펄라이트 (철)

3. 명칭

광택이 진주(펄)를 닮았기 때문에 펄라이트라고 불린다.^[8] 영국의 현미경학자 헨리 소르비에 의해 명명되었다.^[8] 금속 조직학상에서는 '''공정 결정'''이라고 불린다.^[9]

조직 전체가 펄라이트만으로 이루어진 강을 '''공석강'''(共析鋼, 영어: eutectoid steel)이라고 한다.

현재는 잘 사용되지 않지만, 물가의 모래 무늬와 비슷한 조직이기 때문에, 일본의 야금학자 혼다 고타로에 의한 '''파래토'''(波来土)라는 한자 음차가 있다.^[8]

4. 탄소량에 따른 변화

펄라이트 조직만으로 이루어진 강을 공석강이라고 한다. 공석강은 절삭공구, 고강도 철사, 나이프, 끌, 못 등에 사용된다. 공석강보다 탄소량이 적은 것을 아공석강, 많은 것을 과공석강이라고 부른다. 부드러운 페라이트와 단단한 세멘타이트의 비율 변화에 따라 강재로서의 성질이 변화한다.

; 아공석강(hypoeutectoid steel^영어)

: 탄소량 0.77[질량%] 이하에서는, 석출 페라이트와 펄라이트가 섞인 조직이 된다^[9]。

: 기계구조용 탄소강, 비교적 탄소가 많은 것은 공구강에 이용된다.

; 과공석강(hypereutectoid steel^영어)

: 탄소량 0.77[질량%] 이상에서는, 석출 세멘타이트와 펄라이트가 섞인 조직이 된다^[9]。

: 공구강에 이용된다.

4. 1. 아공석강 (Hypoeutectoid steel)

4. 2. 과공석강 (Hypereutectoid steel)

5. 펄라이트 형성

오스테나이트의 공정 조성은 약 0.8%의 탄소이며, 탄소 함량이 더 적거나 높은 강철(아공석강 및 과공석강)은 공정 반응에 참여하지 않고 펄라이트로 변환될 수 없는 상대적으로 순수한 페라이트 또는 시멘타이트 결정립을 포함한다. 공정점 위에서 형성되는 페라이트와 시멘타이트의 비율은 지렛대 규칙을 사용하여 철/철-탄화물 평형 상 평형 그림에서 계산할 수 있다.^[1]

펄라이트는 헨리 클리프턴 소르비에 의해 처음으로 확인되었고, 처음에는 소르바이트로 명명되었지만, 미세 구조가 진주 조개와 유사하여 대체 이름이 더 널리 사용되었다.^[5] 펄라이트는 오스테나이트의 분해 동안 페라이트와 시멘타이트의 협동 성장의 결과로 형성된다.^[5] 펄라이트의 형태는 냉각 속도와 코일링 온도에 의해 크게 영향을 받는다. 낮은 코일링 온도에서 펄라이트는 더 미세한 라멜라 간격으로 형성되어 향상된 기계적 특성을 얻는다. 반대로, 더 높은 코일링 온도에서는 펄라이트가 더 거친 라멜라로 형성되고, 거친 시멘타이트 입자가 구조를 지배하는 경향이 있으므로 더 적은 양의 펄라이트가 관찰된다.^[5] 펄라이트 형성 동안 성장 전면 바로 앞에서 일어나는 탄소 확산은 라멜라의 두께, 즉 강철의 강도를 결정하는 데 중요하다.

베이나이트는 가시광선의 파장보다 훨씬 작은 라멜라를 갖는 유사한 구조이며, 펄라이트와 달리 변위 변환 메커니즘에 의해 성장한다. 펄라이트의 오스테나이트로의 변환은 723°C의 낮은 임계 온도에서 핵 생성 과정으로 인해 발생한다.

6. 응용

펄라이트는 높은 경도, 강도 및 내마모성을 가진다. 페라이트와 시멘타이트의 강력한 층상 네트워크로 인해 내마모성이 뛰어나다.^[6][7] 이러한 특성 덕분에 절삭 공구, 고강도 와이어, 칼, 끌, 못 등 다양한 분야에 응용된다.^[6][7] 공석강은 온전히 펄라이트로 변환이 가능하며, 절삭공구, 고강도 철사, 나이프, 끌, 못 등에 쓰인다.

참조

_[1] 간행물 Metallic composites processed via extreme deformation - Toward the limits of strength in bulk materials MRS Bulletin
_[2] 논문 Segregation stabilizes nanocrystalline bulk steel with near theoretical strength
_[3] 논문 Defects in Carbon-Rich Ferrite of Cold-Drawn Pearlitic Steel Wires 2013-04-10
_[4] 논문 Atomic-scale mechanisms of deformation-induced cementite decomposition in pearlite
_[5] 논문 The Kinetics of Formation and Decomposition of Austenite in Relation to Carbide Morphology https://doi.org/10.1[...] 2017-02
_[6] 논문 Influence of Carbide Morphology and Microstructure on the Kinetics of Superficial Decarburization of C-Mn Steels 2009-04
_[7] 웹사이트 Eutectoid Steel - Engineering Dictionary - EngNet http://www.engnetglo[...]
_[8] 서적 熱処理のおはなし 日本規格協会
_[9] 문서 図解入門現場で役立つ金属材料の基本と仕組み
_[10] 간행물 Metallic composites processed via extreme deformation - Toward the limits of strength in bulk materials MRS Bulletin