재료상변태 [8] 온도와 Gibbs Free Energy, Liquidus Line / Solidus Line, Lever Rule, 조성의 표현 방법
재료상변태 [7] Single/ Binary Phase에서 Equilibrium Condition과 Unlimited Solubility & Ideal Solution 등재료상변태 [6] Chemical potential과 Activity/ Activity Coefficient재료상변태 [5] Binary System에서 Ideal solution과 Regular Solut
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1. Isomorphous 합금의 Equilibrium Cooling에서 미세 조직 형성 과정
Isomorphous System
: 두 금속 원소가 고상, 액상 모두에서 완전히 서로 고용되는 합금 시스템. 단일 고체상만 존재하기 때문에 Phase Transformation이 간단하게 나타난다.
ex. Cu- Ni
느린 냉각에서 고체화 과정을 살펴보자.
냉각 과정을 요약해보면 다음과 같다.
1. 고온에서 시작해 온도가 내려감에 따라, 액상(L) → 고상(S)으로 서서히 변함
2. 고체 핵(nuclei)이 먼저 액체 내부에 생기고, 점점 성장하며 완전 고용체(Complete Solid Solution) 형태로 고체화 진행3. Tie Line을 따라 각 상의 조성을 결정할 수 있다.
4. Grain boundary를 형성하며 최종 미세조직 완성
1-1. Isomorphous 합금 시스템의 Gibbs Free Energy 분석
아래의 경우, 두 금속 원소가 고상에서 완전 고용되는 합금 시스템으로 단일 상으로 존재하며, compound나 Eutectic point가 존재하지 않는다. 즉, 상 간 전이 없이 조성에 따라 연속적으로 변화한다.
| Ωˢ = 0 | 이상 용액 (Ideal Solution) | 대칭형 포물선 |
| Ωˢ < 0 | 혼합 시 발열 | 고상(Solid) 안정 (G곡선 아래로 내려감) |
| Ωˢ > 0 | 혼합 시 흡열 | 액상(Liquid) 안정 (G곡선 위로 올라감) |
2. Compound 생성 상평형도
compound 형성계는 Ω > 0 인 경우 발생한다. 아래 그래프와 같은 모양으로 '상이 여러개 존재하는 복잡한 구조'를 보여주고 있다. 이때는 복수 개의 고상 존재가 가능하다.
