마르텐사이트

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1. 개요

마르텐사이트는 철-탄소 합금의 급랭 과정에서 형성되는 준안정 상태의 결정 구조로, 오스테나이트가 급격히 냉각될 때 탄소 원자가 확산될 시간이 부족하여 나타난다. 마르텐사이트는 탄소강의 경도를 높이는 주요 요인이며, 응력 유도 및 가공 유도 변태를 통해 생성될 수 있다. 마르텐사이트는 판상 또는 렌즈상 형태로 존재하며, 강도가 높지만 취성이 크므로 템퍼링 과정을 거쳐 사용된다. 마르텐사이트는 칼날, 공구강, 구조용 강, 형상 기억 합금 등 다양한 분야에 활용된다.

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마르텐사이트
결정 구조
결정계	정방정계 또는 체심정방정계
격자 상수	탄소 함량에 따라 변화
특성
경도	매우 높음
강도	매우 높음
취성	높음
변태
변태 온도	탄소 함량에 따라 변화
생성 메커니즘	마르텐사이트 변태 (비확산 변태)
강화 메커니즘
주된 요인	고용 강화 및 변태 강화
조직
현미경 조직	침상 조직 (바늘 모양)
관련
관련 재료	강철

2. 마르텐사이트의 형성

마르텐사이트는 탄소강에서 오스테나이트 형태의 철을 매우 빠르게 냉각(담금질)하여 형성된다. 이 과정에서 탄소 원자는 세멘타이트(Fe₃C)를 형성할 만큼 충분히 확산될 시간이 없어, 과포화된 탄소를 포함하는 체심정방격자 구조의 마르텐사이트가 생성된다. 이 전단 변형은 많은 전위를 생성하여 강의 강도를 높이는 주요 메커니즘이 된다.^[1] 펄라이트 강의 최대 경도가 400 브리넬(Brinell)인 반면, 마르텐사이트는 700 브리넬에 달할 수 있다.^[1]

마르텐사이트 화학 반응은 오스테나이트가 마르텐사이트 개시 온도(M_s)에 도달하고 기계적으로 불안정해질 때 시작된다. 시료가 담금질됨에 따라 점점 더 많은 오스테나이트가 마르텐사이트로 변환되어 하한 변태 온도 M_f에 도달하면 변태가 완료된다.^[2]

공정계 강(0.76% C)의 경우, 잔류 오스테나이트라고 하는 오스테나이트의 6~10%가 남는다. 잔류 오스테나이트의 비율은 탄소 함량에 따라 달라지는데, 0.6% 미만의 C 강에서는 무시할 만하지만, 0.95% C에서는 13%, 1.4% 탄소강에서는 30~47%에 이른다. 마르텐사이트를 생성하려면 매우 빠른 담금질이 필수적이다. 얇은 단면의 공정계 탄소강의 경우, 750 °C에서 450 °C로 0.7초 만에 담금질하면 펄라이트 형성 없이 마르텐사이트가 생성된다.^[1]

탄소 함량에 따라 마르텐사이트의 형태가 달라진다. 0~0.6% 탄소를 함유한 강에서는 판상 마르텐사이트가, 1% 이상의 탄소를 함유한 강에서는 판상 마르텐사이트가 나타난다. 마르텐사이트의 강도는 잔류 오스테나이트의 양이 증가함에 따라 감소한다. 냉각 속도가 느리면 펄라이트가 형성되기 시작하고, 남은 오스테나이트는 강에서 음속의 절반 속도로 마르텐사이트로 변환된다.

