열처리 변태

시멘타이트의 자기(磁氣)적 변태를 A₀변태라 하며, 이 변태가 생기는 온도를 A0변태점 또는 시멘타이 트의 퀴리포인트(Curie point) 라고 한다. A₀변태점은 탄소량에는 관계가 없고 약 210℃이다. 즉, 시멘타이트는 210℃ 이하에서는 강자성체(强磁 性體)이지만, 이 이상의 온도에서는 상자성체(常磁 性體)가 된다. 가열시의 A₀변태점을 Ac₀, 냉각시의 A₀변태점을 Ar₀라고 한다. A0변태점을 처음 발표한 사람은 Wologdine(1909 년)이다. A₀변태는 순철(純鐵)에는 존재치 않는 변태이다.

강철의 공석변태(共析變態)를 A₁변태라고 하며, 이 변태가 생기는 온도를 A₁변태점이라 한다.
즉, 이 변태의 식은 다음과 같이 된다.

A₁변태는 강철(鋼鐵)과 주철(鑄鐵)에만 존재하는 것으로서, 그 온도는 726℃이며, 탄소함유량에는 관계없다. 그러나 그 변태량은 0.85%C(共析鋼)에서 최대이 고, 이것보다 탄소량이 적을수록, 또 많을수록 변 태량이 작아진다. 그리고 가열시의 A₁변태를 Ac₁, 냉각시의 변태를 Ar₁이라 한다. Ar₁변태점에서 강철은 발열하여 어두운 곳에서 보 면 돌연 빛을 내는 일이 있어 재휘점(再輝点)이라 고도 한다. Ac1점에서는 강철은 수축하고, 전기저항은 커진다. (Ar₁점에서는 역변화).

철의 자기적 변태를 A₂변태라 하며, 그 온도를 A₂ 변태점 또는 퀴리포인트라고 한다. 즉, 철은 A₂변태점이하에서는 강자성체이나, 그 이 상에서는 상자성체가 된다. 순철의 A₂변태점은 약 770℃이고, 탄소가 첨가되 어도 그 온도는 그다지 변화되지 않고, 거의 일정 하다. 그리고 약 0.5%C에서 A₃변태점과 합치하여, 이후 탄소량의 증가와 함께 A3변태선상을 지나, 0.85%C 에서 A₁변태점과 일치한다. A2변태점이하의 철(강자성)을 α철,A₂이상 A₃변태점 까지의 철(상자성)을 β철이라고 한다. 그러나 A₂변태는 철의 동소변태가 아니고, 또한 결정구조적으로도 α철과 β철은 같은 체심 입방정형(BCC)이므로, 이것을 구분하지 않고 전부 α철로 논하는 자가 많다.

철의 동소변태의 하나로서

의 변화를 말한다. 즉, A₃변태점 이하의 철을 α철, 이상의 철을 γ철 이라 한다. 철의 A₃변태점은 약 910℃이다. 철에 탄소가 들어가면 그 양에 따라 A₃변태점은 910℃보다 내려가, 0.85%C(공석강)에서 726℃가 되어 A₁변태점과 일치한다. 그리고 가열시의 A3변태를 Ac₃, 냉각시의 것을 Ar₃변태라 한다.

강철에 대한 A3변태의 뜻은
Ac₃ : 가열할 때, 페라이트가 오오스테나이트에의 고용(固 溶)의 종지(終止)
Ar₃ : 냉각할 때, 오오스테나이트에서 페라이트의 석출(析 出)이 시작이며, 바로 A_cm변태와 같은 뜻을 갖고 있는 것이다. A₃변태점은 강철의 담금질, 풀림, 조질화에 특히 중요한 것으로서, 이들의 열처리는 Ac₃변태점이상 50℃쯤 높은 온도에 강철을 가열시킨 후에 한다. Ar₃변태점에서는 강철은 현저하게 팽창한다.

철의 동소변태의 하나로서

과공석강(0.85∼1.7%C)에만 존재하는 변태로서 그 변태점은 탄소량이 증가함에 따라서 상승한다.
A_cm변태점 : 0.85%C → 726℃, 1.7%C → 1145℃ 가열 때 A_cm변태를 Ac_cm, 냉각시의 것을 Arcm변 태라고 한다. 그리고
Ac_cm : 가열할 때, 시멘타이트가 오오스테나이트에의 고용 의 종지
Ar_cm : 냉각할 때, 오오스테나이트에서 시멘타이트의 석출 이 시작
를 의미하며, 바로 A3변태와 같이 석출변태이다. cm은 시멘타이트(Cementite)의 약자이다. 담금질, 풀림 등의 열처리는 A_cm변태점 이하에서 실시되므로 이들의 열처리에는 그다지 중요하지 않으나, 조질화, 또는 탄화작업에 있어서는 A_cm선이 나타 내는 온도가 상당히 중요성을 갖는다.

완전한 평형상태에서의 변태를 A_e변태라 하며, A₁ 과 A₃의 A_e변태를 A_e1, A_e2라 한다. 그 내용은 각각 A₁ 또는 A₃와 다른 것은 없지만, 최근 널리 실시되고 있는 항온변태 또는 S곡선 작 성시에 많이 사용되는 변태기호이다.

강철을 담금질할 때, 급냉으로 생기는 A ₃변태의 지체변태(遲滯變態)의 하나로서 오오스테나이트에 서 직접 결절상트루우스타이트(Nodular troostite 또는 Fine pearlite)가 생기는 변태를 말한다. A_r'변태를 처음 발견한 것은 C. Benedicks 이며, 그후 Chevenard(1919)에 의하여 A_r'라고 부르게 되었다. A_r'변태는 약 600℃에서 생긴다. A_r'변태의 발생을 억제하는 최소의 담금질냉각속 도를 상부임계냉각속도 또는 단지 임계냉각속도 (Criticalcooling velocity)라고 한다.

강철을 담금질할 때 오오스테나이트가 마르텐사이 트로 변화하는 변태를 A _r"변태라 한다. A _r"변태는 P.D'ejean에 의하여 발견되었고 Chevenard(1919)에 의하여 A _r"라 이름지어 졌다. 강철의 담금질은 A _r"변태만을 일으켰을 때에 최고 경도로 되며, 담금질이 완전히 들어간 것이 된다. A _r'변태점은 강철의 탄소량을 증가시키면 내려가 나, 그 온도는 냉각속도를 증가시켜도 변화되지 않 고 일정하다. (단, 임계냉각속도 이상으로 냉각하였을 경우) A _r"변태만을 일으키는데 필요한 최소의 담금질 냉 각속도를 상부임계냉각속도, A _r' 와 A _r"변태를 함께 일으키는데 필요한 최소의 냉각속도를 하부임계냉각속도라고 한다. A _r' 와 A _r" 의 2개의 변태를 동시에 일으키는 현상 을 분열변태(分裂變態:Split transformation)이라고 한다.

A _r1 = γ→α+복탄화물(複炭化物)
A_r' = γ→α+Fe3C
A_r" = γ→(α+C) = γ→마르텐사이트

특수강에서는 이상의 3개의 변태가 냉각시에 나타난다. 탄소강에서는 복탄화물이 없으므로 A_r1 = A_r' = γ→α+Fe3C 로 되는 것이다. 특수강의 냉각변태에 있어서 A_r"변태의 기호를 채 용하는 사람도 있으나, 이것은 잘못이며 상기와 같이 하는 것이 합리적이 라고 한다.