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페라이트 (철)

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목차

1. 개요

페라이트는 상온에서 안정적인 철의 형태인 α철을 의미한다. 체심 입방 격자 구조를 가지며, 727°C에서 최대 0.0218%의 탄소를 고용할 수 있다. 페라이트는 912°C를 초과하면 오스테나이트로 변태하며, 강자성체이지만 770°C를 초과하면 상자성체로 변한다. 1886년 오스몽에 의해 발견되었으며, 철의 상변태 연구의 기초가 되었다.

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페라이트 (철)

2. 역사

2. 1. 오스몽의 발견 (1886)

1886년, 프랑스 과학자 오스몽(플로리스 오스몽/Floris Osmond프랑스어)은 고체 순철이 가열·냉각 과정에서 α철, β철, γ철과 같이 온도에 따라 구조가 변화한다는 것을 발견했다. 당시 물질계는 단일 고체가 온도 변화만으로 성질을 변화시키는 것에 대해 회의적이었지만, 기술의 진보에 따라 이러한 변태가 일반적으로 일어날 수 있는 물리 현상임이 밝혀지면서 널리 받아들여졌다. 이후 β철(A2) 변태는 자성 변태임이 입증되어 α철에 포함되게 되었지만, 오스몽이 발견한 이러한 상들은 현재까지 철 연구의 기초가 되었다.

3. 순철의 상변태

3. 1. 페라이트 (α철)

상온에서 안정적인 철의 형태는 BCC 구조를 가지는 페라이트(α철)이다.[1] 페라이트는 탄소를 극미량만 함유할 수 있으며, 727 °C에서 최대 0.0218%의 탄소를 고용할 수 있다.[1] 공업적으로는 함유 탄소량 0.0218% 이하의 철강을 철(iron), 그 이상의 탄소량이고, 탄소량 약 2.0% 이하의 철강을 탄소강 또는 강(steel)이라고 부르며, 그 이상(탄소량 2.0% 이상)은 강이라고 하지 않고 주철 (cast iron)로 분류된다. 강에서 고용 한계를 넘은 탄소는 철과 화학 반응하여 시멘타이트가 되거나, 또는 그대로 흑연이 되지만, 통상의 열처리 시 등 대부분의 경우 시멘타이트가 된다.

페라이트는 912 °C (A3점)을 초과하면 면심 입방 격자 구조의 오스테나이트로 변태한다.[1] 또한, 페라이트는 강자성체이지만, 770 °C (A2점, 퀴리점)을 초과하면 상자성체로 변한다.[1]

3. 2. 오스테나이트 (γ철)

3. 3. 델타 페라이트 (δ철)

4. 철-탄소 합금

4. 1. 철 (Iron)

4. 2. 탄소강 (Steel)

4. 3. 주철 (Cast Iron)


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