Kalpakjian 기계공작법 Ch.4 문제 풀이(강 상태도)

4.17 상태도에서 공융점 존재의 공학적 중요성에 대해 설명하라.

 

공융점은 합금계에서 가장 낮은 융점이 되는 합금의 조성에 해당한다. 예를들어, 공융점이 낮은 융점에 관련되는 것은 경납점같은 접합공정에서 부품이  열손상을 입지 않도록 조절할 수 있도록 해준다.

 

4.18 경도와 경화능의 차이점은 무엇인지 설명하라.

 

경도는 긁혔을 때 소성변형에 대한 재질의 저항을 나타내는 반면, 경화능은 열처리에 의해 재질이 경화되는 능력을 말한다.

 

4.21 표면경화와 전체경화의 차이점에 대해 적용 분야를 고려하여 설명하라.

 

표면경화는 제품의 표면만 경화시키는 처리법이다. 내부는 표면의 균열이 안으로 전파되지 않도록 충분한 인성을 가지도 있다. 표면경화는 일반적으로 표면에 압축잔류응력을 만들어서 피로파손을 막는다. 경화된 부품이 전체적으로 높은 경도를 가지고 있더라도 균열이 쉽게 부품 전체를 가로지를 수 있어서 큰 파손을 일으킬 수 있다.

 

4.22 합금, 펄라이트, 오스테나이트, 마르텐사이트, 세멘타이트의 특성에 대해 설명하라.

 

(a)  합금: 둘 이상의 요소로 이루어진 것으로, 최소 하나의 요소는 금속이다. 합금은 고용체나 금속간화합물이다.

(b)  펄라이트: 페라이트와 세멘타이트가 번걸아 놓인 층상의 이상조직이다. 펄라이트의 층간 공간이 가까울수록 금속은 단단하다.

(c)  오스테나이트: 감마철이라고도 불리우며, FCC구조로 결정조직 안에 탄소를 상당히 많이 고용할 수 있다. 이 구조는 연성이 커서 금속의 성형성이 높다.

(d)  마르텐사이트: 오스테나이트의 담금질로 형성된다. BCT 구조이이며 결정조직 안에 탄소가 침입하여 강도를 향상시킨다. 단단하며 매우 취성이다.

(e)  세멘타이트: 탄화철이라고도 불리우며 단단하고 취성의 이상계 금속이다.

 

4.23 강의 제작에서 철의 강도를 향상시키는 데 탄소가 왜 중요한지 설명하라.

 

탄소의 원자 반지름은 철 원자의 반지름의 57%로, 철 단위셀에 침입할 수 있다. 하지만 탄소 원자의 반지름이 철 원자 사이의 가장 큰 공간보다 커서 격자를 구속하고 전위를 방해하여 변형경화를 일으킨다. 또한 탄소 원자의 크기는 철의 FCC 상(오스테나이트)에서 고용도가 높다. 저온에서 철은 BCC로 존재하며 탄소 고용도가 매우 낮다. 담금질할 때 오스테나이트 구조는 체심정방구조(BCT)인 마르텐사이트로 변태되며, 결정격자를 크게 왜곡시킨다. 다른 원소들보다 탄소에 의한 강도 강화가 가장 크다.

 

4.24 기계적 성질에 영향을 미치는 주철에서 흑연의 형상은 어떠한지 설명하라.

 

주철에서 흑연의 형상은 기본적으로 다음과 같이 형성된다.

(a)  편상: 편상 흑연은 날카로운 모서리가 있어서 인장시 응력 집중원으로 작용한다. 이 형상은 주철의 인장강도와 연성을 감소시킨다. 하지만 압축강도는 높다. 반면 편상 흑연은 진동감쇠 역할을 하여 공작기계의 본체나 기타 구조물에서 진동감쇠에 이 특성이 사용된다.

(b)  구상흑연: 용융금속에 마그네슘이나 세륨을 첨가하면 흑연은 구상으로 형성될 수 있다. 이 형상은 연성과 강도, 충격저항을 증가시키지만 감쇠능은 감소한다.

(c)  클러스터: 흑연 클러스터는 백주철을 풀림처리한 것만 제외하면 구상흑연과 비슷하다. 흑연 클러스터는 기본적으로 편상흑연과 비슷한 성질이다.

(d)  컴팩트 흑연주철: 이 흑연은 짧고 굵은 모서리가 둥근 편상 형태이다. 기계적 성질은 구상흑연과 편상흑연 중간 정도이다.