모이게 된다는 사실에 유의 하여야 한다.
만일 금속이 평행 조건하에서 대단히 느리게 냉각된다면 금속이 완전히 응고되었을 때에 수지상이 형성된 조직적 흔적은 나타나지 않는다. 이것은 하나의 수지상정이 다른 Dendrite 와 만날 때에 외부로의 성장을 정지하고 가지들이 하나의 고체결정립으로 될 때까지 굵어지기 때문이다.
Dendrite와 뒤따라 형성되는 결정립들은 규칙적으로 단위포들이 형성됨에 따라 성장하여 배열이 고정된다. 이들의 성장방향은 상대적으로 서로 다르고, 결정입계의 원자들은 결정입내의 원자배열과 같은 규칙적인 형태를 갖추지 못하게 된다.
결정립계의 조직은 결정립내의 조직과 다르므로 입계와 입내의 성질이 다르게 된다. 고온에서는 결정입계가 보다 강하다. 따라서 결정입이 미세하게 된 조직이 거칠은 조직에 비하여 바람직하며, 상온에서 요구되는 강도는 나타나게 된다.
각각의 결정입은 하나의 핵으로부터 시작하므로 최후의 결정입의 크기는 생성되는 핵의 수에 따라 달라진다. 상온강도를 증가시키기 위해서는 결정입의 크기가 작아야만 하며, 급냉하면 결정입이 미세하게 된다. 냉각속도가 느리게 되면 상대적으로 적은 수의 핵이 생성되게 되고, 그 결과 결정입의 크기가 커진다. 용융금속을 사형에 주입하면 모래의 열전도도가 나쁘기 때문에 금속이 서서히 냉각되도록 하므로 용융금속의 온도가 완만하게 유지되면서 응고가 균일하게 일어나서 다각형 모양의 결정입이 형성된다. 한편 급냉을 하면 비평형 조건으로 되고 생성되는 핵의 수가 많게 되어서 결과적으로 결정입이 미세하게 되고높은 강도가 얻어지게 된다. 주조시 금형을 사용하면 비평형 냉각조건의 효과들이 나타나게 된다.
저온의 금형에 접속하는 용융금속은 작은 Chill결정의 층을 만들면서 대단히 빠르게 냉각된다. 주형벽과 용융 금속간에는 대단히 심한 온도차이가 생긴다. 이 온도 구배 때문에 결정은 주물의 중심쪽으로 길게 성장하여 기둥모양으로 되며, 이러한 모양의 결정을 특히 주상정(Columnar grain)이라 한다. 주물의 중심은 소수의 결정핵을 생성하면서 보다 균일한 속도로 냉각될 것이다. 따라서, 결정입들은 보다 크고, 그 축의 길이가 거의 같은 등축정(Equiaxed grain)으로 된다.
작은 Chill에서부터 큰 등축정에 이르기까지의 결정입도의 범위는 주물의 성질에 변화를 주게 된다. 이와 같은 이유에서 주물은 보다 균일한 조직을 얻고 또 그 결과로 기계적 성질을 균일하게 하기 위해서 열처리나 가공을 필요로 한다.
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자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/detail.asp?pk=16191662&sid=qjfRnf777&key=
[문서정보]
문서분량 : 22 Page
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파일이름 : 냉각속도에 따른 응고조직의 변화.hwp
키워드 : 냉각속도에,따른,응고조직의,변화
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