Fe-C 상태도 (Fe-C Phase Diagram)

I. Fe-C 상태도 정의 (Fe-C Phase Diagram)

 가로축을 Fe와 C의 2원 합금 조성(%)으로 하고, 세로 축을 온도로 했을 때, 각 조성의 비율에 따라 나타나는 합금의 변태점을 연결하여 만든 선도를  Fe-C 상태도 또는 Fe-C 평형 상태도라고 한다. 

II. Fe-C 상태도

출처: "https://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/iss/kap_6/illustr/s6_1_2.html"

상태도에서의 실선들은 상태 변화를 의미하는 선이며 하기와 같이 약자를 통해 통용된다.   

• A1: 페라이트와 시멘타이트의 상한선
• A2: 자성에 대한 변화가 발생하는 선으로 "Curie 점"이라고도 불린다. 
• A3: 오스테나이트와 오스테나이트+페라이트가 상변화를 이루는 선
• A4:  오스테나이트가 델타철로 상태 변화하는 온도
• Acm:  오스테나이트와 오스테나이트+시멘타이트가 상변화하는 선

III. 철의 변태점

철의 변태는 크게는 결정구조 변화가 없이 자성의 변화만 있는 자기 변태와 결정구조 변화를 일으키는 동소 변태의 2가지로 분류할 수 있으며, Fe-C 상태도에서의 실선은 철의 변태를 나타낸다. 이를 표로 나타내면 하기와 같다.

변태점	변태종류	특징
A0	자기변태	시멘타이트의 자기변태로 결정구조의 변화 없음 210도 이하에서는 강자성체이나 그상에서는 상자성체로 자기의 강도가 매우 약해짐
A1	동소변태	강철의 공석변태를 A1 변태라고 하며, 이 변태가 생기는 온도를 A1 변태점이라한다. 약 727도 오스테나이트를 가열 후 냉각했을 때 페라이트와 시멘타이트가 설출하는 공석반응이 나타난다. ( γ -> α+Fe3C)
A2	자기변태	철의 자기변태점으로 약 770도이며, 결정구조의 변화는 없다.  A2 이상에서는 강자성, 이하에서는 상자성체로 "Curie Point"라고도 한다.
A3	동소변태	페라이트( α, BCC 구조)가 오스테나이트( γ, FCC 구조)로 상변화하는 온도 순철은 912도이며, 탄소 고용율이 높을 수록 낮아지다가 0.76%에서 공석점에서 만남
A4	동소변태	오스테나이트( γ, FCC 구조)가 델타철( δ, BCC 구조)로 상태변화하는 온도 순철의 경우 약 1394도 탄소 고용율이 높아질수록 변태 온도가 높아지다가 포정점으로 수렴

 

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Appendix) 

1. 금속의 결정구조

1.1. 체심입방격자(BCC, Body Centered Cubic)

(a) hard-sphere 단위정 (b) reduced-sphere 단위정 (c) 결정구조 속의 단위정[출처] Fe-C 평형상태도(Fe-C Phase Diagram)❘작성자 삼우철강

• 단위정의 원자수 : 2개
• 충진률(APF : Atomic Packing Factor)3) : 68%
• 강도, 경도가 크고, 연성, 인성이 작다.4)
• 체심입방격자구조의 대표적인 예 : 알파철(α-Fe), 델타철(δ-Fe)
• [출처] Fe-C 평형상태도(Fe-C Phase Diagram)|작성자 삼우철강

1.2 면심 입방 격자(FCC : Face-Centered Cubic)

(a) hard-sphere 단위정 (b) reduced-sphere 단위정 (c) 결정구조 속의 단위정

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• 단위정의 원자수 : 4개
• 충진률 : 74%
• 강도, 경도가 작고, 연성, 인성이 크다.
• 면심입방격자구조의 대표적인 예 : 감마철(γ-Fe)
• [출처] Fe-C 평형상태도(Fe-C Phase Diagram)|작성자 삼우철강