정의: 밀러지수는 결정학에서 평면의 방향을 나타내는 세 숫자의 세트입니다. 이는 결정 내에서 특정 면의 방향과 위치를 정확하게 기술하는 데 사용됩니다.
특성:
각 축에 대한 평면의 교차점의 역수로 표현됩니다.
정수로 표현되며, 괄호 (hkl)로 묶여 표시됩니다.
용도: 결정 구조 분석, X-선 회절 패턴 해석, 재료 과학에서 중요합니다.
밀러지수 (hkl)
평면의 방향
예시
응용 분야
(100)
한 축에 평행한 면
입방체의 한 면
입방 결정 구조 분석
(110)
두 축에 평행한 면
입방체의 대각선 면
X-선 회절 패턴 해석
(111)
세 축 모두에 평행한 면
입방체의 대각선을 따른 면
결정성장 연구
(hkl) 일반형
일반적인 결정 면
다양한 결정 구조
결정구조 해석
2) 순금속의 결정 구조
정의: 순금속의 결정 구조는 금속 원자들이 규칙적인 패턴으로 배열된 구조입니다. 이들은 대체로 체심입방(Body-Centered Cubic, BCC), 면심입방(Face-Centered Cubic, FCC) 또는 조밀육방(Hexagonal Close-Packed, HCP) 구조를 가집니다.
특성:
체심입방결정(BCC): 각 코너와 중심에 원자가 위치한 입방체 구조.
면심입방격자(FCC): 각 면의 중심과 코너에 원자가 위치한 입방체 구조.
조밀육방격자(HCP): 육각형을 기반으로 하는 조밀한 층을 가진 구조.
결정 구조
격자에 속하는 원자수
근접 원자간 거리
충진율
배위수
종류
체심입방결정 (BCC)
2
중간
낮음
8
철, 바나듐, 크롬
면심입방격자 (FCC)
4
짧음
높음
12
구리, 알루미늄, 금
조밀육방격자 (HCP)
6
짧음
높음
12
마그네슘, 티타늄, 아연
3) 금속의 변태
정의: 금속 변태는 금속이 다른 결정 구조로 변화하는 과정입니다. 이는 온도, 압력 또는 화학적 구성의 변화에 따라 발생합니다.
주요 유형:
동소변태: 같은 성분의 금속이 다른 결정 구조로 변화하는 현상.
동형변태: 성분이 다른 금속이 비슷한 결정 구조를 가지는 현상.
격자 결함: 금속 결정 내부의 불규칙성으로, 금속의 물리적 성질에 영향을 미칩니다.
변태 유형
설명
변태점 측정법
격자 결함의 영향
예시
동소변태
같은 성분의 금속이 다른 결정 구조로 변화
열분석, X-선 회절
물리적 성질 변화
철의 α-γ 변화
동형변태
성분이 다른 금속이 비슷한 결정 구조를 유지
열분석, X-선 회절
합금의 기계적 성질 개선
구리-니켈 합금
격자 결함
금속 결정 내부의 불규칙성
전자현미경, X-선 회절
강도, 경도, 연성에 영향
공공, 전위, 층간결함
4) 합금의 결정
정의: 합금의 결정 구조는 두 개 이상의 금속 원소가 결합하여 형성된 고체 용액 또는 화합물의 결정 구조입니다. 이는 순금속과 다른 독특한 물리적, 화학적 성질을 가집니다.
주요 유형:
고용체: 한 종류의 원자가 다른 종류의 결정 격자에 용해되어 형성된 합금.
금속간 화합물: 두 금속이 화학적으로 결합하여 형성된 합금.
합금 유형
구성 원소
특징
예시
고용체
동일한 구조를 가진 금속
단단함과 강도 증가
철-탄소(강), 구리-아연(황동)
금속간 화합물
서로 다른 금속 결합
특정 비율에서만 안정
Cu3Au, Ni3Al
대체 고용체
하나의 원자가 다른 원자를 대체
고용체 형성 용이
철-크롬 합금
삽입 고용체
작은 원자가 큰 원자 격자 사이에 삽입
미세구조 변화
탄소가 철 격자에 삽입된 강
5) 금속재료의 성질
정의: 금속재료의 성질은 물리적 및 기계적 특성을 포함하여 금속의 동작과 반응을 설명합니다.
물리적 성질:
비중: 금속의 밀도와 관련된 성질.
비강도: 단위 질량 당 강도.
자성: 금속이 자기장에 반응하는 능력.
선팽창계수: 온도 변화에 따른 금속의 길이 변화 비율.
기계적 성질:
강도: 금속이 하중을 견디는 능력.
경도: 금속이 외부 압력에 저항하는 능력.
인성: 금속이 충격이나 부하를 받았을 때 파괴되지 않는 능력.
피로: 반복된 하중에 대한 금속의 저항 능력.
크리프: 고온에서 금속이 시간에 따라 변형되는 현상.