특정 합금강에서는 M_s 온도에서 강을 가공하고 M_s 이하로 담금질한 후 소성 변형을 가하여 마르텐사이트를 형성할 수도 있다. 이 과정은 매우 단단한 강을 생성하며, TRIP강과 같은 특수 강에서 사용된다. 마르텐사이트는 열적으로 유도되거나 응력에 의해 유도될 수 있다.^[2]^[3]

마르텐사이트 상의 성장은 확산 없는 변태이기 때문에 열 활성화 에너지가 거의 필요하지 않다. 이는 원자 위치의 빠르고 미묘한 재배열을 초래하며, 극저온 온도에서도 발생한다.^[2] 마르텐사이트는 오스테나이트보다 밀도가 낮아 변태 시 체적 변화를 일으킨다. 체적 변화보다 중요한 것은 마르텐사이트 판의 모양을 결정하는 변형이다.^[4]^[5]

마르텐사이트는 평형 상태가 아니므로 철-탄소 계의 평형 상태도에는 나타나지 않는다. 마르텐사이트는 열의 적용으로 쉽게 파괴될 수 있는데, 이 과정을 템퍼링이라고 한다. 담금질은 제어하기 어려울 수 있으므로, 많은 강은 과량의 마르텐사이트를 생성하도록 담금질한 후 템퍼링하여 원하는 구조를 얻는다.

2. 1. 형성 과정

철-탄소 합금(Fe-C계 합금)의 결정은 고온에서는 오스테나이트(면심입방격자구조)가, 상온에서는 페라이트(체심입방격자구조)가 안정되어 있다. 따라서 고온의 오스테나이트를 냉각하면 페라이트로 변태하려고 한다. 페라이트는 오스테나이트에 비해 소량의 탄소만 고용할 수 있기 때문에, 변태할 때는 결정 내에서 탄소를 이동시켜야 하며, 이동을 위한 확산이 수반되어야 한다(확산 변태).

철-탄소 합금을 천천히 냉각하면, 탄소는 페라이트 조직에서 밀려나 세멘타이트(철탄화물)를 생성하고, 펄라이트(페라이트와 세멘타이트의 층상 조직)가 형성된다. 그러나 확산이 충분히 일어나지 않는 속도로 급냉하면, 탄소가 체심입방격자의 한 축을 늘이고, 거기에 탄소가 침입한 준안정 상태의 결정 구조가 된다(무확산 변태). 이렇게 형성된 조직을 마르텐자이트라고 한다.^[7]

또한, 상온에서 오스테나이트 상태의 철에 응력을 가하는 것으로 마르텐자이트를 생성하는 경우도 있다. 이것을 응력 유도 마르텐자이트라고 한다. 마르텐자이트계 형상기억합금은 이 마르텐자이트 변태를 이용한 것이다. 스테인리스강의 SUS301(17-7 스테인리스강, 상온에서 오스테나이트 조직을 갖는)은 냉간 가공에 대해 불안정하기 때문에, 상온에서 프레스 가공, 절삭 가공, 단조 등을 하면 마르텐자이트로 변태한다. 이것을 가공 유도 마르텐자이트 변태라고 한다.

2. 2. 응력 유도 마르텐사이트

상온에서 오스테나이트 상태의 철에 응력을 가하면 마르텐사이트가 생성되기도 한다. 이를 응력 유도 마르텐사이트라고 한다. 마르텐사이트계 형상기억합금은 이 마르텐사이트 변태를 이용한 것이다.^[7] 스테인리스강의 SUS301(17-7 스테인리스강, 상온에서 오스테나이트 조직을 갖는)은 냉간 가공에 대해 불안정하기 때문에, 상온에서 프레스 가공, 절삭 가공, 단조 등을 하면 마르텐사이트로 변태한다. 이것을 가공 유도 마르텐사이트 변태라고 한다.

2. 3. 가공 유도 마르텐사이트 변태

스테인리스강의 SUS301(17-7 스테인리스강, 상온에서 오스테나이트 조직을 가짐)은 냉간 가공에 대해 불안정하다. 따라서 상온에서 프레스 가공, 절삭 가공, 단조 등을 하면 마르텐자이트로 변태한다. 이것을 가공 유도 마르텐자이트 변태라고 한다.^[7]

3. 마르텐사이트의 성질

마르텐사이트는 탄소강에서 오스테나이트 형태의 철을 매우 빠르게 냉각(담금질)하여 형성되는 조직으로, 탄소 원자가 세멘타이트(Fe₃C)를 형성할 만큼 충분히 확산될 시간이 없어 과포화된 상태로 존재한다.^[1] 마르텐사이트는 다음과 같은 성질을 갖는다.

