상태도와 지렛대 법칙
깁스 상률, 전율 고용형·공정형·포정형 상태도, 지렛대 법칙에 의한 상과 조직의 분율, Fe-C 상태도의 요점을 3지선다 문제로 확인합니다. 분율 계산을 해설과 함께 연습할 수 있습니다.
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상태도와 지렛대 법칙 핵심 정리
상태도는 온도와 조성에 따라 어떤 상이 평형 상태로 존재하는지를 나타낸 그림입니다. 압력이 일정한 이원계에서는 상률이 F = C − P + 1이 되며, 세 상이 공존하는 공정점이나 공석점은 자유도가 0인 불변점입니다. Cu-Ni계와 같은 전율 고용형, Pb-Sn계와 같은 공정형, 액상과 고상이 반응하는 포정형 등 기본 형태의 상태도를 읽을 수 있도록 익혀 둡시다.
2상 영역에서는 연결선의 양 끝이 각 상의 조성을 나타내며, 지렛대 법칙으로 각 상의 분율을 구할 수 있습니다. Fe-Fe₃C계에서는 0.76 wt%C·727℃의 공석 반응으로 펄라이트가 생성되며, 아공석강에서는 초석 페라이트, 과공석강에서는 초석 세멘타이트가 나타납니다. 상과 조직을 구별하여 분율을 계산하는 것이 요점입니다.
상태도와 지렛대 법칙 문제 목록(12문제)
- 압력이 일정할 때, 이원계의 공정점(액상과 2개의 고상이 공존하는 점)에서의 자유도는 무엇인가?
- 액상에서도 고상에서도 모든 조성에서 서로 녹아드는 전율 고용형 상태도를 만드는 이원계의 대표적인 예는 무엇인가?
- Cu-Ni계에서 35 wt%Ni 합금을 어떤 온도로 유지했더니 액상(31.5 wt%Ni)과 고상 α(42.5 wt%Ni)의 2상이 공존했다. 액상의 질량 분율에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- Pb-Sn계의 공정 온도를 183℃, 공정 조성을 61.9 wt%Sn, 그 온도에서 α상의 조성을 18.3 wt%Sn, β상의 조성을 97.8 wt%Sn이라고 한다. 30 wt%Sn 합금을 공정 온도 바로 아래까지 평형 냉각했을 때, 조직에서 공정 조직이 차지하는 질량 분율에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 포정 반응을 나타내는 식으로 옳은 것은 무엇인가? 냉각할 때의 방향으로 나타낸다고 한다.
- Fe-Fe₃C계 상태도의 공석점에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 0.40 wt%C 아공석강을 727℃ 바로 아래까지 평형 냉각했다. 초석 페라이트의 질량 분율에 가장 가까운 것은 무엇인가? 공석 조성을 0.76 wt%C, 727℃에서 페라이트의 탄소 농도를 0.022 wt%C, 세멘타이트를 6.70 wt%C로 한다.
- 1.2 wt%C 과공석강을 오스테나이트 영역에서 서랭했을 때, 실온에서 얻어지는 조직은 무엇인가?
- 탄소의 최대 고용 한도가 α철(약 0.022 wt%)보다 γ철(약 2.14 wt%)에서 훨씬 큰 주된 이유는 무엇인가?
- Cu-Ni계 합금을 액상과 고상이 공존하는 온도 영역에서 평형을 유지하면서 냉각할 때, 액상과 고상의 조성은 어떻게 변하는가?
- Cu-Ni 합금을 실제 주조처럼 빠르게 냉각하여 응고시켰을 때, 덴드라이트(수지상정) 중심부의 조성으로 옳은 것은 무엇인가?
- Al-Si계는 577℃, 12.6 wt%Si에 공정점을 가지며, 그 온도에서 α(Al)상의 Si 고용 한도는 1.65 wt%, Si상은 거의 순수한 Si(100 wt%)라고 한다. 18 wt%Si 과공정 합금을 공정 온도 바로 위까지 평형 냉각했을 때, 초정 Si의 질량 분율에 가장 가까운 것은 무엇인가?