목차
1. 순금속의 응고
2. 금속의 응고
*별첨*
(1) 뉴턴의 냉각 법칙
1. 순금속의 응고
순금속을 용융온도 이상에서 용융한 후 서냉하여 응고점에 도달하면 일정 온도에서 고체화한다. 이러한 현상을 뉴턴의 냉각 곡선으로 표시한다. 구리는 1083℃에서 냉각된다. 그런데 조건에 따라 더 낮은 온도에서 냉각이 일어나 냉각온도를 예상하는 것이 어려워진다. 따라서 냉각온도에서 거의 균일한 냉각이 이루어지도록 하려면 진동 및 접종(innoculation)을 해야 한다.
2. 금속의 응고
① 수지상결정(dentrite crystal) : 용융 금속이 냉각 시 응고점 이하로 내려가면 용융 금속 각부의 소수의 원자가 규칙적인 배열을 하여 아주 작은 결정핵을 만든다. 이처럼 생성된 결정핵이 성장하여 나뭇가지와 같은 모양으로 성장하고, 주위에서 성장하여 온 다른 결정과 접촉할 때까지 성장하여 결정입계(grain boundary)를 형성하게 된다. 이 때 만들어진 결정을 수지상결정이라고 일컫는다.
② 결정(crystal): 금속을 구성하는 원자가 규칙적으로 배열되어 있는 상태.
③ 공간격자(space lattice): 결정의 내부.
④ 격자상수(lattice constant): 단위세포의 한 모서리의 길이. 금속의 결정구조를 표시한다.
⑤ 주상결정(=주상정 ;columnar crystal): 쇳물은 온도가 높은 중심부보다 온도가 낮은 표면에서부터 응고하기 시작하여 중심 방향으로 각 결정이 성해 기둥 모양의 결정이 생성되는 것.
⑥ 편석(segregation): 용융금속이 응고 시 처음 응고하는 부분과 나중에 응고 부분의 조성이 달라지며, 마지막 응고 부분에 불순물이 모이는 현상.
결정핵의 생성(Nucleation)→결정핵의 성장(Growth)→결정입계(Grain Boundary)의 형성
※ 별첨
(1) 뉴턴의 냉각법칙(Newton's law of cooling)
뉴턴의 냉각법칙은 물질의 온도 변화율이 물질의 온도와 그 주위 매체의 온도차에 비례한다는 법칙이다. 현실에 적용되는 예를 들어보면 뜨거운 라면이 식어가는 정도는 라면을 둔 곳의 온도에 따라 달라지는 것이 있다.
냉각법칙을 식으로 나타내면 다음과 같다.