열역학적 성질: 마르텐사이트 상의 성장에는 열 활성화 에너지가 거의 필요하지 않다. 이는 확산 없는 변태이기 때문이며, 원자 위치의 미묘하지만 빠른 재배열을 초래한다. 심지어 극저온 온도에서도 발생하는 것으로 알려져 있다.^[2]
비평형 상태: 마르텐사이트는 평형 상태가 아니기 때문에 철-탄소 계의 평형 상태도에 나타나지 않는다. 평형 상은 느린 냉각 속도에서 확산에 충분한 시간을 주어 형성되는 반면, 마르텐사이트는 매우 빠른 냉각 속도로 형성된다. 고온에서는 화학적 과정(평형 상태 달성)이 가속화되므로 마르텐사이트는 열에 의해 쉽게 파괴된다.
템퍼링: 일부 합금에서는 텅스텐과 같은 원소를 첨가하여 세멘타이트 핵생성을 방해함으로써 템퍼링 효과를 줄일 수 있지만, 대부분의 경우 응력을 해소하기 위해 핵생성이 진행되도록 한다. 담금질은 제어하기 어려우므로, 많은 강은 과량의 마르텐사이트를 생성하도록 담금질한 다음, 템퍼링을 통해 점진적으로 마르텐사이트 농도를 감소시켜 원하는 구조를 얻는다. 마르텐사이트의 바늘 모양 미세 구조는 재료의 취성 거동을 유발하며, 마르텐사이트가 너무 많으면 강이 취약해지고, 너무 적으면 무르게 된다.

마르텐스는 19세기 말에 이 조직을 발견했지만, 그 이전부터 일본도 등의 칼날에 사용될 정도로 경험적으로 이용되어 왔다. 현재는 공구강, 스테인리스강, 구조용강 등 다양한 분야에 활용되고 있다.

담금질은 강을 마르텐사이트 조직으로 변태시키는 작업이다. 이 비확산 변태로 인해 결정이 왜곡되어 변형이 발생한다. 마르텐사이트 형성 후에는 경도가 향상되지만 인성이 저하되므로, 추가로 템퍼링을 하는 경우가 많다. 강도 평가는 인장 시험, 인성 평가는 샤르피 충격 시험, 마찰 시험은 볼온디스크 시험 등으로 이루어진다.

참고로, 공구강 등의 철계 마르텐사이트는 과거 경질 자성재료로 사용되었으며, 여기서 '경질'은 마르텐사이트의 경도에서 기인한다.

3. 1. 결정 구조

탄소강에서 오스테나이트 형태의 철을 매우 빠르게 냉각(담금질)하면 탄소 원자가 세멘타이트(Fe₃C)를 형성할 만큼 충분히 확산될 시간이 부족해진다. 오스테나이트는 감마상 철(γ-Fe)과 합금 원소의 고용체이다. 담금질 결과, 면심입방격자 구조의 오스테나이트는 체심정방격자 구조의 마르텐사이트로 변환되는데, 이는 과포화된 탄소를 포함하며 높은 변형을 보인다. 이러한 전단 변형은 많은 전위를 생성하며, 이는 강의 주요 강화 메커니즘이다. 펄라이트 강의 최대 경도는 400 브리넬(Brinell)인 반면, 마르텐사이트는 700 브리넬에 달할 수 있다.^[1]

마르텐사이트 화학 반응은 냉각 중 오스테나이트가 마르텐사이트 개시 온도(M_s)에 도달하고 모상 오스테나이트가 기계적으로 불안정해질 때 시작된다. 시료가 담금질됨에 따라 점점 더 많은 비율의 오스테나이트가 마르텐사이트로 변환되어 하한 변태 온도 M_f에 도달할 때까지 변태가 완료된다.^[2]

