Fe-C 상평형도는 철(Fe)과 탄소(C)의 합금인 강철의 다양한 상(phase)과 구성이 온도와 조성에 따라 어떻게 변화하는지를 나타내는 그래프입니다. 이 상평형도는 금속 가공, 열처리, 금속 조직 연구 등에서 중요한 기초 자료로 활용됩니다.

Fe3C는 철과 탄소가 결합하여 형성하는 화합물로, 시멘타이트라고도 합니다. 시멘타이트는 강철 내에서 고경도의 상을 형성하며, 강의 경도와 강도에 큰 영향을 미칩니다. 하지만, 너무 많은 시멘타이트가 존재하면 강의 인성이 낮아질 수 있습니다.

Fe-C 상평형도의 주요 구성요소는 다음과 같습니다:

1. 알파철(α-Fe, 페라이트): 철의 체심입방정 구조(BCC)로, 온도가 낮을 때 안정한 형태입니다. 탄소 용해력이 낮기 때문에 매우 적은 양의 탄소만을 포함할 수 있습니다.

2. 오스테나이트(γ-Fe): 철의 면심입방정 구조(FCC)로, 높은 온도에서 안정한 형태입니다. 페라이트에 비해 상대적으로 많은 양의 탄소를 용해할 수 있습니다.

3. 페라이트와 오스테나이트의 전이 영역: 철이 BCC 구조에서 FCC 구조로 변하는 영역입니다. 이 구간에서는 온도와 탄소 함량에 따라 페라이트와 오스테나이트의 비율이 변화합니다.

4. 시멘타이트(Fe3C): 철과 탄소의 화합물로, 탄소 함량이 약 6.67%일 때 형성됩니다. 이 시멘타이트는 경도가 높지만, 취약하므로 주의 깊게 다루어야 합니다.

5. 레데부라이트 구역: 탄소 함량이 .76%에서 2.11% 사이일 때 형성되는 구역으로, 철과 시멘타이트가 미세하게 섞여 있는 상태를 보입니다.

6. 이우토이드 반응: 약 .76%의 탄소 함량에서 오스테나이트가 냉각될 때 페라이트와 시멘타이트로 분해되는 반응입니다.

Fe-C 상평형도는 이러한 구성요소들을 통해 강철의 열처리, 기계적 성질 변화, 그리고 강의 마이크로 구조 변화를 이해하는 데 도움을 줍니다.

열처리는 금속이나 합금의 기계적, 화학적질을 개선하기 위해 특정한 온도로 가열한 다음 고온, 상온 혹은 저온에서 냉각하는 과정입니다. 각각의 열처리 방법은 금속의 구조와 성질을 다양하게 변화시켜 다른 용도와 기능을 가진 부품을 만들 수 있습니다. 대표적인 열처리 방법에는 다음과 같은 것들이 있습니다.

1. 양생(正火, Annealing)

   • 목적: 내부 응력 제거, 경도 감소, 가공성 향상, 결정립 세밀화
   • 과정: 고온까지 가열 후 서서히 냉각(보통 공기 중에서)

2. 정상화(Normalizing)

   • 목적: 조직을 미세하고 균일하게 만들어 기계적 성질 향상
   • 과정: 오스테나이트화 온도 이상까지 가열한 뒤 공기 중에서 냉각

3. 경화(Quenching)

   • 목적: 마르텐사이트 변태를 통한 경도와 강도 향상
   • 과정: 오스테나이트화 온도까지 가열한 후 급속히 냉각(물, 기름 등)

4. 소둔(Tempering)

   • 목적: 경화 처리로 생성된 내부 응력 제거, 취약성 감소, 인성 향상
   • 과정: 경화 후 비교적 낮은 온도에서 가열한 후 서서히 냉각

5. 침탄(Carburizing)

   • 목적: 표면의 탄소 함량 증가시켜 표면 경도 향상
   • 과정: 표면에 탄소를 풍부한 환경에서 가열하여 탄소가 금속 표면에 침투하도록 함

6. 질화(Nitriding)

   • 목적: 표면의 질소 함량을 증가시켜 표면 경도, 내마모성, 내식성 향상
   • 과정: 낮은 온도에서 질소를 풍부한 환경에서 처리하여 표면에 질소 화합물 형성

