탄소강의 현미경 조직관찰 실험

 

<탄소강의 현미경 조직관찰 실험>

- 실험 결과 보고서-

1. 실험목적

1) 금속조직 관찰용 시험편 만드는 방법 익히기

2) 금속 현미경의 구조와 기능을 이해하고 그 사용방법 익히기

3) 탄소강의 표준조직을 철, 탄소 상태도와 비교하고 이해하기

4) 상변태로 얻어진 금속이나 합금의 여러가지 조직을 금속현미경으로 관찰하고 이해하기

 

2. 준비물 및 실험방법

1) 준비물

  - 사포 ( 800CW, 1,000CW, 1,200CW,  1,500CW, 2,000CW),  나이탈 용액(5% 질산 + 95% 에탄올), 시험편(탄소강)

    유리판, 폴리싱기, 산화알루미늄, 금속현미경

2) 실험방법

(1) 시편준비 : 탄소강 시험편을 준비하고 시험편을 열처리 한다

(2) 연마작업 :  예비연마 - 거친연마 - 경연마 순으로 연마를 실시한다. (예비연마까지 완료한 상태) 거친연마는 600CW,

    800CW, 1,000CW, 1,200CW,  1,500CW, 2,000CW 순서대로 실시하되 결의 방향과 수직이 되게 연마를 한다.

    2,000CW는 결이 최대한 보이지 않을 때까지 연마하고, 거친연마가 끝나고 나면, 폴리싱기에 산화알루미늄 용액을 폴리

    싱기에 적당량 뿌리고 경면 처리한다. 폴리싱기 연마 후 시편을 흐르는 물에 깨끗히 씻는다.

※ 시험편의 연마

시험편의 표면을 깨끗하게 하기 위해서는 예비연마 - 거친연마 - 경연마가 순서대로 잘 이루어져야한다. 먼저 예비연마는 그

라인더, 줄, 선반을 이용해서 연마한다. 이 때 주의할 점은 열이나 변형의 영향을 조직이 변질되지 않도록 계속적으로 냉각수

로서 냉각을 시키면서 연마 하도록 한다. 어느 정도 표면이 평활하게 되면 거친연마를 시작한다.

거친 연마는 사포의 미세 입자가 굵은 것부터 시작하여 차례대로 연마하는데 이 때 결의방향과 최대한 수직이 유지되도록 연

마를해야 한다. 또 바닥이 평탄한 곳에 놓고 시편에 가볍게 압력을 가하면서 전후로 움직여 연마해야 한다. 거친 연마가 끝나

고 나면 육안으로 봤을 때 기스가 없어야 하며 거울처럼 얼굴이 잘 비춰져야 한다. 거친연마까지 끝나고 나면 경연마를 하는

데 이는 연마포를 평평하게 씌워 놓은 회전판 위에 산화크롬 이나 알루미나의 미분을 물에 섞은 연마액을 몇 방울씩 떨어뜨리

면서 실시한다. 이 때에도 시편에 무리한 힘을 가하지 말고 가볍게 연마를 하며, 회전 원판의 원주 방향과 최종 거친 연마 방

향이 직각이 되게 하여 앞의 연마지 흠이 완전히 소멸될 때 까지 연마한다.

(3) 마운팅작업 : 연마가 끝난 시험편을 나이탈 용액(5% 질산 + 95% 에탄올)에 3초간 부식 후 깨끗히 닦는다

※ 에칭(부식)

연마를 끝낸 시험편을 관찰하기 위해서는 부식을 시켜야 한다. 부식하지 않은 연마 면에서는 모상과 색이 다른 상이라든지,

비금속 개재물 등이 있는 경우를  제외하고는 아무런 조직도 볼 수 없다. 그렇기 때문에 적당한 부식액으로 관찰 할 연마면을

부식시키면 결정립계, 상의경계, 상의 종류, 결정방향 등이 부식 정도에 따라 다르게 나타나므로 조직을 관찰할 수 있게 된다.

 

 

(4) 금속현미경을 이용하여 시험편의 표면조직을 200배율과 500배율로 관찰하고 사진을 찍는다.

※ 현미경 사용방법

① 연마와 에칭을 끝낸 탄소강 시편을 재물대 위에 올린다.

② 대물렌즈를 200배율로 맞춘다.

③ 접안렌즈를 들여다보면서 시야가 밝아지고 상이 보이기 시작할 때까지 조동 나사를 조절한다.

④ 어느 정도 초점이 맞아지면 미동나사를 조절하여 초점을 선명하게 맞춘다.

⑤ 시험편 표면 중에 가장 선명하게 보이는 부분을 찾고 카메라로 사진을 찍는다.

⑥ 대물렌즈 배율을 500배로 맞추고 똑같은 순서로 관찰한다.

 

3. 실험결과

1) 200배율 관찰사진 (흰색부분은 페라이트, 갈색부분은 펄라이트)

 

2) 500배율 관찰사진 (흰색부분은 페라이트, 검은부분은 펄라이트)

3) 실험결과

균일하게 에칭(부식)된 단상조직, 즉 페라이트는 반사되는 빛의 각도가 일정하기 때문에 밝게 보이고, 펄라이트는 층상구조

를 이루기 때문에 층 경계에서 난반사가 일어나 어두운 상이 나타난다. 사진으로 관찰한 결과 페라이트 조직과 펄라이트 조직

이 나타나 있으므로, 탄소함량이 0.02~0.76wt%c인 아공석강임을 알 수 있다.

 

※ 아공석강의 상태도

아공석강은 천천히 냉각시키면 처음에는 오스테나이트 결정립계를 따라 페라이트 조직이 나타나기 시작하는 데 이를 초석 페

라이트라고 한다. 이 후에도 냉각을 계속하여 727도 밑으로 내려가면 페라이트 구조와 시멘타이트, 페라이트의 층상 구조인

펄라이트 구조가 함께 나타나게 된다. 이 때 조건은 평행 내각이여야 한다.

 

※아공석강의 표준조직

 

실험으로 관찰한 탄소강의 현미경 사진은 위의 그림 보다 페라이트 부분이 적고 펄라이트 부분이 많으므로 0.38% ~ 0.76%

사이의 탄소강 일 것이다.

(표준조직 사진과 비교해 보아 실험사진이 선명하게 나오지 않은 건 현미경 조작 미숙이나 연마과정에서 연마가 제대로 안되

었기 때문)

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이 실험은 가장 많이 쓰이는 금속인 탄소강의 표준조직을 현미경으로 관찰하는 것이 목적이며, 이 실험에서 가장 중요한 것

은 제대로 된 표면을 관찰하기 위해 선행되어야 하는 연마과정입니다.  예비연마가 되어있음에도 불구하고, 연마를 완료하기

까지 두 시간이 넘게 걸립니다. 또한 기수 결 방향으로 수직된 방향 연마가 필요하므로 사포질도 쉽지 않습니다. 위와 같은

실험으로 어느 정도의 탄소강인지 구별하는 방법, 탄소강 조직 관찰법, 현미경 조작법등을 배울 수 있답니다.