공정계 강(0.76% C)의 경우, 잔류 오스테나이트라고 하는 오스테나이트의 6~10%가 남는다. 0.6% 미만의 C 강에서는 잔류 오스테나이트가 무시할 만하지만, 0.95% C에서는 13%, 1.4% 탄소강에서는 30~47%에 이른다. 마르텐사이트를 생성하려면 매우 빠른 담금질이 필수적이다. 얇은 단면의 공정계 탄소강의 경우, 750 °C에서 시작하여 450 °C에서 끝나는 담금질이 0.7초(430 °C/초의 속도)에 이루어지면 펄라이트는 형성되지 않고 강은 소량의 잔류 오스테나이트를 포함하는 마르텐사이트가 된다.^[1]

탄소 함유량에 따라 마르텐사이트의 모양은 다음과 같이 달라진다.

0~0.6% 탄소: 판상 모양 (판상 마르텐사이트)
1% 이상 탄소: 판상 구조 (판상 마르텐사이트)
0.6%~1% 탄소: 위 두 가지의 혼합된 형태

마르텐사이트의 강도는 잔류 오스테나이트의 양이 증가함에 따라 감소한다. 냉각 속도가 임계 냉각 속도보다 느리면 일정량의 펄라이트가 형성되기 시작하는데, 이는 결정계면에서 시작하여 M_s 온도에 도달할 때까지 결정 내부로 성장한 다음, 남은 오스테나이트는 강에서 음속의 약 절반 속도로 마르텐사이트로 변환된다.

특정 합금강에서는 M_s 온도에서 강을 가공하여 M_s 이하로 담금질한 다음, 20~40%의 원래 단면적 감소로 소성 변형을 가공하여 마르텐사이트를 형성할 수 있다. 이 과정은 최대 10¹³/cm²의 전위 밀도를 생성한다. 많은 수의 전위와 함께 전위를 생성하고 고정하는 침전물은 매우 단단한 강을 생성한다. 이러한 특성은 이트리아 안정화 지르코니아와 같은 강화 세라믹과 TRIP강과 같은 특수 강에서 자주 사용된다. 따라서 마르텐사이트는 열적으로 유도되거나 응력에 의해 유도될 수 있다.^[2]^[3]

마르텐사이트 상의 성장에는 열 활성화 에너지가 거의 필요하지 않다. 이 과정은 확산 없는 변태이기 때문이다. 이는 원자 위치의 미묘하지만 빠른 재배열을 초래하며, 심지어 극저온 온도에서도 발생하는 것으로 알려져 있다.^[2] 마르텐사이트는 오스테나이트보다 밀도가 낮으므로 마르텐사이트 변태는 상대적인 체적 변화를 초래한다.^[4] 체적 변화보다 훨씬 중요한 것은 약 0.26의 크기를 가지는 변형으로, 이는 마르텐사이트 판의 모양을 결정한다.^[5]

마르텐사이트는 평형 상태가 아니기 때문에 철-탄소 계의 평형 상태도에 나타나지 않는다. 평형 상은 확산에 충분한 시간을 허용하는 느린 냉각 속도에 의해 형성되는 반면, 마르텐사이트는 일반적으로 매우 빠른 냉각 속도에 의해 형성된다. 화학적 과정(평형 상태의 달성)은 고온에서 가속되므로 마르텐사이트는 열의 적용으로 쉽게 파괴된다. 이 과정을 템퍼링이라고 한다.

탄소 농도에 따라 마르텐사이트의 구조가 변한다. 탄소량 0.6–0.7 wt% 이하에서 마르텐사이트화에 성공한 재료는 모든 조직이 막대 모양 마르텐사이트 조직이 되지만, 그 이상의 농도 영역에서는 렌즈 모양 마르텐사이트 조직이 형성되어 매우 취성이 된다.

