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안녕하세요! 공돌이 인생무상입니다. 이제 강의 열처리도 4편이나 포스팅하고 있군요.
그 만큼 강에 대해서 할 말이 많다는 뜻이지요 허허허....
그럼 이제 지체하지 않고 강의 TTT 곡선이 무엇이고 어떻게 보는지 알아보도록 합시다!
TTT?
TTT란 시간 - 온도 - 변태 곡선이라고 부르는 것입니다. Time - Temperature - Transformation 곡선이란 뜻이지요. 다른 말로는 등온 변태도 (Isothermal transformation diagram) 이라고도 합니다.
강의 경우 이런 형태의 TTT가 생기게 되지요.
또 어려운 그림이 나오네요... 그치만 하나하나 자세히 파악한다면 어렵진 않을 것입니다. 그 전에 용어들부터 다시 한 번 차근차근 정리해보도록 합시다!
그림에 있는 알파벳 대문자에 대해 간략히 말씀드리면 이렇습니다.
A : 오스테나이트
B : 베이나이트
M : 마텐자이트
P : 펄라이트
여기에 새로 나오는 용어들
여기서 언급할 내용의 대부분은 아마 강의 새로운 입자들에 대한 이야기가 될 것 같네요. 오스테나이트와 펄라이트에 대해서는 이미 언급을 하였기 때문에.... 새로 나오는 것들만 간단히 언급하도록 하겠습니다!
마텐자이트(Martensite)
TTT 곡선에서 M으로 표기된 강의 입자의 한 형태입니다. 이 입자는 오스테나이트가 800도에서 200도 이하의 온도로 급냉되었을 때 생기는 입자입니다. 이 입자의 기계적 특징은 강 합금에서 가장 단단하고 강하지만 취성이 크고 연성이 거의 없습니다. 또한 오스테나이트에서 마텐자이트로 변이될 경우 부피가 커지므로 내부 응력이 발생해 균열이 생길 수 있습니다.
베이나이트(Bainite)
강이 냉각되면서 오스테나이트가 변이되는 도중 생기는 조직 중 침상이나 판상으로 형성되는 조직을 말합니다. 작고 미세한 조직을 갖기 때문에 펄라이트보다 강하고 적당한 강도와 연성을 갖고 있습니다.
TTT 곡선의 분석
요약
● TTT 곡선이 맞아떨어지는 것은 공석 조성을 갖는 강인 경우에만 유용함.
● TTT 곡선은 특정 온도에서 오스테나이트가 어느 정도시간이 지나면 펄라이트로 변하는지 기록하고 (0, 50%, 100%) 그 후 다른 온도에서도 어떻게 변하는지 기록한 후 그래프로 만든 것
● 이 곡선은 강을 어떻게 냉각시키느냐에 따라 강의 기계적 성질이 달라질 수 있음을 보여준다.
TTT 곡선이 어떻게 생성되었는지부터 파악해보도록 합시다. 우선 TTT 곡선은 강이 공석 조성을 갖는 경우에만 맞아떨어집니다. 눈치 빠르신 분들은 아시겠지만 현재 그래프에서 다루는 범위도 공석 반응이 일어나는 부분에서만 다루고 있기 때문이죠. 탄소 함유량 0.76% 근방, 0.022%~2% 이하인 부분을 이야기하는 것입니다.
이 그림이 TTT 곡선이 어떻게 그려지는지 잘 설명한 것입니다. 그림을 간단하게 설명하면 이렇습니다.
오스테나이트는 723도, 공석 반응이 시작되는 온도 아래에서는 펄라이트 조직으로 변하기 시작합니다. 그림에서는 675도를 예로 들었는데요. 오스테나이트가 675도일 때 어느 정도의 시간이 소모되어야 오스테나이트 전부가 펄라이트로 변이되는지 표현한 겁니다. 온도 675도 한 곳에서 점을 찍은 거니까.... 600도 500도 400도 이렇게 온도를 바꿔가며 오스테나이트 조직이 어느 정도의 시간이 지나야 전부 펄라이트 조직으로 변하는지 체크해낸 결과가 바로 TTT 곡선인 것이지요.
이렇게 보면 알 수 있는 게 강은 어느 온도에서 냉각을 시작하고 어느 정도의 시간을 소비해서 냉각시키느냐에 따라 그 조직또한 달라질 수 있고 조직이 다르다는 말은 결국 강의 기계적 성질 또한 달라질 수 있다는 말과 같습니다.
예를 들면 700인 경우 오스테나이트가 펄라이트 조직으로 변하는데는 대략 1000초 정도 있어야 변화가 시작되지만, 520도 근처인 경우 1초 있으면 바로 변화가 시작된다는 뜻입니다. 그러니까, 조직 변화를 빠르게 하고 싶다면 냉각 시작 온도를 잘 잡는것도 중요하단 뜻이지요.
또한 냉각을 어떻게 하느냐에 따라 우리가 얻을 수 있는 조직이 다를 수 있다는 말도 됩니다. 이 말은 이 그림을 보면 이해가 가능할 것 같습니다.
a 케이스 (그림의 붉은 색)은 350도까지 급냉시킨 후 그 온도를 1000 초간 유지하고 다시 상온으로 급냉시키는 경우입니다. 이 때는 350도 구간에서 1000 초가 되면 조직이 전부 베이나이트로 변해버리기 때문에 상온에서도 베이나이트가 추출되는...그러니까 베이나이트로 이뤄진 강이 나오는 것입니다.
b 케이스 (그림의 푸른 색)은 250도까지 급냉시킨 후 그 온도를 100초 간 유지시키고 다시 상온으로 급냉하는 경우입니다. 250초에서 100초 유지된 경우 이떄는 아직 강 조직이 오스테나이트인 상태인데 100초에서 바로 급냉시켜버리면 이 오스테나이트들이 모두 마텐자이트로 변하게 됩니다.
그러니까, 냉각 방식에 따라서 같은 강인데 나오는 조직이 달라졌지요? a 케이스는 베이나이트 조직으로 이뤄진 강이 나오고 b 케이스는 마텐자이트 조직으로 이뤄진 강이 나오게 되고 이 두 강은 결국 기계적 성질이 다른 강이 되어버리니 강을 만들 때 어떻게 냉각하느냐도 굉장히 중요한 변수가 되는 것입니다.
마무리
이것 외에도 연속 냉각변태도와 4가지 열처리 방법에 대한 세세한 것들이 많이 남아있습니다. 하... 강은 정말 방대합니다. 정말 방대해요...
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