7. 승온 열처리(Austempering)

   • 목적: 경도와 인성의 균형 향상
   • 과정: 오스테나이트화 온도에서 가열한 후 변태 온도까지 냉각 후 일정 시간 동안 유지한 후 공기 중에서 식힘

8. 표면 경화(Surface Hardening)

   • 목적: 부품의 표면만 경화시켜 내마모성을 강화하면서 핵심 부분은 인성을 유지
   • 방법: 레이저, 전자빔, 유도가열 등을 사용하여 국부적으로 고온 처리 후 급속히 냉각

각 열처리 과정은 금속의 사용 목적과 요구되는 성능에 따라 적절히 선택되어야 합니다.

열처리 과정에서 "불림"은 특정 목적을 위해 금속 물체를 높은 온도로 가열한 후 천천히 냉각시키는 과정을 의미합니다. 이 과정은 주로 금속의 내부 응력을 제거하고, 기계적 성질을 개선하며, 미세 구조를 조정하기 위해 사용됩니다. 불림은 크게 세 가지 주요 유형으로 나뉩니다: 완전 양생, 불완전 양생, 그리고 스트레스 릴리프 양생.

1. 완전 양생(Full Annealing)

   • 완전 양생은 금속을 오스테나이트화 온도까지 가열한 다음, 매우 천천히 냉각시켜 금속 내부의 구조를 완전히 재조정하는 과정입니다. 이 과정은 조직을 세밀화하고, 경도를 낮추며, 가공성을 향상시킵니다.

2. 불완전 양생(Spheroidizing Annealing)

   • 금속의 구조를 구상화하여 카바이드의 형태를 더욱 둥근 형태로 만들어 주어 가공하기 쉽게 하는 열처리 방법입니다. 주로 고탄소강의 절삭 가공성을 향상시키기 위해 시행합니다.

3. 스트레스 릴리프 양생(Stress Relieving Annealing)

   • 가열 후 냉각의 속도를 조절하는 것이 아니라, 가열 후 금속 내부에 존재하는 잔류 응력을 제거하는 데 초점을 맞춘 열처리 방법입니다. 주로 용접이나 냉간 가공 후에 금속 내부에 생긴 잔류 응력을 제거하기 위해 사용됩니다.

각각의 불림 방법은 금속의 유형, 사용 목적, 필요한 기계적 특성에 따라 달라질 수 있으며, 올바른 열처리 방법을 선택하는 것은 금속 부품의 성능과 수명에 중대한 영향을 미칩니다.

열처리 과정에서 "풀림"이라는 용어는 주로 경화 공정을 거친 금속재료의 경도를 줄이고, 취성을 감소시키며, 인성을 향상시키기 위해 사용되는 열처리 과정, 즉 "소둔(Tempering)"을 의미합니다. 금속을 경화시키고 난 후에는 원하는 기계적 성질을 얻기 위해 풀림(소둔) 과정이 필요할 수 있습니다.

1. 소둔(Tempering)
   • 소둔은 경화 공정으로 인해 발생한 금속 내부의 높은 잔류 응력을 줄여주고, 취성을 감소시키며, 탄성과 인성을 향상시키기 위해 수행됩니다. 경화 공정을 거친 금속은 매우 경도가 높지만, 동시에 취약해질 수 있습니다.
   • 이 과정에서 금속은 경화 공정에서 형성된 마르텐사이트 조직을 더 안정적인 형태로 변화시키기 위해 적절한 온도(보통 경화 온도보다 낮은 온도)로 가열 다음 낮은 속도로 냉각시킵니다. 가열 온도와 유지 시간은 대상 금속의 종류와 원하는 성질에 따라 결정됩니다.
   • 소둔 온도와 시간에 따라 금속의 경도, 인성, 강도 등이 조절됩니다. 일반적으로 소둔 온도가 높아질수록 금속의 경도와 강도는 감소하고, 인성은 증가합니다.

즉, 열처리 과정에서의 "풀림"은 금속 부품의 성능을 최적화하고, 원하는 기계적 성질에 맞도록 조절하기 위한 매우 중요한 과정입니다..Alignment of metallurgical properties through tempering is critical for ensuring the material’s performance in its intended application.