3. 2. 경도

탄소강에서 오스테나이트 형태의 철을 매우 빠르게 냉각(담금질)하면 탄소 원자가 세멘타이트(Fe₃C)를 형성할 만큼 충분히 확산될 시간이 없어 마르텐사이트가 형성된다. 오스테나이트는 면심입방격자 구조이지만, 담금질 결과 체심정방격자 구조의 마르텐사이트로 변환되며, 여기에는 과포화된 탄소가 포함된다. 이러한 전단 변형은 많은 전위를 생성하여 강의 주요 강화 메커니즘이 된다. 펄라이트 강의 최대 경도는 400 브리넬(Brinell)인 반면, 마르텐사이트는 700 브리넬에 달할 수 있다.^[1]

마르텐사이트의 강도는 잔류 오스테나이트의 양이 증가함에 따라 감소한다. 탄소 함유량이 0~0.6%인 강은 판상 모양의 판상 마르텐사이트를 나타내며, 1% 이상의 탄소를 함유한 강은 판상 구조를 형성한다.

3. 3. 잔류 오스테나이트

탄소강에서 오스테나이트 형태의 철을 매우 빠르게 냉각(담금질)하면 탄소 원자가 세멘타이트(Fe₃C)를 형성할 만큼 충분히 확산될 시간이 없어 마르텐사이트가 형성된다.^[1] 이때, 오스테나이트의 일부는 마르텐사이트로 변태되지 않고 남아있게 되는데, 이를 잔류 오스테나이트라고 한다.

공정계 강(탄소 0.76%)의 경우, 잔류 오스테나이트가 6~10% 정도 남는다. 잔류 오스테나이트의 비율은 탄소 함량이 0.6% 미만인 강에서는 무시할 만하지만, 0.95%에서는 13%, 1.4% 탄소강에서는 30~47%에 이른다.^[1]

마르텐사이트의 강도는 잔류 오스테나이트의 양이 증가함에 따라 감소한다. 탄소 함량이 0~0.6%인 강에서는 마르텐사이트가 판상 모양을 나타내며, 1% 이상인 강에서는 판상 구조를 형성한다. 이 두 비율 사이에서는 결정의 물리적 외관이 두 가지의 혼합물이다.^[2]

3. 4. 밀도

탄소강에서 오스테나이트 형태의 철을 매우 빠르게 냉각(담금질)하면, 탄소 원자가 세멘타이트(Fe₃C)를 형성할 만큼 충분히 확산될 시간이 없어 과포화된 탄소를 포함하는 마르텐사이트가 형성된다.^[1] 마르텐사이트는 오스테나이트보다 밀도가 낮기 때문에, 마르텐사이트 변태는 상대적인 체적 변화를 일으킨다.^[4] 이때 체적 변화보다 훨씬 중요한 것은 약 0.26의 크기를 가지는 변형이며, 이는 마르텐사이트 판의 모양을 결정한다.^[5]

3. 5. 템퍼링(뜨임)

마르텐사이트는 열처리 과정에서 쉽게 파괴될 수 있는데, 이 과정을 템퍼링(뜨임)이라고 한다. 템퍼링은 텅스텐과 같은 특정 원소를 첨가하여 억제할 수도 있지만, 대부분의 경우 재료의 응력을 해소하기 위해 진행된다.^[2] 담금질은 제어하기 어려울 수 있기 때문에, 많은 강은 과량의 마르텐사이트를 생성하도록 담금질한 후 템퍼링을 통해 점진적으로 마르텐사이트 농도를 감소시켜 원하는 특성을 얻는다.^[1]

마르텐사이트의 미세 구조는 재료의 취성에 영향을 미친다. 마르텐사이트가 너무 많으면 강이 부서지기 쉽고, 너무 적으면 무르게 된다.^[1]

마르텐사이트는 19세기 말 마르텐스에 의해 발견되기 전부터 일본도 등에 사용될 정도로 경험적으로 이용되어 왔으며, 현재는 공구강, 스테인리스강, 구조용강 등 다양한 분야에 활용된다. 탄소 농도에 따라 마르텐사이트의 구조가 달라지는데, 탄소량이 0.6-0.7 wt% 이하에서는 막대 모양, 그 이상에서는 렌즈 모양의 마르텐사이트 조직이 형성되어 취성이 증가한다.

