8. 상의변화 및 평형상태
원소는 고체, 액체, 기체에서 성질이나 상태가 다르다.
물체를 대기와 차단하여 원소 이외의 다른 원소가 없는 상태를 계(system) 라하며 물질을 형성하고 있는 화학적인 종류의 수를 성분
1성분계는 순금속, 2성분계는 2원합금, 3성분계는 3원합금
8.1 합금의 성분 및 농도
합금을 만들 때 다량으로 함유한 합금을 별도의 용제로 만들고 첨가하려는 원소를 조금씩 첨가하여 합금을 제조한다.
만든 합금의 농도가 높은 합금을 모합금
Gibbs의 자유도 수
F = C – P + 2
F :자유도 수, C : 성분 수, P : 상의 수재료를 취급 할 때 대기압 하에서 이루어 지기 때문에 기압의 영향은 없다고 가정
합금에서 함유량의 비율을 중량 농도로 표시하는 일이 많고 이론적인
계산에서는 원자수의 백분율로 표시한다. 성분의 농도는 이론적 연구에서는 원자 %로 계산하지만 중량%으로 표시한다.
P =
WA a
WB + b
WA a
X 100
P= A성분과 B성분의 원자%
WA, WB : A성분과 B성분의 원자량%
a, b : A성분과 B성분의 중량%
Q =
WA a
WB + b
WB b
X 100
a = PWA + PWB X 100 PWA
b = PWA + PWB X 100 PWB
8.2 열분석
시료를 연속적으로 가열 또는 냉각하면서 시료에 발생하는 변화를 측정하여 물리량에 따라 열에 대한 분석, 주사열량측정, 열중량분석, 열기계분석 등 분석 실시한다.
8.3 합금의 평형상태도
기계재료에 사용되는 합금의 종류는 매우 많고, 합금에 나타나는 상의 종류 및 성질은 농도 및 온도에 의해 변화된다. 계에서 농도와 온도에서 평형상태에 있는 상의 종류와 조성 성분을 표시한 그림을 평형 상태도라 한다.
물질의 녹는점, 응고점, 분해점 또는 합금의 상전이 연구에 열분석을 사용 시차 열분석은 기준물질과 시료를 동시에 가열하면서 두 물 질사이에 생기는 온도차를 특정하여 열적 특성을 해석한다.
평형상태도는 원소 또는 분자가 일정 온도, 압력, 조성에서 평형상태에 있을 때 그것을 나타내는 그림을 말한다.
8.4 금속간 화합물
금속간 화합물은 합금(alloy)이라고 하며, 순금속에 다른 원소를 한 가지 이상 첨가하여 얻은 것이며, 금속의 성질을 갖고 있는 것을 말한다.
어떤 금속은 온도에 따라 결정상이 변화한다. 이를 변태라한다.
철에 탄소가 들어가면 순철에서는 저온에서는 BCC, 900 도 부근에서는 FCC로 상변화가 일어난다.
연습 문제
1. 상의 변화를 위한 변수를 쓰고 설명하시오.
2. 합금의 성분과 농도의 관계를 설명하시오.
3. 상의 수가 2개, 자유도가 3개 일 때 성분의 수를 구하시오.
4. Fe-c의 평형상태도를 그리시오.
5. 상변태에 대하여 설명하시오.
