[재료공학실험]금속 조직 관찰 2부

실험 방법

1. 실험 과정

① 시편을 절단한다.

채취하는 시료의 크기는 원형인 경우 직경이 1～2㎝가 일반적이다. 절단 방법으로는 기계적 절단, 용단, 전기 화학적 절단, 방전가공 절단등이 있다. → 기계적 절단 방법으로 시료2개를(SM45C, SM20C) 절단하여 받았다.

 

② 시편의 조연마를 실시한다.

시편의 표면을 균일 또는 평일하게 만드는 작업이다. → 조연마를 실시할 때 벨트연마기에서 약 5분정도의 연마가 필요하였다. 시편주위에 절단 후 잔류물들이 존재하였고, 시편절단 시에 약간의 불균형을 맞추기 위하여 조연마를 실시하였다.

 

③ 시편의 정밀연마를 실시한다.

표면의 거칠기를 일정하게 해주는 단계이다. → 80-220-400-600-1000의 샌드페이퍼의 순으로 연마한다. 사포가 거친 80부터 시작하여 비교적 부드러운 1000에서 마무리를 한다. 단, 연마지를 바꿀 때마다 방향을 90도 바꾸 어서 이전과 90°방향으로 바꾸어 연마 한다.

 

④ 시편의 광택연마를 실시한다.

연마흠을 제거하여 경면상태로 만드는 작업이다. → 연마판에 부착된 천에 액상 알루미나(Al2O3)를 사용하여 미세연마를 한다.

 

⑤ 시편 부식을 한다.

연마된 표면은 조직을 나타내지 않고 그 곳에 빛이 다다르면 거의 균일하게 반사된다. 그래서 에칭을 시켜 표면의 변화를 일으킨다. → 부식 전에 세척 및 건조 작업을 한번 거친 후, 나이탈 용액(질산 3%, 알코올97%)에 1분간 부식시킨다.

 

⑥ 시편 세척 및 건조를 실시한다.

부식이 끝나면 바로 세척과 건조를 시켜야 한다. 균열이나 미세한 구멍이 있는 시편은 물로 세척한 후에도 모세관 현상 때문에 부식이 진행되어 불균일하게 될 수 있으므로 그 주변이 과부식이 된다. → 부식 후 물로 헹군 뒤 알콜 세척을 실시하고 드라이로 건조를 실시한다.

 

⑦ 시편의 현미경 조직관찰을 한다.

광학 현미경은 금속의 미세조직 관찰에 있어서 가장 중요한 도구로 대부분의 금속의 미세조직의 관찰이 가능하다. → 광학현미경으로 각 시료의 금속 조직을 관찰하고 사진 촬영을 하고 비교해 시료를 구분한다.

실험 결과

1. 결과 분석

1) SM 20C를 나이탈 용액(질산 3%, 알코올97%)에 1분간 부식시킨 조직

바탕조직(Matrix조직)은 ferrite조직이고, 검은색 조직은 탄소가 모여있는 pearlite조직이다. ferrite조직이 pearlite조직보다 비율이 더 많다. SM20C는 기계구조용 강으로서 탄소를 0.2C% 함유하고 있다는 뜻이다. 흰바탕의 ferrite조직이 더 많아서 SM45C보다 연성이나 인성이 좋고, 경도, 강도는 비교적 약할 것이다.

SM20C 탄소강 시편

2) SM 45C를 나이탈 용액(질산 3%, 알코올97%)에 1분간 부식시킨 조직

바탕조직(Matrix조직)은 ferrite조직이고, 검은색 조직은 탄소가 모여있는 pearlite조직이다. ferrite조직과 pearlite조직과 거의 1:1 비율을 이룬다. SM45C는 탄소를 0.45% 함유하고 있다. SM20C보다 연성이나, 인성은 좀 뒤떨어지겠지만, 경도, 강도는 더 우수할 것이다.

SM45C 탄소강 시편

토의 사항

1. 실험 고찰

금속 시편의 조직을 관찰하기 위해 폴리싱 과정을 거치는데 이 과정이 무척이나 세밀한 작업을 요구한다. 시편을 자칫 잘못해서 연마를 하면 시편에 스크래치가 많이 일어나서 재료의 조직을 관찰하는데, 어려움을 겪는다. 스크래치로 인한 조직의 불균형한 형상을 볼 수 밖에 없다. 실험에서 연마를 여러 번 실패를 했었다. 폴리싱을 잘하는 방법은 없을까? 라는 생각이 많이 들었다.

그리고 조직은 이론으로만 탄소강의 흰바탕 조직은 ferrite조직이고, 탄소가 모인 곳은 검은색. 즉, pearlite조직이라는 이론으로만 배웠었다. 직접 눈으로 조직을 확인하니, 탄소 함량에 따른 조직 색깔 변화를 직감할 수 있을 것 같았다. 하지만, 탄소 함유량에 따른 조직 치밀도등은 어떻게 변화하는지가 궁금했다. 그리고 산업기사 실기시험을 코앞에 앞둔 나는 조직 사진들을 한 번도 보지 못했다. 하지만 이번 실습으로 통해서 조직 사진을 관찰 할 수 있었고, 산업기사 실기 시험장에서 각 강의 조직들의 특성을 대충 파악할 수 있어서 이번 실습은 매우 큰 도움이 되었다.

물론 조직의 극히 일부를 접했지만, 조직 관찰이라는 것은 매우 어려운 학문 같다. 지금은 우리가 표준시험편 상태, 즉 아무런 열처리 과정을 거치지 않은 순수의 금속인 상태인 것과 마찬가지이다. 이런 강들이 여러 열처리 과정을 거친다면 과연 조직의 변화는 어떻게 될 것인가가 매우 궁금하였고, 탄소를 더 많이 함유하면 조직이 치밀해지는지 등..여러 가지가 많이 궁금해졌고, 나중에 기회가 된다면 열처리과정을 거친 시편의 조직사진을 관찰해보고 싶다. 

결정립계의 크기의 변화로 인한 조직변화와 기계적 성질들이 달라지는 것들을 직접 확인해 보고 싶기도 하다. 그리고 조직의 상태에 따른 표면상태 즉, 도금과 같은 표면에 영향을 미치는 어느 정도 되는지 궁금하기도 하다. 이번 실습을 계기로 해서 조직이라는 학문을 접할 수 있어서 매우 좋았던 기회인 것 같다. 금속이라는 학문은 끝이 없는 것 같다. 금속에서 여러 가지 학문이 나누어진다. 지금 극히 일부의 학문을 접하고 있지만, 앞으로 좀 더 많은 학문을 접했으면 좋겠다. 

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