담금질은 강을 마르텐사이트 조직으로 변태시키는 작업으로, 이 과정에서 결정이 왜곡되어 변형이 발생한다. 마르텐사이트 형성 후에는 경도가 향상되지만 인성이 저하되므로, 템퍼링을 추가로 실시하여 사용하는 경우가 많다. 강도 평가는 인장 시험, 인성 평가는 샤르피 충격 시험, 마찰 시험은 볼온디스크 시험 등을 통해 이루어진다.

4. 마르텐사이트의 종류

마르텐사이트는 탄소 함량에 따라 형태가 달라지는데, 크게 판상 마르텐사이트와 렌즈상 마르텐사이트로 나뉜다. 탄소 함량이 0~0.6%인 경우에는 판상 마르텐사이트, 1% 이상인 경우에는 렌즈상 마르텐사이트가 나타난다.

4. 1. 판상 마르텐사이트 (Lath Martensite)

탄소강에서 탄소 함량이 0~0.6%인 경우, 마르텐사이트는 판상 모양을 띄며 이를 판상 마르텐사이트라고 부른다.^[1] 탄소 함량이 1% 이상인 강에서는 판상 구조가 형성되며, 이를 판상 마르텐사이트라고 한다. 이 두 함량 사이에서는 결정의 물리적 외관이 두 가지 형태의 혼합물로 나타난다. 마르텐사이트의 강도는 잔류 오스테나이트의 양이 증가함에 따라 감소한다.^[1]

4. 2. 렌즈상 마르텐사이트 (Lenticular Martensite)

탄소강에서 오스테나이트 형태의 철을 매우 빠르게 냉각(담금질)하면 탄소 원자가 결정 구조에서 세멘타이트(Fe₃C)를 형성할 만큼 충분한 양으로 확산될 시간이 없어 마르텐사이트가 형성된다.^[1] 0~0.6% 탄소를 함유한 강은 판상 마르텐사이트라고 불리는 판상 모양의 마르텐사이트를 나타낸다. 1% 이상의 탄소를 함유한 강은 렌즈상 마르텐사이트라고 불리는 렌즈 모양의 판상 구조를 형성한다. 이 두 비율 사이에서는 결정의 물리적 외관이 두 가지의 혼합물이다.^[1]

5. 마르텐사이트의 이용

마르텐사이트는 19세기 말 마르텐스에 의해 발견되기 이전부터 경험적으로 이용되어 왔으며, 한때 마르텐사이트가 강(鋼)의 정의이기도 했다. 일본에서도 일본도 등의 칼날에 형성되어 있던 것을 과학적으로 재인식한 것으로, 현재도 공구강을 중심으로 스테인리스강과 구조용강에도 확장 적용되고 있다.^[1] 탄소 농도에 따라 마르텐사이트의 구조가 달라지는데, 탄소량 0.6–0.7 wt% 이하에서는 막대 모양, 그 이상에서는 렌즈 모양 마르텐사이트 조직이 형성되어 매우 취약해진다. 침탄 불량 등도 이러한 조직 구조 때문이다.

