[공학]기초실험 - 재료의 침탄실험

1)실험제목

재료의 침탄실험

2)실험목적

강의 표면을 경화하고 내부를 강인하게 하여 내마멸성을 갖게 하는 표면 경화처리법의 하나인 침탄법을 이해하고 침탄의 실질적인 응용 능력을 습득하고자 한다.

3)실험장비

- 시료절단기, 유발
- 온도 조정장치가 붙은 전기 가열로
- 연마시설 및 광학현미경
- 가열 용기
- Vickers 경도계

4)실험재료

연강 봉 : 외경 20mm, 높이 25mm
고체침탄제 : 목탄(숯), BaCO₃

5)관련이론

침탄(carburizing)은 가장 널리 사용되고 있는 표면 경화법이다. 이것은 강의 표면에 탄소를 침투시키는 방법으로 기어, 피스톤 등과 같은 것은 마모작용에 강함과 동시에 충격에 대해서도 강해야 된다. 이러한 상반된 성질은 동시에 만족시키기 위하여 침탄 처리를 한다.
침탄용 부품은 탄소량이 0.02~0.25%라는 것과 같이 비교적 저탄소의 강으로 만들어진다. 보통 침탄용강은 탄소강(저탄소강 C:0.15~0.18%) 및 합금강(Cr-Mo 저합금 등)이다. 침탄할 때에는 표층의 탄소량이 0.8~0.9%가 되도록 조정하고 어떠한 경우에도 1%를 초과해서는 안된다. 표면층의 탄소량이 과공석(0.9% 이상)이 되면 시멘타이트의 조대한 망상이 나타나 표면층이 대단히 여리게 되기 때문이다.

2.1 고체 침탄

2.1.1 침탄반응

침탄온도로 가열하고 있을 때 침탄 상자 안에 두 종류의 가스, 즉 일산화탄소(CO)와 탄산가스(CO2)가 된다. 이것들의 가스는 처음에 고체 침탄제의 탄소가 상자 안에 혼재해 있던 공기 중의 산소에 의해서 산화되어 만들어지는 것이다. 이것은 다음 화학식에 의해서 표시된다.
C+O2〓CO2 및 2C+O2〓2CO
탄산가스의 발…