성질 유형
성질
설명
예시
물리적 성질
비중
단위 부피 당 질량
철, 알루미늄의 비중
비강도
단위 질량 당 강도
경량 합금의 비강도
자성
자기장에 대한 반응
철, 니켈의 자성
선팽창계수
온도 변화에 따른 길이 변화율
알루미늄의 선팽창계수
기계적 성질
강도
하중에 대한 저항력
강의 인장강도
경도
외부 압력에 대한 저항력
강철의 브리넬 경도
인성
충격이나 부하에 대한 저항력
저탄소강의 인성
피로
반복 하중에 대한 저항력
항공용 합금의 피로 저항
크리프
고온에서의 시간 의존적 변형
고온 합금의 크리프 저항
***인성↑, 취성↓, 충격치↑
6) 재료 시험 및 검사
정의: 재료 시험 및 검사는 재료의 품질, 성능, 내구성 등을 평가하기 위한 과정입니다. 이는 육안적 검사, 물리적 검사, 비파괴 검사, 화학적 검사 등 여러 방법으로 이루어집니다.
유형:
시편의 채취: 테스트를 위한 재료 샘플 채취.
육안적 검사법: 눈으로 직접 관찰하여 재료의 결함 확인.
물리적 검사법: 밀도, 경도, 강도 등 물리적 특성 측정.
비파괴 검사법: 재료를 손상시키지 않으면서 내부 결함 탐지.
RT (방사선 검사), UT (초음파 검사), MT (자기 입자 검사), PT (침투 검사)
화학적 검사법: 화학적 구성 분석을 통한 재료 평가.
검사 유형
방법
목적
예시
시편의 채취
재료 샘플 추출
실험 및 테스트 준비
금속 시편 채취
육안적 검사
직접 관찰
표면 결함 확인
용접 이음 검사
물리적 검사
측정 도구 사용
물리적 성질 측정
경도, 인장강도 측정
비파괴 검사
특수 장비 사용
내부 결함 탐지
RT, UT, MT, PT
화학적 검사
화학 분석
재료의 화학적 구성 분석
성분 분석
7) 금속재료의 기계적 실험 (KS D)
정의: 금속재료의 기계적 실험은 금속의 강도, 경도, 인성 등을 평가하기 위한 시험 방법입니다. 이러한 시험은 금속의 응용 가능성과 사용 한계를 이해하는 데 필수적입니다.
주요 시험:
강도 시험: 금속의 하중 저항 능력 측정.
경도 시험: 금속의 표면 저항력 평가.
충격 강도: 금속이 충격 하중에 견디는 능력 측정.
피로 및 크리프: 반복적 하중과 고온 하중에 대한 금속의 반응 평가.
에릭센 시험: 시트 금속의 연성 측정.
시험 종류
방법
목적
예시
인장강도시험
표준 시편에 인장 하중 적용
최대 인장 강도 측정
강철, 알루미늄의 인장 강도
공칭응력-변형률 선도
시편을 인장하며 응력-변형률 기록
재료의 탄성 한계 및 항복점 결정
구조용 금속 재료
압축시험
시편에 압축 하중 적용
압축 강도 및 변형률 측정
건축재료, 콘크리트
굽힘 시험
시편을 굽히며 하중 적용
굽힘 강도 및 연성 측정
자동차 산업의 금속 부품
압입 경도 (브리넬, 비커스, 로크웰)
경도 측정기로 시편 압입
경도 측정
금속 도구, 기계 부품
반발 경도 (Hs)
경도 측정기로 시편 표면에 충격
반발 경도 측정
표면 처리된 금속
충격강도
시편에 충격 하중 적용
충격 하중에 대한 저항력 측정
구조용 금속, 용접 이음부
피로 시험
반복적 하중 적용
피로 한계 측정
항공기, 자동차 부품
크리프 시험
고온에서 시편에 지속적 하중 적용
고온 하중에 대한 변형률 측정
발전소, 고온 파이프
에릭센 시험
시트 금속에 특정 하중 적용
시트 금속의 연성 측정
자동차 패널, 금속 시트
8) 평형 상태도
정의: 평형 상태도는 금속 합금의 다양한 상(phase)과 그 상호관계를 온도, 조성, 압력에 따라 나타내는 도표입니다. 이는 재료 과학에서 합금의 특성과 변화를 이해하는 데 중요한 도구입니다.
주요 개념:
Gibbs의 상률: 상, 성분, 그리고 독립 변수의 관계를 정의합니다.
전율 고용체의 상태도: 완전한 고용도를 가진 합금의 상태도.
부분 고용체 상태도: 제한된 범위 내에서만 고용체를 형성하는 합금의 상태도.
성분계 및 다성분계: 두 개 이상의 성분을 포함하는 합금 시스템의 상태도.
상태도 유형
설명
Gibbs의 상률 적용
예시
전율 고용체의 상태도
완전한 고용체 형성 합금
P+F=C+2
구리-니켈 합금
부분 고용체 상태도
제한된 조성에서 고용체 형성
P+F=C+2
철-탄소 합금
성분계 상태도
두 개 이상의 성분을 포함
P+F=C+2
알루미늄-실리콘 합금
다성분계 상태도
세 개 이상의 성분을 포함
P+F=C+N
구리-아연-니켈 합금
9) 탄성과 소성, 회복과 재결정
정의: 이 개념은 금속재료가 외부 하중에 응답하는 방식과 그 후의 변화 과정을 설명합니다.