담금질은 강을 마르텐사이트 조직으로 변태시키는 작업이다.^[1] 이 비확산 변태로 결정이 왜곡되어 담금질 시 변형이 발생한다. 마르텐사이트는 경도가 향상되지만 인성이 저하되므로, 템퍼링 후 사용하는 경우가 많다.^[1] 강도, 인성, 마찰 시험 등의 평가에는 각각 인장 시험, 샤르피 충격 시험, 볼온디스크 시험 등이 사용된다.^[1]

과거에는 공구강 등의 철계 마르텐사이트가 경질 자성재료로 사용되었는데, 이는 마르텐사이트의 경도에 기인한다.^[1]

5. 1. 칼날 및 공구강

마르텐사이트는 19세기 말 마르텐스에 의해 발견되기 전부터 경험적으로 이용되어 왔다. 한때 마르텐사이트가 강(鋼)의 정의이기도 했다. 일본에서도 이미 일본도 등의 칼날에 형성되어 있던 것을 과학적으로 재인식한 것으로, 현재도 공구강을 중심으로 스테인리스강과 구조용강에도 확장 적용되고 있다.^[1] 여기서 중요한 것은 탄소 농도에 따라 마르텐사이트의 구조가 변한다는 것이다.^[1] 탄소량 0.6–0.7 wt% 이하에서 마르텐사이트화에 성공한 재료는 모든 조직이 막대 모양 마르텐사이트 조직이 되지만, 그 이상의 농도 영역에서는 렌즈 모양 마르텐사이트 조직이 형성되어 매우 취성이 된다.^[1] 침탄의 불량 등에서 볼 수 있는 것도 이러한 조직 구조에 기인한다.^[1]

담금질이란 강을 이 조직으로 변태시키는 작업이다.^[1] 이 비확산 변태에 의해 결정이 왜곡되기 때문에 담금질에 의해 변형이 발생한다.^[1] 마르텐사이트가 형성되면 경도가 향상되는 반면 인성이 저하되므로, 추가로 템퍼링을 한 후에 이용하는 경우가 많다.^[1] 강도는 일축의 판상 또는 봉상의 인장 시험으로 평가하고, 인성은 샤르피 충격 시험, 마찰 시험은 볼온디스크 등의 시험을 실시하여 평가한다.^[1]

참고로, 공구강 등의 철계 마르텐사이트는 과거에는 경질 자성재료에 사용되었다.^[1] 이 경질이란 마르텐사이트의 경도에 기인한다.^[1]

5. 2. 구조용 강

마르텐사이트는 19세기 말 마르텐스에 의해 발견되기 전부터 경험적으로 이용되어 왔다. 한때 마르텐사이트가 강의 정의이기도 했다. 일본에서도 일본도 등의 칼날에 형성되어 있던 것을 과학적으로 재인식한 것으로, 현재도 공구강을 중심으로 스테인리스강과 구조용 강에도 확장 적용되고 있다. 여기서 중요한 것은 탄소 농도에 따라 마르텐사이트의 구조가 변한다는 것이다. 탄소량 0.6–0.7 wt% 이하에서 마르텐사이트화에 성공한 재료는 모든 조직이 막대 모양 마르텐사이트 조직이 되지만, 그 이상의 농도 영역에서는 렌즈 모양 마르텐사이트 조직이 형성되어 매우 취성이 된다. 침탄의 불량 등에서 볼 수 있는 것도 이러한 조직 구조에 기인한다.^[1]

담금질이란 강을 이 조직으로 변태시키는 작업이다. 이 비확산 변태에 의해 결정이 왜곡되기 때문에 담금질에 의해 변형이 발생한다. 마르텐사이트가 형성되면 경도가 향상되는 반면 인성이 저하되므로, 추가로 템퍼링을 한 후에 이용하는 경우가 많다. 평가는 강도는 일축의 판상 또는 봉상의 인장 시험으로 평가하고, 인성은 샤르피 충격 시험, 마찰 시험은 볼온디스크 등의 시험을 실시하여 평가한다.^[1]

5. 3. 형상기억합금

마르텐사이트는 19세기 말에 발견되기 이전부터 경험적으로 이용되어 왔으며, 한때는 강(鋼)의 정의이기도 했다. 일본에서도 이미 일본도 등의 칼날에 형성되어 있던 것을 과학적으로 재인식한 것으로, 현재도 공구강을 중심으로 스테인리스강과 구조용강에도 확장 적용되고 있다. 여기서 중요한 것은 탄소 농도에 따라 마르텐사이트의 구조가 변한다는 것이다. 탄소량 0.6–0.7 wt% 이하에서 마르텐사이트화에 성공한 재료는 모든 조직이 막대 모양 마르텐사이트 조직이 되지만, 그 이상의 농도 영역에서는 렌즈 모양 마르텐사이트 조직이 형성되어 매우 취성이 된다. 침탄의 불량 등에서 볼 수 있는 것도 이러한 조직 구조에 기인한다.^[1]

담금질이란 강을 이 조직으로 변태시키는 작업이다. 이 비확산 변태에 의해 결정이 왜곡되기 때문에 담금질에 의해 변형이 발생한다. 마르텐사이트가 형성되면 경도가 향상되는 반면 인성이 저하되므로, 추가로 템퍼링을 한 후에 이용하는 경우가 많다. 강도 평가는 일축의 판상 또는 봉상의 인장 시험으로 평가하고, 인성 평가는 샤르피 충격 시험, 마찰 시험은 볼온디스크 등의 시험을 실시하여 평가한다.^[1]

참고로, 공구강 등의 철계 마르텐사이트는 과거에는 경질 자성재료에 사용되었다. 이 경질이란 마르텐사이트의 경도에 기인한다.^[1]

5. 4. 경질 자성 재료

공구강 등에 사용되는 철계 마르텐사이트는 과거 경질 자성 재료로 사용되었다.^[1] '경질'이라는 용어는 마르텐사이트의 경도에서 유래했다.^[1]

5. 5. 기타

마르텐사이트는 19세기 말 마르텐스에 의해 발견되기 전부터 경험적으로 이용되어 왔다. 한때 마르텐사이트가 강(鋼)의 정의이기도 했다. 일본에서도 일본도 등의 칼날에 형성되어 있던 것을 과학적으로 재인식한 것으로, 현재도 공구강을 중심으로 스테인리스강과 구조용강에도 확장 적용되고 있다. 여기서 중요한 것은 탄소 농도에 따라 마르텐사이트의 구조가 변한다는 것이다. 탄소량 0.6–0.7 wt% 이하에서 마르텐사이트화에 성공한 재료는 모든 조직이 막대 모양 마르텐사이트 조직이 되지만, 그 이상의 농도 영역에서는 렌즈 모양 마르텐사이트 조직이 형성되어 매우 취성이 된다. 침탄의 불량 등에서 볼 수 있는 것도 이러한 조직 구조에 기인한다.^[1]

담금질이란 강을 이 조직으로 변태시키는 작업이다. 이 비확산 변태에 의해 결정이 왜곡되기 때문에 담금질에 의해 변형이 발생한다. 마르텐사이트가 형성되면 경도가 향상되는 반면 인성이 저하되므로, 추가로 템퍼링을 한 후에 이용하는 경우가 많다. 강도 평가는 일축의 판상 또는 봉상의 인장 시험으로, 인성 평가는 샤르피 충격 시험으로, 마찰 시험은 볼온디스크 등의 시험을 실시하여 평가한다.^[1]

참고로, 공구강 등의 철계 마르텐사이트는 과거에 경질 자성재료로 사용되었다. 이 경질이란 마르텐사이트의 경도에 기인한다.^[1]

참조

_[1] 서적 Marks' Standard Handbook for Mechanical Engineers, 8th ed. https://archive.org/[...] McGraw Hill
_[2] 서적 The effect of morphology on the strength of copper-based martensites A.Q. Khan, University of Leuven, Belgium 1972-03-00
_[3] 서적 Steel Metallurgy for the Non-Metallurgist American Society for Metals
_[4] 서적 Engineering Materials 2 Pergamon Press
_[5] 서적 Geometry of Crystals Institute of Materials
_[6] 서적 熱処理のおはなし日本規格協会
_[7] 서적 鉄鋼材料学 https://www.google.c[...] 朝倉書店 1981-00-00

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